某鉬礦高壓輥磨工藝流程研究

導讀
針對不同礦石與高壓輥磨工藝流程適應性問題，對某鉬礦改造擬采用高壓輥磨開路、5 mm 干式閉路和 3 mm 濕式閉路 3 種高壓輥磨工藝進行試驗和一段球磨機選型研究。結果表明，不同高壓輥磨工藝的產品粒度和邦德功指數均存在差異，3 mm 濕式閉路流程產品粒度和功指數均最低；以改造后生產能力達 10 000 t/d 為目標進行選型核算，3 種高壓輥磨工藝一段球磨機裝機功率分別為 4 500、3 800 和 3 200 kW，3 mm 濕式閉路流程的一段磨礦能耗最低，適應性最強。
      1985 年，高壓輥磨機首次在西德水泥廠用于工業粉碎加工，隨后經 30 多年的技術發展，目前已在水泥、金剛石、鐵精礦球團預磨、鐵礦石超細碎以及有色金屬礦細碎或超細碎等多領域獲得廣泛運用。高壓輥磨機具有生產效率高、節能顯著、投資少、操作維修方便等優點，特別是進行礦石破碎的單位能耗低，符合國家“雙碳”政策。
高壓輥磨機在不同行業運用的工藝流程不同，水泥行業高壓輥磨機通常作為終磨或半終磨設備，也可與干式分級構成新工藝流程；磁鐵礦選礦廠通常采用高壓輥磨機 3～6 mm 閉路流程，輥磨產品直接進行干式或濕式磁選拋尾；有色金屬選礦廠高壓輥磨機通常作為超細碎或預磨設備使用。高壓輥磨機在有色金屬選礦廠不斷獲得工藝創新運用，例如金堆城鉬礦為有色金屬行業首次引入高壓輥磨機作為超細碎的選礦廠，采用經典開路流程；河南欒川某鉬礦采用高壓輥磨機實施老選礦廠碎磨流程改造，形成 5 mm干式閉路篩分新流程，大幅提高了系統能力，降低了電耗；根據文獻 [8]，采用高壓輥磨機進行預磨，形成常規三段一閉路+3 mm 高壓輥磨濕式閉路 (預磨礦)+球磨的新工藝，可進一步降低入磨粒度，提高系統產能，降低磨礦能耗。
高壓輥磨工藝在有色金屬選礦廠的運用存在 3 種典型工藝流程：高壓輥磨開路、5 mm 干式閉路和 3 mm 濕式閉路。針對某特定金屬品種的選礦廠，選擇何種工藝流程通常需經試驗研究和技術經濟比較后確定。目前，幾乎所有高壓輥磨機的工業運用均需進行小型試驗或半工業試驗研究，通過研究獲得設備處理量、能耗以及粉碎效果隨工作壓力變化的關系曲線等，以此作為設備選型依據并指導后續工業生產。通常情況下，高壓輥磨試驗僅針對選定工藝流程開展試驗研究，對 3 種工藝流程進行對比研究的文獻報告較少。筆者針對某鉬礦選礦廠技術改造需求，從高壓輥磨機試驗、一段磨礦選型兩方面進行系統研究和分析，對 3 種工藝流程進行簡單比較，推薦適宜的工藝流程。

