某球团厂铁精矿磨矿及脱水系统技术研究.pdf

第 48 卷 2020 年第 3 期 编辑 翟晓华 破磨 28 作者简介张 旺，男，1989 年生，硕士，工程师，主要从事 选矿工艺设计工作。 球 团矿生产由于具有对环境污染小、能源消耗 少且利于提高高炉冶炼的技术指标等优点[1]， 得到了越来越广泛的应用。铁精粉作为钢铁厂球团的 原料，其粒度分布特性、含水量及化学成分是球团生 产技术指标优异的重要影响因素[2]。国外某球团厂从 巴西淡水河谷采购赤铁精矿原料用于球团生产，经过 成球试验确定用于造球的铁精粉粒度需满足 -74 m ≥80，而外购的原矿粒度为 -10 mm，因此需对原 矿进行磨矿分级及脱水，以满足造球作业的要求。笔 者拟对磨矿分级及脱水系统的技术方案进行分析与探 讨。 1 原矿性质 原矿的化学成分分析结果、物相分析结果以及 密度、松散密度测定结果分别如表 1 3 所列，原矿 粒度分布曲线如图 1 所示。从表 1、2 可知，原矿中 的铁主要以赤褐铁矿的形式存在，且含有一定量的石 英。由于在 pH 6 8 时，石英矿物表面电动电位绝 某球团厂铁精矿磨矿及 脱水系统技术研究 张 旺1,3，李泽理1,3，王 琴2,3 1中信重工工程技术有限责任公司 河南洛阳 471039 2洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039 3矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039 摘要为了确定某球团厂铁精矿磨矿及脱水系统的工艺方案，以满足后续球团作业对铁精矿的粒度及 水分要求，通过 Bond 功指数试验、沉降试验以及脱水试验，为磨矿及脱水系统的工艺流程选择以及 主要设备选型提供依据。磨矿系统最终采用两段连续磨矿分级流程，脱水系统采用由浓缩机和压滤机 组成的工艺流程，可为球团厂铁精矿的磨矿及脱水工艺设计提供参考。 关键词球团厂；铁精矿；磨矿分级；脱水 中图分类号TD453 文献标志码B 文章编号1001-3954202003-0028-04 Technological research on iron concentrate grinding and dewatering system in a pellet plant ZHANG Wang1,3, LI Zeli1,3, WANG Qin2,3 1CITICHIC Engineering iron concentrate; grinding and classification; dewatering 万方数据 第 48 卷 2020 年第 3 期 破 磨 编辑 翟晓华 29 对值远大于赤铁矿[3]，矿物表面电动电位的绝对值越 大，将导致细粒之间的相互排斥力越大，使得过滤时 细粒分散而影响滤液的流动[4]，从而不利于过滤。 2 磨矿分级系统 磨矿系统需要为球团厂提供粒度为 -74 m 占 80 的产品，且要求最终含水率≤10，处理量为 200 t/h，设计选用应用最为广泛的球磨机作为磨矿设 备。为了避免矿石过磨产生过多的细粒级产品而影响 后续脱水作业，拟采用两段连续磨矿及分级流程，且 由于后续的球团作业需要不间断供料，将磨矿系统设 计为 2 个系列，即采用双系列两段连续磨矿方案。 矿山重型装备国家重点实验室对原料进行了标 准 Bond 功指数试验，作为选择球磨机型号规格的依 据。采用 90、180 m 控制筛进行试验，得到的 Bond 功指数值分别为 13.94、12.19 kW h/t。磨矿系统的原 料采购自巴西，由于不同地区矿石组成不同，造成其 可磨性差别巨大[5]，因此考虑到将来可能存在采购矿 石的不同造成原矿性质波动，在磨矿分级及其配套输 送设备选型时设计预留较大的富裕量，以应对可能因 为矿石变得难磨而使得产量下降的情况。 两段球磨机选用相同的规格及配置，确保将来 项目运营时备件的通用性，方便设备的检修与维护。 该项目采用 Bond 功耗法[6]以及 JKSimMet 软件模拟 法 模拟结果见图 2，并结合矿山碎磨流程数据库[7] 进行了磨矿设备的选型以及磨矿系统关键参数的设 计，最终双系列两段球磨机共选用 4 台 φ3.6 m6 m EGL 溢流型球磨机，单台装机功率均为 1 250 kW。 其中一段球磨机排料经渣浆泵输送至一段旋流器组进 行分级，溢流产品细度为 -74 m 约占 50。