某超细粒级磁铁矿艾砂磨机三段磨矿半工业试验

2024-03-26张春田孙希乐邓庆超许新跃曾鹏毅郭淑飞

现代矿业 2024年1期

张春田孙希乐邓庆超许新跃张林赵尚曾鹏毅郭淑飞

（1.本溪钢铁(集团)贾家堡铁矿有限责任公司；2.浙江艾领创矿业科技有限公司）

本钢集团某超细粒级嵌布磁铁矿是一座大型矿山，选矿厂采用三段磨矿三段选别流程，均使用球磨机，设计磨矿细度-0.025 mm95%，铁精矿品位65%。近10 a 以来，实际生产三段磨矿细度-0.025 mm 含量80%～85%，铁精矿品位62%～63%，磨矿细度和铁精矿品位均未达到设计指标。

艾砂磨机是近年来由浙江艾领创矿业科技有限公司研发的大型矿用卧式搅拌磨机，具有转速高、效率高的特点，其独特的选择性磨矿原理，实现了磨矿产品的窄粒级分布，不过磨、不欠磨，有利于提高后续作业的分选指标。同时，该设备采用变频调速，给矿量和磨矿细度可调、可控，在细粒级、超细粒级磨矿作业时，具有节能节球的显著优势［1-5］。

为此，某超细粒磁铁矿采用艾砂磨机开展了半工业试验，以提高铁精矿品位，降低磨矿成本，为下一步选矿设备和工艺流程改造提供依据。

1 艾砂磨机的工作原理和性能优势

1.1 艾砂磨机的工作原理

艾砂磨机由电动机、减速机、主轴、搅拌盘、分级盘、筒体和变频控制系统等组成，主要工作部件由主轴和多个并排串在主轴上的搅拌盘及尾端的分级盘组成。矿浆给入磨机筒体后，搅拌盘在主轴的带动下实现高速旋转，使磨矿介质和矿物颗粒绕轴向运动和自转运动。2 个搅拌盘之间的介质由于沿盘面向外的径向加速度不同，从而在每个磨盘腔室内形成循环，矿物颗粒在高速运动的磨矿介质擦洗力及研磨力作用下实现细磨。艾砂磨机工作原理示意见图1。

1.2 艾砂磨机的性能优势

艾砂磨机是高速搅拌磨，磨矿介质和矿物颗粒由大到小沿径向分布，“大磨大、小磨小”的特点十分突出，实现了磨矿产品的窄粒级分布。大量试验和生产实践证明，艾砂磨机排矿产品与传统球磨旋流器溢流相比，磨矿产品粒度分布更窄，有效防止了过磨和欠磨，且艾砂磨不需要另外配置分级设备，简化了工艺，设备配置更加简单。

艾砂磨机还具有设备体积小、研磨效率高、节约能耗和球耗等显著优势，特别是在细粒级和超细粒级磨矿时，节能和节球效果更加显著。相关试验和应用案例表明，当矿石磨至P80=30 μm时，艾砂磨机电耗与球磨机相比节约30%左右，节约球耗成本30%以上。

2 选矿厂生产流程及半工业试验方案

2.1 选矿厂工艺流程和主要技术指标

某铁矿为超细粒级嵌布难选磁铁矿，选矿厂设计处理矿石能力为400万t/a，精矿产量115万t/a。自2014年投产以来，前期主要处理露采7#、8#矿体矿石，7#矿结晶粒度0.04～0.08 mm，8#矿结晶粒度0.02～0.04 mm，2 种矿源混合配矿后提供给选厂。半工业试验期间，采场仅能提供结晶粒度更细的8#矿，为保证生产，加入了部分外购矿石。

选矿厂有平行2个系列，工艺流程为三段磨矿四段磁选，其中磁选均采用淘洗机。目前，原矿铁品位22%～25%，精矿产品粒度-0.025 mm75%，最终精矿铁品位62%。

2.2 半工业试验方案

2.2.1 半工业试验设备

半工业试验使用浙江艾领创矿业科技有限公司生产的工业型ALC-1000L 艾砂磨机1 台，装机功率400 kW，设备安装在选矿厂磨矿车间。艾砂磨安装现场见图2。

2.2.2 半工业试验流程

从选矿厂一系列二磁精分流出一部分作为艾砂磨机给矿，形成艾砂磨机与一系列三段球磨+旋流器+振动筛+浓磁机平行并列运行的半工业试验工艺。

由于艾砂磨具有自分级功能，艾砂磨工艺不需要配置分级设备、振动筛和浓缩磁选，适宜的磨矿浓度为50%左右，所以艾砂磨机给矿也省去了浓缩脱水工艺。现场工艺流程及半工业试验工艺流程见图3。

