某钼礦高壓輥磨工藝流程研究

導讀
針對(duì)不同礦石與高壓輥磨工藝流程适應性問題，對(duì)某钼礦改造拟采用高壓輥磨開(kāi)路、5 mm 幹式閉路和 3 mm 濕式閉路 3 種(zhǒng)高壓輥磨工藝進(jìn)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産品粒度和邦德功指數均存在差異，3 mm 濕式閉路流程産品粒度和功指數均最低；以改造後(hòu)生産能(néng)力達 10 000 t/d 爲目标進(jìn)行選型核算，3 種(zhǒng)高壓輥磨工藝一段球磨機裝機功率分别爲 4 500、3 800 和 3 200 kW，3 mm 濕式閉路流程的一段磨礦能(néng)耗最低，适應性最強。
      1985 年，高壓輥磨機首次在西德水泥廠用于工業粉碎加工，随後(hòu)經(jīng) 30 多年的技術發(fā)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。高壓輥磨機具有生産效率高、節能(néng)顯著、投資少、操作維修方便等優點，特别是進(jìn)行礦石破碎的單位能(néng)耗低，符合國(guó)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爲終磨或半終磨設備，也可與幹式分級構成(chéng)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，輥磨産品直接進(jìn)行幹式或濕式磁選抛尾；有色金屬選礦廠高壓輥磨機通常作爲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，例如金堆城钼礦爲有色金屬行業首次引入高壓輥磨機作爲超細碎的選礦廠，采用經(jīng)典開(kāi)路流程；河南栾川某钼礦采用高壓輥磨機實施老選礦廠碎磨流程改造，形成(chéng) 5 mm幹式閉路篩分新流程，大幅提高了系統能(néng)力，降低了電耗；根據文獻 [8]，采用高壓輥磨機進(jìn)行預磨，形成(chéng)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(jìn)一步降低入磨粒度，提高系統産能(néng)，降低磨礦能(néng)耗。
高壓輥磨工藝在有色金屬選礦廠的運用存在 3 種(zhǒng)典型工藝流程：高壓輥磨開(kāi)路、5 mm 幹式閉路和 3 mm 濕式閉路。針對(duì)某特定金屬品種(zhǒng)的選礦廠，選擇何種(zhǒng)工藝流程通常需經(jīng)試驗研究和技術經(jīng)濟比較後(hòu)确定。目前，幾乎所有高壓輥磨機的工業運用均需進(jìn)行小型試驗或半工業試驗研究，通過(guò)研究獲得設備處理量、能(néng)耗以及粉碎效果随工作壓力變化的關系曲線等，以此作爲設備選型依據并指導後(hòu)續工業生産。通常情況下，高壓輥磨試驗僅針對(duì)選定工藝流程開(kāi)展試驗研究，對(duì) 3 種(zhǒng)工藝流程進(jìn)行對(duì)比研究的文獻報告較少。筆者針對(duì)某钼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(liǎng)方面(miàn)進(jìn)行系統研究和分析，對(duì) 3 種(zhǒng)工藝流程進(jìn)行簡單比較，推薦适宜的工藝流程。

1 概述

某钼礦選礦廠生産能(néng)力爲 7 000 t/d，工藝流程爲三段一閉路，磨礦有 2 條生産線，生産能(néng)力分别爲 5 000 t/d 和 2 000 t/d。5 000 t/d 生産線一段磨礦作業由 1 台 φ5.03 m×6.40 m 球磨機 (裝機功率爲 2 600 kW) 與一組 7-φ660 m 水力旋流器組成(chéng)。2 000 t/d 生産線一段磨礦由 4 台球磨機和 4 台螺旋分級機組成(chéng)：2 台 φ2.1 m×3.5 m 球磨機 (裝機功率爲 210 kW) 和 2 台ZF1500×2 型高堰式雙螺旋分級機完成(chéng) 800 t/d 的生産能(néng)力；2 台 φ2.7 m×3.6 m 球磨機 (裝機功率爲 400 kW)與 2 台 2FLG-2000 型雙螺旋分級機完成(chéng) 1 200 t/d 的生産能(néng)力。由于 2 000 t/d 生産系統設備陳舊，且設備規格小、數量多，管理和維護工作量大，因此拟對(duì)碎磨流程進(jìn)行技術升級改造。通過(guò)初步調研和分析，拟采用高壓輥磨機進(jìn)行碎磨系統改造，實現單系列生産能(néng)力達到 10 000 t/d 的目标。首先需确定何種(zhǒng)高壓輥磨機工藝适合本項目，其次對(duì)關鍵設備一段球磨機進(jìn)行選型計算和分析。
該钼選礦廠處理的金屬礦物主要爲輝钼礦、黃鐵礦、磁鐵礦，另有少量的赤鐵礦、钛鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦；脈石礦物主要是長(cháng)石、角閃石、石英、綠泥石、高嶺石，另有少量的黑雲母、絹雲母等。礦石原礦品位爲 0.14%，主要回收有價元素爲钼、鐵，礦石平均密度爲 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 研究内容

該钼礦選礦廠從建成(chéng)投産以來，處理礦石的性質變化較大，經(jīng)常導緻破碎和磨礦系統處理能(néng)力波動，當處理難碎磨礦石時，系統處理能(néng)力低，襯闆磨損嚴重。借鑒其他钼礦選礦廠技術改造的生産實踐經(jīng)驗，在三段一閉路流程後(hòu)引入高壓輥磨機作爲超細碎設備降低入磨粒度，提高系統整體碎磨能(néng)力。根據大量的文獻報道(dào)，有色金屬選礦廠高壓輥磨生産實踐選用3 種(zhǒng)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爲 -25 mm。
 
