某超贫磁铁矿选厂应用高压辊磨—干选工艺效果研究

朱国斌 梅光军 康 倩 程 潜 李浩南

（1.武汉理工大学资源与环境工程学院，湖北武汉430070；2.承德天宝矿业集团滦平铁泰矿业有限公司，河北承德067602；3.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，湖北武汉430070）

在建设绿色矿山、美丽中国的大背景下，矿山企业均在积极寻求高效、低耗、低排放的生产方式。高压辊磨机超细碎—干式预选抛尾工艺是目前超贫磁铁矿矿山实现高效、低耗、低排放生产的经典工艺［1-3］。河北某超贫磁铁矿矿山联合科研单位对已投产的高压辊磨—悬浮干选工艺应用效果进行了考查、评价。

1 矿石性质

河北某超贫磁铁矿石中的金属矿物主要是磁铁矿，金属硫化物主要是黄铁矿；脉石矿物主要为角闪石、辉石、斜长石、石英、绿泥石和磷灰石等。磁铁矿主要以形态规则、粗细不等粒状及稀疏—星散浸染状嵌布于脉石粒间。矿石主要化学成分分析结果见表1，铁物相分析结果见表2。

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由表1、表2可知：矿石中可供选矿回收的主要元素铁含量为12.57%，主要以磁性铁、硅酸铁和赤褐铁形式存在，弱磁选可回收的铁仅占总铁的39.54%；矿石碱性系数为0.53，属半自熔性矿石。

2 原生产工艺与产品指标

选矿厂设计年处理能力为1 150万t，年铁精粉生产能力为90万t。碎矿车间采用标准的三段一闭路破碎流程，粗碎为1台PXZ1216液压旋回破碎机、中碎为3台CH870圆锥破碎机、细碎为6台HP500圆锥破碎机，细碎产品（≤15mm）进入粉矿仓前经过磁滑轮干选抛废（抛废产率约为13%，废石磁性铁品位约为1%）以提高入磨品位。磨选车间共3个系列，采用两阶段磨矿四阶段选别流程。一段磨矿由MQG4060型球磨机与ZKKW3661型直线筛形成闭路；二段磨矿由MQY4067型球磨机与FX610-GT×8旋流器组和D5F1216型高频细筛形成闭路；高频细筛筛下产品经第3、4段选别和过滤作业，获得铁品位约63.5%、水分小于10%的精矿（-0.074 mm不低于75%）。

3 半工业试验

为了解决矿石贫化后带来的生产成本增加、湿尾产出量增加导致尾矿库库容加速缩小的问题，对采用高压辊磨—干选抛尾技术改造现场工艺的可行性进行了研究。

鉴于高压辊磨机具有破碎效率高的特点，因此，在适当放粗细碎产品粒度至≤25 mm的情况下，进行了悬浮式粗粒干式预选+高压辊磨—悬浮式细粒干式再选工艺效果试验，工业试验工艺流程见图1。悬浮式粗粒干式预选试验安排在碎矿车间进行，1台XF500型悬浮式干选机取代筛分车间一个系列的原磁滑轮进行粗粒抛尾试验，然后将粗粒干选精矿（约60 t）运送至某高压辊磨（GLM200-160）半工业试验生产线进行辊压—悬浮式细粒干式再选试验（系统小时处理能力为20～60 t），试验结果见表3、表4。

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由表3可知：悬浮式干式预选—高压辊磨—悬浮式干式再选半工业试验精矿全铁品位为35.54%、磁性铁回收率为92.04%，综合尾矿磁性铁品位为0.49%，均达到设定指标标准（精矿全铁品位大于35%，尾矿磁性铁品位小于1%）；预选尾矿产率为30.32%，说明通过悬浮式干式预选可以减少进入高压辊磨—悬浮式干式再选的矿量30.32%；高压辊磨产品的悬浮式干选抛尾产率显著高于预选抛尾产率，达52.98%，从而使进入磨选系统的量仅为碎矿产品的16.70%，这使磨选及后续配套系统的生产能力有了大大的富余。

由表4可知，原矿粒度分布范围很宽，各粒级分布相对均匀，-1 mm粒级产率较高；预选尾矿中没有+20 mm粒级，表明原矿中该粒级中没有已解离的废石；高压辊磨机作业使产品粒度大幅度下降，干式再选精、尾矿粒度主要集中在-5 mm粒级，且几乎没有+10 mm粒级，粒度的大幅度下降为废石与铁矿物的解离创造了条件。

4 工艺流程改造

悬浮式干式预选—高压辊磨—悬浮式干式再选半工业试验结果表明，在原流程中增设悬浮式干式预选—高压辊磨—悬浮式干式再选系统使磨选及后续配套系统的生产能力有了极大的富余。为了充分利用已有磨选车间及后续配套系统的能力，使全流程能力匹配，实现企业经济效益的最大化，对粗、中、细碎系统进行了扩能改造，使碎矿系统的能力扩大至原来的3倍，同时将原细碎产品的磁滑轮干选改造为悬浮式干式预选，并增设干式预选精矿高压辊磨—悬浮式干式再选系统，在此基础上将一段闭路球磨系统由MQG4060型球磨机与ZKKW3661型直线筛配套优化改造为在造浆的基础上由FX610×12旋流器组分级与MQG4060型球磨机配套，改造后的工艺流程见图2。

