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钛铁矿磨矿分级流程研究 ① 周建国 （攀钢集团新白马矿业有限责任公司，四川 攀枝花 6１７２０９） 摘 要 系统论述了几种磨矿分级流程，详细分析了各种磨矿分级流程的优劣，推荐旋流器＋高频细筛的磨矿分级流程、设备配置 及设备选择。 关键词 磨矿； 分级； 旋流器； 高频细筛； 钛铁矿 中图分类号 TD９２１文献标识码 Adoi１０．３９6９／ j．issn．０２５３－6０９９．２０１９．０１．０１6 文章编号 ０２５３－6０９９（２０１９）０１－００6４－０５ Grinding and Classification Flowsheet of Ilmenite ZHOU Jian⁃guo （Pangang Group Xin Baima Mining Co Ltd， Panzhihua 6１７０００， Sichuan， China） Abstract A variety of grinding⁃classification flowsheets used in the ilmenite processing was systematically discussed and the advantages and disadvantages of these flowsheets were analyzed． The equipment configuration and equipment selection based on the grinding⁃classification flowsheet composed of hydrocyclone and high⁃frequency fine screen were recommended． Key words grinding； classification； hydrocyclone； high⁃frequency fine screen； ilmenite 攀西地区拥有极其丰富的钒钛磁铁矿，从钒钛磁 铁矿中回收钛磁铁矿，获得铁精矿；从选铁尾矿中回收 钛铁矿，生产 TiO２品位不低于 ４７％的钛精矿。 从攀西 地区四大矿区（攀枝花、红格、白马和太和）的选铁尾 矿中回收钛铁矿的理论回收率均在 ８５％左右，但是选 钛作业实际回收率一般在 ２０％ ～４０％，最高回收率不 高于 ４８％，一个重要原因是选铁生产线和选钛生产线 的磨矿分级流程不合理，造成大量矿物流失。 钛铁矿结晶粒度普遍较粗，一般－０．２０ mm 粒级单 体解离度达到 ８５％，－０．１５４ mm 粒级单体解离度达到 ９５％。 因此磨矿粒度可以相对较粗，这样在达到矿物 单体解离度要求的同时又避免过磨导致矿物泥化。 目 前原生钛铁矿规模回收普遍采用强磁选⁃磨矿分级⁃强 磁选⁃浮选工艺流程，为强磁选作业特别是浮选作业提 供符合粒度要求的给矿就显得尤为重要。 不同钛铁矿 选别工艺的粒度要求见表 １。 １ 磨矿分级流程分析 １．１ 螺旋分级机分级流程 螺旋分级机分级流程如图 １ 所示。 表 １ 不同钛铁矿选别工艺的粒度要求 选别工艺粒度要求／ mm扩展粒度／ mm 重选０．０７４～０．２５０．０４５～０．３１５ 强磁选（湿式）０．０４５～０．２５０．０３０～０．３１５ 强磁选（干式）０．０７４～０．２５０．０４５～０．３１５ 电选０．０７４～０．２５０．０４５～０．３１５ 浮选０．０３０～０．１００．０２０～０．