某鉬礦高壓輥磨工藝流程研究

導(dǎo)讀
針對不同礦石與高壓輥磨工藝流程適應(yīng)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(jìn)行試驗(yàn)和一段球磨機(jī)選型研究。結(jié)果表明，不同高壓輥磨工藝的產(chǎn)品粒度和邦德功指數(shù)均存在差異，3 mm 濕式閉路流程產(chǎn)品粒度和功指數(shù)均最低；以改造后生產(chǎn)能力達(dá) 10 000 t/d 為目標(biāo)進(jìn)行選型核算，3 種高壓輥磨工藝一段球磨機(jī)裝機(jī)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(yīng)性最強(qiáng)。
      1985 年，高壓輥磨機(jī)首次在西德水泥廠用于工業(yè)粉碎加工，隨后經(jīng) 30 多年的技術(shù)發(fā)展，目前已在水泥、金剛石、鐵精礦球團(tuán)預(yù)磨、鐵礦石超細(xì)碎以及有色金屬礦細(xì)碎或超細(xì)碎等多領(lǐng)域獲得廣泛運(yùn)用。高壓輥磨機(jī)具有生產(chǎn)效率高、節(jié)能顯著、投資少、操作維修方便等優(yōu)點(diǎn)，特別是進(jìn)行礦石破碎的單位能耗低，符合國家“雙碳”政策。
高壓輥磨機(jī)在不同行業(yè)運(yùn)用的工藝流程不同，水泥行業(yè)高壓輥磨機(jī)通常作為終磨或半終磨設(shè)備，也可與干式分級構(gòu)成新工藝流程；磁鐵礦選礦廠通常采用高壓輥磨機(jī) 3～6 mm 閉路流程，輥磨產(chǎn)品直接進(jìn)行干式或濕式磁選拋尾；有色金屬選礦廠高壓輥磨機(jī)通常作為超細(xì)碎或預(yù)磨設(shè)備使用。高壓輥磨機(jī)在有色金屬選礦廠不斷獲得工藝創(chuàng)新運(yùn)用，例如金堆城鉬礦為有色金屬行業(yè)首次引入高壓輥磨機(jī)作為超細(xì)碎的選礦廠，采用經(jīng)典開路流程；河南欒川某鉬礦采用高壓輥磨機(jī)實(shí)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(tǒng)能力，降低了電耗；根據(jù)文獻(xiàn) [8]，采用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行預(yù)磨，形成常規(guī)三段一閉路+3 mm 高壓輥磨濕式閉路 (預(yù)磨礦)+球磨的新工藝，可進(jìn)一步降低入磨粒度，提高系統(tǒng)產(chǎn)能，降低磨礦能耗。
高壓輥磨工藝在有色金屬選礦廠的運(yùn)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(jīng)試驗(yàn)研究和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。目前，幾乎所有高壓輥磨機(jī)的工業(yè)運(yùn)用均需進(jìn)行小型試驗(yàn)或半工業(yè)試驗(yàn)研究，通過研究獲得設(shè)備處理量、能耗以及粉碎效果隨工作壓力變化的關(guān)系曲線等，以此作為設(shè)備選型依據(jù)并指導(dǎo)后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)。通常情況下，高壓輥磨試驗(yàn)僅針對選定工藝流程開展試驗(yàn)研究，對 3 種工藝流程進(jìn)行對比研究的文獻(xiàn)報(bào)告較少。筆者針對某鉬礦選礦廠技術(shù)改造需求，從高壓輥磨機(jī)試驗(yàn)、一段磨礦選型兩方面進(jìn)行系統(tǒng)研究和分析，對 3 種工藝流程進(jìn)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(chǎn)能力為 7 000 t/d，工藝流程為三段一閉路，磨礦有 2 條生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力分別為 5 000 t/d 和 2 000 t/d。5 000 t/d 生產(chǎn)線一段磨礦作業(yè)由 1 臺(tái) φ5.03 m×6.40 m 球磨機(jī) (裝機(jī)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(chǎn)線一段磨礦由 4 臺(tái)球磨機(jī)和 4 臺(tái)螺旋分級機(jī)組成：2 臺(tái) φ2.1 m×3.5 m 球磨機(jī) (裝機(jī)功率為 210 kW) 和 2 臺(tái)ZF1500×2 型高堰式雙螺旋分級機(jī)完成 800 t/d 的生產(chǎn)能力；2 臺(tái) φ2.7 m×3.6 m 球磨機(jī) (裝機(jī)功率為 400 kW)與 2 臺(tái) 2FLG-2000 型雙螺旋分級機(jī)完成 1 200 t/d 的生產(chǎn)能力。由于 2 000 t/d 生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備陳舊，且設(shè)備規(guī)格小、數(shù)量多，管理和維護(hù)工作量大，因此擬對碎磨流程進(jìn)行技術(shù)升級改造。通過初步調(diào)研和分析，擬采用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行碎磨系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)單系列生產(chǎn)能力達(dá)到 10 000 t/d 的目標(biāo)。首先需確定何種高壓輥磨機(jī)工藝適合本項(xiàng)目，其次對關(guān)鍵設(shè)備一段球磨機(jī)進(jìn)行選型計(jì)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(jià)元素為鉬、鐵，礦石平均密度為 2.7 t/m³，礦石硬度系數(shù) f =9～12。