5 改造效果分析

5.1 改造前后磨选系统给矿粒度分析

改造前后磨选系统给矿粒度对比见表5。

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由表5可知，与改造前相比，改造后细粒级含量显著增加，其中-0.074、-1、-3 mm粒级产率分别提高了15.54、32.97、33.59个百分点，这为减轻后续磨矿负担创造了条件。

5.2 改造前后磨选系统给矿的相对可磨度分析

对改造前后磨选系统给矿进行了相对可磨度试验，结果见图3。

由图3可知：以新生-0.074 mm占70%计，改造后磨选系统给矿相对改造前的相对可磨度系数为1.18，表明改造后磨选系统给矿的可磨性要好于改造前。这是由高压辊磨机层压粉碎特性决定的，在高能量传递效率的静压应力条件下，不仅辊压产品中产生大量的细粒和微细粒，而且在颗粒内部产生大量的微裂纹，从而改善了矿石的可磨性［4-6］。

生产实践表明，改造后一段球磨机的处理能力由360 t/h提高到460 t/h以上。生产现场反映出的球磨机处理能力提高幅度高于用相对可磨度算出的球磨机处理能力提升的幅度，这是由于在实验室进行相对可磨度试验时，将矿石破碎到-3 mm的过程中提前消除了+3 mm粒级中已产生的大量裂纹；同时，与改造前相比，改造后磨选系统给矿中多得多的-0.15 mm粒级又被筛出，掩盖了高压辊磨机在提高相对可磨度上的作用［6］。

5.3 改造前后干选系统指标分析

与常规干选设备相比，悬浮式干选机对超贫磁铁矿的抛尾效果优势显著［7-8］，改造前后干选系统指标见表6。

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由表6可知：①改造后进入磨选系统的矿量大幅度地减少至16.70%，比改造前减少69.90个百分点，这为大幅度降低磨选能耗、减少湿尾量、延长尾矿库的服务年限创造了条件。②改造后进入磨选系统的矿石磁性铁含量从改造前的5.62%大幅度提高至28.32%，比改造前提高22.70个百分点，入磨品位的大幅度提高为减少脉石的泥化、改善分选效果、提高最终精矿品位创造了条件。③改造后干抛尾矿磁性铁含量明显下降，在干抛尾矿量增加6倍以上的情况下保证了磁性铁的有效回收。

改造后能取得良好的干抛效果，一方面与入选粒度下降、磁性铁矿物与脉石矿物解离情况大幅度改善有关；另一方面与高压辊磨机发挥了选择性破碎效果，促使更多的破碎发生在2种矿物界面处有关［4-5］；另外，悬浮式干选机独特的分选原理为磁性矿物的高效富集创造了条件［7-8］。

5.4 改造前后产品指标分析

改造前后吨原矿耗水量由7.74 m3降至1.43 m3，磨选指标对比见表7。

注：磁性铁回收率和尾矿品位为磨选段湿式选别作业的数据。

由表7可知：在改造后的精矿细度由-0.074 mm占75%下降至67%的情况下，精矿铁品位较改造前提高了2.18个百分点，达65.66%；改造前后的湿选精矿磁性铁回收率和湿选尾矿铁品位基本相同。

6 结论

（1）河北某超贫磁铁矿选矿厂原选矿工艺的突出问题是干选抛废效果差，进入磨选作业的矿石品位低，磨选生产成本高，需送尾矿库堆存的湿尾量非常大，严重制约了企业生产经营与发展。

（2）对细碎产品进行的悬浮式干式预选（替代磁滑轮干选）—高压辊磨—悬浮式干式再选试验获得了全铁品位为35.54%、磁性铁回收率为92.04%、综合尾矿磁性铁品位为0.49%的干选精矿，预选尾矿产率为30.32%，再选抛尾产率达52.98%，使进入磨选系统的量仅为碎矿产品的16.70%，且粒度主要集中在-5 mm粒级，为大幅度减少磨选作业处理量、降低磨选工艺成本创造了条件。该试验取得的成果表明，采用细碎产品悬浮式干式预选（替代磁滑轮干选）—高压辊磨—悬浮式干式再选工艺对现场流程进行改造，将可以非常好地解决原工艺所存在的问题，使磨选及后续配套系统的生产能力有了极大的富余。

（3）以半工业试验成果为基础，并充分发挥已有磨选及后续配套系统的能力，实现全流程能力的匹配，将粗、中、细碎系统的能力扩大至原来的3倍，同时将原细碎产品的磁滑轮干选改造为悬浮式干式预选，并增设干式预选精矿高压辊磨—悬浮式干式再选系统，且对一段闭路球磨系统进行优化改造。改造后进入磨选系统的矿量大幅度地减少至16.70%，较改造前下降69.90个百分点；细粒级含量显著增加，其中-0.074、-1、-3 mm粒级产率分别提高了15.54、32.97、33.59个百分点；磨选系统给矿的可磨性显著好于改造前；磨选系统给矿磁性铁含量大幅度提高至28.32%，比改造前提高22.70个百分点；干抛尾矿磁性铁含量明显低于改造前，有效保证了磁性铁的回收；在精矿细度由-0.074 mm占75%下降至67%的情况下，铁品位却较改造前提高了2.18个百分点，达65.66%。

（4）新工艺的实施充分发挥了高压辊磨机的选择性破碎效果、悬浮式干选机的高效富集能力，大幅度降低了磨选能耗和湿尾产率，减少了脉石的泥化，降低了吨原矿耗水量，改善了分选效果，提高了最终精矿品位，延长了尾矿库的服务年限。