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(shù)均存在差異，3 mm 濕式閉路流程產品粒度和功指數(shù)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(yè)粉碎加工，隨后經 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。高壓輥磨機具有生產效率高、節(jié)能顯著、投資少、操作維修方便等優(yōu)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(yè)運用的工藝流程不同，水泥行業(yè)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(chuàng)新運用，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(tǒng)能力，降低了電耗；根據(jù)文獻 [8]，采用高壓輥磨機進行預磨，形成常規(guī)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(tǒng)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(yè)運用均需進行小型試驗或半工業(yè)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(jù)并指導后續(xù)工業(yè)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(tǒng)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(yè)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(tǒng)設備陳舊，且設備規(guī)格小、數(shù)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(tǒng)改造，實現(xiàn)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(shù) 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(tǒng)處理能力波動，當處理難碎磨礦石時，系統(tǒng)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(tǒng)整體碎磨能力。根據(jù)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(xiàn)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(jù)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(shù)參數(shù)。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(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(xù)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(yè)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(shù)均為產品篩分控制粒度0.074 mm 的測定值?？梢钥闯?，高壓輥磨機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 個百分點；高壓輥磨機閉路流程控制產品粒度越低，功指數(shù)也越低；相比常規(guī)破碎，3 mm 干式閉路流程產品邦德功指數(shù)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(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(shù)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(shù)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(shù)的差異，一段球磨機選型規(guī)格存在明顯區(qū)別。常規(guī)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(guī)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(shù)，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(guī)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(guī)流程裝機功率降低 43.86%，節(jié)能效果顯著。
表1 不同工藝流程中一段球磨機選型結果
 
現(xiàn)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(xiàn)有球磨機規(guī)格，則可節(jié)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(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(shù)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(shù)降低至 12.96 kW·h/t。
(2) 通過 3 種工藝流程產品功指數(shù)測定分析發(fā)現(xiàn)，不同粒度閉路流程不僅影響產品粒度，還影響產品球磨邦德功指數(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(xiàn)有設備基礎上實現(xiàn)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(guī)流程，安裝功率降低了 43.86%，節(jié)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(yōu)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.