齐大山铁矿石高压辊磨产品磨矿及解离特性研究*

袁致涛朱 烁李丽匣谢琪春

（1.东北大学资源与土木工程学院；2.攀钢集团矿业有限公司）

·矿物工程·

齐大山铁矿石高压辊磨产品磨矿及解离特性研究*

袁致涛1朱 烁1李丽匣1谢琪春2

（1.东北大学资源与土木工程学院；2.攀钢集团矿业有限公司）

以齐大山铁矿细碎矿石为对象，考察其高压辊磨机粉碎产品的磨矿特性和单体解离特性，并与实验室颚式破碎机粉碎产品进行比较，结果表明：当目标粒度分别为0.074和0.280 mm时，辊压产品的邦德球磨功指数分别比颚破产品的降低13.96%和28.23%；在－0.074 mm占80%磨矿细度下，－3.2和3.2～0.074 mm辊压产品与对应颚破产品的相对可磨度分别为0.83和0.86；辊压产品与颚破产品相比，－0.5 mm粒级中铁矿物的单体解离度高15.16个百分点，不同磨矿细度下的磨矿产物中铁矿物的单体解离度高5.55～0.98个百分点；辊压产品磨矿产物中的连生体属于二次磨矿时易于解离的连生体，而颚破产品磨矿产物中的连生体属于二次磨矿时难以完全解离的连生体。

高压辊磨产品 磨矿特性 解离特性

高压辊磨机作为一种新型矿岩粉碎设备，实施的是准静压料层粉碎，颗粒本身就可以充当传压介质。当料层受挤压时，各个颗粒之间相互产生的巨大压力导致颗粒变形或破碎，选择性破碎效果明显，粉碎产品颗粒内部微裂纹发育更充分，产品的粒度分布范围更宽、细粒级含量更高。高压辊磨机特殊的施压方式使其并不发生因颗粒摩擦或细粒造团而引起的能量损失，因而具有粉碎效率高、破碎能耗和钢耗低、单位处理能力大、破碎产品粒度均匀、占地面积少等特点［1-3］。

国内外就高压辊磨机的工艺参数对粉碎产品粒度特性的影响做过较多研究，并得出了一些理论模型，但对高压辊磨机粉碎产品加工性能方面的研究还不够深入。本研究以齐大山铁矿石为对象，考察其高压辊磨机粉碎产品的磨矿特性和单体解离特性，并与实验室颚式破碎机粉碎产品的相关特性进行比较。

1 试样及试验设备

试样为鞍钢集团齐大山铁矿选矿分厂的细碎产品，其堆密度为2.246 t／m3、含水率小于0.5%、d80＝9.7 mm。

试验用高压辊磨机的型号为CLM－25－10，其压辊直径为250 mm、压辊宽度为100 mm、辊面转速为0～0.52 m／s、辊面压力为0～7 N／mm2、工作辊隙为4～7 mm、电机功率为2×7.5 kW。其余试验设备如表1所示。

表1 其余试验设备

2 试验方法

式中，Wib为邦德球磨功指数，kWh／t；P1为目标粒度，μm；G为物料的可磨度，即闭路磨矿过程在循环负荷为250%条件下达到稳定状态时磨机每转动1周所新生成的目标产物量，g／r；F和P分别为给矿和磨矿产物的d80，μm。

（3）在给矿量为500 g、磨矿浓度为70%、磨矿时间分别为1、3、5、7、9、12 min条件下，采用筒形球磨机对两种－3.2 mm粉碎产品的全粒级和3.2～0.074 mm粒级进行目标粒度为0.074 mm的磨矿试验以得出辊压产品与颚破产品的相对可磨度，并进行磨矿动力学分析。

（4）采用偏光显微镜对两种粉碎产品中的－0.5 mm粒级进行铁矿物单体解离度测定；采用MLA对两种粉碎产品在－0.074 mm占40%、75%、95%细度下的球磨产物进行铁矿物单体解离度测定，并对其中的－0.074 mm占40%球磨产物进行连生体形态分析。

（1）分别采用高压辊磨机和颚式破碎机与筛孔尺寸为3.2 mm的标准筛配合对试样进行闭路粉碎。其中高压辊磨机的辊面压力为5.2 N／mm2、辊面速度为0.18 m／s、闭路循环次数为5次。