1 概述

某鉬礦選礦廠生產能力為 7 000 t/d，工藝流程為三段一閉路，磨礦有 2 條生產線，生產能力分別為 5 000 t/d 和 2 000 t/d。5 000 t/d 生產線一段磨礦作業由 1 臺 φ5.03 m×6.40 m 球磨機 (裝機功率為 2 600 kW) 與一組 7-φ660 m 水力旋流器組成。2 000 t/d 生產線一段磨礦由 4 臺球磨機和 4 臺螺旋分級機組成：2 臺 φ2.1 m×3.5 m 球磨機 (裝機功率為 210 kW) 和 2 臺ZF1500×2 型高堰式雙螺旋分級機完成 800 t/d 的生產能力；2 臺 φ2.7 m×3.6 m 球磨機 (裝機功率為 400 kW)與 2 臺 2FLG-2000 型雙螺旋分級機完成 1 200 t/d 的生產能力。由于 2 000 t/d 生產系統設備陳舊，且設備規格小、數量多，管理和維護工作量大，因此擬對碎磨流程進行技術升級改造。通過初步調研和分析，擬采用高壓輥磨機進行碎磨系統改造，實現單系列生產能力達到 10 000 t/d 的目標。首先需確定何種高壓輥磨機工藝適合本項目，其次對關鍵設備一段球磨機進行選型計算和分析。
該鉬選礦廠處理的金屬礦物主要為輝鉬礦、黃鐵礦、磁鐵礦，另有少量的赤鐵礦、鈦鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦；脈石礦物主要是長石、角閃石、石英、綠泥石、高嶺石，另有少量的黑云母、絹云母等。礦石原礦品位為 0.14%，主要回收有價元素為鉬、鐵，礦石平均密度為 2.7 t/m³，礦石硬度系數 f =9～12。

2 高壓輥磨流程試驗研究

2.1 研究內容

該鉬礦選礦廠從建成投產以來，處理礦石的性質變化較大，經常導致破碎和磨礦系統處理能力波動，當處理難碎磨礦石時，系統處理能力低，襯板磨損嚴重。借鑒其他鉬礦選礦廠技術改造的生產實踐經驗，在三段一閉路流程后引入高壓輥磨機作為超細碎設備降低入磨粒度，提高系統整體碎磨能力。根據大量的文獻報道，有色金屬選礦廠高壓輥磨生產實踐選用3 種典型工藝流程，如圖 1～ 3 所示。結合本項目特點，高壓輥磨機入料粒度為 -25 mm。
 
                                                           圖1 高壓輥磨開路流程
 
                                                         圖2 5 mm 干式閉路流程
 
                                                   圖3 3 mm 濕式閉路流程
該鉬礦結合多年現場生產實踐，選取有代表性礦樣進行試驗。礦樣由硬礦、中等硬度礦和軟礦組成，根據地質模型和采礦排產計劃，3 種礦樣按比例4∶4∶2 進行配礦。對配好礦樣進行 3 種高壓輥磨工藝流程的試驗研究，獲得其產品粒度和邦德功指數參數。實驗室采用 1 臺 CLM25/10 高壓輥磨機，設置工作壓力為 8.0、10.0、12.0 MPa，轉速為 20 r/min，每次給料 20 kg。

2.2 試驗結果

經高壓輥磨機對礦樣不同含水率和不同輥壓條件的試驗研究，確定工藝流程試驗含水率為 4%，輥壓為 10.0 MPa。隨后在此條件下完成開路流程、5 mm 干式閉路流程和 3 mm 濕式閉路流程的試驗研究。3 種工藝流程產品粒度組成如圖 4、5 所示，常規破碎、高壓輥磨開路、5 mm 干式閉路和 3 mm 濕式閉路的邦德功指數測定結果如圖 6 所示。
 
                                                                                                              圖4 不同高壓輥磨工藝流程產品粒度曲線
由圖 4 可知，3 mm 濕式閉路流程產品比開路流程、5 mm 干式閉路流程的產品所含細粒級更多，能為后續磨礦提供更細粒級的物料；開路流程、5 mm干式閉路流程、3 mm 濕式閉路流程的 P₈₀ 分別約為5.0、2.6 和 1.6 mm。由圖 5 可知，不同工藝流程中-0.074 mm 含量差異大，隨閉路控制粒度的降低，含量逐漸增加，3 mm 濕式閉路流程中，-0.074 mm 含量達到 13.66%，比開路流程提高 3.52 個百分點，比 5 mm 干式閉路流程提高 0.62 個百分點。就磨礦作業球磨機效率而言，-0.074 mm 含量增加更有利于磨礦，降低能耗。
 