１５４ 磨矿分级的原料 螺旋 分级机 分级后矿物 球磨机 溢流 返砂 图 １ 螺旋分级机磨矿分级流程 从图 １ 看出，采用螺旋分级机进行分级，球磨机与 螺旋分级机直接形成闭路，该流程是最简单的磨矿分 级流程。 其优点为投资少，运行成本低（无输送泵， 螺旋分级机的运行电耗低），维护费用低；缺点是分 级效率低，粒度不均，过磨问题严重，溢流跑粗也非常 ①收稿日期 ２０１８－０８－１５ 作者简介 周建国（１９6８－），男，四川大竹人，高级工程师，主要从事选矿技术及管理工作。 第 ３９ 卷第 １ 期 ２０１９ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol．３９ №１ February ２０１９ 万方数据 严重。 因此，螺旋分级机分级流程对于粒度控制比较 严格的生产线已经不适用。 １．２ 旋流器分级流程 １．２．１ 单一旋流器分级流程 单一旋流器分级流程见图 ２。 旋流器采用单一锥 体旋流器，分级粒度界线根据工序确定。 本流程的优 点是结构简单，占地面积小，投资较少；缺点是分级 较为粗糙，沉砂中夹细、溢流中夹粗较为严重，为减少 过磨，导致溢流中存在过粗矿物，过粗矿物在浮选作业 中不能回收。 磨矿分级的原料 分级 旋流器 分级后矿物 球磨机 溢流 沉砂 图 ２ 旋流器磨矿分级流程 表 ２ 为攀西地区某选厂钛铁矿的单一旋流器分级 流程各产品粒度组成情况。 从表 ２ 可看出，旋流器分 级既要兼顾溢流粒度，又要考虑沉砂粒度，分级后的矿 物－０．０７４ mm 粒级含量在 6５％左右，＋０．１５４ mm 粒级 占 １０％，＋０．１５４ mm 粒级矿物对于浮选是过粗矿物，不 可有效回收。 表 ２ 某选厂钛铁矿旋流器分级流程粒度分布情况 粒级 ／ mm 产率／ ％ 给矿沉砂溢流 分级量效率 ／ ％ ＋０．４００３．２０ ５．３３ －０．４００＋０．３１５５．５０９．１７ －０．３１５＋０．２５０８．３０１２．３０ ２．３０ －０．２５０＋０．１５４１３．４０１７．８７ 6．７０ －０．１５４＋０．１００6．８０４．４０ １０．４０ －０．１００＋０．０７４１２．７０１０．５７ １５．９０ －０．０７４＋０．０３８２４．２０２０．２０ ３０．２０５１．66 －０．０３８＋０．０３０１４．８０１３．４７ １6．８０ －０．０３０＋０．０２０８．９０５．７７ １３．6０ －０．０２０２．２０ ０．９２４．１０ 合计１００．００１００．００１００．００ １．２．２ 组合旋流器分级流程 组合旋流器分级流程见图 ３。 该流程采用球磨机 磨矿，第一级采用分级旋流器，使用单一锥体旋流器， 分级粒度界线为 ０．０７４ mm，第二级采用脱水旋流器， 使用复合锥体旋流器，分级粒度界线为 ０．０２０ mm。 本 流程的优点是流程结构简单，占地面积小，投资较少。 缺点是① 整体粒度偏细，分级较为粗糙，沉砂中夹细 较为严重，造成过磨；② 动力费用较高，磨矿成本偏高。 脱水 旋流器 分级后矿物 溢流沉砂 磨矿分级的原料 分级 旋流器 溢流沉砂 球磨机 图 ３ 组合旋流器磨矿分级流程 表 ３ 为攀西地区某选厂钛铁矿的组合旋流器分级 流程各产品粒度组成情况。 从表 ３ 可看出，分级旋流 器主要考虑溢流的粒度，整体粒度较细，－０．０７４ mm 粒 级含量 ７０％ ～８０％，脱水旋流器主要用于脱去溢流中 －０．０２０ mm 粒级矿物，同时分级后矿物中＋０．１５４ mm 粒级占 １．５％左右，这部分矿物含量少。 表 ３ 某选厂钛铁矿组合旋流器分级流程粒度分布情况 粒级 ／ mm 分级旋流器 产率／ ％ 给矿沉砂溢流 分级量 效率／ ％ 脱水旋流器 产率／ ％ 沉砂溢流 分级量 效率／ ％ ＋０．