王書禮 馬鵬飛 王 磊 鄭紀(jì)民

（1.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院；2.威海市海王旋流器有限公司）

釩鈦磁鐵礦是一種由鐵、釩、鈦等多種有價(jià)元素共生的復(fù)合礦，常伴生有鈷、鉻、鎳、鎵、鈧等多種有價(jià)元素，具有極高的綜合利用價(jià)值［1］。我國已探明的釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量達(dá)180億t，居我國鐵礦資源儲(chǔ)量的第3位，主要分布于四川攀枝花、西昌、河北、新疆、陜西等地區(qū)，其中攀西地區(qū)的釩鈦資源儲(chǔ)量最大，達(dá)100億t，且分布較為集中，是我國最大的釩鈦磁鐵礦產(chǎn)地［2-5］。攀西釩鈦磁鐵礦普遍采用先選鐵后選鈦的原則流程，并已逐步形成兩段階磨階選選鐵和強(qiáng)磁—強(qiáng)磁—浮選選鈦工藝流程［6］。但隨著礦石資源的不斷深入開采，礦石類型發(fā)生了一定程度的改變，在仍采用原有工藝的情況下，選廠難以獲得合格品位的精礦［7］。

攀西某釩鈦磁鐵礦選廠由于開采時(shí)間較長，礦石性質(zhì)與早期設(shè)計(jì)相比已有一定程度的改變，導(dǎo)致近年來的鐵精礦品位逐漸降低，現(xiàn)階段勉強(qiáng)達(dá)到53.5%左右?，F(xiàn)場通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高精選磁選機(jī)的給礦細(xì)度可提高最終精礦品位；但在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有磨選工藝下磨機(jī)的處理能力有限，溢流細(xì)度很難大幅提高。為提高鐵精礦品位、增加選廠產(chǎn)品效益，對現(xiàn)有磨選工藝系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，以達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

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1 生產(chǎn)工藝流程簡介

攀西地區(qū)的鈦磁鐵礦具有強(qiáng)磁性，其主要含有磁鐵礦、鈦鐵晶石、鎂鋁尖晶石等硫化礦及類質(zhì)同象的釩、鉻、鎵等礦物，是一種典型的固溶體分離礦物。根據(jù)鈦磁鐵礦和鈦鐵礦的磁性不同，目前在選鐵作業(yè)中基本形成了階段磨礦、階段選別工藝［8-9］。與其他黑色金屬礦磨選工藝不同的是，釩鈦磁鐵礦采用階磨階選工藝不僅是為了節(jié)約能耗、提高選別效率，同時(shí)還可避免鈦鐵礦過磨。攀西某選廠選鐵系統(tǒng)由多個(gè)系統(tǒng)的磨選系列組成，單個(gè)系列原礦處理量210～230 t/h，采用兩段磨礦三段磁選工藝進(jìn)行分選，現(xiàn)場工藝流程見圖1。根據(jù)相關(guān)流程考察，經(jīng)過一段磁選后給入二段磨礦分級系統(tǒng)的新給礦量為100～120 t/h，最終精礦量為70～75 t/h，選礦比為2.93～3.14。現(xiàn)場兩段磨選系統(tǒng)工藝指標(biāo)見表1。

2 現(xiàn)場工藝流程優(yōu)化試驗(yàn)研究

2.1 入選粒度研究

原工藝中高頻篩的篩下細(xì)度-0.074 mm55%～60%，精礦鐵品位只有約53.5%。根據(jù)品位和精礦產(chǎn)率核算后，最終精礦品位需提高至55%左右。為確定最終的粗精礦入選粒度，在相同磁場強(qiáng)度下進(jìn)行了不同粒度下的精選磁選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

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由表2可知，隨著磁選給礦中-0.074 mm粒級含量的增加，精礦品位也隨之升高；當(dāng)入選粗精礦粒度為-0.074 mm75%時(shí)，最終精礦品位可達(dá)到55.31%；因此確定后續(xù)流程入選粒度需達(dá)到約-0.074 mm75%。

