高效节能型高压辊磨机的特点及应用
王志良 柴延森 吉少清
（安徽大昌矿业集团有限公司）
摘要：介绍了高效节能型高压辊磨机的特点以及在安徽大昌矿业集团有限公司选矿厂的应用情况，生产实践表明：采用高压辊磨机与筛分组成闭路系统后 最终破碎产品粒度从25－0mm降至3－0mm，通过湿式磁选预先抛尾的工艺，大大提高了入磨品位，减少了尾矿排放量，有效的提高了磨机的利用系数，简化了工艺条件，增加了原矿处理能力，获得了较明显的经济效益。
关键词：高压辊磨机；湿式预先磁选；生产能力；节能降耗
1.前 言
1.1、企业技术改造前基本情况
安徽大昌矿业集团有限公司（简称大昌公司）下属选矿厂, 改造前的破碎工艺流程为:三段一闭路，即粗破、中破、细破、筛分、筛上产品返回细碎，筛下产品采用磁滑轮丢废石后,进入选厂磨选车间经由2.2m*8.0m长筒球磨机组成的两段开路磨矿系统,两段弱磁选流程得到最后的精矿。磨矿系统单系列处理能力（原矿）75t/h,原矿处理能力350万吨/年,精矿产量80余万吨/年,精矿品位65%以上。
1.2、引进新型、高效、节能的高压辊磨机作为改造的关键设备 选矿中增设合肥水泥研究设计院设计生产的高压辊磨机（HFCG160-120），其生产能力为530-610t/h处理原矿。选矿流程相应作配套改造，第三段破碎产品用高压辊磨机破碎,即在三段破碎后作第四段超细碎, 高压辊磨后的矿物采用单独的湿式闭路，用振动筛控制性筛分，筛下产品给入湿式预先磁选，筛上产品返回高压辊磨机。
2、高压辊磨机的特点 2.1、高压辊磨试验
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试验用Ø1000260毫米高压辊磨机，给料量约每小时60吨，压饼厚度为24毫米，辊磨成饼较好，人工用铁锹拍打后即全部粉碎。分别对原矿和高压辊磨后的样品开展了粒度筛析，原矿粒度筛分结果见表1，高压辊磨后的样品粒度筛分结果见表2： 原矿粒度筛分结果见表1。
表1 原矿粒度筛分结果
粒级 (mm) +15 (-15,+12) (-12,+8) (-8,+6) (-6,+5) (-5,+4) (-4,+3) (-3,+2) (-2,+1) (-1,+0.45) (-0.45,+0.15) (-0.15,0) 产率(%) 20.88 24.70 8.42 13.88 2.37 6.06 2. 4. 1.96 2.36 9.48 2.37 正累积(%) 20.88 45.58 54.00 67.87 70.24 76.30 79.19 83.83 85.79 88.15 97.63 100.00 负累积(%) 100.00 79.12 54.42 46.00 32.13 29.76 23.70 20.81 16.17 14.21 11.85 表2 原矿辊后粒度筛分结果(压饼厚度24毫米)
粒级 (mm) +15 (-15,+12) (-12,+8) (-8,+6) (-6,+5) (-5,+4) (-4,+3) (-3,+2) (-2,+1) (-1,+0.45) (-0.45,+0.15) (-0.15,0) 产率(%) 3.76 10.31 5.07 10.39 6.99 9.94 5.33 8.42 5.49 5.65 14.58 14.07 正累积(%) 3.76 14.07 19.13 29.53 36.51 46.45 51.79 60.21 65.70 71.35 85.93 100.00 负累积(%) 100.00 96.24 85.93 80.87 70.47 63.49 53.55 48.21 39.79 34.30 28.65 由表1和表2对比知，经高压辊磨后的样品粒度-6毫米从32.13%
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提高到70.47%,-3毫米从20.81%提高到48.21%,说明采用高压辊磨机破碎大昌贫磁铁矿石有一定成效，可大大降低一段磨矿的入磨粒度；
2.2、样品粒度 2～0mm时相对可磨度试验
通常，经高压辊磨机粉碎的矿石可在一定程度上提高磨矿效率，为了验证磨矿效率的提高程度，我们开展了相对可磨度试验。试验设备为XMQφ240×90锥形球磨机,球料比为12:1,液固比为1:1。
相对可磨度是说明矿石相对磨矿难易程度的系数，是供设计选矿厂选择球磨机时参考，测定方法一般为矿石新生成级别含量法。本次试验取高压辊磨前的原矿为标准样品，辊磨后的为被测样品。两种样品分别碎至2～0mm并筛去－0.15mm粒级，在同一磨矿条件下进行不同磨矿时间试验，然后测定新生成－0.076mm粒级含量，取两种矿样磨到－0.076mm含量70%时之比为K70，并计算出矿石的相对可磨度，试验结果见表4和图1：