圖5 不同高壓輥磨工藝流程產品 -0.074 mm 含
圖6 中球磨邦德功指數均為產品篩分控制粒度0.074 mm 的測定值。可以看出，高壓輥磨機能降低球磨邦德功指數，與常規破碎流程比，功指數降低了1.49 個百分點；高壓輥磨機閉路流程控制產品粒度越低，功指數也越低；相比常規破碎，3 mm 干式閉路流程產品邦德功指數降幅最大，達 19.40%，能進一步改善礦石可磨性，提高磨礦效率，降低能耗。試驗研究結果表明，3 mm 濕式閉路流程產品能夠極大地改善后續磨礦作業，主要體現為入磨粒度和球磨邦德功指數的雙降低。
 
圖6 不同工藝流程邦德功指數對比

3 一段球磨機選型

以不同高壓輥磨工藝流程試驗獲得的產品粒度和球磨邦德功指數為基礎，按單系列生產能力 10 000 t/d 進行一段球磨機選型計算，選型基本參數和計算結果如表 1 所列。
由表 1 可知，在單系列生產能力為 10 000 t/d、磨礦產品粒度 -0.074 mm 占 60% 情況下，由于不同輥壓工藝下原礦粒度 -0.074 mm 含量和球磨機邦德功指數的差異，一段球磨機選型規格存在明顯區別。常規流程需 1 臺 φ6.0 m×10.0 m 球磨機，裝機功率為 5 700 kW；高壓輥磨開路超細碎流程，一段球磨機僅需 1 臺 φ5.5 m×8.8 m 球磨機，裝機功率為 4 500 kW，較常規流程降低 21.05%；5 mm 干式閉路流程可進一步降低入料粒度和邦德功指數，僅需 1 臺 φ5.5 m×8.0 m 球磨機，直徑與開路流程一致，但裝機功率進一步降低，比常規破碎降低 33.33%；3 mm 濕式閉路流程僅需 1 臺 φ5.03 m×8.00 m 球磨機即滿足要求，該流程比常規流程裝機功率降低 43.86%，節能效果顯著。
表1 不同工藝流程中一段球磨機選型結果
 
現有的 1 臺 φ5.03 m×6.40 m 球磨機，直徑與 3 mm 濕式閉路流程所需球磨機直徑一致，但裝機功率僅為 2 600 kW。對其在 3 mm 閉路流程條件下的生產能力進行核算，結果為 8 125 t/d。若不追求 10 000 t/d的生產產能，維持現有球磨機規格，則可節省更換球磨機投資費用約 3 000 萬～5 000 萬元；若追求 10 000 t/d 的生產能力，3 mm 濕式閉路流程需改造的一段球磨機投資相對最少。綜合以上分析可知，從降低一段球磨機裝機功率、降低磨礦能耗和相對節省投資角度考慮，3 mm 濕式閉路流程具有顯著優勢，為技術改造方案的首選。

4 結論

通過對某鉬礦高壓輥磨工藝流程的試驗研究和一段球磨機選型分析，得到以下結論。
(1) 高壓輥磨 3 種工藝流程試驗研究表明，閉路流程比開路流程的產品粒度和邦德功指數更低，3 mm濕式閉路比 5 mm 干式閉路的產品粒度更細，P₈₀ 達到1.6 mm，功指數降低至 12.96 kW·h/t。
(2) 通過 3 種工藝流程產品功指數測定分析發現，不同粒度閉路流程不僅影響產品粒度，還影響產品球磨邦德功指數，3 mm 濕式閉路比 5 mm 干式閉路功指數降低 0.72 個百分點，可進一步改善礦石可磨性，降低一段磨礦能耗。
(3) 一段球磨機選型研究表明，高壓輥磨 3 mm 濕式閉路流程可在充分利用現有設備基礎上實現能力大幅提升，滿足 8 125 t/d 產能要求，相比 5 000 t/d 的生產能力提高了 62.50%。若要滿足 10 000 t/d 生產能力，需對球磨機進行加長，電動機功率調整為 3 200 kW，此種情況下，該流程相對于常規流程，安裝功率降低了 43.86%，節能效果顯著。總體而言，高壓輥磨機 3 mm 濕式閉路流程具有顯著優勢，為技術改造方案的首選。
 
引文格式：

[1]何榮權， 趙晨陽， 吳堯.某鉬礦高壓輥磨工藝流程研究.[J].礦山機械,2023,51(5):39-42.