４００３．２０ ５．３３ －０．４００＋０．３１５４．５０７．５０ －０．３１５＋０．２５０７．３０１２．１３０．０５ ０．０５ －０．２５０＋０．１５４１３．４０２１．５３１．２０ １．２９０．２０ －０．１５４＋０．１００８．８０１１．２０５．２０ ５．6１０．２０ －０．１００＋０．０７４１２．７０１２．５７１２．９０ １３．８４０．５０ －０．０７４＋０．０３８２４．２０１6．３３３6．００ 6４．３９３８．７４２．１４ －０．０３８＋０．０３０１４．８０１０．７０２０．９５ ２１．０３４．５０ －０．０３０＋０．０２０８．９０２．３１１７．6０ １6．４6２０．００ －０．０２０２．２０ ０．４０6．１０２．９８３０．666０．８４ 合计１００．００ １００．００ １００．００１００．００ １００．００ １．３ 高频细筛磨矿分级流程 高频细筛分级流程见图 ４。 该流程的优点是整 体粒度控制好，很好地满足了下道工序对粒度的要求； 流程结构简单；占地面积小，投资较少。 缺点是高频 细筛筛上物粒度较粗，流动性较差，为满足球磨机浓度 的需要，该流程仅适用于处理量较小的情况，高频细筛 原则上要安装在球磨机的斜上方，且选取高频细筛最 磨矿分级的原料 高频 细筛 分级后矿物 球磨机 溢流 沉砂 图 ４ 高频细筛磨矿分级流程 ５6第 １ 期周建国 钛铁矿磨矿分级流程研究 万方数据 低处理量来设计流程。 该流程不宜大规模推广。 １．４ 旋流器＋高频细筛组合分级的磨矿分级流程 旋流器＋高频细筛组合分级的磨矿分级流程有 ４ 种形式。 图 ５ 是旋流器＋高频细筛组合分级的磨矿分 级流程中最简单的一种。 其优点是① 采用旋流器＋ 高频细筛组合分级，减少了过磨，对后续选别作业有很 好的效果；② 高频细筛只对旋流器溢流分级，减少了 投资和占地面积；③ 由于只用一段泵，降低了运行成 本，操作简单化。 缺点是由于高频细筛筛上物浓度较 低（５０％～6０％），筛上物流动性较差，高频细筛只能布 置在球磨机就近的斜上方，因此只能用于系列处理矿 量较小的流程，否则旋流器的沉砂＋高频细筛的筛上 物的混合浓度较低，满足不了磨矿的浓度要求。 高频 细筛 分级后矿物 筛下筛上 磨矿分级的原料 分级 旋流器 溢流沉砂 球磨机 图 ５ 旋流器＋高频细筛组合磨矿分级流程 １ 图 6 是旋流器＋高频细筛组合分级的磨矿分级流 程的第 ２ 种形式。 其优点为① 采用旋流器＋高频细 筛组合分级，减少了过磨，使后续选别工序运行更高 效；② 采用高频细筛对旋流器溢流进行分级，减少了 投资和占地面积；③ 解决了高频细筛筛上物浓度低和 流动性差的问题；④ 适合处理矿量大、体积量大的流 程。 缺点是① 虽然只用一段泵，但筛上物再次循环， 增加泵送矿量，提高了运行成本；② 极少量矿物在分级 流程中存在死循环。 图 6 所示流程是值得推荐的流程。 高频 细筛 分级后矿物 筛下筛上 磨矿分级的原料 分级 旋流器 溢流沉砂 球磨机 图 6 旋流器＋高频细筛组合磨矿分级流程 ２ 图 ７ 是旋流器＋高频细筛组合分级的磨矿分级流 程的第 ３ 种形式。 其优点为① 采用旋流器＋高频细 筛组合分级，充分减少了过磨，实现了后续选别工序的 高效化；② 较好解决了图 6 流程中极少量矿物在分级 流程内的死循环问题；③ 适合处理矿量大、体积量大 的流程。 缺点是① 高频细筛对球磨机的排矿和新给 矿分级，考虑到循环负荷，高频细筛的使用量很大，投 资高、占地面积大；② 运行成本高，特别是高频细筛的 筛上物粒度粗，导致筛网使用寿命短；③ 两段泵作业， 动力费用较高。 