張 旺，李澤理，王 琴

1中信重工工程技術(shù)有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

3礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

球 團(tuán)礦生產(chǎn)由于具有對(duì)環(huán)境污染小、能源消耗少且利于提高高爐冶煉的技術(shù)指標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)[1]，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。鐵精粉作為鋼鐵廠球團(tuán)的原料，其粒度分布特性、含水量及化學(xué)成分是球團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)異的重要影響因素[2]。國(guó)外某球團(tuán)廠從巴西淡水河谷采購(gòu)赤鐵精礦原料用于球團(tuán)生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)成球試驗(yàn)確定用于造球的鐵精粉粒度需滿足 -74 μm≥80%，而外購(gòu)的原礦粒度為 -10 mm，因此需對(duì)原礦進(jìn)行磨礦分級(jí)及脫水，以滿足造球作業(yè)的要求。筆者擬對(duì)磨礦分級(jí)及脫水系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行分析與探討。

1 原礦性質(zhì)

原礦的化學(xué)成分分析結(jié)果、物相分析結(jié)果以及密度、松散密度測(cè)定結(jié)果分別如表 1～ 3 所列，原礦粒度分布曲線如圖 1 所示。從表 1、2 可知，原礦中的鐵主要以赤褐鐵礦的形式存在，且含有一定量的石英。由于在 pH=6～ 8 時(shí)，石英礦物表面電動(dòng)電位絕對(duì)值遠(yuǎn)大于赤鐵礦[3]，礦物表面電動(dòng)電位的絕對(duì)值越大，將導(dǎo)致細(xì)粒之間的相互排斥力越大，使得過(guò)濾時(shí)細(xì)粒分散而影響濾液的流動(dòng)[4]，從而不利于過(guò)濾。

表1 原礦化學(xué)成分分析結(jié)果Tab.1 Analysis results of chemical components of raw ore %

表2 原礦物相分析結(jié)果Tab.2 Analysis results of iron phase of raw ore %

表3 原料密度及松散密度測(cè)定結(jié)果Tab.3 Testing results of specific gravity and bulk density of raw ore t/m3

圖1 原礦粒度分布曲線Fig.1 Particl size distribution curve of raw ore

2 磨礦分級(jí)系統(tǒng)

磨礦系統(tǒng)需要為球團(tuán)廠提供粒度為 -74 μm 占80% 的產(chǎn)品，且要求最終含水率≤10%，處理量為200 t/h，設(shè)計(jì)選用應(yīng)用最為廣泛的球磨機(jī)作為磨礦設(shè)備。為了避免礦石過(guò)磨產(chǎn)生過(guò)多的細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品而影響后續(xù)脫水作業(yè)，擬采用兩段連續(xù)磨礦及分級(jí)流程，且由于后續(xù)的球團(tuán)作業(yè)需要不間斷供料，將磨礦系統(tǒng)設(shè)計(jì)為 2 個(gè)系列，即采用雙系列兩段連續(xù)磨礦方案。

礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)原料進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn) Bond 功指數(shù)試驗(yàn)，作為選擇球磨機(jī)型號(hào)規(guī)格的依據(jù)。采用 90、180 μm 控制篩進(jìn)行試驗(yàn)，得到的 Bond功指數(shù)值分別為 13.94、12.19 kW·h/t。磨礦系統(tǒng)的原料采購(gòu)自巴西，由于不同地區(qū)礦石組成不同，造成其可磨性差別巨大[5]，因此考慮到將來(lái)可能存在采購(gòu)礦石的不同造成原礦性質(zhì)波動(dòng)，在磨礦分級(jí)及其配套輸送設(shè)備選型時(shí)設(shè)計(jì)預(yù)留較大的富裕量，以應(yīng)對(duì)可能因?yàn)榈V石變得難磨而使得產(chǎn)量下降的情況。

