选矿厂细筛再磨工艺优化对比效果分析

靳跃栋，刘飞飞，张 浩，薛向欣，程功金，李丽匣

(1.辽宁首钢硼铁有限责任公司，辽宁 丹东 118103；2.东北大学资源与土木工程学院矿物工程系，辽宁 沈阳 110819；3.东北大学冶金学院资源与环境系，辽宁 沈阳 110819；4.辽宁省冶金资源循环科学重点实验室，辽宁 沈阳 110819)

辽宁凤城翁泉沟地区含铀硼铁矿床属于多元素共伴生的沉积变质型矿，矿石中的主要有用矿物为磁铁矿、硼镁石、硼镁铁矿和晶质铀矿，占全国铁矿石储量的1%，B2O3储量2 184万t，占全国硼总储量的58.0%，是我国最重要的硼矿来源，铀资源量经概略计算为13 585 t，具有重要的综合利用价值[1-4]。矿石中TFe、B2O3、U平均品位分别为30.65%、7.23%、0.004 8%[5]。辽宁首钢硼铁有限责任公司处理该类型矿石，为了综合回收铁、硼、铀，采用阶段磨矿阶段磁选分选磁铁矿，选铁尾矿经水力旋流器分级后，分级溢流得到硼精矿，分级沉砂通过摇床重选得到铀精矿。选矿厂年处理原矿200万t，年产铁精粉79.69万t，TFe品位54.13%，年产硼精矿13.10万t，B2O3品位15.49%，年产铀精矿0.81万t，U品位0.163 9%[6-7]。

筛分设备的筛分效率影响产物的粒度组成和磨机处理能力[8]，某选矿厂通过更换筛板提高筛分效率后，二段分级溢流产品的粒度明显变细，磨机处理能力增加[9]。高频细筛严格按照筛孔尺寸分级，在筛面高频振动下，比重大的合格颗粒会成为筛下产物，筛下产物的矿物解离度和品位也更高，引入预先筛分，使给矿中低品位粗颗粒作为筛上产物排出，避免对检查筛分的影响，可提高总筛分质效率，降低选矿厂运营成本[10-14]。针对首钢硼铁生产中筛分效率低的问题，对二系列进行了筛分工艺改造，以提高筛分效率，改善筛下产物的粒度与品位，提高铁的回收效果。本文介绍了细筛再磨工艺改造内容，对比研究了改造后的二系列与未改造的一系列的筛分质效率、筛下产物粒度与TFe品位关系，对两个系列筛下产物进行磁选管试验、统计对比处理能力，并进行初步经济分析，为类似选矿厂的细筛再磨工艺优化提供参考。

1 细筛再磨工艺改造内容

选矿厂磨选车间共两个系列，二段磨矿分级作业为细筛再磨作业，预先和检查分级合一的细筛、球磨磨矿工艺，球磨机为MQY3264溢流型球磨机，每个系列1台，单台处理能力140～160 t/h，筛分工艺为预先筛分和检查筛分合一的作业，筛分新给矿为一段磁选精矿，其-0.074 mm粒级含量为32.50%、TFe品位为40.01%，筛下产物通过二段磁选(双筒磁选机)获得铁精矿。每个系列使用3台陆凯D4MVSK2418C3四层叠复式高频细筛，筛孔尺寸为0.11 mm×0.22 mm，单台筛分面积为4.32 m2。生产过程存在筛分效率低、循环负荷大的问题，为了提高筛分质效率，对细筛再磨工艺进行了改造。

将一系列保持原来的预先筛分和检查筛分合一的细筛再磨工艺，将二系列的细筛再磨筛分工艺中的预先筛分和检查筛分分开，二系列改造后细筛再磨工艺流程图见图1，预先筛分使用3台D4MVSK2418C3四层叠复式高频细筛，筛孔尺寸为0.20 mm×0.40 mm(筛孔尺寸0.15 mm×0.30 mm的筛网供对比使用)，检查筛分使用2台2SG48-60-W-5STK德瑞克五路重叠式高频细筛，筛孔尺寸为0.10 mm×2.46 mm，单层筛面尺寸1.0 m×1.4 m，单台筛分面积为7 m2。德瑞克高频细筛振动力强，可达7.3 G(一般振动筛只有4.0～5.0 G)，筛分效率更高[15]。

图1 二系列改造后细筛再磨工艺流程图

在现场流程稳定的情况下，对一系列的筛分给矿、筛上产物和筛下产物，二系列的筛分给矿、预先筛分筛上产物、筛下产物、检查筛分的筛上产物、筛下产物，每隔15 min取样一次，三次合成一个样品，作为一批次样品，每个批次样品取样质量为300～500 g。对两个系列的每批次样品进行混匀、缩分，制取粒度筛分、TFe品位检测样品。粒度筛分采用实验室的标准套筛进行，+0.074 mm各粒级采用干筛、-0.074 mm各粒级采用湿筛。

