不同破碎方式对鞍山式赤铁矿石磨矿特性的影响

翁兴媛 杨启帆， 刘 磊 曹进成，3

(1.辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁 阜新 123000；2.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；3.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

不同破碎方式对鞍山式赤铁矿石磨矿特性的影响

翁兴媛1杨启帆1，2刘 磊2曹进成2，3

(1.辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁 阜新 123000；2.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，河南 郑州 450006；3.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳 110819)

高压辊磨破碎是基于料层粉碎的一种新型破碎方式，不仅本作业破碎效率高、能耗低、粉矿量大，而且破碎产品颗粒内部丰富的微裂纹也有利于后续磨矿作业节能。为了定量评价高压辊磨破碎对后续磨矿的影响，以鞍山式某赤铁矿石为试样，进行了磨矿技术效率和Bond球磨功指数试验。结果表明：由于高压辊磨产品中小于指定粒度(-0.074 mm)的物料产率明显较高，因而在较粗磨矿细度下，高压辊磨产品的磨矿技术效率均略低于颚式破碎产品，但随着磨矿细度的提高，二者的差距越来越小，当-0.074 mm占85%时，二者的磨矿技术效率相当，超过该磨矿细度，则磨矿效率开始小幅反超；目标粒度为280、150、105、74 μm时，高压辊磨产品的Bond球磨功指数比颚式破碎产品分别低9.41%、7.70%、4.97%和4.28%，降低的幅度随目标粒度的降低而减小，表明高压辊磨破碎对一段磨矿有显著的节能效果。

赤铁矿 高压辊磨机 颚式破碎机 Bond球磨功指数 磨矿技术效率

随着破碎理论研究的不断深入和破碎设备及其相关技术的不断发展，传统的破碎工艺正受到新的挑战。受节能降耗、降本增效理念的指引，人们一直在追求矿石破碎过程能耗的最小化[1]。

高压辊磨机是一种新型、高效的破碎设备，基于料层粉碎原理而设计，具有单位破碎能耗和钢耗低、处理能力大、占地面积少等特点。经高压辊磨机粉碎的矿石，粉矿量大，颗粒内部微裂纹丰富[2-6]，高压辊磨产品中大量的微裂纹有利于节省后续磨矿能耗。

为了尽可能定量评价高压辊磨破碎对后续磨矿的积极影响，本试验将以鞍山式赤铁矿石为试样，以一定目标粒度下的Bond球磨功指数和磨矿技术效率为依据，对比了相同粒度范围的高压辊磨产品和颚式破碎产品的可磨性差异。

1 试验原料与加工

试验原料为鞍山式赤铁矿石，铁品位为27.02%，主要有用矿物是赤铁矿和磁铁矿，脉石矿物主要为石英，SiO2含量为57.64%，粒度为25～0 mm。原料分别经CLM-25-10型高压辊磨机和RK/PEF-60×100型颚式破碎机闭路破碎至3.2～0 mm和2～0 mm，3.2～0 mm粒级试样用于Bond球磨功指数试验，2～0 mm粒级试样用于磨矿技术效率试验。辊磨机的辊面压力参照文献[7]选定为4.4 N/mm2，2种破碎产品筛析结果见图1。

图1 2种破碎产品的粒度分布

从图1可以看出，高压辊磨产品的细粒级含量明显较高，其F80=1.05 mm，颚式破碎产品的F80=1.42 mm。

2 试验方法

2.1 磨矿技术效率试验

磨矿技术效率[8]

(1)

式中，E技为合格粒级的磨矿技术效率，%；γ为磨矿产品中小于指定粒度的物料产率，%；γ1为给矿中小于指定粒度的物料产率，%；γ2为给矿中过粉碎粒级产率，%；γ3为磨矿产品中过粉碎粒级产率，%。

试验采用XMB-70A型三辊四筒球磨机对2种方式破碎的产品(-2 mm)进行磨矿，目标粒度为-74 μm，过粉碎粒度为-31 μm，磨矿产品筛析得γ及γ3，从图1中读取γ1和γ2值，并计算E技。

2.2 Bond球磨功指数试验

试验分析方法为Bond球磨功能指数法[9]。Bond球磨功指数是反映物料在球磨机中抵抗磨碎能力的参数，其计算公式为

(2)

