某钼矿高压辊磨工艺流程研究

导读
针对不同矿石与高压辊磨工艺流程适应性问题，对某钼矿改造拟采用高压辊磨开路、5 mm 干式闭路和 3 mm 湿式闭路 3 种高压辊磨工艺进行试验和一段球磨机选型研究。结果表明，不同高压辊磨工艺的产品粒度和邦德功指数均存在差异，3 mm 湿式闭路流程产品粒度和功指数均最低；以改造后生产能力达 10 000 t/d 为目标进行选型核算，3 种高压辊磨工艺一段球磨机装机功率分别为 4 500、3 800 和 3 200 kW，3 mm 湿式闭路流程的一段磨矿能耗最低，适应性最强。
      1985 年，高压辊磨机首次在西德水泥厂用于工业粉碎加工，随后经 30 多年的技术发展，目前已在水泥、金刚石、铁精矿球团预磨、铁矿石超细碎以及有色金属矿细碎或超细碎等多领域获得广泛运用。高压辊磨机具有生产效率高、节能显著、投资少、操作维修方便等优点，特别是进行矿石破碎的单位能耗低，符合国家“双碳”政策。
高压辊磨机在不同行业运用的工艺流程不同，水泥行业高压辊磨机通常作为终磨或半终磨设备，也可与干式分级构成新工艺流程；磁铁矿选矿厂通常采用高压辊磨机 3～6 mm 闭路流程，辊磨产品直接进行干式或湿式磁选抛尾；有色金属选矿厂高压辊磨机通常作为超细碎或预磨设备使用。高压辊磨机在有色金属选矿厂不断获得工艺创新运用，例如金堆城钼矿为有色金属行业首次引入高压辊磨机作为超细碎的选矿厂，采用经典开路流程；河南栾川某钼矿采用高压辊磨机实施老选矿厂碎磨流程改造，形成 5 mm干式闭路筛分新流程，大幅提高了系统能力，降低了电耗；根据文献 [8]，采用高压辊磨机进行预磨，形成常规三段一闭路+3 mm 高压辊磨湿式闭路 (预磨矿)+球磨的新工艺，可进一步降低入磨粒度，提高系统产能，降低磨矿能耗。
高压辊磨工艺在有色金属选矿厂的运用存在 3 种典型工艺流程：高压辊磨开路、5 mm 干式闭路和 3 mm 湿式闭路。针对某特定金属品种的选矿厂，选择何种工艺流程通常需经试验研究和技术经济比较后确定。目前，几乎所有高压辊磨机的工业运用均需进行小型试验或半工业试验研究，通过研究获得设备处理量、能耗以及粉碎效果随工作压力变化的关系曲线等，以此作为设备选型依据并指导后续工业生产。通常情况下，高压辊磨试验仅针对选定工艺流程开展试验研究，对 3 种工艺流程进行对比研究的文献报告较少。笔者针对某钼矿选矿厂技术改造需求，从高压辊磨机试验、一段磨矿选型两方面进行系统研究和分析，对 3 种工艺流程进行简单比较，推荐适宜的工艺流程。