（2）采用邦德功指数球磨机对两种－3.2 mm粉碎产品进行目标粒度分别为0.074 mm和0.280 mm的邦德球磨功指数测定。邦德球磨功指数的计算公式为［4］

3 试验结果与分析

3.1 两种粉碎产品的邦德球磨功指数

两种－3.2 mm粉碎产品在目标粒度分别为0.074 mm和0.280 mm时的邦德球磨功指数测定结果如表2所示。

表2 邦德球磨功指数测定结果

由表2可知，当目标粒度分别为0.074和0.280 mm时，辊压产品的邦德球磨功指数分别为13.76和5.84 kW／（h·t），而颚破产品的对应值为15.99和8.14 kW／（h·t），前者比后者分别降低了13.96%和28.23%。这说明辊压产品更易被磨细。

3.2 辊压产品与颚破产品的相对可磨度

－3.2 mm和3.2～0.074 mm粉碎产品的磨矿细度与磨矿时间关系分别如图1、图2所示。

图1 －3.2 mm粉碎产品磨矿细度与磨矿时间关系

图2 3.2～0.074 mm粉碎产品磨矿细度与磨矿时间关系

从图1、图2可以看出：两种粉碎产品的磨矿细度均随着磨矿时间的延长而提高，但在相同的磨矿时间下，辊压产品与颚破产品相比，磨矿产物中的－0.074 mm含量更高，说明辊压产品较颚破产品易磨。以磨矿细度为－0.074 mm占80%为例，－3.2 mm和3.2～0.074 mm辊压产品与相应颚破产品的相对可磨度分别为

3.3 粉碎产品磨矿动力学分析

对－3.2 mm和3.2～0.074 mm粉碎产品进行磨矿动力学分析［5-6］。磨矿动力学方程如式（2）所示：

式中，R为经过时间t后，物料中指定粗粒级的含量，%；R0为t＝0时，物料中指定粗粒级的含量，%；k为与磨矿条件有关的参数；n为与物料性质有关的参数，n越大，表明新生成指定细粒级物料的速率越大。

对式（2）取两次对数，得

将图1、图2试验结果与式（3）进行拟合，结果如表3所示。

表3 粉碎产品磨矿动力学方程拟合结果

从表3可以看出，－3.2 mm和3.2～0.074 mm辊压产品的n值分别为1.0482和0.9866，而对应颚破产品的n值分别为1.0388和0.9320，说明辊压产品磨矿时新生成－0.074 mm物料的速率比颚破产品磨矿时新生成－0.074 mm物料的速率大，即辊压产品具有更好的可磨性。

3.4 粉碎产品及相应磨矿产物的单体解离度

3.4.1 －0.5 mm粉碎产品的单体解离度

两种粉碎产品的－0.5 mm粒级中铁矿物的单体解离度测定结果如表4所示。

表4 粉碎产品－0.5 mm粒级铁矿物单体解离度

从表4可以看出：辊压产品－0.5 mm粒级中铁矿物的单体解离度为77.15%，颚破产品－0.5 mm粒级中铁矿物的为61.99%，前者比后者提高了15.16个百分点；特别是在0.5～0.18 mm、0.18～0.074 mm和0.074～0.043mm这3个粒级中，辊压产品中铁矿物的单体解离度提高显著。

3.4.2 磨矿产物单体解离度

两种粉碎产品在－0.074 mm占40%、75%、95%细度下的磨矿产物中铁矿物的单体解离度测定结果见表5。

表5 粉碎产品磨矿产物铁矿物单体解离度

由表5可知，辊压产品磨矿细度分别为－0.074 mm占40%、75%、95%时，铁矿物单体解离度分别为73.27%、88.71%、95.11%，而颚破产品对应的铁矿物单体解离度分别为67.72%、85.84%、94.13%，前者的铁矿物单体解离度分别高5.55、2.87、0.98个百分点。这说明辊压产品中的铁矿物更易单体解离，只不过随着磨矿细度的提高，铁矿物单体解离度的提高幅度减小。