2 高壓輥磨流程試驗(yàn)研究

2.1 研究內(nèi)容

該鉬礦選礦廠從建成投產(chǎn)以來，處理礦石的性質(zhì)變化較大，經(jīng)常導(dǎo)致破碎和磨礦系統(tǒng)處理能力波動(dòng)，當(dāng)處理難碎磨礦石時(shí)，系統(tǒng)處理能力低，襯板磨損嚴(yán)重。借鑒其他鉬礦選礦廠技術(shù)改造的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在三段一閉路流程后引入高壓輥磨機(jī)作為超細(xì)碎設(shè)備降低入磨粒度，提高系統(tǒng)整體碎磨能力。根據(jù)大量的文獻(xiàn)報(bào)道，有色金屬選礦廠高壓輥磨生產(chǎn)實(shí)踐選用3 種典型工藝流程，如圖 1～ 3 所示。結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，高壓輥磨機(jī)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(jié)合多年現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)踐，選取有代表性礦樣進(jìn)行試驗(yàn)。礦樣由硬礦、中等硬度礦和軟礦組成，根據(jù)地質(zhì)模型和采礦排產(chǎn)計(jì)劃，3 種礦樣按比例4∶4∶2 進(jìn)行配礦。對配好礦樣進(jìn)行 3 種高壓輥磨工藝流程的試驗(yàn)研究，獲得其產(chǎn)品粒度和邦德功指數(shù)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)室采用 1 臺(tái) CLM25/10 高壓輥磨機(jī)，設(shè)置工作壓力為 8.0、10.0、12.0 MPa，轉(zhuǎn)速為 20 r/min，每次給料 20 kg。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)高壓輥磨機(jī)對礦樣不同含水率和不同輥壓條件的試驗(yàn)研究，確定工藝流程試驗(yàn)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(yàn)研究。3 種工藝流程產(chǎn)品粒度組成如圖 4、5 所示，常規(guī)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(shù)測定結(jié)果如圖 6 所示。
 
                                                                                                              圖4 不同高壓輥磨工藝流程產(chǎn)品粒度曲線
由圖 4 可知，3 mm 濕式閉路流程產(chǎn)品比開路流程、5 mm 干式閉路流程的產(chǎn)品所含細(xì)粒級更多，能為后續(xù)磨礦提供更細(xì)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(dá)到 13.66%，比開路流程提高 3.52 個(gè)百分點(diǎn)，比 5 mm 干式閉路流程提高 0.62 個(gè)百分點(diǎn)。就磨礦作業(yè)球磨機(jī)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(chǎn)品 -0.074 mm 含
圖6 中球磨邦德功指數(shù)均為產(chǎn)品篩分控制粒度0.074 mm 的測定值?？梢钥闯?，高壓輥磨機(jī)能降低球磨邦德功指數(shù)，與常規(guī)破碎流程比，功指數(shù)降低了1.49 個(gè)百分點(diǎn)；高壓輥磨機(jī)閉路流程控制產(chǎn)品粒度越低，功指數(shù)也越低；相比常規(guī)破碎，3 mm 干式閉路流程產(chǎn)品邦德功指數(shù)降幅最大，達(dá) 19.40%，能進(jìn)一步改善礦石可磨性，提高磨礦效率，降低能耗。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，3 mm 濕式閉路流程產(chǎn)品能夠極大地改善后續(xù)磨礦作業(yè)，主要體現(xiàn)為入磨粒度和球磨邦德功指數(shù)的雙降低。
 