分级设 备采用 2 组各包含 4 台 φ500 mm 平底旋流器的旋流器 组，其底流产品返回至一段球磨机形成闭路回路，溢 流产品进入二段磨矿分级系统泵池，与二段球磨机排 料合并，经渣浆泵输送至二段旋流器组进行分级，及 原矿密度 4.82 未振 2.78 振实 3.21 松散密度 表 3 原料密度及松散密度测定结果 Tab. 3 Testing results of specific gravity and bulk density of raw ore t/m3 图 1 原矿粒度分布曲线 Fig. 1 Particl size distribution curve of raw ore 图 2 JKSimMet 软件模拟计算结果 Fig. 2 Simulation calculation results with JKSimMet 铁的存在形式 数值 磁性铁 2.45 碳酸铁 0.12 赤褐铁 61.44 黄铁矿 0.02 硅酸铁 1.71 表 2 原矿物相分析结果 Tab. 2 Analysis results of iron phase of raw ore 化学 成分 含量 TFe 65.74 FeO 0.62 SiO2 1.70 Al2O3 1.33 CaO 0.02 MgO 0.091 S 0.021 P 0.056 质量 损失 2.70 表 1 原矿化学成分分析结果 Tab. 1 Analysis results of chemical components of raw ore 万方数据 第 48 卷 2020 年第 3 期 编辑 翟晓华 破磨 30 时将达到粒度要求的粒级分出，避免进入二段球磨机 再磨从而导致过磨，溢流产品细度设计为 -74 m 占 80。分级设备采用 2 组各包含 8 台 φ350 mm 的常规 锥底旋流器的旋流器组 相关技术参数见表 4，其底 流产品返回至二段球磨机形成闭路回路，溢流产品进 入后续脱水作业。 3 脱水系统 3.1 浓缩机 目前矿山上精矿脱水常用的方案为浓缩 过滤机 或浓缩 压滤机。浓缩机作为一段脱水作业，其底流 的矿浆质量分数越高，越利于后续过滤或压滤脱水作 业。本项目设计浓缩机的给料质量分数为 25，底流 质量分数设计为 55，处理量为 200 t/h。浓缩机的 选型计算与进料的粒度组成及其在矿浆中的沉降速度 有关，因此对达到磨矿分级产品粒度和质量分数的矿 浆进行了自然沉降与添加絮凝剂后的沉降试验，作为 压滤机选型的主要依据。絮凝剂采用质量分数为 1‰ 的复合型聚丙烯酰胺絮凝剂，加药量为 20 g/t，试验 结果如图 3 所示。从试验结果可知，自然沉降速度为 0.55 m/h，添加絮凝剂后沉降速度加快，沉降速度达 到 0.87 m/h。经过计算选择 φ38 m 中心传动浓缩机。 为提高浓缩机的底流质量分数及后续脱水作业技术指 标，一段脱水作业配置自动加药机系统。 3.2 压滤机试验及选型 首先进行了圆盘过滤机和陶瓷过滤机实验室脱水 试验，均难以达到后续球团作业的水分要求。由于压 滤机的应用较为广泛，且其对细粒物料及黏性物料的 脱水具有较大的优势[8-9]，因此第二段脱水作业选用 压滤机。通过采用多种类型的压滤机进行脱水试验， 确定适于该项目的压滤机类型及型号规格。 3.2.1 制作试验矿样 通过试验球磨机 φ420 mm450 mm 对原矿开路 磨矿至 -74 m 约占 80，将连续搅拌矿浆取样送至 压滤机厂家实验室进行脱水试验。矿样筛分后的粒度 分布曲线如图 4 所示。从图 4 可知，试验矿样中 -74 m 含量约为 82，而 -19 m 粒级含量约占 49， 即微细粒级的含量较多，可能是由于制样流程采用开 路磨矿，从而导致合格粒级的矿石过磨。因此，采用 微细粒含量偏高的矿样进行压滤试验，更有利于工业 运行时达到相应的水分要求。 3.2.2 试验结果 将矿样送至压滤机厂家，采用不同的压滤实验机 在最佳试验条件下进行压滤试验，试验结果如表 5 所 列。从试验结果可知，1 号压滤机的滤饼压榨风干压 力较小，且滤饼中含水率最低。由于能够提供的压缩 图 3 物料沉降试验结果 Fig. 3 Material settlement test results 表 4 旋流器相关技术参数 Tab. 4 Technical parameters of hydrocyclone 参数 设备型号 磨矿分级系统单系列新给料量/t h-1 旋流器给矿质量分数/ 旋流器运行压力/MPa 旋流器溢流细度-0.074 mm 含量 / 溢流管直径/mm 沉砂口直径/mm 一段分级设备 FX500-GX-P4 100 45 50 0.05 0.10 48 50 150 70 二段分级设备 FX350-GX-608 100 40 45 0.08 0.13 80 110 55 图 4 矿样粒度分布曲线 Fig. 4 Particle size distribution curve of test sample 注1 号压滤机为滤板外侧进料的卧式压滤实验机；2 号、3 号 压滤机均为中心给料卧式压滤实验机。 