東平宏達(dá)選礦廠破碎流程優(yōu)化探討

董風(fēng)芝，羅少慧，戰(zhàn)川，李同家

(1.山東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東 淄博 255049；2.山東金谷能源科技有限公司，山東 淄博 255000；3.山東東平宏達(dá)礦業(yè)有限公司，山東 東平 271000)

破碎磨礦作業(yè)是現(xiàn)代礦山選礦廠必不可少的重要組成部分，通常破碎磨礦設(shè)備投資占選礦廠全部設(shè)備投資的50%以上，能耗約占總體的60%～70%。由于磨礦作業(yè)單位能耗更高，所以“多碎少磨”是業(yè)界公認(rèn)的節(jié)能降耗理念[1-2]。如何優(yōu)化破碎流程，為磨礦作業(yè)提供可磨性更高的給料，從而降低總的破碎磨礦能耗，一直是選礦廠流程設(shè)計(jì)中的重要問題之一。

東平宏達(dá)礦業(yè)公司是一家磁鐵礦采選企業(yè)，選礦廠采用碎磨+磁選工藝，原礦年處理能力200萬t。為了解選礦工藝流程中各作業(yè)、各工序、各機(jī)組的生產(chǎn)現(xiàn)狀和存在的問題，進(jìn)行了選礦廠全流程考查，本文根據(jù)對(duì)破碎流程的考查結(jié)果，分析了現(xiàn)有破碎流程存在的主要問題，提出了破碎流程節(jié)能降耗優(yōu)化途徑，為企業(yè)破碎流程的技術(shù)改造提供參考。

1 現(xiàn)場(chǎng)情況

1.1 破碎流程

原礦用顎式破碎機(jī)粗碎后，給入皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行磁滑輪預(yù)選拋廢，廢石進(jìn)入石料加工車間細(xì)碎，再經(jīng)磁滑輪回收一次磁性鐵礦物，之后經(jīng)分級(jí)篩分級(jí)獲得不同規(guī)格的建筑用石料。磁性鐵礦石經(jīng)圓錐破碎機(jī)中碎、細(xì)碎后給入篩孔15 mm圓振動(dòng)篩篩分，篩下產(chǎn)品進(jìn)入高壓輥磨機(jī)進(jìn)行超細(xì)粉碎，粉碎產(chǎn)品送至篩孔8 mm弛張篩進(jìn)行篩分，篩上產(chǎn)品返回高壓輥磨機(jī)，篩下產(chǎn)品送至粉礦倉(cāng)用作后續(xù)磨礦、磁選的原料，具體流程如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)破碎流程Fig.1 Crushing process currently used

1.2 破碎機(jī)工藝參數(shù)

測(cè)定各段破碎機(jī)的給、排礦最大粒度，計(jì)算相應(yīng)的破碎比，其主要工作參數(shù)見表1。

表1 破碎機(jī)主要工作參數(shù)Tab. 1 Main working parameters of crusher

粗中細(xì)碎的總破碎比為33.33，破碎比的分配基本合理。粗碎破碎比偏低，主要原因是粗碎產(chǎn)品中存在較多片狀大塊，使得計(jì)算粒度偏大。

1.3 篩分機(jī)主要工作指標(biāo)

圓振動(dòng)篩篩孔尺寸15 mm，測(cè)得篩下產(chǎn)品中小于15 mm粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97.94%，說明篩下物質(zhì)量高，過大顆粒含量極少。根據(jù)相關(guān)參數(shù)計(jì)算，篩分質(zhì)效率為78.29%，量效率為81.14%，篩分效率略偏低，篩上物料中合格細(xì)粒偏多。閉路細(xì)碎循環(huán)負(fù)荷率93.01%，明顯偏低。

測(cè)得弛張篩篩上產(chǎn)品中小于8 mm粒級(jí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅有3.35%，說明絕大部分小于篩孔的顆粒能及時(shí)過篩，篩分量效率高達(dá)98.67%，篩上物料中基本沒有小于8 mm的顆粒；然而，篩下產(chǎn)品中含有15.16%的大于8 mm顆粒，致使弛張篩篩分質(zhì)效率僅為67.12%，這主要是由弛張篩工作原理所導(dǎo)致，屬于正常情況。經(jīng)計(jì)算，閉路輥壓粉碎循環(huán)負(fù)荷率為34.03%，在合理范圍內(nèi)[3]。