圖6 不同工藝流程邦德功指數(shù)對比

3 一段球磨機(jī)選型

以不同高壓輥磨工藝流程試驗(yàn)獲得的產(chǎn)品粒度和球磨邦德功指數(shù)為基礎(chǔ)，按單系列生產(chǎn)能力 10 000 t/d 進(jìn)行一段球磨機(jī)選型計(jì)算，選型基本參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如表 1 所列。
由表 1 可知，在單系列生產(chǎn)能力為 10 000 t/d、磨礦產(chǎn)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(jī)邦德功指數(shù)的差異，一段球磨機(jī)選型規(guī)格存在明顯區(qū)別。常規(guī)流程需 1 臺(tái) φ6.0 m×10.0 m 球磨機(jī)，裝機(jī)功率為 5 700 kW；高壓輥磨開路超細(xì)碎流程，一段球磨機(jī)僅需 1 臺(tái) φ5.5 m×8.8 m 球磨機(jī)，裝機(jī)功率為 4 500 kW，較常規(guī)流程降低 21.05%；5 mm 干式閉路流程可進(jìn)一步降低入料粒度和邦德功指數(shù)，僅需 1 臺(tái) φ5.5 m×8.0 m 球磨機(jī)，直徑與開路流程一致，但裝機(jī)功率進(jìn)一步降低，比常規(guī)破碎降低 33.33%；3 mm 濕式閉路流程僅需 1 臺(tái) φ5.03 m×8.00 m 球磨機(jī)即滿足要求，該流程比常規(guī)流程裝機(jī)功率降低 43.86%，節(jié)能效果顯著。
表1 不同工藝流程中一段球磨機(jī)選型結(jié)果
 
現(xiàn)有的 1 臺(tái) φ5.03 m×6.40 m 球磨機(jī)，直徑與 3 mm 濕式閉路流程所需球磨機(jī)直徑一致，但裝機(jī)功率僅為 2 600 kW。對其在 3 mm 閉路流程條件下的生產(chǎn)能力進(jìn)行核算，結(jié)果為 8 125 t/d。若不追求 10 000 t/d的生產(chǎn)產(chǎn)能，維持現(xiàn)有球磨機(jī)規(guī)格，則可節(jié)省更換球磨機(jī)投資費(fèi)用約 3 000 萬～5 000 萬元；若追求 10 000 t/d 的生產(chǎn)能力，3 mm 濕式閉路流程需改造的一段球磨機(jī)投資相對最少。綜合以上分析可知，從降低一段球磨機(jī)裝機(jī)功率、降低磨礦能耗和相對節(jié)省投資角度考慮，3 mm 濕式閉路流程具有顯著優(yōu)勢，為技術(shù)改造方案的首選。

4 結(jié)論

通過對某鉬礦高壓輥磨工藝流程的試驗(yàn)研究和一段球磨機(jī)選型分析，得到以下結(jié)論。
(1) 高壓輥磨 3 種工藝流程試驗(yàn)研究表明，閉路流程比開路流程的產(chǎn)品粒度和邦德功指數(shù)更低，3 mm濕式閉路比 5 mm 干式閉路的產(chǎn)品粒度更細(xì)，P₈₀ 達(dá)到1.6 mm，功指數(shù)降低至 12.96 kW·h/t。
(2) 通過 3 種工藝流程產(chǎn)品功指數(shù)測定分析發(fā)現(xiàn)，不同粒度閉路流程不僅影響產(chǎn)品粒度，還影響產(chǎn)品球磨邦德功指數(shù)，3 mm 濕式閉路比 5 mm 干式閉路功指數(shù)降低 0.72 個(gè)百分點(diǎn)，可進(jìn)一步改善礦石可磨性，降低一段磨礦能耗。
(3) 一段球磨機(jī)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(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)能力大幅提升，滿足 8 125 t/d 產(chǎn)能要求，相比 5 000 t/d 的生產(chǎn)能力提高了 62.50%。若要滿足 10 000 t/d 生產(chǎn)能力，需對球磨機(jī)進(jìn)行加長，電動(dòng)機(jī)功率調(diào)整為 3 200 kW，此種情況下，該流程相對于常規(guī)流程，安裝功率降低了 43.86%，節(jié)能效果顯著?？傮w而言，高壓輥磨機(jī) 3 mm 濕式閉路流程具有顯著優(yōu)勢，為技術(shù)改造方案的首選。
 
引文格式：

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