兩段球磨機(jī)選用相同的規(guī)格及配置，確保將來(lái)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)時(shí)備件的通用性，方便設(shè)備的檢修與維護(hù)。該項(xiàng)目采用 Bond 功耗法[6]以及 JKSimMet 軟件模擬法 (模擬結(jié)果見(jiàn)圖 2)，并結(jié)合礦山碎磨流程數(shù)據(jù)庫(kù)[7]進(jìn)行了磨礦設(shè)備的選型以及磨礦系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)，最終雙系列兩段球磨機(jī)共選用 4 臺(tái)φ3.6 m×6 m(EGL)溢流型球磨機(jī)，單臺(tái)裝機(jī)功率均為 1 250 kW。其中一段球磨機(jī)排料經(jīng)渣漿泵輸送至一段旋流器組進(jìn)行分級(jí)，溢流產(chǎn)品細(xì)度為 -74 μm 約占 50%。分級(jí)設(shè)備采用 2 組各包含 4 臺(tái)φ500 mm 平底旋流器的旋流器組，其底流產(chǎn)品返回至一段球磨機(jī)形成閉路回路，溢流產(chǎn)品進(jìn)入二段磨礦分級(jí)系統(tǒng)泵池，與二段球磨機(jī)排料合并，經(jīng)渣漿泵輸送至二段旋流器組進(jìn)行分級(jí)，及時(shí)將達(dá)到粒度要求的粒級(jí)分出，避免進(jìn)入二段球磨機(jī)再磨從而導(dǎo)致過(guò)磨，溢流產(chǎn)品細(xì)度設(shè)計(jì)為 -74 μm 占80%。分級(jí)設(shè)備采用 2 組各包含 8 臺(tái)φ350 mm 的常規(guī)錐底旋流器的旋流器組 (相關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 4)，其底流產(chǎn)品返回至二段球磨機(jī)形成閉路回路，溢流產(chǎn)品進(jìn)入后續(xù)脫水作業(yè)。

圖2 JKSimMet 軟件模擬計(jì)算結(jié)果Fig.2 Simulation calculation results with JKSimMet

表4 旋流器相關(guān)技術(shù)參數(shù)Tab.4 Technical parameters of hydrocyclone

3 脫水系統(tǒng)

3.1 濃縮機(jī)

目前礦山上精礦脫水常用的方案為濃縮+過(guò)濾機(jī)或濃縮+壓濾機(jī)。濃縮機(jī)作為一段脫水作業(yè)，其底流的礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，越利于后續(xù)過(guò)濾或壓濾脫水作業(yè)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)濃縮機(jī)的給料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 25%，底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)計(jì)為 55%，處理量為 200 t/h。濃縮機(jī)的選型計(jì)算與進(jìn)料的粒度組成及其在礦漿中的沉降速度有關(guān)，因此對(duì)達(dá)到磨礦分級(jí)產(chǎn)品粒度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的礦漿進(jìn)行了自然沉降與添加絮凝劑后的沉降試驗(yàn)，作為壓濾機(jī)選型的主要依據(jù)。絮凝劑采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1‰的復(fù)合型聚丙烯酰胺絮凝劑，加藥量為 20 g/t，試驗(yàn)結(jié)果如圖 3 所示。從試驗(yàn)結(jié)果可知，自然沉降速度為0.55 m/h，添加絮凝劑后沉降速度加快，沉降速度達(dá)到 0.87 m/h。經(jīng)過(guò)計(jì)算選擇φ38 m 中心傳動(dòng)濃縮機(jī)。為提高濃縮機(jī)的底流質(zhì)量分?jǐn)?shù)及后續(xù)脫水作業(yè)技術(shù)指標(biāo)，一段脫水作業(yè)配置自動(dòng)加藥機(jī)系統(tǒng)。

圖3 物料沉降試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Material settlement test results

3.2 壓濾機(jī)試驗(yàn)及選型

首先進(jìn)行了圓盤過(guò)濾機(jī)和陶瓷過(guò)濾機(jī)實(shí)驗(yàn)室脫水試驗(yàn)，均難以達(dá)到后續(xù)球團(tuán)作業(yè)的水分要求。由于壓濾機(jī)的應(yīng)用較為廣泛，且其對(duì)細(xì)粒物料及黏性物料的脫水具有較大的優(yōu)勢(shì)[8-9]，因此第二段脫水作業(yè)選用壓濾機(jī)。通過(guò)采用多種類型的壓濾機(jī)進(jìn)行脫水試驗(yàn)，確定適于該項(xiàng)目的壓濾機(jī)類型及型號(hào)規(guī)格。

3.2.1 制作試驗(yàn)礦樣

通過(guò)試驗(yàn)球磨機(jī) (φ420 mm×450 mm)對(duì)原礦開(kāi)路磨礦至 -74 μm 約占 80%，將連續(xù)攪拌礦漿取樣送至壓濾機(jī)廠家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行脫水試驗(yàn)。礦樣篩分后的粒度分布曲線如圖 4 所示。從圖 4 可知，試驗(yàn)礦樣中 -74μm 含量約為 82%，而 -19 μm 粒級(jí)含量約占 49%，即微細(xì)粒級(jí)的含量較多，可能是由于制樣流程采用開(kāi)路磨礦，從而導(dǎo)致合格粒級(jí)的礦石過(guò)磨。因此，采用微細(xì)粒含量偏高的礦樣進(jìn)行壓濾試驗(yàn)，更有利于工業(yè)運(yùn)行時(shí)達(dá)到相應(yīng)的水分要求。

