东平宏达选矿厂破碎流程优化探讨

董风芝，罗少慧，战川，李同家

(1.山东理工大学 资源与环境工程学院，山东 淄博 255049；2.山东金谷能源科技有限公司，山东 淄博 255000；3.山东东平宏达矿业有限公司，山东 东平 271000)

破碎磨矿作业是现代矿山选矿厂必不可少的重要组成部分，通常破碎磨矿设备投资占选矿厂全部设备投资的50%以上，能耗约占总体的60%～70%。由于磨矿作业单位能耗更高，所以“多碎少磨”是业界公认的节能降耗理念[1-2]。如何优化破碎流程，为磨矿作业提供可磨性更高的给料，从而降低总的破碎磨矿能耗，一直是选矿厂流程设计中的重要问题之一。

东平宏达矿业公司是一家磁铁矿采选企业，选矿厂采用碎磨+磁选工艺，原矿年处理能力200万t。为了解选矿工艺流程中各作业、各工序、各机组的生产现状和存在的问题，进行了选矿厂全流程考查，本文根据对破碎流程的考查结果，分析了现有破碎流程存在的主要问题，提出了破碎流程节能降耗优化途径，为企业破碎流程的技术改造提供参考。

1 现场情况

1.1 破碎流程

原矿用颚式破碎机粗碎后，给入皮带运输机进行磁滑轮预选抛废，废石进入石料加工车间细碎，再经磁滑轮回收一次磁性铁矿物，之后经分级筛分级获得不同规格的建筑用石料。磁性铁矿石经圆锥破碎机中碎、细碎后给入筛孔15 mm圆振动筛筛分，筛下产品进入高压辊磨机进行超细粉碎，粉碎产品送至筛孔8 mm弛张筛进行筛分，筛上产品返回高压辊磨机，筛下产品送至粉矿仓用作后续磨矿、磁选的原料，具体流程如图1所示。

图1 现场破碎流程Fig.1 Crushing process currently used

1.2 破碎机工艺参数

测定各段破碎机的给、排矿最大粒度，计算相应的破碎比，其主要工作参数见表1。

表1 破碎机主要工作参数Tab. 1 Main working parameters of crusher

粗中细碎的总破碎比为33.33，破碎比的分配基本合理。粗碎破碎比偏低，主要原因是粗碎产品中存在较多片状大块，使得计算粒度偏大。

1.3 筛分机主要工作指标

圆振动筛筛孔尺寸15 mm，测得筛下产品中小于15 mm粒级质量分数为97.94%，说明筛下物质量高，过大颗粒含量极少。根据相关参数计算，筛分质效率为78.29%，量效率为81.14%，筛分效率略偏低，筛上物料中合格细粒偏多。闭路细碎循环负荷率93.01%，明显偏低。

测得弛张筛筛上产品中小于8 mm粒级的质量分数仅有3.35%，说明绝大部分小于筛孔的颗粒能及时过筛，筛分量效率高达98.67%，筛上物料中基本没有小于8 mm的颗粒；然而，筛下产品中含有15.16%的大于8 mm颗粒，致使弛张筛筛分质效率仅为67.12%，这主要是由弛张筛工作原理所导致，属于正常情况。经计算，闭路辊压粉碎循环负荷率为34.03%，在合理范围内[3]。

1.4 高压辊磨机工作状况

对高压辊磨机的给料、产品进行筛分分析，根据筛分分析结果绘制正累积粒度特性曲线，如图2所示。

图2 高压辊磨机给料和产品正累积粒度特性曲线Fig.2 Positive cumulative particle size characteristic curve of feed and product of high pressure roller mill

由图2可看出，两条曲线的形状基本相同，产品曲线略凹，说明经过高压辊磨机超细碎后产品中细粒级含量没有明显提高，高压辊磨机的性能优势没有得到发挥。

分别对给料与产品中小于8 mm、3 mm、1 mm粒级的质量分数进行了对比，结果见表2。

表2 高压辊磨机给料与产品中细粒级质量分数Tab. 2 Content of fine particles in feed and product of high pressure roller mill 单位:%

由表2数据对比可知，粉碎产品中细粒级质量分数提高幅度不大。从小于0.074 mm粒级质量分数来看，高压辊磨机产品中通常占比1/4以上[1]，而现场则仅有6.53%，差距较大，可见高压辊磨机超细粉碎没有达到预期的粉碎效果。

计算高压辊磨机粉碎比，按95%通过率计的最大粒度，给料为14.4 mm，产品为10.8 mm，则高压辊磨机的粉碎比为14.2/10.4=1.33；按d50计，给料为5.2 mm，产品为3.0 mm，则高压辊磨机的粉碎比为5.2/3.0=1.73，可见高压辊磨机粉碎比明显偏低[3]。