表4 不同磨矿时间新生成-0.076mm粒级含量（%）
样品 名称 大昌原矿 （0～2mm） 原矿辊后δ=24mm （0～2mm） 0 20.58 43.19 63.72 76.52 84.81 .92 0′ 2′ 4′ 7′ 10′ 13′ 16′ 0 11.66 38.63 58.25 74.31 82.93 88.85
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图1： 2～0mm相对可磨度测定曲线图 K70=
原矿磨矿时间9.224==1.13
辊压后磨矿时间8.151由表4及图1知，高压辊磨后的样品比原矿易磨，且K70为1.13。 2.3、 样品粒度 6～0mm时相对可磨度试验
由高压辊磨物料颗粒粉碎原理知道,物料颗粒在不断增加的外力作用下，内部会产生大量裂纹，在裂纹附近发生应力集中，聚集势能，并在作用力超过极限时发生粉碎。因此,经高压辊磨机处理后的物料内部都会产生大量裂纹,可大大提高后续磨矿效率,尤其是对入磨粒度较大时,效果更加显著。为了验证这一效果，我们开展了粒度 6～0mm相对可磨度试验。试验取高压辊磨前的原矿为标准样品，辊磨后的为被测样品。两种样品分别碎至6～0mm并筛去－0.15mm粒级，在同一磨矿条件下进行不同磨矿时间试验，然后测定新生成－0.076mm
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粒级含量，取两种矿样磨到－0.076mm含量70%时之比为K70，并计算出矿石的相对可磨度，试验设备为XMQφ240×90锥形球磨机,球料比为12:1,液固比为1:1，试验结果见表5和图2：
表5 不同磨矿时间新生成-0.076mm粒级含量（%）
样品 名称 大昌原矿 （0～6mm） 原矿辊后δ=24mm （0～6mm） 0 23.62 39.74 55.11 66.49 70.81 73.76 0′ 2′ 4′ 7′ 10′ 13′ 16′ 0 22.29 35.16 43.02 61.03 66.60 72.49
图2: 6～0mm相对可磨度测定曲线图 K70=
原矿磨矿时间14.271==1.16
辊压后磨矿时间12.304
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由表5及图2知，6～0mm高压辊磨后的样品比原矿易磨， K70
达到1.16。但是本次试验采用的球磨机直径较小，仅为φ240毫米，使用的钢球直径最大为φ30毫米，对较大颗粒矿样破碎效果不好。因此，若今后采用直径较大的球磨机，使用较大直径的钢球，高压辊磨后的样品比原矿易磨效果将更加显著。
2.4、高压辊磨机的主要特点
从合肥水泥研究院测定的相对可磨度试验及高压辊磨机推荐压力和转速范围内物料粒度筛析结果分析可以看出,其主要特点如下: （1）辊压破碎作业效果明显
高压辊磨机在工作压力为4.0N/mm2的情况下,新生成大量的-3.0--0.074mm
细
粒
级
,
为
充
分
、
高
效
地
进行湿式粗粒磁选创造了条件。
（2）高压辊磨机破碎矿石具有单位破碎能耗低.在上述工作条件下,单位通过量能耗和新给料单位能耗分别为1.07kwh/t和1.68kwh/t，达到高效节能的效果。
（3）高压辊磨机充分体现出提前抛尾效果十分显著，对于3－0毫米左右的尾矿可以用分级方法分出部分颗粒，用于生产加气混凝土砌块或建筑用砂。
3、高压辊磨机的应用效果
3.1、多碎少磨,粗粒湿选,提高入磨品位18.02个百分点 由高压辊磨机与筛分组成闭路辊磨系统, (相当于一段闭路磨矿分级系统)，充分利用高压辊磨机单机处理能力大,辊磨产品粒度小（物料粒度从25mm-0mm细碎至3-0mm）的特点以及辊磨后物料适宜
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于选别的矿物特性, 通过筛分,控制大颗粒，将筛下物料直接进行湿式磁选预选抛尾，将预选精矿进入下段磨选作业.在磨前抛去了大量的粗粒尾矿,大大减少了后续的入磨选矿量,同时减轻了尾矿处理的难度,减少入磨量,使原矿入磨品位从20.00%左右富集至38.02% ，提高了入磨品位18.02个百分点。由合肥水泥研究院对高压辊磨后的样品进行的湿式抛尾试验，湿式抛尾设备为Φ500×300毫米湿式磁选机,湿式抛尾试验结果见表3.
