CN112295703B - 自然湿度下铁矿石或铁矿石产品的粉碎方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在自然湿度下粉碎铁矿石或铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的方法，该方法无需额外添加或烘干步骤，在技术和经济上都是可行的。本发明提供的粉碎方法使用高压研磨机(HPGR)、立式辊磨机(VRM)、辊式破碎机(RC)和至少10G的高加速度筛分机中的至少一种设备。

Description

自然湿度下铁矿石或铁矿石产品的粉碎方法

技术领域

本发明涉及自然湿度下铁矿石或铁矿石产品的粉碎，尤其涉及一种对开采自矿山的、含有天然水分的铁矿石或铁矿石产品(团矿料、烧结料等)进行粉碎的方法。无论是方法本身还是对环境保护都具有重要意义。

背景技术

粉碎是指将材料粉碎处理成半径较小的颗粒。

矿物粉碎设备可以由一个或多个操作单元组成。这些操作单元通常规模较大，能够每天处理上千吨矿石。

目前，铁矿石粉碎基本上采用两种方法：湿法粉碎和干法粉碎。

本发明提供一种对铁矿石或铁矿石产品进行粉碎的新方法：在自然湿度下粉碎。本发明提供的自然湿度粉碎方法适用于加工重量含水量低于12％的铁矿石或铁矿石产品(团矿料、烧结料等)。

自然湿度下的加工通常发生在采矿作业中，包括矿石(矿场)开采，以及筛分和压碎。之后，在加水的湿法粉碎过程中或在烘干的干法粉碎过程中使用本方法，使矿石可以继续后续加工。

细筛粉碎(产品粒度小于1毫米)需要筛分设备，以将细粒(所需产品)与粗粒分开，并将粗粒重新研磨，形成闭环。

文件BR 102015003408-3公开了一种在矿石加工中进行破碎、研磨和筛分之后提炼铁矿石的方法。但是，尽管该文件提出的系统使用干法粉碎，但要结合磁辊分离器、空气分级机、旋风分离器以及套筒过滤器来提炼铁矿石。此外，文件BR 102015003408-3中提出的方法适用于含2％至3％残留水分的材料。

在自然湿度下进行矿石破碎、研磨和筛分所面临的主要难题是生产出的产品粒径要小于16毫米，但常规筛分机无法有效地完成这项工作，因此无法保证产品的粒度。另外，由于潮湿而堵塞筛网等操作问题非常普遍。

所以，目前的粉碎方法都是完全湿法粉碎或完全干法粉碎。

干法及湿法加工

铁矿石中天然存在的重量含水量约为5％至12％。这种自然湿度使得矿石具有粘附性或高粘结性，从而使其难以加工。

干法加工是利用烘干机将矿石中的水分去除，使矿石中残留的重量含水量控制在1％以下。

图1示出了使用现有技术湿法提炼铁矿石(ROM-原矿)的过程。在湿法加工中，在破碎和筛分后需要向矿石中添加大量水。

破碎和筛分之后的步骤叫做研磨。该步骤的目的是进一步粉碎产品，以将颗粒半径调整到理想大小。通常情况下，该步骤与筛分步骤结合，利用水力旋流器或筛分机按照粒径筛分。

在湿法粉碎中，研磨通常是在耗水和耗电量都较高的球磨机中进行。

使用现有技术湿法加工铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的路线见图2。从图中可看出，该方法需要两个研磨步骤和一个中间过滤步骤。

在铁矿石(ROM)的干法加工中，在研磨之前，还需一个烘干步骤，该步骤需要消耗大量的燃料来加热干燥空气。此外，烘干步骤需要大型设备来去除矿石加工和处理过程中产生的悬浮超细粉尘。