式中，Wib为Bond球磨功指数，kWh/t；P1为目标细度的筛孔尺寸，μm；Gbp为磨矿平衡时球磨机每转1转新生成的筛下粒级的质量，g/r；P80为产品中80%物料通过的粒度，μm；F80为给料中80%物料通过的粒度，μm。

对2种破碎产品采用φ305×305型球磨机分别进行磨矿功指数测定。循环负荷设定为250%，试验的目标粒度P1分别为280、150、105、74 μm，Gbp取试验达到平衡时最后2个周期Gbp的平均值，对闭路磨矿产品进行筛分，得出P80，最后计算出Wib。

3 试验结果与分析

3.1 2种破碎产品磨矿技术效率对比

磨矿细度(-0.074 mm)分别为45%、55%、65%、75%和85%时的E技见图2。

图2 不同磨矿细度下2种破碎产品的E技

从图2可以看出，在较粗的磨矿细度下，高压辊磨产品的磨矿技术效率均略低于颚式破碎产品，但随着磨矿细度的提高，二者的差距越来越小，当-0.074 mm产率达到或超过85%时，高压辊磨产品的磨矿技术效率高于颚式破碎产品。

在磨矿初期，颚式破碎产品的磨矿技术效率较高主要与其给矿粒度明显粗于高压辊磨产品有关；随着磨矿的继续，高压辊磨产品中微裂纹对磨矿的有利作用不断积累，逐步抵消球磨给矿粒度的影响，以至于到某一磨矿细度情况下二者的磨矿技术效率达到平衡；超过某一磨矿细度后，高压辊磨产品的磨矿技术效率将超过颚式破碎产品。

3.2 2种破碎产品的Bond球磨功指数对比

目标粒度P1分别为280、150、105、74 μm情况下的磨机转数r、Gbp、P80值见表1，计算的Wib见图3。

表1 不同目标粒度下2种破碎产品的磨机转数r、Gbp 、P80

图3 不同目标粒度下2种破碎产品的Wib

从表1可以看出，在所有目标粒度下，高压辊磨产品达到磨矿平衡时的磨机转数和P80均小于颚式破碎产品，但随着目标粒度的下降，高压辊磨产品磨机转数降低的幅度明显下降，在目标粒度为280、150、105、74 μm 时，与颚式破碎产品相比，高压辊磨产品磨机转数降低的幅度依次为35.96%、21.16%、20.44%、15.51%，这表明高压辊磨产品达到相同的目标细度所需的磨矿时间差距越来越小，高压辊磨产品易磨，而且产品细粒含量更高；与颚式破碎产品相比，高压辊磨产品在球磨机内每转1转，新生成的筛下粒级的质量较高，但随着目标粒度的下降，二者的差距在逐渐减小，这表明高压辊磨产品更易磨，在目标粒度较粗时这种差距体现得更充分。

从图3可以看出，在所有目标粒度下，高压辊磨产品的Bond球磨功指数均低于颚式破碎产品，但随着目标粒度的降低，高压辊磨产品Bond球磨功指数降低的幅度逐渐减小。目标粒度为280、150、105、74 μm时，与颚式破碎产品相比，高压辊磨产品Bond球磨功指数的降幅依次为9.41%、7.70%、4.97%和4.28%。

4 结 论

(1)在较粗磨矿细度下，高压辊磨产品的磨矿技术效率均略低于颚式破碎产品，但随着磨矿细度的提高，二者的差距越来越小，当-0.074 mm占85%时，二者的磨矿技术效率相当，超过该磨矿细度则磨矿效率开始小幅反超。这主要与高压辊磨产品中小于指定粒度(-0.074 mm)的物料产率明显高于颚式破碎产品有关；随着磨矿的继续，高压辊磨产品中微裂纹对磨矿的有利作用不断积累，逐步抵消球磨给矿粒度的影响，以至于到某一磨矿细度情况下二者的磨矿技术效率相当；超过某一磨矿细度后，高压辊磨产品的磨矿技术效率将超过颚式破碎产品。

(2)目标粒度为280、150、105、74 μm时，高压辊磨产品的Bond球磨功指数比颚式破碎产品分别低9.41%、7.70%、4.97%和4.28%，降低的幅度随目标粒度的降低而减小，表明高压辊磨破碎对一段磨矿有显著的节能效果。

[1] 薛 敏.高压辊磨的应用与探讨[J].金属矿山，2010(3):111-112. Xue Min.Discussion on the application of high-pressure roller mill[J].Metal Mine，2010(3):111-112.