从工艺技术上讲，图 ７ 所示流程是很好 的流程，但考虑到投资和运行成本，不宜大面积推广。 脱水 旋流器 分级后矿物 溢流沉砂 磨矿分级的原料 高频 细筛 筛下筛上 球磨机 图 ７ 旋流器＋高频细筛组合磨矿分级流程 ３ 图 ８ 是旋流器＋高频细筛组合分级的磨矿分级流 程的第 ４ 种形式。 旋流器采用平底旋流器进行初步分 级，分级粒度界线为 ０．１５４ mm，原则上沉砂中少夹细， 溢流中可以夹粗。 其优点是① 采用旋流器＋高频细 筛组合分级，减少了过磨，能够实现后续工序的高效选 别；② 高频细筛对旋流器溢流分级，减少了投资和占 地面积；③ 解决了高频细筛筛上物浓度低和流动性差 问题；④ 适合处理矿量大、体积量大的流程。 缺点是 ① 采用二段泵，增加运行成本；② 脱水旋流器的给矿 由于粒度较粗，细粒级含量较少，对泵池的液位控制、 泵池中积矿的处理以及泵的操作难度相对较大。 高频 细筛 分级后矿物 筛下筛上 脱水 旋流器 溢流沉砂 磨矿分级的原料 分级 旋流器 溢流沉砂 球磨机 图 ８ 旋流器＋高频细筛组合磨矿分级流程 ４ 66矿 冶 工 程第 ３９ 卷 万方数据 从粒度控制和运营成本综合考虑，图 ８ 所示流程 是最优流程，是值得推荐的流程，并申请了发明专利， 批准专利号为 ZL ２０１３ １ ０７２９５6８．２，名称为一种磨矿 分级的选矿工艺。 表 ４ 为攀西地区某选厂按照图 ８ 所示流程设计的 钛铁矿旋流器＋高频细筛组合分级流程各产品粒度分 布情况。 从表 ４ 可看出，分级旋流器主要考虑沉砂不 夹细，通过高频细筛对旋流器的溢流进行粒度控制，使 产品粒度在钛铁矿浮选要求的粒度范围内，－０．０７４ mm 粒级含量 6０％～6５％，脱水旋流器主要用于提高高 频细筛筛上物的浓度，避免了流程中出现少量矿物的 死循环，充分发挥了球磨机的磨矿功能。 １．５ 流程对比分析 前述 ８ 个磨矿分级流程的对比分析详见表 ５。 表 ４ 旋流器＋高频细筛组合分级流程粒度分布情况 粒级 ／ mm 分级旋流器 产率／ ％ 给矿沉砂溢流 分级量 效率／ ％ 高频细筛 产率／ ％ 筛上筛下 分级量 效率／ ％ ＋０．４００３．２０ ５．３３ －０．４００＋０．３１５４．５０７．９０１．９０ －０．３１５＋０．２５０７．３０９．９７５．８０ ０．０５ －０．２５０＋０．１５４１３．４０１6．５３８．７０ １．２９０．２０ －０．１５４＋０．１００８．８０３．７３１１．４０ ８５．6３５．6１０．２０８０．９７ －０．１００＋０．０７４１２．７０１０．５７１５．９０ ５０．０３１３．８４０．５０８１．７３ －０．０７４＋０．０３８２４．２０２２．７３２6．４０ ４３．７０３８．７４２．１４８０．４４ －０．０３８＋０．０３０１４．８０１４．４０１５．４０ ２１．０３４．５０ －０．０３０＋０．０２０８．９０７．０３１１．７０ １6．４6２０．００ －０．０２０２．２０ １．８０２．８０２．９８３０．66 合计１００．００ １００．００ １００．００１００．００ １００．