干法加工中的研磨步骤通常需要配合使用静态和/或动态分级机。如前所述，常用的研磨设备是球磨机，需要消耗大量电能。图3示出了使用现有技术干法提炼铁矿石的过程。

使用现有技术干法加工铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的路线见图4。

现有技术在粉碎过程产生的问题

常规矿石和铁矿石产品粉碎加工使用大量水资源，和/或在烘干步骤使用大量能量和燃料。

由于高耗水、铁矿石超细粉耗散、燃烧残留物、悬浮颗粒(在烘干步骤中产生)以及高耗能等特性，传统铁矿石加工厂给环境带来了严重负面影响。

立式辊磨机、高压研磨机、辊式破碎机和高加速度筛分机

水泥和煤炭行业经常使用的研磨设备——例如立式辊磨机(VRM-立式辊磨机)、高压研磨机(HPGR-高压研磨机)和辊式破碎机(RC-辊式破碎机)——所处理的原料中含有天然水分。立式辊磨机(VRM)通常用于研磨煤、褐煤、石灰石、粘土、熟料等材料。

立式辊磨机(VRM)由一个转盘和多个辊子组成，辊子安装在转盘上，根据转盘的旋转而移动。材料从中心引入并移动到边缘，并在此过程中被辊子粉碎。辊磨机连接到液压系统，该液压系统会在需要更细的颗粒材料时改变轧辊压力。粉碎后，通过向上的热气流除去颗粒，同时加热烘干矿石，然后将矿石送至动态分级机，产出粒径小于所需粒径的颗粒，粗颗粒返回工作台继续研磨。因此，该设备是完全干法加工所需的一步，主要用于水泥行业。但也可选择通过转运来操作，无需空气来运输材料，也无需进行动态分级，但若这样做，必须在自然湿度下操作或在之前经过干燥步骤。

高压研磨机(HPGR)通常在矿石研磨步骤之前或之后应用，作为辅助研磨步骤。该设备由一对沿相反方向旋转的辊子组成，并由坚固的框架支撑。待研磨的材料被送入设备上部的辊子之间，该颗粒床层的压缩在尺寸大于最大进料颗粒半径的开口中进行。这样，就可以通过微粒间粉碎来减小粒径。与传统破碎机和粉碎机(例如球磨机)相比，高压研磨机具有更高的能源效率，因为材料颗粒的结构破碎伴有热量和噪音能量损失。

辊式破碎机(RC)一般在矿石的破碎阶段使用，例如辅助粉碎步骤。该设备由沿相反方向旋转的辊子组成，其工作原理是利用辊子粉碎其间的颗粒。向设备投喂一层细矿石，辊子同时接触颗粒。辊子开口小于最大粒径，根据需要的粒径调节最大粒径。例如，如果需要最大粒径是1毫米的产品，则机器开口应当被调节到同样或略小的数值。

高加速度筛分机(大于10G，其中G为重力加速度)具有高加速度筛网振动筛分系统，加强筛网上的矿石过筛效果，从而防止矿石堵塞并提高矿石被分类/分离的可能性。采用本发明所提出的筛网筛分时，无需向矿石喷水。

值得注意的是，高加速度筛分机和立式辊磨机(VRM)从未在铁矿石研磨/筛分中使用过。另外，也从未使用过辊式破碎机(RC)来粉碎(小于1mm)细颗粒。

发明目的和优势

本发明的目的是提供一种在自然湿度下粉碎天然重量含水量达12％的铁矿石或铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的方法，该方法无需额外添加水或者烘干步骤，在技术和经济上都是可行的。本发明的重点是通过用于处理化学和物理特性迥异的材料(例如煤、褐煤、石灰石、粘土和熟料)的设备来粉碎铁矿石或铁矿石产品。

本发明的另外一个目的是提高自然湿度下粉碎天然重量含水量达12％的铁矿石或铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的效率，从而产出粒径小于16毫米的铁矿石颗粒，以及粒径小于0.074毫米的铁矿石产品颗粒(烧结料、团矿料，粉碎至食品和饲料级大小)。