2.2 工藝流程優(yōu)化研究

根據(jù)最終入選粒度要求，結(jié)合現(xiàn)場現(xiàn)有工藝設(shè)備進(jìn)行計(jì)算得出，為控制入選粒度滿足要求，現(xiàn)有高頻篩篩網(wǎng)篩孔尺寸需從0.18 mm縮小至0.1 mm，同時(shí)高頻篩的運(yùn)行臺(tái)數(shù)需從現(xiàn)有的2臺(tái)增加至8臺(tái)。經(jīng)研究，該方案的設(shè)備投資過高，同時(shí)現(xiàn)場場地空間有限，無法滿足高頻篩的布置要求。針對以上問題，為了提高磨礦細(xì)度，計(jì)劃在現(xiàn)有二段磁選前增加旋流器進(jìn)行預(yù)先分級，同時(shí)將高頻篩的運(yùn)行臺(tái)數(shù)增加至4臺(tái)，優(yōu)化后二段磨選工藝流程見圖2。為確定預(yù)先分級旋流器的最佳分級效果，進(jìn)行了預(yù)先分級旋流器分級粒度試驗(yàn)，結(jié)果見表3。

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由表3可知，當(dāng)旋流器溢流細(xì)度控制在-0.074 mm含量45%～50%時(shí)，高頻篩篩下產(chǎn)物粒度可控制在74.38%～77.29%，精礦品位可達(dá)到54.96%～55.63%，旋流器的溢流細(xì)度過細(xì)或過粗都會(huì)影響最終的精礦品位。當(dāng)溢流細(xì)度比-0.074 mm45%粗時(shí)，部分-0.1 mm連生體顆粒仍會(huì)透過高頻篩篩孔進(jìn)入精選作業(yè)，影響最終鐵精礦品位；當(dāng)旋流器溢流細(xì)度過細(xì)時(shí)，旋流器的沉砂產(chǎn)率會(huì)升高，出現(xiàn)“反富集”的現(xiàn)象，導(dǎo)致溢流品位較沉砂品位更低，影響精選入選品位，最終導(dǎo)致精礦品位降低；同時(shí)沉砂產(chǎn)率過高也會(huì)導(dǎo)致旋流器的沉砂拉桿，影響旋流器的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3 旋流器結(jié)構(gòu)選擇

為達(dá)到最佳的分級指標(biāo)和精礦品位，工藝優(yōu)化改造中旋流器的溢流細(xì)度需嚴(yán)格控制在-0.074 mm含量45%～50%，同時(shí)旋流器的運(yùn)行狀態(tài)還需保持穩(wěn)定，減少因上游礦量波動(dòng)導(dǎo)致的沉砂產(chǎn)率升高及沉砂嘴容易拉桿等情況。傳統(tǒng)的分級旋流器結(jié)構(gòu)通常采用漸開線進(jìn)料體結(jié)構(gòu)，同時(shí)旋流器的錐體角度相對較小，多在10°～20°，在常規(guī)的鐵礦二段磨礦作業(yè)中運(yùn)行效果較好，但針對該給礦粒度分布窄、溢流細(xì)度較粗的分級要求，會(huì)出現(xiàn)溢流過細(xì)、磨機(jī)負(fù)荷過大的問題。為解決傳統(tǒng)分級旋流器的弊端，海王旋流器有限公司研發(fā)了一款適用于釩鈦磁鐵礦二段分級的高效旋流器。該旋流器采用了螺旋線型的進(jìn)料體結(jié)構(gòu)與大錐角錐體結(jié)構(gòu)，其技術(shù)特點(diǎn)如下。

（1）優(yōu)化了旋流器的進(jìn)料方式。旋流器的進(jìn)料方式對料漿的分級效果有顯著影響，傳統(tǒng)旋流器一般采用漸開線型進(jìn)料結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的進(jìn)料管與旋流器筒體部分采用漸開線方式銜接，與原有切線進(jìn)料方式相比，在一定程度上減少了紊流的產(chǎn)生，提升了旋流器的分級效果，但在實(shí)際使用中仍存在管柱銜接段磨損過快、溢流產(chǎn)物粗顆粒含量偏高等問題。