表3 辊磨后湿式抛尾试验结果
矿样粒度 辊筒表面场编号 （mm） 强(高斯) 108 -3 1700 产品名称 原矿 精矿 尾矿 产率(%) 100 48.75 51.25 Fe品位(%) 23.43 41.45 6.28 Fe回收率(%) 100 86.26 13.74 由表3可知，当给矿粒度为-3毫米时，在采用的试验条件下,精矿铁品位比原矿最大提高18.02%，最大抛尾量达51.25%,尾矿品位仅为6.28%,精矿回收率为86.26%，说明该样品采用湿式抛尾经济效果非常显著。对于3－0mm左右的尾矿可以用分级方法分出部分粗粒，用于建筑用砂或堆存，可以大幅度降低尾矿入库量，经济效益和环境效益都十分明显。
合肥水泥研究设计院对该矿石分别进行了HFC易磨性试验研究，结果表明：细碎产品经高压辊磨机闭路时单位能耗为1.55－1.85kwh/t原矿左右,而球磨机粉磨试验的结果，其单位能耗为20.12kwh/t原矿。每吨原矿破碎能耗节电18.42kwh,可见，远低于矿
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石粗磨所需电耗,该设备的运用达到了高效节能的效果。同时该流程采用湿式抛除粗粒尾矿，提高了入磨品位，可以在相同的原矿处理量条件下,减少磨机的台数或装机功率,也可以在相同的磨矿装机条件下,提高磨矿系统的处理能力,减少了入库尾矿量,扩大了选厂生产能力,有效降低了生产成本，提高经济效益。
高压辊磨机(HGCF160-120)实现超细碎,并放在磨矿系统,即充分利用了高压辊磨机的高作业率，通过多段磁滑轮干抛和粗粒湿式磁选机抛尾的相继应用, 最终实现了高压辊磨后单独的湿筛闭路粗粒湿选 。
在进行高压辊磨磨选试验研究的基础上,这次配套改造工艺方案为:细碎产品――干式磁选抛尾――高压辊磨――筛分-- 湿式预先磁选-- 球磨—多段湿式磁选--电磁螺旋柱磁选提精或磁选精矿细筛分级--筛下磁选--筛上再磨再选。
3.2、预磁选粗精矿用两台磨机分别进行处理
将原有一段磨矿和二段磨矿改为一段磨矿,预磁精矿用二台磨机分别处理,经磨选后,可获得品位66.50%的精矿,选矿比为1.9,其综合回收率为93.06%,从而优化了选矿技术指标,降低了选矿生产能耗。该工艺的应用可从原有的单系列75t/h磨矿系统处理能力提高到108t/h水平,改造后两台球磨机并列，单台给矿量为54t/h,精矿产量从22t/h提高到34t/h,提高了选矿生产效率,其选矿比,利用系数等主要指标均达到国内先进水平。
附图：高压辊磨机配套改造后的选矿工艺流程图
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4、项目节能量测算
4.1、选矿流程品位及排尾量的计算（按年产160万吨精矿设定） （1）破碎原矿石:原矿品位20%,经破碎到25mm粒度,干选后品位25%,废石品位5%,选矿比为1.33
（2） 高压辊磨:入料品位25%，粒度3-5mm,湿选后品位38.02%,粗尾矿品位5%,选矿比为1.65
（3）磨细:入料品位38.02%，磨细到-200目70%时,精矿品位66.5%,尾矿品位5.5%,选矿比为1.87
（4）年产精矿160万吨,则年需原矿石656.59万吨
年产精矿160万吨，需要原矿及排尾量一览表（万吨） 年产精矿 原矿量 废石量 160 656.59 162.92 粗尾砂量 194.48 细尾砂量 选比 139.20 4.10 4.2、球磨机粉磨试验的结果(HFC易磨性试验表) 入磨物料细度(<0.08mm含量):15.0% 物料比重:3.23g/cm3 粉磨速度:
