高效解离碎磨设备联合工艺研究

时间：2024-06-19

孙明俊

(中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038)

0 前言

目前,随着优质矿产资源的不断开发,现有矿山普遍面临矿石禀赋贫细杂等问题,要取得较好的选矿指标入选矿石必须细磨才能使矿石得到充分解离。矿山行业面临的压力越来越大。降低矿山运营成本、多碎少磨、提高磨矿效率已成为现今矿山企业的发展趋势。对矿产资源开发利用来说,意义重大[1]。

矿石高效解离碎磨与工艺设备工作原理和产品特性密切相关。Tromans[2]研究矿石经过破碎后进入磨矿过程中,在达到目的产品粒级时,磨矿相对于破碎达到相同的比表面积所消耗的能量是碎矿的10 倍。郭小飞[3]对高压辊磨机粉碎后物料的粒度特性和磨矿特性进行研究,结果表明,辊面压力的增加,使粉碎产品破碎比增大,高压辊磨机产品的Bond 球磨功指数较颚式破碎机产品降低14.05%,高压辊磨机产品颗粒内部产生了大量的晶内裂纹和解离裂纹。美国Empire Iron Ore Mine 采用高压辊磨机粉碎自磨机产品中的顽石,保持自磨机内最佳粒度分布,每台自磨机的产量提高至120～150 t/h[4]。在磨矿过程中,球磨机的输入能量大部分消耗在自身筒体转动、磨矿介质、入磨物料在筒体的运动,对矿石的磨矿作用取决于磨矿介质与物料的冲击概率。立磨机由于其特殊的机械结构形式大大增加物料和磨矿介质的接触面积,强化单位体积的磨矿作用力。房鑫等[5]研究在给料粒度-0.044 mm含量为53.90%时,采用立磨机进行细磨,产品细度-0.044 mm 含量达到90%时,磨矿时间约为9.5 min,采用球磨机达到同样的产品细度则需要13 min。R.D.Morrison 等[6]通过球磨机和立磨机数值模拟能量耗散率(矿石受作用力)得出,球磨机的碰撞能耗主要集中在更高的能量区,当做功大于0.1 J后,能量贡献迅速下降;立磨机的碰撞能耗主要集中在0.1 mJ 附近,同时能量耗散率数量级远高于球磨机。球磨机适宜的磨矿粒级在100 μm-1 mm,立磨机磨矿粒级在-100 μm 时磨矿效率较高。

细碎或超细碎设备-高压辊磨机和细磨设备-立磨机在工业上具有较好的性能和应用效果,本文就以上设备技术特点、工艺流程及在工艺方案配置应用作分析和简述。

1 高效解离设备工作原理和技术特点

高压辊磨机作为新型高效细碎或超细碎设备在矿山行业得到广泛应用,在粉碎过程中,矿石颗粒通过给料装置“挤满给矿”,并随着挤压辊的转动带入辊间进行粉碎。其准静压的层压粉碎方式,矿石颗粒本身充当传压介质,当物料层受到辊面挤压时,矿石颗粒之间相互挤压产生巨大的压力导致矿石颗粒压实和粉碎,粉碎产品内部的微裂纹发育比较充分,细粒级含量高,矿物解离好,粉碎产品可磨性得到改善。高压辊磨机既可以代替常规细碎设备作为第三段破碎,也可以作为常规三段破碎后的第四段破碎(超细碎),当细碎或超细碎采用高压辊磨机时,其最终碎矿产品粒度可以达到P80=2 mm～7 mm,有效降低入磨矿石粒度,并且由于矿石经高压挤压后物料Bond 球磨功指数降低,磨矿能耗将显著下降。结合预抛废作业,极大减少了后续磨矿、选别作业的处理量、能耗,降低设备选型,减少选厂投资。

立磨机作为新型高效细磨设备由于其和球磨机相比的特殊机械结构在矿山行业得到广泛应用,球磨机的输入能量大部分消耗在自身机械机构、磨矿介质和矿石的转动,仅有1%～2%用以对矿石的冲击粉碎,而立磨机磨矿介质和物料在中央螺旋转轴作用下进行运动,立磨机的磨矿机制主要是摩擦和剪切,主要以小尺寸的介质球的磨剥作用使物料变细,几乎没有能量转化效率低的冲击粉碎作用,磨矿能耗较球磨机降低30%～50%。小尺寸的介质球研磨面积比相同负荷的球磨机提高3 倍,对于细磨来说,比球磨机更具有优势。立磨机的立式结构(筒身高、直径小)有利于物料分级,减少过磨,同时设备的占地面积小,有效减少厂房投资,且后续设备维护成本低[7]。