1.4 高壓輥磨機(jī)工作狀況

對(duì)高壓輥磨機(jī)的給料、產(chǎn)品進(jìn)行篩分分析，根據(jù)篩分分析結(jié)果繪制正累積粒度特性曲線，如圖2所示。

圖2 高壓輥磨機(jī)給料和產(chǎn)品正累積粒度特性曲線Fig.2 Positive cumulative particle size characteristic curve of feed and product of high pressure roller mill

由圖2可看出，兩條曲線的形狀基本相同，產(chǎn)品曲線略凹，說明經(jīng)過高壓輥磨機(jī)超細(xì)碎后產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)含量沒有明顯提高，高壓輥磨機(jī)的性能優(yōu)勢(shì)沒有得到發(fā)揮。

分別對(duì)給料與產(chǎn)品中小于8 mm、3 mm、1 mm粒級(jí)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見表2。

表2 高壓輥磨機(jī)給料與產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)Tab. 2 Content of fine particles in feed and product of high pressure roller mill 單位:%

由表2數(shù)據(jù)對(duì)比可知，粉碎產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高幅度不大。從小于0.074 mm粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)來看，高壓輥磨機(jī)產(chǎn)品中通常占比1/4以上[1]，而現(xiàn)場(chǎng)則僅有6.53%，差距較大，可見高壓輥磨機(jī)超細(xì)粉碎沒有達(dá)到預(yù)期的粉碎效果。

計(jì)算高壓輥磨機(jī)粉碎比，按95%通過率計(jì)的最大粒度，給料為14.4 mm，產(chǎn)品為10.8 mm，則高壓輥磨機(jī)的粉碎比為14.2/10.4=1.33；按d50計(jì)，給料為5.2 mm，產(chǎn)品為3.0 mm，則高壓輥磨機(jī)的粉碎比為5.2/3.0=1.73，可見高壓輥磨機(jī)粉碎比明顯偏低[3]。

綜合分析，高壓輥磨機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮其設(shè)備優(yōu)勢(shì)，應(yīng)綜合調(diào)整優(yōu)化其工作參數(shù)，提高超細(xì)粉碎效率。

2 破碎流程優(yōu)化措施分析

2.1 優(yōu)化高壓輥磨機(jī)工藝參數(shù)

高壓輥磨機(jī)是利用“擠壓粉碎”原理完成物料粉碎，通常會(huì)使得粉碎產(chǎn)物細(xì)粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高、更易磨[1]；然而，從東平宏達(dá)公司高壓輥磨機(jī)實(shí)際使用效果看，產(chǎn)品中細(xì)粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與常規(guī)破碎產(chǎn)物沒有明顯區(qū)別，高壓輥磨機(jī)的特性沒有得到充分發(fā)揮。分析其原因，主要是高壓輥磨機(jī)工藝參數(shù)設(shè)置不盡合理，造成粉碎過程中物料密實(shí)度不夠，大大降低了擠壓粉碎效果。需要對(duì)輥?zhàn)娱g隙、輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速、壓力、給料量、料層高度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，發(fā)揮高壓輥磨機(jī)擠壓粉碎特性，降低粉碎產(chǎn)品粒度，極大提高細(xì)粒級(jí)含量，為磨礦作業(yè)提供更易磨的入磨物料，降低總體能耗[4]。

2.2減少弛張篩篩孔，降低最終產(chǎn)品粒度

破碎流程中使用高壓輥磨機(jī)的主要目的之一，是降低破碎產(chǎn)物的最終產(chǎn)品粒度，從而提高后續(xù)磨礦作業(yè)的磨礦效率，實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”，降低總能耗。根據(jù)高壓輥磨機(jī)使用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最終產(chǎn)品粒度多在5 mm以下[1,3]。東平宏達(dá)公司弛張篩篩下物最大粒度10.8 mm，明顯過大，可采用4 mm篩孔，產(chǎn)品最大粒度可控制在5 mm左右。