综合分析，高压辊磨机远远没有发挥其设备优势，应综合调整优化其工作参数，提高超细粉碎效率。

2 破碎流程优化措施分析

2.1 优化高压辊磨机工艺参数

高压辊磨机是利用“挤压粉碎”原理完成物料粉碎，通常会使得粉碎产物细粒级质量分数更高、更易磨[1]；然而，从东平宏达公司高压辊磨机实际使用效果看，产品中细粒级质量分数与常规破碎产物没有明显区别，高压辊磨机的特性没有得到充分发挥。分析其原因，主要是高压辊磨机工艺参数设置不尽合理，造成粉碎过程中物料密实度不够，大大降低了挤压粉碎效果。需要对辊子间隙、辊子转速、压力、给料量、料层高度等关键参数进行系统优化，发挥高压辊磨机挤压粉碎特性，降低粉碎产品粒度，极大提高细粒级含量，为磨矿作业提供更易磨的入磨物料，降低总体能耗[4]。

2.2减少弛张筛筛孔，降低最终产品粒度

破碎流程中使用高压辊磨机的主要目的之一，是降低破碎产物的最终产品粒度，从而提高后续磨矿作业的磨矿效率，实现“多碎少磨”，降低总能耗。根据高压辊磨机使用实践经验，最终产品粒度多在5 mm以下[1,3]。东平宏达公司弛张筛筛下物最大粒度10.8 mm，明显过大，可采用4 mm筛孔，产品最大粒度可控制在5 mm左右。

现场高压辊磨机排料中小于4 mm粒级含量在43%左右。在对高压辊磨机工作参数有效优化后，高压辊磨机处于正常工作状态下，产品中小于4 mm粒级质量分数可达到60%以上[2,5-6]，相应的弛张筛采用4 mm筛孔后循环负荷率在50%以下，处于合理范围内[3]。循环负荷率比现场数值有所提高，对提高高压辊磨机的粉碎效率有利。

2.3 增大圆振动筛筛孔，适当增大细碎机排矿口

根据高压辊磨机粉碎原理及相关研究，高压辊磨产品粒度分布具有一种不受给料粒度分布、辊速和水分变化影响的自相似性分布[5]。在给矿粒度不过大(通常<30 mm)的情况下，其粉碎产品的粒度特性与给矿物料粒度关系不大。

东平宏达公司高压辊磨机给矿粒度0～15 mm，属于比较细的给料，但粉碎产品细度并没有相应提高，可考虑适当增大给料粒度。根据选厂实际情况，可将圆振动筛筛孔扩大为20 mm，则粗中细碎总破碎比由33.33降为25.00。通过合理优化破碎比分配，可提高整个破碎系统处理能力，相对降低单位原矿的破碎能耗，实现降本增效。例如，破碎比分配由1.724、4.833、4.000调整为1.38、4.53、4.00，则粗中细碎破碎机排矿口尺寸比原来分别增大25%、33%、33%。破碎机排矿口尺寸是影响处理能力的主要因素且与处理能力成正比，破碎系统处理能力整体可提高20%以上。

2.4 筛上物料预选

筛分作业的筛上产物可以进行预先抛尾，进而降低细碎破碎机、高压辊磨机的负荷率，有利于降低能耗。对圆振动筛和弛张筛的筛上产物分别进行了磁滑轮干式磁选，考查提前干磁抛尾的可能性。根据预选试验结果，圆振动筛筛上物预选抛尾率7.96%，弛张筛筛上物预选抛尾率11.54%，预选效果比较理想。弛张筛的筛上物预选效果更好，主要是由于物料更细、矿物解离度更高。磁滑轮预选抛尾后，提高了矿石品位，降低了能耗。同时预选抛尾可降低物料总通过量，相对提高了高压辊磨机的处理能力，保证高压辊磨机超细粉碎的正常运行。

3 结论

通过对东平宏达矿业公司选矿厂破碎流程考查数据的综合分析，查找出存在的主要问题，并提出了相应的优化措施，有利于实现破碎系统的节能降耗。

1)高压辊磨机性能优势没有充分发挥，应该综合优化相关工艺参数，发挥“挤压粉碎”特点，提高产物中细粒级含量，为磨矿作业提供可磨性更高的原料。

2)最终破碎产品粒度偏大，高压辊磨机粉碎比偏小。弛张筛筛孔减少到4 mm较为合理。

3)圆振动筛筛孔由15 mm增大到20 mm更为合理，不影响最终破碎产品特性，同时降低了总破碎比，可提升整个破碎系统处理能力20%以上。

4)对筛上物料进行预选，可提前抛掉部分尾矿，降低了能耗，也相对提高了高压辊磨机的处理能力。