圖4 礦樣粒度分布曲線Fig.4 Particle size distribution curve of test sample

3.2.2 試驗(yàn)結(jié)果

將礦樣送至壓濾機(jī)廠家，采用不同的壓濾實(shí)驗(yàn)機(jī)在最佳試驗(yàn)條件下進(jìn)行壓濾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表 5 所列。從試驗(yàn)結(jié)果可知，1 號(hào)壓濾機(jī)的濾餅壓榨風(fēng)干壓力較小，且濾餅中含水率最低。由于能夠提供的壓縮空氣最大壓力為 0.8 MPa，結(jié)合各類型壓濾機(jī)的工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，1 號(hào)壓濾機(jī)更利于達(dá)到球團(tuán)作業(yè)對(duì)最終產(chǎn)品含水率的要求，即含水率≤10%。

表5 壓濾試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Test results of filter press

3.3 壓濾系統(tǒng)配置方案

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選用 1 號(hào)壓濾機(jī)作為二段脫水設(shè)備，其處理量要求為 200 t/h，選用 6 臺(tái) 600 m2板框壓濾機(jī)，其中 1 臺(tái)備用，以防壓濾機(jī)更換濾布或維修等需停機(jī)時(shí)能確保整個(gè)系統(tǒng)的處理能力，其技術(shù)參數(shù)如表 6 所列。在壓濾機(jī)前設(shè)置機(jī)械攪拌槽，以確保壓濾機(jī)給料的穩(wěn)定性，攪拌槽的給料來(lái)自于濃縮機(jī)底流輸送渣漿泵，攪拌槽周圍配置 3 組 (1 組 2 臺(tái))變頻渣漿泵，每組渣漿泵供料至 2 臺(tái)壓濾機(jī)。

表6 板框壓濾機(jī)技術(shù)參數(shù)Tab.6 Technical parameters of plate-and-frame filter press

通過(guò)自動(dòng)化控制各組中每臺(tái)壓濾機(jī)給料管道上的閥門，實(shí)現(xiàn)二者不同時(shí)給料，以降低渣漿泵的選型規(guī)格。壓濾系統(tǒng)設(shè)置給料旁路管道，當(dāng) 2 臺(tái)壓濾機(jī)均不工作時(shí)，為避免渣漿泵短時(shí)間停機(jī)，通過(guò)關(guān)閉每臺(tái)壓濾機(jī)給料管道上的閥門并打開(kāi)旁路管道閥門，經(jīng)旁路管道將礦漿輸送返回至攪拌槽形成回路。整個(gè)壓濾系統(tǒng)的電氣控制均采用 PLC 自動(dòng)控制方式，以提高整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)效率。

4 結(jié)論

(1)為了避免礦石過(guò)磨產(chǎn)生較多的細(xì)粒級(jí)物料，結(jié)合 Bond 功指數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)兩段連續(xù)磨礦分級(jí)流程。為確保備件的通用性，最終選用 4 臺(tái)φ3.6 m×6 m (EGL)溢流型球磨機(jī)，裝機(jī)功率均為 1 250 kW。一段分級(jí)設(shè)備采用 2 組各含 4 臺(tái)φ500 mm 平底旋流器的旋流器組，二段分級(jí)設(shè)備采用 2 組各含 8 臺(tái)φ350 mm錐底旋流器的旋流器組，確保磨礦分級(jí)系統(tǒng)的最終產(chǎn)品細(xì)度，以及給料至脫水系統(tǒng)的礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(2)采用各類型壓濾機(jī)對(duì)國(guó)外某赤鐵精礦進(jìn)行脫水試驗(yàn)研究，結(jié)果顯示 1 號(hào)壓濾機(jī)的試驗(yàn)效果最佳，更利于達(dá)到客戶的含水率要求 (含水率≤10%)，因此該項(xiàng)目最終選定 6 臺(tái) (其中 1 臺(tái)備用)600 m2板框壓濾機(jī)；壓濾系統(tǒng)設(shè)置緩沖攪拌槽以及變頻給料渣漿泵，每 2 臺(tái)壓濾機(jī)由 1 組 (2 臺(tái))渣漿泵進(jìn)行給料，并設(shè)置給料旁路管道，以確保當(dāng) 2 臺(tái)壓濾機(jī)均不供料時(shí)礦漿經(jīng)旁路管道返回至攪拌槽。