現(xiàn)場(chǎng)高壓輥磨機(jī)排料中小于4 mm粒級(jí)含量在43%左右。在對(duì)高壓輥磨機(jī)工作參數(shù)有效優(yōu)化后，高壓輥磨機(jī)處于正常工作狀態(tài)下，產(chǎn)品中小于4 mm粒級(jí)質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到60%以上[2,5-6]，相應(yīng)的弛張篩采用4 mm篩孔后循環(huán)負(fù)荷率在50%以下，處于合理范圍內(nèi)[3]。循環(huán)負(fù)荷率比現(xiàn)場(chǎng)數(shù)值有所提高，對(duì)提高高壓輥磨機(jī)的粉碎效率有利。

2.3 增大圓振動(dòng)篩篩孔，適當(dāng)增大細(xì)碎機(jī)排礦口

根據(jù)高壓輥磨機(jī)粉碎原理及相關(guān)研究，高壓輥磨產(chǎn)品粒度分布具有一種不受給料粒度分布、輥速和水分變化影響的自相似性分布[5]。在給礦粒度不過大(通常<30 mm)的情況下，其粉碎產(chǎn)品的粒度特性與給礦物料粒度關(guān)系不大。

東平宏達(dá)公司高壓輥磨機(jī)給礦粒度0～15 mm，屬于比較細(xì)的給料，但粉碎產(chǎn)品細(xì)度并沒有相應(yīng)提高，可考慮適當(dāng)增大給料粒度。根據(jù)選廠實(shí)際情況，可將圓振動(dòng)篩篩孔擴(kuò)大為20 mm，則粗中細(xì)碎總破碎比由33.33降為25.00。通過合理優(yōu)化破碎比分配，可提高整個(gè)破碎系統(tǒng)處理能力，相對(duì)降低單位原礦的破碎能耗，實(shí)現(xiàn)降本增效。例如，破碎比分配由1.724、4.833、4.000調(diào)整為1.38、4.53、4.00，則粗中細(xì)碎破碎機(jī)排礦口尺寸比原來分別增大25%、33%、33%。破碎機(jī)排礦口尺寸是影響處理能力的主要因素且與處理能力成正比，破碎系統(tǒng)處理能力整體可提高20%以上。

2.4 篩上物料預(yù)選

篩分作業(yè)的篩上產(chǎn)物可以進(jìn)行預(yù)先拋尾，進(jìn)而降低細(xì)碎破碎機(jī)、高壓輥磨機(jī)的負(fù)荷率，有利于降低能耗。對(duì)圓振動(dòng)篩和弛張篩的篩上產(chǎn)物分別進(jìn)行了磁滑輪干式磁選，考查提前干磁拋尾的可能性。根據(jù)預(yù)選試驗(yàn)結(jié)果，圓振動(dòng)篩篩上物預(yù)選拋尾率7.96%，弛張篩篩上物預(yù)選拋尾率11.54%，預(yù)選效果比較理想。弛張篩的篩上物預(yù)選效果更好，主要是由于物料更細(xì)、礦物解離度更高。磁滑輪預(yù)選拋尾后，提高了礦石品位，降低了能耗。同時(shí)預(yù)選拋尾可降低物料總通過量，相對(duì)提高了高壓輥磨機(jī)的處理能力，保證高壓輥磨機(jī)超細(xì)粉碎的正常運(yùn)行。

3 結(jié)論

通過對(duì)東平宏達(dá)礦業(yè)公司選礦廠破碎流程考查數(shù)據(jù)的綜合分析，查找出存在的主要問題，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，有利于實(shí)現(xiàn)破碎系統(tǒng)的節(jié)能降耗。

1)高壓輥磨機(jī)性能優(yōu)勢(shì)沒有充分發(fā)揮，應(yīng)該綜合優(yōu)化相關(guān)工藝參數(shù)，發(fā)揮“擠壓粉碎”特點(diǎn)，提高產(chǎn)物中細(xì)粒級(jí)含量，為磨礦作業(yè)提供可磨性更高的原料。

2)最終破碎產(chǎn)品粒度偏大，高壓輥磨機(jī)粉碎比偏小。弛張篩篩孔減少到4 mm較為合理。

3)圓振動(dòng)篩篩孔由15 mm增大到20 mm更為合理，不影響最終破碎產(chǎn)品特性，同時(shí)降低了總破碎比，可提升整個(gè)破碎系統(tǒng)處理能力20%以上。

4)對(duì)篩上物料進(jìn)行預(yù)選，可提前拋掉部分尾礦，降低了能耗，也相對(duì)提高了高壓輥磨機(jī)的處理能力。