粉磨时间(分) 比表面积(m/kg) 筒体沾料比例(%) 研磨体沾料比例(%) 74微米筛筛余(%) HFC易磨性系数(kwh/t) 215 206.5 25.75 20.12 21 232.3 19.40 22.94 21 2.0 12.95 25.76 24 293.0 9.70 28.58 27 317.0 5.25 31.41 30 344.1 10 3.45 34.23 36 398.6 50 2.25 39.88 42 445.3 70 1.25 45.52 4.3、干选抛尾试验
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（1）不同粒度不同场强磁选抛尾试验
将矿石分别破碎到-40mm和-20mm,并分别在不同场强下进行干选抛尾,其试验结果如下表:
不同粒度不同磁场强度干选试验结果：
精矿 % 磁场强度/mT 粒度/mm 产率 品位 900 430 -20 28.80 21.02 71.20 10.99 13.88 43.61 -40 -20 -40 53.90 52.97 30.40 19.00 20.18 20.06 尾矿 % 产率 46.10 47.03 69.60 品位 7.72 6.95 11.16 原矿品位% 13.85 13.96 14.03 回收率% 74.29 76.57 43.47 从上表试验数据表明,矿石破碎到一定粒度进行干式抛尾可以提高其铁的品位.随着场强的降低,精矿品位升高,但是回收率明显降低;并且同一场强下,粒度细的矿物分选效果比粒度粗的分选效果好.根据霍邱铁矿吴集组矿带，试验表明：吴集矿床原生矿，以磁铁矿为主，脉石矿物、含铁硅酸盐矿物和石英等，硫、磷不高。矿石嵌布粒度以细粒为主，属细粒不均匀嵌布，采用弱磁选方法可取得满意的指标。 这种矿石的磁选特性。很适宜粗粒抛尾，细磨提高精矿品位 磁铁矿和 矿共生情况,应采用高场强磁选抛尾,在保证高回收率的前提下,抛除脉石,从而降低磨矿选矿成本.
（2）分粒级强磁抛尾
将原矿进行筛分,得出不同粒级的矿石,在900mT的场强下进行干选抛尾,其干选抛尾结果如下表:
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不同粒级强磁抛尾试验数据表
粒级/mm 产率 20-40 10-20 4.75-10 -4.75 43. 48. 75.51 96.43 精矿 % 品位 19.93 24.57 21.15 14.42 尾矿% 产率 56.36 51.11 24.49 3.57 品位 6.87 6.88 8.54 5.18 12.57 15.53 18.06 14.09 69.18 77.35 88.42 98.71 原矿品位 % 回收率 % 由以上试验数据表明,分级选别效果较全粒级混合入选效果好.但粒度太细的矿石干选效果不好,对于该矿石,最佳干选抛尾粒度为10-20mm.
5、高压辊磨机处理量的计量
5.1、高压辊磨机的通过量计量.在高压辊磨机排料输送皮带上安装一台电子秤,对高压辊磨机的通过量进行自动计量.由此可以对高压辊磨机的处理能力进行实时监视.
5.2、在筛分返回皮带上安装一台电子秤,对循环料进行自动计量. 5.3、两条计量皮带上的自动计量系统统计之差,就是一定时段内高压辊磨机的处理量.