3 主要试验内容和技术指标

3.1 粒级分布对比分析

半工业试验稳定生产阶段，共进行了10 余次艾砂磨机排矿与现场三段球磨旋流器溢流粒级分布检测对比分析。磨矿产品粒级分布对比结果见表1、表2。

由表1、表2 可知，艾砂磨排矿中+74 μm 含量均为0，45～74 μm、38～45 μm 粒级含量也显著低于现场三旋溢流，充分反映了艾砂磨机磨粗不磨细及产品窄粒级分布的特点。

3.2 磨矿细度指标和磁选管磁选对比试验

由于受生产现场磁选设备型号限制，半工业试验艾砂磨排料无法单独进行磁选，而是将艾砂磨机排矿与现场三段旋流器溢流合并给入后续磁选作业。为了对比分析艾砂磨机与球磨机磨矿效果以及对后续磁选指标的影响差异，试验期间开展了艾砂磨排矿与现场三段球磨旋流器溢流试验室磁选管对比试验。

2023 年4 月27 日—5 月17 日共在7 个生产班取样，在东北大学试验室和该矿试验室进行了磁选管对比试验，7组试验合计平均指标见表3。

由表3 可知，ALC-1000L 艾砂磨机在给料细度-0.025 mm 53.07%的条件下，艾砂磨排矿细度达到-0.025 mm84.00%，与一、二系三旋溢流细度平均-0.025 mm76.83%相比，高7.17 个百分点。艾砂磨机排矿磁选管试验精矿铁品位65.10%，与一、二系三旋溢流磁选管试验精矿铁品位平均61.45%相比，高3.65 个百分点；艾砂磨机排矿尾矿铁品位8.53%，与一、二系三旋溢流尾矿铁品位平均10.71%相比，低2.18个百分点。

3.3 淘洗机磁选对比试验

为了进一步验证艾砂磨机窄粒级磨矿对提高后续作业铁精矿品位指标的优势，6 月1 日再次取生产班样开展了淘洗机对比试验。试验结果见表4、表5。

（1）艾砂磨排矿样磁选+淘洗试验。试验结果见表4。

由表4可知，该矿样经磁选+淘洗联合选别后，最终精矿铁品位达65%以上。

（2）现场三段球磨旋流器溢流淘洗试验。试验结果见表5。

由表5 可知，该矿样三旋溢流淘洗选别后，最终精矿品位达62%以上。

艾砂磨排矿通过磁选+淘洗与三旋溢流淘洗相比，获得的精矿铁品位提高了约3 个百分点，再次验证了艾砂磨机磨矿对提高铁精矿品位的效果显著。

3.4 艾砂磨机稳定运行阶段能耗指标及分析

3.4.1 艾砂磨机能耗指标

自2023 年4 月17 日投料连续生产以来，给料量从15 m³/h逐步提高，艾砂磨机均可正常稳定运行。5月8 日连续24 h 运行，累计平均给料量26.3 m³/h，给料浓度56.31%，设备运行功率340～370 kW，达到试验以来最高处理量，设备连续稳定运行。

取5 月12 日夜班至5 月17 日白班区间142 h 的连续运行指标累计平均值，作为艾砂磨机稳定运转阶段的最终指标（表6）。

由表6可知，ALC-1000L艾砂磨机在给矿量20 t/h的条件下，入料细度-0.025 mm含量由54.25%提高到81.92%，磨矿单位功耗为17.72（kW·h）/t。

3.4.2 艾砂磨与现场球磨旋流器能耗指标对比

（1）艾砂磨系统。艾砂磨单位功耗为17.72（kW·h）/t，给料泵实际运行功率为20 kW，单位电耗1（kW·h）/t，艾砂磨给料合计功耗18.72（kW·h）/t。

（2）三段球磨分级系统。三段球磨处理量100 t/h（二磁精），磨机安装功率3 000 kW，实耗功率2 400 kW；给料泵560 kW，实耗约500 kW；隔渣筛筛上料返回泵30 kW，实耗约20 kW；浓磁机60 kW，实耗约50 kW；实耗功率合计约3 000 kW，给料单位功耗约30度/t。

按此推算，艾砂磨流程与三段球磨分级流程相比，单位功耗可节约37.6%。

3.5 艾砂磨磨矿介质用量及分析

艾砂磨机自4 月17 日正式投料连续24 h 运行，至7月4日期间，艾砂磨机运行79 d，扣除期间选厂停机检修等时间，累计运行净时间70 d。ALC-1000L艾砂磨机运行期间，平均每天陶瓷球消耗40.71 kg，折合单位消耗为84.81 g/t，单位成本为2.544 元/t，折合精矿成本约3.0 元/t。

根据选矿厂实际钢球消耗，三段球磨使用轧制钢球，精矿用量约1.5～1.8 kg/t，按1.5 kg/t 计算，折合成本7.5 元/t。

由此可见，艾砂磨机与三段磨矿旋流器组合相比，三段磨矿介质成本可降低60%左右。