2 高压辊磨机和立磨机的工艺应用

2.1 典型高压辊磨机碎矿工艺流程

由于高压辊磨机产品粒度细、单位矿石(碎磨系统)耗电量低、处理能力大、设备运转率高(可24 h 连续作业),并可结合抛废作业,提高矿石的入选品位,结合高压辊磨机在铁矿、铜矿、钼矿、金矿等领域的实际应用情况来看,高压辊磨机主要作为第三段细碎和第四段超细碎工艺设备广泛应用于矿山行业中,但也有部分矿山将高压辊磨机应用于顽石破碎工艺。

图1 所示为高压辊磨机作为第三段细碎工艺流程,高压辊磨机的作业率一般与前两段碎矿流程保持一致,中碎产品进入筛分作业,筛上产品进入高压辊磨机,辊压产品和中碎产品合并后进入筛分作业。该工艺流程高压辊磨机粉碎产品较传统圆锥破碎机细粒级含量高,矿物单体解离好,Bond 球磨功指数降低,粉碎产品可磨性提高,预磨提高矿石解离度结合磁选或X 射线预选抛废作业,降低后续入磨矿量。

图1 高压辊磨机细碎工艺流程

图2 所示为高压辊磨机作为第四段超细碎工艺闭路流程,该流程高压辊磨机的作业率可以与球磨机匹配,24 h 连续作业,辊磨产品经筛分后,筛上产品返回高压辊磨机,筛下产品进入磨矿-旋流器分级系统,高压辊磨机闭路产品粒度达到P80=2 mm,有效降低入磨粒度,取消球磨机之前的粉矿仓,Bond 球磨功指数降低,粉碎产品可磨性提高,结合磁选预先抛尾,降低后续入磨矿量。同时作为碎矿工艺改造增加的第四段超细碎设备,可有效提高原有磨机20%～40%的处理能力,能耗降低13%左右,大幅降低碎磨成本,实现降本增效[8]。

图2 高压辊磨机超细碎工艺流程

图3 所示为高压辊磨机作为顽石破碎工艺流程,该流程高压辊磨机作为顽石破碎设备,有效处理了自磨/半自磨工艺中产生的大量临界尺寸顽石,降低返回磨机的顽石粒度,提高磨机的处理能力和磨矿效率.降低磨机功耗,减少磨机内大量顽石产生的过粉磨现象[9]。

图3 高压辊磨机顽石破碎工艺流程

2.2 典型立磨机细磨工艺流程

由于立磨机在细粒级磨矿过程中具有能耗低、效率高、产品解离度高、粒度均匀等特点,广泛应用于工艺要求产品粒度较细的二段或多段再磨回路中,多采用立磨机和水力旋流器组成再磨回路精准控制产品粒度特性[10]。

图4 所示为立磨机作为再磨设备的工艺流程,粗选精矿进入水力旋流器分级,分级溢流产品进入下一段选别作业,分级底流进入立磨机再磨,磨矿产品与粗选精矿合并后进入水力旋流器。

图4 再磨-旋流器分级工艺流程

该流程选用立磨机作为再磨设备,节约能耗,减少占地面积,降低设备装机功率,有效提高产品细度,显著提高后续选别作业的精矿品位和回收率。

3 高压辊磨机和立磨机集成系统联合工艺

高压辊磨机和立磨机的高效碎磨、碎磨产品特性、节能降耗等在各大矿山企业已充分发挥优势。矿山行业已逐步探索适宜的工艺流程采用高压辊磨机和立磨机集成系统联合工艺,将高压辊磨机代替传统细碎或超细碎设备,立磨机代替再磨流程中的球磨机。

在国外某磁铁矿属于“贫铁高硅,难磨难选”类型,矿石碎磨能耗高,嵌布粒度细,工艺流程需要三段磨矿,入选矿石粒度磨到-0.037 mm 才能选出高品位的铁精矿。该企业采用高压辊磨机作为第三段细碎,立磨机作为二段再磨设备和三段再磨设备,高压辊磨机辊压产品经粗磁选后抛废量达到32%～33%,降低后续工艺设备选型,节能减排效果显著;立磨机与球磨机比效率提高30%～50%,有效提高了磨矿效率,最终铁精矿品位达到TFe68.2%。高压辊磨机和立磨机集成系统联合工艺有效降低了选厂投资、碎磨系统能耗、设备运行维护和精矿产品成本,具有较为广阔的市场应用前景。