参数 物料名称 给料质量分数/ 给料压力/MPa 给料时间/min 压榨风干压力/MPa 压榨风干时间/min 吹风压力/MPa 吹风时间/min 循环时间/min 滤饼厚度/mm 滤饼含水率/ 1 号压滤机 赤铁精矿 50 0.8 10 0.8 6 22 30 7.9 2 号压滤机 赤铁精矿 50 0.6 10 1.2 10 1.0 5 29 26 8.6 3 号压滤机 赤铁精矿 57 0.6 9 1.2 1 0.9 5 19 16 8.9 表 5 压滤试验结果 Tab. 5 Test results of filter press 万方数据 第 48 卷 2020 年第 3 期 破 磨 编辑 翟晓华 31 空气最大压力为 0.8 MPa，结合各类型压滤机的工业 运行经验分析，1 号压滤机更利于达到球团作业对最 终产品含水率的要求，即含水率≤10。 3.3 压滤系统配置方案 根据试验结果选用 1 号压滤机作为二段脱水设 备，其处理量要求为 200 t/h，选用 6 台 600 m2 板框 压滤机，其中 1 台备用，以防压滤机更换滤布或维修 等需停机时能确保整个系统的处理能力，其技术参数 如表 6 所列。在压滤机前设置机械搅拌槽，以确保压 滤机给料的稳定性，搅拌槽的给料来自于浓缩机底流 输送渣浆泵，搅拌槽周围配置 3 组 1 组 2 台 变频渣 浆泵，每组渣浆泵供料至 2 台压滤机。 通过自动化控制各组中每台压滤机给料管道上的 阀门，实现二者不同时给料，以降低渣浆泵的选型规 格。压滤系统设置给料旁路管道，当 2 台压滤机均不 工作时，为避免渣浆泵短时间停机，通过关闭每台压 滤机给料管道上的阀门并打开旁路管道阀门，经旁路 管道将矿浆输送返回至搅拌槽形成回路。整个压滤系 统的电气控制均采用 PLC 自动控制方式，以提高整 个系统的作业效率。 4 结论 1 为了避免矿石过磨产生较多的细粒级物料， 结合 Bond 功指数试验数据，设计两段连续磨矿分级 流程。为确保备件的通用性，最终选用 4 台 φ3.6 m6 m EGL 溢流型球磨机，装机功率均为 1 250 kW。一 段分级设备采用 2 组各含 4 台 φ500 mm 平底旋流器的 旋流器组，二段分级设备采用 2 组各含 8 台 φ350 mm 锥底旋流器的旋流器组，确保磨矿分级系统的最终产 品细度，以及给料至脱水系统的矿浆质量分数达到设 计要求。 2 采用各类型压滤机对国外某赤铁精矿进行脱 水试验研究，结果显示 1 号压滤机的试验效果最佳， 更利于达到客户的含水率要求 含水率≤10，因此 该项目最终选定 6 台 其中 1 台备用 600 m2 板框压滤 机；压滤系统设置缓冲搅拌槽以及变频给料渣浆泵， 每 2 台压滤机由 1 组 2 台 渣浆泵进行给料，并设置 给料旁路管道，以确保当 2 台压滤机均不供料时矿浆 经旁路管道返回至搅拌槽。 参 考 文 献 [1] 许满兴，张玉兰．新世纪我国球团矿生产技术现状及发展趋 势 [J]．烧结球团，2017，42225-30. [2] 王昌安，罗廉明．铁精矿粒度组成对球团质量的影响 [J]．武 汉化工学院学报，2005，27238-39. [3] 王会静．司家营铁矿磁铁矿与赤铁矿混合浮选交互影响研究 [D]．唐山华北理工大学，201531-35. [4] 潘 登．细粒赤铁矿精矿过滤影响的研究 [D]．武汉武汉科 技大学，201837-44. [5] 耿文栋，张广伟．进口铁矿球团前细磨工程工艺设计分析 [J]. 矿山机械，2019，47527-30 [6] ROWLAND C A. Using the Bond work index to measure operating comminution efficiency [J]. Minerals Metallurgical Processing，1998，15432-36. [7] 姬建钢，祖大磊，杨纪昌，等．矿山破碎磨矿流程关键设备 数据库的建立和应用 [J]．矿山机械，2013，411288-91. [8] 安国荣．压滤脱水技术的工业应用研究 [J]．有色金属设计， 1998，25427-29. [9] 杜长学，彭振斌，杨传德，等．铝土矿矿泥固化技术的试验 研究 [J]．工程地质学报，2006，141117-121. □ 收稿日期2019-12-18 表 6 板框压滤机技术参数 Tab. 6 Technical parameters of plate-and-frame filter press 参数 数量/台 主机功率/kW 外形尺寸 长宽高/mm 单机质量/t 有效过滤面尺寸/mm 滤板数量/块 滤室深度/mm 滤室总容积/m3 滤板材质 设计最高工作压力/MPa 设计给料压力/MPa 卸料方式 数值 6 13 11 9103 0352 715 43 1 8001 800 91 30 7.83 增强聚丙烯 0.8 0.6 0.8 多段拉板 万方数据