本发明提出的粉碎方法拥有重要优势，有利于生产过程和环境保护：

-无需水资源或通过减少将要排入尾矿坝的水流量来减少粉碎过程中的用水，从而减少对环境的影响；

-免除材料干燥过程中所需的能源和燃料的使用；

-提高铁矿石和铁矿石产品的加工效率，并减少能源消耗、设施规模、设施实施成本和运营成本；

-操作更加简单；

-与干法和湿法加工相比，减少了铁矿石和铁矿石产品加工过程中使用材料的磨损以及设备维护和更换；

-减少辅助工作，例如更换球磨机中的研磨体(湿式和干式)；

-减少超细铁矿石粉末的耗散；

-无需排气系统或排气回路来去除矿石加工和处理过程中产生的气载超细粉尘，因为矿石中的天然水分阻止了这些颗粒的悬浮。

发明内容

为了实现上述目的，本发明公开了一种用于在自然湿度下粉碎铁矿石或铁矿石产品的方法，该方法无需添加水或干燥步骤。

本发明将研磨和筛分设备相结合以提高粉碎效率，所述设备包括：高压研磨机(HPGR-高压研磨机)、立式辊磨机(VRM-立式辊磨机)、辊式破碎机(RC-辊式破碎机)和至少10G的高加速度筛分机。

因此，本发明涉及一种在自然湿度下粉碎铁矿石的方法，该方法既适用于处理直接来自矿山(ROM)的材料，也适用于处理已经过加工的铁矿石产品(团矿料、烧结料等)，在处理过程中至少用到下列设备之一：立式辊磨机(VRM)、高压研磨机(HPGR)、辊式破碎机(RC)和至少10G的高加速度筛分机。在粉碎铁矿石时，立式辊磨机(VRM)会在溢流的情况下运行，并且不会在研磨过程中烘干矿石。

附图说明

对附图的描述如下所示:

-图1示出了使用现有技术湿法提炼铁矿石(ROM)的过程；

-图2示出了使用现有技术湿法提炼铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的过程；

-图3示出了使用现有技术干法提炼铁矿石(ROM)的过程。

-图4示出了使用现有技术干法提炼铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的过程；

-图5示出了使用本发明所提供的方法在自然湿度下提炼铁矿石或铁矿石产品的过程；

-图6示出了本发明的九种加工路线。

具体实施方式

以下详细描述绝不旨在限制本发明的范围、适用性或配置。更准确地说，以下描述仅提供实施示范性实施例所必需的理解。根据本说明书，本领域技术人员能够认识到可使用的便利替代方案，但没有超出本发明的范围。

对本领域的任何技术人员来说，显而易见的是，本发明涉及铁矿石选矿过程中的粉碎，而不涉及例如提炼等其他步骤。然而，本发明并不限于这样的具体实施例。

图1示出了使用当前技术湿法提取铁矿(ROM)步骤，包含破碎步骤101、筛分步骤102、研磨步骤103及提炼步骤104。所述破碎步骤101进一步分为不同阶段(例如，从初级破碎到四级破碎)，可以在所述筛分步骤102的闭环中进行，例如可以在振动筛上进行。所述研磨步骤103需要添加大量水。所述提炼步骤104可以通过重力、磁力、浮力等方式实施。

图2示出了在自然湿度下提取铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的步骤，其中粉碎路线包含一次研磨步骤201、高湿度材料过滤步骤202以及二次研磨步骤203。粉碎后，材料经过制粒步骤204，获得所需最终产品，在此情况下为铁矿石球团。

图3示出了使用现有技术干法提取铁矿石(ROM)的过程，包含粉碎步骤301、筛分步骤302、烘干步骤303、研磨步骤304以及提炼步骤305。所述破碎步骤301进一步分为不同阶段(例如，从初级破碎到四级破碎)，可以在所述筛分步骤302的闭环中进行，例如可以在振动筛上进行。所述烘干步骤303可以在研磨机中完成，通过燃烧机和鼓风机产生的热气流烘干。所述提炼步骤305可以通过重力、磁力、静电等方式进行。