1 概述

某钼矿选矿厂生产能力为 7 000 t/d，工艺流程为三段一闭路，磨矿有 2 条生产线，生产能力分别为 5 000 t/d 和 2 000 t/d。5 000 t/d 生产线一段磨矿作业由 1 台 φ5.03 m×6.40 m 球磨机 (装机功率为 2 600 kW) 与一组 7-φ660 m 水力旋流器组成。2 000 t/d 生产线一段磨矿由 4 台球磨机和 4 台螺旋分级机组成：2 台 φ2.1 m×3.5 m 球磨机 (装机功率为 210 kW) 和 2 台ZF1500×2 型高堰式双螺旋分级机完成 800 t/d 的生产能力；2 台 φ2.7 m×3.6 m 球磨机 (装机功率为 400 kW)与 2 台 2FLG-2000 型双螺旋分级机完成 1 200 t/d 的生产能力。由于 2 000 t/d 生产系统设备陈旧，且设备规格小、数量多，管理和维护工作量大，因此拟对碎磨流程进行技术升级改造。通过初步调研和分析，拟采用高压辊磨机进行碎磨系统改造，实现单系列生产能力达到 10 000 t/d 的目标。首先需确定何种高压辊磨机工艺适合本项目，其次对关键设备一段球磨机进行选型计算和分析。
该钼选矿厂处理的金属矿物主要为辉钼矿、黄铁矿、磁铁矿，另有少量的赤铁矿、钛铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿；脉石矿物主要是长石、角闪石、石英、绿泥石、高岭石，另有少量的黑云母、绢云母等。矿石原矿品位为 0.14%，主要回收有价元素为钼、铁，矿石平均密度为 2.7 t/m³，矿石硬度系数 f =9～12。

2 高压辊磨流程试验研究

2.1 研究内容

该钼矿选矿厂从建成投产以来，处理矿石的性质变化较大，经常导致破碎和磨矿系统处理能力波动，当处理难碎磨矿石时，系统处理能力低，衬板磨损严重。借鉴其他钼矿选矿厂技术改造的生产实践经验，在三段一闭路流程后引入高压辊磨机作为超细碎设备降低入磨粒度，提高系统整体碎磨能力。根据大量的文献报道，有色金属选矿厂高压辊磨生产实践选用3 种典型工艺流程，如图 1～ 3 所示。结合本项目特点，高压辊磨机入料粒度为 -25 mm。
 
                                                           图1 高压辊磨开路流程
 
                                                         图2 5 mm 干式闭路流程
 
                                                   图3 3 mm 湿式闭路流程
该钼矿结合多年现场生产实践，选取有代表性矿样进行试验。矿样由硬矿、中等硬度矿和软矿组成，根据地质模型和采矿排产计划，3 种矿样按比例4∶4∶2 进行配矿。对配好矿样进行 3 种高压辊磨工艺流程的试验研究，获得其产品粒度和邦德功指数参数。实验室采用 1 台 CLM25/10 高压辊磨机，设置工作压力为 8.0、10.0、12.0 MPa，转速为 20 r/min，每次给料 20 kg。

2.2 试验结果

经高压辊磨机对矿样不同含水率和不同辊压条件的试验研究，确定工艺流程试验含水率为 4%，辊压为 10.0 MPa。随后在此条件下完成开路流程、5 mm 干式闭路流程和 3 mm 湿式闭路流程的试验研究。3 种工艺流程产品粒度组成如图 4、5 所示，常规破碎、高压辊磨开路、5 mm 干式闭路和 3 mm 湿式闭路的邦德功指数测定结果如图 6 所示。
 
                                                                                                              图4 不同高压辊磨工艺流程产品粒度曲线
由图 4 可知，3 mm 湿式闭路流程产品比开路流程、5 mm 干式闭路流程的产品所含细粒级更多，能为后续磨矿提供更细粒级的物料；开路流程、5 mm干式闭路流程、3 mm 湿式闭路流程的 P₈₀ 分别约为5.0、2.6 和 1.6 mm。由图 5 可知，不同工艺流程中-0.074 mm 含量差异大，随闭路控制粒度的降低，含量逐渐增加，3 mm 湿式闭路流程中，-0.074 mm 含量达到 13.66%，比开路流程提高 3.52 个百分点，比 5 mm 干式闭路流程提高 0.62 个百分点。就磨矿作业球磨机效率而言，-0.074 mm 含量增加更有利于磨矿，降低能耗。
 