００ 表 ５ 磨矿分级流程对比分析 流程效果投资占地面积运行成本实用范围 图 １差低小低 适于规模较小、投资较少、对产品品级要求不高的流程，或适于磨矿粒度对后 续选别工艺影响较小、系列处理量不高的一段磨矿分级流程 图 ２较差低小较低 适于场地有限、少量粗颗粒对本段作业影响不大、系列处理量较高的一段磨矿 分级流程 图 ３较差低小较低，但比图 ２ 高 适于场地有限、部分过细颗粒的矿物对本段作业影响不大、系列处理量较高的 终极磨矿分级流程 图 ４较好较低较小比图 １ 成本稍高适于分级严格、处理量很低、配备高频细筛能力有富余的终极磨矿分级流程 图 ５较好较低较小较低，但比图 ３ 高适于分级严格、系列处理量较低（即高频细筛配备较少）的终极磨矿分级流程 图 6较好较高较大比图 ５ 高适于分级严格、系列处理量较高的终极磨矿分级流程 图 ７好高大高适于高价值的产品 图 ８好较高较大较高适于分级严格、系列处理量较高的终极磨矿分级流程 ２ 磨矿分级流程配套设备分析 ２．１ 塔磨机 塔磨机是一种立式搅拌磨机。 研磨仓内悬挂一套 双螺旋搅拌轴。 通过安装在磨机顶部的主电机进行驱 动。 螺旋的搅拌带动研磨仓内的磨球运动，磨球之间 撞击和摩擦作用将所研磨的物料进行破碎。 塔磨为湿 磨工艺。 塔磨机结构分为磨机壳体、上部仓、螺旋体、减速 机和主电机，附属部件包括减速机润滑单元、磨球添加 吊斗和料仓和螺旋专用工具。 磨球、物料和水添加到研磨仓。 物料和水通过循 环泵给进磨机底部，然后自下而上运动。 磨球通过搅 拌螺旋体从底部往上提升，然后磨球靠重力从螺旋体 周围往下降落。 需要研磨的颗粒在研磨区内自下而上运动，在这 个过程中物料会被研磨并分离。 细颗粒会往上提升， 而粗颗粒会靠自重下降。 从磨机壳体溢流出来的料浆 被送到旋流器进行分级。 粗颗粒通过循环泵返回到磨 机底部进行再次研磨。 因此，塔磨机能有效研磨物料 并避免过磨现象。 塔磨机研磨仓安装方式与球磨机不同。 塔磨机为 立式安装，给矿口在筒体下部，给进的物料在螺旋和钢 球的带动下往上提升，在提升的过程中被大量钢球之 间的剪切力、摩擦力细磨。 在矿浆上升的过程中，细颗 粒不断往上提升，粗颗粒在下部进行再次研磨。 由于 矿浆层保持了一定的高度，在筒体上端矿物颗粒不断 分层，微细颗粒优先从溢流口排出，进入旋流器分级。 所以，塔磨机的磨矿原理和设计结构本身就决定了它 高效细磨和大幅度降低过磨的特点。 德国爱立许集团的塔磨机是比较理想的选择。 ２．２ 高频细筛 ２．２．１ 德瑞克振动筛 目前国外比较理想的高频细筛是美国德瑞克振动 筛。 德瑞克振动筛的特点① 德瑞克振动筛 ５ 个筛框 同时工作的设计大大提高了振动筛的筛分面积，相当 于多个普通筛机同时工作，大大提高了筛分的效率和 处理量。 ② 德瑞克振动筛的 ５ 个筛框是叠加层的形 ７6第 １ 期周建国 钛铁矿磨矿分级流程研究 万方数据 式，相当于把 ５ 台筛机的占地面积合并成 １ 台筛机的 占地面积，使整个振动筛显得更加紧凑，对生产现场的 布置增加了灵活性。 ③ 采用专门的分矿器分流和给 矿器投料，使物料在保证大产量的前提下也能均匀铺 展于筛面，从而降低了矿浆由于过快的流动速度对筛 网的冲击，延长了筛网的使用寿命。 ④ 德瑞克振动筛 采用聚氨酯筛网，开孔率高、防堵率高、质量好。 ⑤ 德 瑞克振动筛为变频设计，能够有效控制振动筛的物料筛 分粒度。 ⑥ 德瑞克振动筛的表面经过了专门的喷胶处 理，能够有效增加德瑞克振动筛的防腐性和耐磨性。 ２．２．２ 陆凯叠层筛 唐山陆凯科技有限公司是国内细筛研发能力和制 造能力较强的企业，该公司生产的 DxFG 系列叠层筛 利用双自由度共振原理，设计使用单一激振源（振动 电机组）驱动，实现整机直线振动和激振排敲击筛网 振动的复合振动，在直线振动的筛框中安装两组振动 排，振动排通过共振弹簧安装在筛框上，每组振动排由 多根振动轴和若干个振动帽组成。 