一系列的筛分给矿、筛上产物和筛下产物各取样7批。在二系列细筛再磨工艺改造中，为了确定适宜的预先筛分筛孔尺寸，保持振幅、筛分面积等与一系列相同，选择0.15 mm×0.30 mm和0.20 mm×0.40 mm两种筛孔尺寸，对两种筛面的筛分给矿、筛上产物和筛下产物各取样8批，对比两种筛孔尺寸的筛分效果，确定预先筛分适宜的筛孔尺寸。

-0.074 mm粒级的分级质效率按照式(1)进行计算[16]。

(1)

式中：E为筛分质效率，%；α为入筛给矿中-0.074 mm粒级含量，%；β为筛下产物中-0.074 mm粒级含量，%；θ为筛上产物中-0.074 mm粒级含量，%。

对一系列筛下产物、二系列检查筛的筛下产物TFe品位、-0.074 mm含量关系进行线性拟合。选择筛孔尺寸为0.180 mm、0.125 mm、0.074 mm、0.053 mm和0.038 mm的标准筛，对两个系列筛下产物进行筛析，计算各个粒级产率及金属分布率。在磁场强度7.96×104A/m条件下，对两个系列筛下产物进行磁选管试验。统计两个系列每天的平均小时处理量，数据由皮带秤称量统计，连续记录12 d，对比两个系列原矿处理能力。

2 结果与分析

2.1 两个系列筛分质效率考查结果

一系列细筛筛下产物粒度及筛分质效率考查结果见表1。由表1可知，一系列细筛筛下产物-0.074 mm含量为74.89%～84.20%，平均79.50%，筛分质效率16.80%～31.03%，平均27.18%。二系列两种筛孔尺寸预先筛分的筛分质效率、筛下产物-0.074 mm含量见表2，检查筛分给矿、筛上产物、筛下产物-0.074 mm含量、筛分质效率见表3，预先筛分给矿及筛下产物负累积曲线如图2所示。

表1 一系列细筛筛下产物粒度及筛分质效率考查结果

由表2可知，预先筛分筛孔尺寸为0.15 mm×0.30 mm时，预先筛分质效率为34.74%～61.54%，平均49.66%，筛下产物-0.074 mm含量为60.52%～70.98%，平均67.09%；筛孔尺寸为0.20 mm×0.40 mm时，筛分质效率为40.46%～64.19%，平均55.05%，筛下产物-0.074 mm含量为54.22%～71.86%，平均63.49%。由图2可知，经过预先筛分产物、筛下产物的粗颗粒减少，细颗粒含量增多，有利于减轻检查筛分作业筛上粗颗粒对细颗粒的阻碍作用，两种筛孔的筛下产物+0.074 mm各粒级含量相差不大，筛孔0.20 mm×0.40 mm的筛面对-0.074 mm粒级的筛分质效率高5.39%。综合考虑预先筛分的筛下-0.074 mm含量、筛分质效率，选择适宜的预先筛分筛孔为0.20 mm×0.40 mm。

表2 二系列预先筛分中不同筛孔尺寸筛分考查

图2 预先筛分给矿和预先筛分筛下产物负累积含量

由表3可知，二系列检查筛分给矿、筛上产物、筛下产物中-0.074 mm平均含量分别为64.11%、40.78%、84.79%，筛分质效率平均为69.56%。综合二系列预先筛分和检查筛分的平均筛分质效率，二系列细筛再磨工艺中总筛分质效率为38.29%，比一系列筛分质效率高了11.11%，筛分质效率得到提高。

表3 二系列检查筛分的筛分质效率考查

2.2 两个系列筛下-0.074 mm含量与TFe品位关系

针对现场两个系列的细筛再磨工艺，待选矿厂运行稳定后，取两个系列筛下产物进行-0.074 mm粒级含量和TFe品位检测，对两个系列的-0.074 mm粒级含量与TFe品位关系绘制了趋势线。一系列筛下产物-0.074 mm粒级含量与TFe品位关系见图3，二系列检查筛分筛下产物-0.074 mm粒级含量与TFe品位关系见图4。

图3 一系列筛下产物-0.074 mm含量与TFe品位关系

图4 二系列检查筛分筛下产物-0.074 mm含量与TFe品位关系

通过两个系列的考查数据，细筛再磨工艺中一系列平均筛下-0.074 mm粒级含量为79.50%，TFe品位为44.81%，二系列的平均筛下-0.074 mm粒级含量为84.79%，TFe品位为46.75%。对比一系列，二系列筛下产物的-0.074 mm粒级含量提高了5.29%，TFe品位由44.81%提高到46.75%。