图5 不同高压辊磨工艺流程产品 -0.074 mm 含
图6 中球磨邦德功指数均为产品筛分控制粒度0.074 mm 的测定值。可以看出，高压辊磨机能降低球磨邦德功指数，与常规破碎流程比，功指数降低了1.49 个百分点；高压辊磨机闭路流程控制产品粒度越低，功指数也越低；相比常规破碎，3 mm 干式闭路流程产品邦德功指数降幅最大，达 19.40%，能进一步改善矿石可磨性，提高磨矿效率，降低能耗。试验研究结果表明，3 mm 湿式闭路流程产品能够极大地改善后续磨矿作业，主要体现为入磨粒度和球磨邦德功指数的双降低。
 
图6 不同工艺流程邦德功指数对比

3 一段球磨机选型

以不同高压辊磨工艺流程试验获得的产品粒度和球磨邦德功指数为基础，按单系列生产能力 10 000 t/d 进行一段球磨机选型计算，选型基本参数和计算结果如表 1 所列。
由表 1 可知，在单系列生产能力为 10 000 t/d、磨矿产品粒度 -0.074 mm 占 60% 情况下，由于不同辊压工艺下原矿粒度 -0.074 mm 含量和球磨机邦德功指数的差异，一段球磨机选型规格存在明显区别。常规流程需 1 台 φ6.0 m×10.0 m 球磨机，装机功率为 5 700 kW；高压辊磨开路超细碎流程，一段球磨机仅需 1 台 φ5.5 m×8.8 m 球磨机，装机功率为 4 500 kW，较常规流程降低 21.05%；5 mm 干式闭路流程可进一步降低入料粒度和邦德功指数，仅需 1 台 φ5.5 m×8.0 m 球磨机，直径与开路流程一致，但装机功率进一步降低，比常规破碎降低 33.33%；3 mm 湿式闭路流程仅需 1 台 φ5.03 m×8.00 m 球磨机即满足要求，该流程比常规流程装机功率降低 43.86%，节能效果显著。
表1 不同工艺流程中一段球磨机选型结果
 
现有的 1 台 φ5.03 m×6.40 m 球磨机，直径与 3 mm 湿式闭路流程所需球磨机直径一致，但装机功率仅为 2 600 kW。对其在 3 mm 闭路流程条件下的生产能力进行核算，结果为 8 125 t/d。若不追求 10 000 t/d的生产产能，维持现有球磨机规格，则可节省更换球磨机投资费用约 3 000 万～5 000 万元；若追求 10 000 t/d 的生产能力，3 mm 湿式闭路流程需改造的一段球磨机投资相对最少。综合以上分析可知，从降低一段球磨机装机功率、降低磨矿能耗和相对节省投资角度考虑，3 mm 湿式闭路流程具有显著优势，为技术改造方案的首选。

4 结论

通过对某钼矿高压辊磨工艺流程的试验研究和一段球磨机选型分析，得到以下结论。
(1) 高压辊磨 3 种工艺流程试验研究表明，闭路流程比开路流程的产品粒度和邦德功指数更低，3 mm湿式闭路比 5 mm 干式闭路的产品粒度更细，P₈₀ 达到1.6 mm，功指数降低至 12.96 kW·h/t。
(2) 通过 3 种工艺流程产品功指数测定分析发现，不同粒度闭路流程不仅影响产品粒度，还影响产品球磨邦德功指数，3 mm 湿式闭路比 5 mm 干式闭路功指数降低 0.72 个百分点，可进一步改善矿石可磨性，降低一段磨矿能耗。
(3) 一段球磨机选型研究表明，高压辊磨 3 mm 湿式闭路流程可在充分利用现有设备基础上实现能力大幅提升，满足 8 125 t/d 产能要求，相比 5 000 t/d 的生产能力提高了 62.50%。若要满足 10 000 t/d 生产能力，需对球磨机进行加长，电动机功率调整为 3 200 kW，此种情况下，该流程相对于常规流程，安装功率降低了 43.86%，节能效果显著。总体而言，高压辊磨机 3 mm 湿式闭路流程具有显著优势，为技术改造方案的首选。
 
引文格式：

[1]何荣权， 赵晨阳， 吴尧.某钼矿高压辊磨工艺流程研究.[J].矿山机械,2023,51(5):39-42.