图4示出了利用现有技术干法提炼铁矿石产品(团矿料、烧结料等)的过程，其中粉碎路线包括烘干步骤401、一次研磨步骤402及二次研磨步骤403。粉碎后，材料经过制粒步骤404，获得所需最终产品，在此情况下为铁矿石球团。

下面将描述本发明的九(9)种可能粉碎路线。这些路线适用于两种可能的铁矿石来源：1)第一种材料来源是直接来自矿山(ROM-原矿)，2)第二种材料来源是在实施本发明提供的加工方法之前已经过加工的铁矿石产品(团矿料、烧结料等)。

图5简化示出了本发明提供的方法，该方法中的粉碎步骤501完全在自然湿度下进行，材料直接来自矿山(ROM)(重量含水量最高为12％)，或是已经过加工的铁矿石产品(团矿料、烧结料等)，含水量最高也为12％。在粉碎步骤501之后，最终产品可以是粉碎的铁矿石本身，也可以根据期望的最终产品执行提炼步骤502、制粒步骤503或烧结步骤504。

本发明的9种加工路线在图6中详细示出：

-路线1：501自然湿度粉碎路线，首先在高压研磨机(HPGR)中分三步进行处理，然后在立式辊磨机(VRM)中分三步进行后处理；

-路线2：501自然湿度粉碎路线，首先在立式辊磨机(VRM)中分三步进行处理，然后在高压研磨机(HPGR)中分三步进行再处理；

-路线3：501自然湿度粉碎路线，用高压研磨机(HPGR)结合在高加速度筛分机(至少10G)形成闭环系统处理，其中粗产品(保留材料)将被重定向回高压研磨机(HPGR)，细产品(通过材料)为粉碎的最终产物；

-路线4：501自然湿度粉碎路线，用立式辊磨机(VRM)结合在高加速度筛分机(至少10G)形成闭环系统处理，其中粗产品(保留材料)将被重定向回立式辊磨机(VRM)，细产品(通过材料)为粉碎的最终产物；

-路线5：501自然湿度粉碎路线，首先用高压研磨机(HPGR)处理，之后用立式辊磨机(VRM)处理，接着用高加速度筛分机(至少10G)分级，其中粗产品(保留材料)将被重定向回高压研磨机(HPGR)，细产品(通过材料)为粉碎的最终产物；

-路线6：501自然湿度粉碎路线，首先用立式辊磨机(VRM)处理，之后用高压研磨机(HPGR)处理，接着用高加速度筛分机(至少10G)分级，其中粗产品(保留材料)将被重定向回立式辊磨机(VRM)，细产品(通过材料)为粉碎的最终产物；

-路线7：501自然湿度粉碎路线，首先用高加速度筛分机(至少10G)分级，其中细产品(通过材料)将被运送到高压研磨机(HPGR)或立式辊磨机(VRM)中继续处理，最多需要三个步骤。后者的产品由细产品(通过材料)组成，是粉碎的最终产品。粗材料(保留材料)也被视为产品，因为也可以这种方式销售(烧结料)；

-路线8：501自然湿度粉碎路线，使用辊式破碎机(RC)处理，可使用双辊或多辊设备按粉碎步骤分步进行；

-路线9：501自然湿度粉碎路线，首先使用辊式破碎机(RC)进行处理，可以分几步用双辊或者多辊进行粉碎，接着用高加速度筛分机(至少10G)分级，其中粗产品(保留材料)将被重定向回辊式破碎机(RC)形成闭环，细产品(通过材料)为粉碎的最终产物。

试验表明，本发明能够生产小于16mm的不同粒径产品，粒径小于8mm时，有99.8％能够通过1mm筛孔，并且有60％至85％的通过材料能够通过0.074毫米筛孔。

示例1

使用铁矿石进行了中试规模的高加速度筛分试验，接近50％的材料通过了1mm筛孔，含水量为11％，煅烧损失(PPC)非常高(约10％)，这是粘性材料的特征，很难筛分自然水分。通过1.0毫米筛孔的筛下物的回收率在35％到41％之间，该数值与样品中含有的细粉数量呈正相关，这表明即使对于这种粘性材料，也可以在自然湿度下进行有效筛分。表1a、1b及1c分别示出了化学分析结果、被测样品的粒度分布以及在中试中获得的筛下物和筛上物分布与试验期间的质量平衡。