螺旋線入料管沿螺旋下旋線方式包圍旋流器的圓柱體筒體，最終切向進(jìn)入旋流器的圓柱體筒體，螺旋旋向與進(jìn)料方向相同，在入料導(dǎo)流、降低能量及速度損失、減少流場擾動(dòng)等方面效果較好。旋流器工作時(shí)，物料在螺旋下旋結(jié)構(gòu)的引導(dǎo)下進(jìn)入旋流器，導(dǎo)流行程更長，受螺旋下旋結(jié)構(gòu)的影響，流體湍流強(qiáng)度降低，從而處理相同物料所需的壓力降低，使旋流器能量損失減少，同時(shí)對旋流器內(nèi)壁的沖擊減小，旋流器的壽命更長［10］。

（2）優(yōu)化了旋流器的錐體角度。旋流器的錐體結(jié)構(gòu)對旋流器的溢流細(xì)度和底流細(xì)度有顯著的影響，主要是因?yàn)樾髌鞯腻F體角度影響旋流器的分級粒度。根據(jù)旋流器分級粒度經(jīng)驗(yàn)公式可知，旋流器分級粒度與錐體夾角一半的正切值呈正比例，在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)一致的情況下，隨旋流器錐體角度增加，錐段的長度隨之減小，分級粒度隨之變粗。而分級粒度越粗，旋流器沉砂中的細(xì)顆粒含量越少，沉砂產(chǎn)率也降低。因此，旋流器適合的錐體角度可在保證溢流細(xì)度滿足生產(chǎn)要求的同時(shí)，最大程度地降低沉砂中合格粒級的含量，降低磨機(jī)的循環(huán)負(fù)荷。不同錐體角度的旋流器見圖3。

4 優(yōu)化后的工藝流程生產(chǎn)指標(biāo)

4.1 排口比試驗(yàn)

旋流器的排口比是指旋流器的沉砂嘴直徑與溢流管直徑的比值，排口比的大小直接影響旋流器的溢流細(xì)度和分級效率。旋流器排口比結(jié)果見表4。

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由表4可知，隨著排口比的縮小，旋流器溢流細(xì)度由-0.074 mm含量58.65%降至45.26%，分級效率呈先升高后降低的趨勢；根據(jù)旋流器溢流細(xì)度需控制在45%～50%的要求，結(jié)合最佳分級效率，旋流器排口比為0.46時(shí)分級效果最佳。

4.2 給礦壓力試驗(yàn)

在確定排口比后，通過調(diào)整旋流器的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，進(jìn)行了旋流器給礦壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

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由表5可知，隨著給礦壓力的增加，旋流器溢流細(xì)度由-0.074 mm含量由46.58%升高至48.56%，然后又降低至39.43%；分析旋流器溢流細(xì)度變化的原因是由于給礦壓力提高至0.07 MPa后，旋流器沉砂出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致溢流跑粗，影響了旋流器的分級效率；為保證后續(xù)生產(chǎn)穩(wěn)定，后續(xù)生產(chǎn)中旋流器運(yùn)行壓力控制在0.06 MPa左右。

4.3 對比試驗(yàn)

在確定了旋流器最佳運(yùn)行條件后，進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)考察，并與其他采用原磨選工藝和設(shè)備的系列在處理量相近的情況下進(jìn)行對比，2個(gè)系列的考察平均指標(biāo)見表6。

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由表6可知，采用新磨選工藝增加旋流器后，磨礦細(xì)度-0.074 mm含量從56.42%提高到75.87%，最終鐵精礦品位由53.87%提高至55.62%，說明采用旋流器進(jìn)行預(yù)先分級后，優(yōu)化了二段磨分系統(tǒng)的磨礦效率，提升了磨礦細(xì)度，實(shí)現(xiàn)了精礦品位的提升。

5 結(jié)論

（1）某釩鈦磁鐵礦由于開采時(shí)間較長，礦石性質(zhì)變化較大，導(dǎo)致近年來的鐵精礦品位只有約53.5%，為提高精礦鐵品位，對二段磨選工藝進(jìn)行了優(yōu)化改造。改造增加二段預(yù)分級旋流器后，控制旋流器溢流細(xì)度-0.074 mm含量在45%～50%，精選入選粒度達(dá)到-0.074 mm75%才能達(dá)到最佳的分選指標(biāo)。

（2）現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，增加旋流器進(jìn)行預(yù)分級作業(yè)后，有效提高了二段磨礦細(xì)度，二段磨礦細(xì)度-0.074 mm含量從56.42%提高到75.87%，精礦品位由改造前的53.87%提高至55.62%。