6、应用效果
6.1、节能降耗效果显著
从HFC易磨性试验结果,原处理矿石电耗为20.12 kwh/t,现通过高压辊磨处理矿石电耗为1.70kwh/t,每吨节电18.42 kwh/t,按年处理600万吨原矿计算,年节电量为:
600万吨*18.42 kwh/t=11052万kwh. 其中：
（1）扣除高压辊磨机及附属设备本身耗电为 948kwh（主传动电
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机功率900kw、液压油泵电机功率15kw、润滑油泵及减速器稀油站等电机功为33kw,计948kw）
（2）扣除高压辊磨机配套工艺改造设备功率为592kwh （3）扣除改造后磨选用电388 kw 合计扣除：948kw+592kw+388kw=1928kw
按效率85%计,每小时耗电为1928kw/0.85=2268kw 600万吨/年生产耗电总量为：
6000000吨/600吨*2268kwh=2268万kwh/年, 扣除后即：
11052万kwh/年-2268万kwh/年=8784万kwh/年 折算成标准煤: （每万kwh折标煤系数1.229） 8784万kwh/年*1.229=10795吨标煤/年 6.2、提前抛尾效果非常显著
通过对高压辊磨后的样品进行了湿式抛尾试验，当给矿粒度为-3毫米时，在采用的试验条件下，精矿铁品位比原矿最大提高18.02%，最大抛尾量达51.25%,尾矿品位仅为6.28%,精矿回收率为86.26%，说明该样品采用湿式抛尾效果非常显著。
7、结语
7.1、实现了湿式磁选预先抛尾
该工艺采用高压辊磨机与筛分组成闭路系统后，最终破碎产品粒度从25－0mm降至3－0mm，由于产品粒度大幅度减小，采用湿式磁选预先抛尾，解决了原工艺在入磨前只能用磁滑轮而不能用湿式磁选预先抛尾矿的技术难题。原矿经湿式预磁选后，这部分粗颗粒尾矿，
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不再进入尾矿库，而作为建筑材料或堆存。
7.2、入磨品位提高了18.02个百分点
原工艺中原矿经磁滑轮抛尾后，原矿品位由20.00%提高到25.00%，原矿品位仅提高5个百分点。新工艺采用湿式磁选抛尾，原矿品位由20.00%提高到38.02%，原矿品位提高了18.02个百分点。
7.3、排放的入库尾矿量减少了195万吨
该工艺采用磁选机预抛尾后，提高了原矿品位和金属含量，这样就减少了磨选系统的入库尾矿量，减轻了尾矿设备的输送能力，按年处理600万吨原矿计算，每年向尾矿库中排放的尾矿量减少了195万吨，节能减排效果显著，同时延长了尾矿库的使用年限。
7.4、有效的提高了磨机的利用系数
改变了原矿的物理性质，矿物经高压辊磨机的挤压破碎后，在减少矿物粒度的同时，破坏了矿物内部结构，由于矿物内部结构的破坏，矿物在被剥磨过程中，更容易得到单体解离。为球磨机的单机处理能力提供了前提条件。有效的提高了磨机的利用系数，降低了吨矿能耗。
7.5、简化了工艺条件，增加了原矿处理能力
由于破碎工艺增加了高压辊磨机，减小了产品粒度，破坏了矿物内部结构，故将磨选工艺进行了改造，由原系统二段磨矿，球磨机统一改为一段磨矿，即预磁精矿分别由两台球磨机分别处理，磨矿作业一次性完成，经磁选机分选后，可获得磁精矿，该工艺的应用，可以从现在的原矿处理75t/h提高到108t/h水平，年处理原矿量提高44%。精矿产量由22t/h提高到34t/h,年精矿产量提高54.55 %，最终精矿
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品位达到66.50%，金属回收率达到86.26%。
7.6、该项目实施后年节能量10795吨标煤，新增销售收入为1.129亿元/年，新增利润为3952万元，上交税金988万元。 附：
选矿回收率增加销售收入计算：
增加选矿产品量＝年入选矿石量*入选矿石品位*（实际选矿回收率－规定选矿回收率）/精矿品位
原矿品位20.00%，精矿品位66.50%，设计核定的选矿回收率为80.00%，改造后实际选矿回收率为86.26%。
增加选矿产品量＝600万吨*20.00%*（86.26%－80.00%）/66.50%＝11. 29万吨。 按照现行铁精粉售价1000元/吨计增加销售收入为1.129亿元/年，实现利润为3952万元，上交税金988万元。
参考文献：
【1】葛新建.高压辊磨工艺在我国冶金矿山的应用现状.现代矿业特刊，2009年9月
【2】杨晓明等.高压辊磨机在冶金矿山的应用前景【J】.金属矿山，1998.03
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