3.5 磨矿产物中连生体的形态

两种粉碎产品在－0.074 mm占40%细度下的磨矿产物中不同粒级的MLA照片见图3～图7。

图3 磨矿产物中＋0.17 mm粒级的M LA照片

图4 磨矿产物中0.17～0.105 mm粒级的M LA照片

从图3～图7中可以观察到，辊压产品磨矿产物中的连生体以毗邻状、斑点状和脉状连生体为主，且组成矿物连生边界线比较舒缓并呈线性弯曲状，共用边界单一而少有变化，属于二次磨矿时组成矿物易于解离的连生体，而颚破产品磨矿产物中的连生体以浸染状、皮膜状和复皮壳状连生体为主，连生体的结构复杂多样，二次磨矿时组成矿物完全解离困难［7］。总体而言，辊压产品磨矿产物中的连生体解离性能较好，二次磨矿后更易于完全解离。

图5 磨矿产物中0.105～0.074 mm粒级的M LA照片

图6 磨矿产物中0.074～0.044 mm粒级的M LA照片

4 结 论

（1）当目标粒度分别为0.074和0.280 mm时，辊压产品的球磨功指数分别为13.76和5.84 kW／（h·t），而颚破产品的球磨功指数为15.99和8.14 kW／（h·t），说明辊压产品更易被磨碎。

（2）当磨矿细度为－0.074 mm占80%时，－3.2和3.2～0.074 mm辊压产品与对应颚破产品的相对可磨度分别为0.83和0.86。

图7 磨矿产物中0.044～0.011 mm粒级的M LA照片

（3）辊压产品－0.5 mm粒级中铁矿物的单体解离度为77.15%，比颚破产品－0.5 mm粒级中铁矿物的单体解离度高15.16个百分点；当磨矿细度为－0.074 mm占40%、75%、95%时，辊压产品磨矿产物中铁矿物的单体解离度为73.27%、 88.71%、95.11%，比颚破产品磨矿产物中铁矿物的单体解离度高5.55、2.87、0.98个百分点。

（4）辊压产品磨矿产物中的连生体属于二次磨矿时组成矿物易于解离的连生体，而颚破产品磨矿产物中的连生体属于二次磨矿时组成矿物难以完全解离的连生体。

［1］刘建远，黄瑛彩.高压辊磨机在矿物加工领域的应用［J］.金属矿山，2010（6）：1-8.

［2］罗主平，刘建华.高压辊磨机在我国金属矿山的应用与前景展望（一）［J］.现代矿业，2009（2）：33-37.

［3］Maxton D，Morley C，Bearman R.Aquantification of the benefits of high pressure rolls crushing in an operating environment［J］.Mineral Engineering，2003，16：827-838.

［4］刘建远.关于矿石粉碎特性参数及其测定方法［J］.金属矿山，2011（10）：9-19.

［5］刘炯天，樊民强.试验研究方法［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2006：195.

［6］于福家，印万忠，刘 杰，等.矿物加工实验方法［M］.北京：冶金工业出版社，2010：25-27.

［7］周乐光.工艺矿物学［M］.2版.北京：冶金工业出版社，2002：237-238.

Grinding and Liberation Characteristics of the High-pressure Grinding Roller Product for Qidashan Iron Ore

Yuan Zhitao1Zhu Shuo1Li Lixia1Xie Qichun2
（1．College of Resources＆Civil Engineering，Northeastern University；2．Pangang Group Mining Co．，Ltd．）

Taking fine crushing ores from Qidashan iron ore as study object，the grinding characteristics and liberation characteristics of high pressure grinding roller productwere investigated and compared with that of the laboratory jaw crushing products.The results showed that：the Bond ballmillwork index of HPGR productswere respectively lower by 13.96% and 28.23%than that of the jaw crushing product when the particle was in 0.074 mm and 0.280 mm.With regrinding fineness of－0.074 mm 80%，the relative grind-ability of HPGR and JC product in particle size of－3.2 mm and 3.2～0.074 mm reached 0.83 and 0.86.Compared with the JC products，the liberation degree of HPGR product in－0.5 mm was increasing by15.16%，and the liberation degree of iron ore in HPGR product is higher by 5.55 to 0.98 percent point under different grinding fineness.In addition，the intergrowth of valuableminerals in HPGR product can be easily liberated at secondary grinding，while JC productwas in reverse.

High-pressure grinding roller，Grinding characteristics，Liberation characteristics

2013-08-23）

*国家高技术研究发展计划（863计划）项目（编号：2012AA062301），中央高校基本科研业务费项目（编号：N100401007），教育部新世纪优秀人才支持计划项目（编号：NCET－10－0308）。

袁致涛（1971—），男，教授，110819辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号。