表1a：化学分析

化学分析(％)

表2b：高加速度筛分试验的粒度分布

表3c：高加速度筛分试验的质量平衡

示例2

进行了高压研磨机(HPGR)试验，试验结果列于表2。在同一设备中进行两次处理后，未通过0.074毫米筛孔的保留材料有56％。这证明了细颗粒的高还原率。

表4：高压研磨机(HPGR)试验的粒度分布

示例3

进行了立式辊磨机(VRM)试验，试验结果列于表3。该试验分别在高压和低压条件下(分别为500psi和300psi)进行，并且在两种条件下都可以将材料压缩至1mm以上，这表明较粗颗粒具有良好的压缩率。

表5：立式辊磨机试验的粒度分布

示例4

使用铁矿石进行了辊式破碎机(RC)试验，未通过1毫米筛孔的保留材料约有43％，结果列于表4中，这表明可以将材料减少到1毫米以上并产生大量细颗粒(小于0.075mm)。试验表明，辊式破碎机可以有效减小尺寸，以适应不同初始粒度。

表6：辊式破碎机试验的粒度分布

各种变体应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，要强调的是，本发明并不限于上述特定实施例。

Claims (18)

1.一种在自然湿度下粉碎铁矿石或铁矿石产品的方法，其特征在于，所述方法包括：通过使用选自高压研磨机(HPGR)、立式辊磨机(VRM)和辊式破碎机(RC)中的至少一种设备以及至少10G的高加速度筛分机进行至少两个粉碎循环，

其中所述至少两个粉碎循环在自然湿度下进行，且无需添加水步骤或干燥步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，先后依次地，第一粉碎循环使用高压研磨机(HPGR)和第二粉碎循环使用立式辊磨机(VRM)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，先后依次地，第一粉碎循环使用立式辊磨机(VRM)和第二粉碎循环使用高压研磨机(HPGR)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在闭环中，第一粉碎循环使用高压研磨机(HPGR)和第二粉碎循环使用至少10G的高加速度筛分机。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在闭环中，第一粉碎循环使用立式辊磨机(VRM)和第二粉碎循环使用至少10G的高加速度筛分机。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在闭环中，第一粉碎循环使用高压研磨机(HPGR)、第二粉碎循环使用立式辊磨机(VRM)和第三粉碎循环使用至少10G的高加速度筛分机。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在闭环中，第一粉碎循环使用立式辊磨机(VRM)、第二粉碎循环使用高压研磨机(HPGR)和第三粉碎循环使用至少10G的高加速度筛分机。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一粉碎循环使用至少10G的高加速度筛分机和第二粉碎循环使用高压研磨机(HPGR)。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一粉碎循环使用至少10G的高加速度筛分机和第二粉碎循环使用立式辊磨机(VRM)。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少两个粉碎循环在不同阶段依次使用辊式破碎机(RC)。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在闭环中，第一粉碎循环和第二粉碎循环依次使用辊式破碎机(RC)，以及第三粉碎循环使用至少10G的高加速度筛分机。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的方法，其特征在于，所述辊式破碎机(RC)有2、4、6、8或10个辊子。

13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法的进料直接来自矿山或为铁矿石产品。

14.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法的进料的重量含水量最高达12％。

15.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，经过所述方法粉碎后的最终产物粒径小于16毫米。

16.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，经过所述方法粉碎后的最终产物粒径小于8毫米。

17.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，经过所述方法粉碎后的最终产物粒径小于0.074毫米。

18.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，在所述高压研磨机(HPGR)或立式辊磨机(VRM)上进行最多三个步骤的研磨。

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