由图3可知，-0.074 mm粒级含量范围内，TFe品位随-0.074 mm粒级含量增加而升高。筛下产物-0.074 mm粒级含量为75%～82%时，TFe品位变化速率快，筛下产物-0.074 mm粒级含量大于82%时，TFe品位变化速率慢。由图4可知，-0.074 mm粒级含量范围内，TFe品位与-0.074 mm粒级含量呈线性正相关，TFe品位随-0.074 mm粒级含量增加而升高。磁铁矿嵌布粒度细，主要富集在细粒级中，筛下细粒级含量增加，TFe品位也增高。

2.3 两个系列筛下产物考查及磁选试验

一系列筛下、二系列检查筛分筛下各粒级产率、TFe品位、TFe分布率结果见表4。由表4可知，二系列检查筛分筛下比一系列筛下产品的粒度细，-0.038 mm粒级含量分别为46.78%、51.88%，对应的TFe品位分别为47.76%、45.58%，-0.074 mm粒级含量分别为84.67%、76.25%，对应的累积TFe品位分别为47.26%、45.57%，-0.125 mm各粒级TFe品位均高于一系列；一系列筛下产品TFe品位为44.81%，-0.038 mm、-0.074 mm粒级TFe分布率分别为47.58%、77.54%；二系列检查筛下产品的TFe品位46.75%，比一系列高1.94%，-0.038 mm、-0.074 mm粒级TFe分布率分别为53.00%、85.60%，比一系列的相应值高5.42%和8.06%；一系列筛下产品的-0.038 mm、-0.053+0.038 mm、-0.074+0.053 mm负累积TFe品位分别为45.58%、45.73%、45.57%，说明-0.074 mm粒级下磁铁矿的单体解离度变化不大；二系列检查筛分-0.038 mm、-0.053+0.038 mm、-0.074+0.053 mm负累积TFe品位分别为47.76%、47.67%、47.26%，同样表明，二系列的-0.074 mm粒级下磁铁矿的单体解离度变化不大。但是，对比一系列和二系列可知，二系列的细筛流程改造，整体提高了磁铁矿的解离度，使二系列检查筛分筛下的TFe品位高于一系列筛下产品。

表4 一系列与二系列筛下产物各粒级TFe含量考查结果

在磁场强度为7.96×104A/m的条件下，对两个系列筛下产物进行磁选管分选试验，一系列筛下产品获得的磁选精矿TFe品位为54.20%，二系列磁选精矿的TFe品位为55.26%，比一系列高1.06%，再次说明，二系列的预先、检查筛分改造后，增加了铁矿物的单体解离度，提高了分选指标。

2.4 细筛再磨工艺改造后处理能力考查及经济效益分析

改造前两个系列的筛分工艺相同，对二系列细筛再磨工艺的筛分进行改造后，一系列与二系列处理量对比如图5所示。由图5可知，经过12 d的处理量统计，一系列的处理量均值为127.98 t/h，改造后二系列的处理量均值为129.85 t/h，比一系列提高1.87 t/h。

图5 一系列与二系列处理能力对比

经统计，细筛流程改造新购置4台德瑞克细筛，每台德瑞克细筛170万元，4台合计680万元，加上各项配套设施，设备总投资在730万元。改造后二系列处理量比一系列提高1.87 t/h，每年多出铁精粉1.87×24×330=14 810 t，按铁精粉净利润200元/t计算，可增加产值14 810×200=296万元。一系列精矿中TFe平均品位为51.18%，二系列铁精矿中TFe品位平均为51.85%，平均提升0.67%，铁精矿价格平均提升6.7元/t，按照年生产80万t铁精粉计算，年可增加经济效益80×6.7=536万元。1台德瑞克细筛每年的能耗和筛片费用为20万元，4台合计80万元，选矿厂每年累计新增净利润为296+536-80=752万元，一年可收回设备投资费用。

3 结 论

1)一系列细筛再磨流程的筛下产物-0.074 mm粒级平均含量为79.50%，筛分质效率为27.18%。二系列改造后预先筛分使用陆凯高频细筛，其筛孔尺寸为0.20 mm×0.40 mm，检查筛分使用德瑞克高频细筛，筛孔尺寸为0.10 mm×2.46 mm，二系列细筛再磨工艺的筛下产物-0.074 mm粒级平均含量为84.79%，总筛分质效率为38.29%，二系列总筛分质效率比一系列高11.11%。

2)一系列与二系列细筛再磨生产中，二系列的筛下产物-0.074 mm粒级含量提高了5.29%，TFe品位由44.81%提高到46.75%。两个系列筛下产物-0.074 mm粒级含量增加，TFe品位升高。通过磁选试验，改造后二系列筛下产物的磁选精矿TFe品位比一系列高1.06%。

3)一系列处理量平均为127.98 t/h，改造后二系列处理量平均为129.85 t/h，比一系列处理量高1.87 t/h，提高了选矿厂处理能力。改造后，选矿厂可每年创造经济效益752万元，购置4台德瑞克细筛，需新增投资730万元，预计1年可回收成本。

4)细筛再磨工艺改造对铀、硼资源回收的影响，将通过后续现场实践，进行长期的统计分析。