[2] Norgate T E，Weller K R.Selection and operation of high pressure grinding rolls circuits for minimum energy consumption[J].Minerals Engineering，1994，7:1253-1267.

[3]Namik A A,Levent E,Hakan B.High pressure grinding rolls (HPGR) applications in the cement indusrty[J].Minerals Engineering，2006，19:130-139.

[4] Torres M，Casali A.A novel approach for the modelling of high pressure grinding rolls[J].Minerals Engineering，2009，22:1137-1146.

[5] 孙业长.杨林坳钨矿石高压辊磨产品特性研究[J].金属矿山,2013(11):43-45. Sun Yechang.Investigation on characteristics of high pressure grinding roller product of tungsten ore from Yanglin'ao[J].Metal Mine，2013(11):43-45.

[6] 袁致涛,朱 烁,李丽匣,等.齐大山铁矿石高压辊磨产品磨矿及解离特性研究[J].金属矿山,2013(10):50-53. Yuan Zhitao,Zhu Shuo,Li Lixia,et al.Grinding and liberation characteristics of the high-pressure grinding roller product for Qidashan iron ore[J].Metal Mine，2013(10):50-53.

[7] 袁致涛，刘 磊，严 洋，等.高压辊磨机粉碎贫赤铁矿产品粒度特性[J].东北大学学报:自然科学版，2011(6):875-878. Yuan Zhitao，Liu Lei，Yan Yang，et al.Product size characteristics of low-grade hematite in high pressure grinding roll[J].Journal of Northeastern University:Natural Science，2011(6):875-878.

[8] 段希祥.碎矿与磨矿[M].北京:冶金工业出版社，2010. Duan Xixiang.Crushing and Grinding[M].Beijing:Metallurgical Industry Press，2010.

[9] 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. Yu Fujia，Yin Wanzhong，Liu Jie，et al.Experiment of Mmineral Processing Method[M].Beijing:Metallurgical Industry Press，2010.

(责任编辑 罗主平)

Effect of Different Broken Way on Grinding Characteristics of Anshan-type Hematite

Weng Xingyuan1Yang Qifan1，2Liu Lei2Cao Jincheng2，3

(1.CollegeofMiningEngineering，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin123000，China;2.ZhengzhouInstituteofMultipurposeUtilizationofMineralResources，ChineseAcademyofGeologicalScience，Zhengzhou450006，China；3.CollegeofResourcesandCivilEngineering，NortheasternUniversity，Shenyang110819，China)

High pressure grinding roll (HPGR) is a new crushing method designed on the laminated grinding.It has characteristics of high crushing efficiency，low energy consumption，more amount of fine grains，and the subsequent micro-crack within the crushed product is benefit for save energy during the followed grinding operation.Taking an Anshan type hematite ore as the sample，experiments on grinding technology efficiency and bond work index of ball mill were conducted in order to quantitatively evaluate the energy saving effect of HPGR crushing on subsequent grinding operation.The results showed that in the coarse grinding fineness range，the grinding technology efficiency of HPGR products was slightly lower than that of the jaw crusher (JC)，which resulted from HPGR products have a slightly higher yield rate of specified size (-0.074 mm).However，the gap decreased as the grinding fineness increases，and the two grinding technology efficiency was quite the same at the grinding fineness of 85% passing 0.074 mm,as the grinding finess getting finer,the grinding technodogy efficiency began to come back slightly.When the target size of 280，150，105，74 μm，the Bond work index of HPGR products lowered by 9.41%，7.70%，4.97% and 4.28% than that of JC，thus the decrease range is lowered with the target size decreased.It is indicated that HPGR crushing has significant energy saving effect on primary grinding operation.

Hematite，High pressure grinding roll，Jaw crusher，Bond work index of ball mill，Grinding technology efficiency

2014-11-23

国家自然科学基金项目(编号：51304175)。

翁兴媛(1967—)，女，副教授，硕士研究生导师。

TD921+.2

A

1001-1250(2015)-03-120-03