该设备振动方式独 特、节省能耗、筛分效率高、处理量大，技术先进、结构 简单、运行稳定可靠，是目前细粒物料筛分领域最为先 进的设备之一。 ２．３ 旋流器 目前国内旋流器制造能力和研发能力比较好的企 业是海王科技集团威海市海王旋流器有限公司。 根据 图 ８ 所示流程，分级旋流器采用的新型平底结构锥体， 与普通锥体结构的旋流器相比，平底结构旋流器可在 底部锥体形成动态流化床层，有效阻隔细粒级物料进 入沉砂，缓解了常规旋流器沉砂反富集的现象，也降低 了磨机的循环负荷，在溢流粒度相同的情况下，可使旋 流器的分级效率提高 ５％～１０％；脱水旋流器采用了一 组 FX３５０－GX－B6 旋流器，该旋流器采用复合锥体设 计，有别于普通旋流器的单一锥体角度，通过多种不同 角度的锥体组合，可实现大直径旋流器的细粒分级，在 提高旋流器底流浓度的同时，降低了溢流中粗颗粒的 夹带。 ３ 结 语 １） 磨矿分级流程是选矿的基本流程，从技术上 讲，必须针对原料粒度、矿石可磨度、本段作业对应的 粒度要求、对选择作业的影响综合考虑；从经济上讲， 必须从投资、系统规模、总图布置以及产品经济价值综 合考虑。 ２） 对于分级要求比较严格、矿物粒度对选别作业 影响较大的流程，磨矿分级流程的选择非常重要。 如 钛铁矿浮选，钛铁矿属于矿石可浮性较差的氧化矿，浮 选粒度要求严格，浮选的粒度要求控制在０．０３０～０．１ mm 之间，扩展后粒度控制在 ０．０２０～０．１５４ mm 之间。 ３） 建议磨机选择德国爱立许塔磨机，既可以大幅 度降低过磨，又可以大幅度降低运营成本。 德瑞克振 动筛是较好的高频细筛，但投资很高；唐山陆凯叠层筛 和威海海王旋流器是比较理想的分级设备。 引用本文 周建国． 钛铁矿磨矿分级流程研究［J］． 矿冶工程， ２０１９，３９ （１）6４－6８． �������������������������������������������������������������������������������������������������� （上接第 6３ 页） P８6 为辅助捕收剂，硫酸铵作为调整剂，经一粗二扫二 精闭路浮选，可获得锡品位 ４２．８０％、锡作业回收率 ８９．０９％的锡精矿。 ２） 小型试验以及工业试验结果表明，DW２７１ 系 列药剂对锡石有较强的捕收性能，且作用时间较长，比 较适合锡矿浮选，具有较大的推广利用价值。 参考文献 ［１］ 韩吉绍． 古代锡汞齐及其应用［J］． 广西民族大学学报（自然科学 版）， ２００７，１３（１）２２－２７． ［２］ Qin W Q， Xu K B， Liu H， et al． Flotation and Surface Behavior of Cassiterite with Salicyhudroxamic Acid［J］． Industrial ＆ Enginnering Chemistry Research， ２０１１，５０（１８）１０７７８－１０７８３． ［３］ Xu K B， Qin W Q， Liu H． Mineralogical characterization of tin⁃poly⁃ metallic ore occurred in Mengzi，Kunnan Provice，China［J］． Transac⁃ tions of Nonferrous Metals Society of China， ２０１２，２２（３）７２５－７３０． ［４］ 邱竹贤． 有色金属冶金学［M］． 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