                                                           圖1 高壓輥磨開(kāi)路流程
 
                                                         圖2 5 mm 幹式閉路流程
 
                                                   圖3 3 mm 濕式閉路流程
該钼礦結合多年現場生産實踐，選取有代表性礦樣進(jìn)行試驗。礦樣由硬礦、中等硬度礦和軟礦組成(chéng)，根據地質模型和采礦排産計劃，3 種(zhǒng)礦樣按比例4∶4∶2 進(jìn)行配礦。對(duì)配好(hǎo)礦樣進(jìn)行 3 種(zhǒng)高壓輥磨工藝流程的試驗研究，獲得其産品粒度和邦德功指數參數。實驗室采用 1 台 CLM25/10 高壓輥磨機，設置工作壓力爲 8.0、10.0、12.0 MPa，轉速爲 20 r/min，每次給料 20 kg。

2.2 試驗結果

經(jīng)高壓輥磨機對(duì)礦樣不同含水率和不同輥壓條件的試驗研究，确定工藝流程試驗含水率爲 4%，輥壓爲 10.0 MPa。随後(hòu)在此條件下完成(chéng)開(kāi)路流程、5 mm 幹式閉路流程和 3 mm 濕式閉路流程的試驗研究。3 種(zhǒng)工藝流程産品粒度組成(chéng)如圖 4、5 所示，常規破碎、高壓輥磨開(kāi)路、5 mm 幹式閉路和 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産品粒度曲線
由圖 4 可知，3 mm 濕式閉路流程産品比開(kāi)路流程、5 mm 幹式閉路流程的産品所含細粒級更多，能(néng)爲後(hòu)續磨礦提供更細粒級的物料；開(kāi)路流程、5 mm幹式閉路流程、3 mm 濕式閉路流程的 P₈₀ 分别約爲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，随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(kāi)路流程提高 3.52 個百分點，比 5 mm 幹式閉路流程提高 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(néng)耗。
 
圖5 不同高壓輥磨工藝流程産品 -0.074 mm 含
圖6 中球磨邦德功指數均爲産品篩分控制粒度0.074 mm 的測定值。可以看出，高壓輥磨機能(néng)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産品粒度越低，功指數也越低；相比常規破碎，3 mm 幹式閉路流程産品邦德功指數降幅最大，達 19.40%，能(néng)進(jìn)一步改善礦石可磨性，提高磨礦效率，降低能(néng)耗。試驗研究結果表明，3 mm 濕式閉路流程産品能(néng)夠極大地改善後(hòu)續磨礦作業，主要體現爲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(duì)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産品粒度和球磨邦德功指數爲基礎，按單系列生産能(néng)力 10 000 t/d 進(jìn)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，在單系列生産能(néng)力爲 10 000 t/d、磨礦産品粒度 -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别。常規流程需 1 台 φ6.0 m×10.0 m 球磨機，裝機功率爲 5 700 kW；高壓輥磨開(kāi)路超細碎流程，一段球磨機僅需 1 台 φ5.5 m×8.8 m 球磨機，裝機功率爲 4 500 kW，較常規流程降低 21.05%；5 mm 幹式閉路流程可進(jìn)一步降低入料粒度和邦德功指數，僅需 1 台 φ5.5 m×8.0 m 球磨機，直徑與開(kāi)路流程一緻，但裝機功率進(jìn)一步降低，比常規破碎降低 33.33%；3 mm 濕式閉路流程僅需 1 台 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(néng)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 台 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緻，但裝機功率僅爲 2 600 kW。對(duì)其在 3 mm 閉路流程條件下的生産能(néng)力進(jìn)行核算，結果爲 8 125 t/d。若不追求 10 000 t/d的生産産能(néng)，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 的生産能(néng)力，3 mm 濕式閉路流程需改造的一段球磨機投資相對(duì)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(néng)耗和相對(duì)節省投資角度考慮，3 mm 濕式閉路流程具有顯著優勢，爲技術改造方案的首選。

4 結論

通過(guò)對(duì)某钼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(zhǒng)工藝流程試驗研究表明，閉路流程比開(kāi)路流程的産品粒度和邦德功指數更低，3 mm濕式閉路比 5 mm 幹式閉路的産品粒度更細，P₈₀ 達到1.6 mm，功指數降低至 12.96 kW·h/t。
(2) 通過(guò) 3 種(zhǒng)工藝流程産品功指數測定分析發(fā)現，不同粒度閉路流程不僅影響産品粒度，還(hái)影響産品球磨邦德功指數，3 mm 濕式閉路比 5 mm 幹式閉路功指數降低 0.72 個百分點，可進(jìn)一步改善礦石可磨性，降低一段磨礦能(néng)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(néng)力大幅提升，滿足 8 125 t/d 産能(néng)要求，相比 5 000 t/d 的生産能(néng)力提高了 62.50%。若要滿足 10 000 t/d 生産能(néng)力，需對(duì)球磨機進(jìn)行加長(cháng)，電動機功率調整爲 3 200 kW，此種(zhǒng)情況下，該流程相對(duì)于常規流程，安裝功率降低了 43.86%，節能(néng)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，爲技術改造方案的首選。
 
引文格式：

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