鐵礦選礦工藝設(shè)計優(yōu)化研究

夏忠勇

（日昌升集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310000）

在我國，隨著不斷的資源開采，導(dǎo)致鐵礦石資源逐漸在減少，低品位、地下采礦正逐漸成為礦山發(fā)展的趨勢。資源開發(fā)的條件也正在惡化，開發(fā)成本也在增加。同時，鐵精礦的價格已經(jīng)大幅波動，并且在過去幾年中一直保持在較低水平。許多礦山面臨雙重利潤壓縮：采礦成本上升和鐵精礦價格下跌。為了提高公司的競爭力并降低選礦成本，所以對于國內(nèi)采礦公司而言，降低成本和提高利潤非常重要。

國內(nèi)在工藝設(shè)計優(yōu)化方面有過一些研究，其中多碎少磨是一個重要方向，孟兆龍[1]等通過對廟溝鐵礦的優(yōu)化研究，通過多碎少磨，在礦石破碎階段將混入的廢石提前甩出，減少磨礦環(huán)節(jié)壓力，提高了入磨品位；屈厲剛等[2]等采用高壓輥磨機，經(jīng)過能效分析表明，節(jié)能效果明顯；任從坡[3]通過對比某鐵礦的高壓輥磨方案與常規(guī)磨礦方案，發(fā)現(xiàn)高壓輥方案在多碎少磨、降低磨礦功耗、提前拋尾等方面優(yōu)勢明顯，有著很好的節(jié)能效果；韓永強[4]在馬城鐵礦，開展了 “多碎少磨”的選礦工藝設(shè)計優(yōu)化研究，降低了球磨機給礦粒度，降低了生產(chǎn)成本；于瑞杰等[5]針對黑山鐵礦碎礦與磨礦工藝進(jìn)行研究，通過在工藝中增加了多碎少磨和預(yù)選拋廢，將脈石在破碎階段及早拋出，實現(xiàn)了能拋早拋；在礦石進(jìn)入球磨機前增加了濕式預(yù)選，提前拋除了脈石礦物，減少了入磨量，最終碎礦產(chǎn)品粒度降低，入磨量減少，選礦生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本大幅降低。本文介紹了一種選礦工藝優(yōu)化設(shè)計，可以通過結(jié)合特定鐵礦石選礦的準(zhǔn)備設(shè)計，并且作為類似選礦廠的參考。

1 工程概況

1.1 供礦條件

鐵礦石是集開采和選礦為一體的新型大型地下礦山，屬于沉積變質(zhì)鐵礦床。礦區(qū)三級鐵礦資源儲量為10.5億噸，開采規(guī)模為2200萬噸/年，開采廢石料為115萬噸/年。礦石和廢石在地下混合并粗碎。然后通過跳過它們將其提升到地面并進(jìn)入礦物加工過程。工廠，礦石和巖石的混合品位為TFe28.04%，主要礦物成分為磁鐵礦，工業(yè)品類為高硅、低硫、低磷的磁性稀鐵礦，采用單一磁選工藝，年產(chǎn)量為8085萬，精礦品位66%。

該鐵礦在國內(nèi)品位中等偏低，其中低品位礦（例如承德地區(qū)低品位釩鈦磁鐵礦的原礦品位比該礦更低）可參考該鐵礦的優(yōu)化經(jīng)驗。

1.2 原礦鐵物相分析

礦石中包含五種鐵的不同形態(tài)：磁性鐵、硅酸鐵、氧化鐵、硫化鐵和碳酸鐵。鐵礦石的組成比較復(fù)雜，如表1所示，可用于資源回收的鐵主要是磁性鐵礦石。

表1 鐵物相分析結(jié)果統(tǒng)計表

1.3 原礦鐵礦物嵌布粒度特征

根據(jù)礦石和礦物的粒度分析，該地區(qū)超過60%的堪布粒度為中粗粒，其中粗粒占比約為44.25%，中粒占比為15.66%，細(xì)粒為40%，其中小于0.038mm僅占14.93%。如表2所示，礦石礦物相對較粗粒且易于分離。

表2 礦石礦物嵌布粒度粒級分布

2 選礦工藝設(shè)計優(yōu)化

2.1 原始設(shè)計過程

原設(shè)計采用高壓輥磨機進(jìn)行細(xì)碎，使球磨機粒度減小到8mm～0mm，比破碎到12mm～16mm的常規(guī)破碎產(chǎn)品粒度更細(xì)，該工藝已比常規(guī)破碎工藝先進(jìn)。但是，高壓輥磨機的超細(xì)粉碎功能沒有得到充分發(fā)揮，尤其是50mm的給料粒度過大，影響高壓輥磨機超細(xì)碎能力的發(fā)揮，中碎已產(chǎn)生合格尾礦，但沒有及時排出，造成有限的破碎能力浪費在廢石上，未有效破碎礦石。

當(dāng)前，一些國內(nèi)礦山與此礦山相似，并且使用高壓輥磨機進(jìn)行粉碎后才會使用，但是它們沒有充分利用高壓輥磨機的超細(xì)粉碎功能。

2.2 工藝設(shè)計優(yōu)化分析

選礦能耗主要集中在磨礦部分，結(jié)合鐵礦礦石性質(zhì)和選礦初步設(shè)計，按照“多碎少磨”、“能拋早拋”的原則，為降低球磨機的入磨粒度和提高入磨品位，對選礦工藝設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。

為降低球磨機的入磨粒度，對破碎工藝進(jìn)行了優(yōu)化。為充分發(fā)揮“多碎少磨”的工藝優(yōu)勢，在原設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過研究行業(yè)先進(jìn)技術(shù)，增加了獨特的基于兩步粉碎的粉碎過程，減小了高壓輥磨機的進(jìn)料料粒尺寸，優(yōu)化了高壓輥磨機的粉碎功能以實現(xiàn)超細(xì)粉碎功能，并充分利用了超細(xì)碎功能特點和優(yōu)點。

值得注意的是，國內(nèi)有很多礦山入磨粒度較高，可達(dá)16mm～20mm，甚至部分小型礦山入磨粒度達(dá)到20mm以上，入磨粒度粗是造成球磨機臺效低、成本高的重要原因。

2.3 優(yōu)化工藝

上述工藝優(yōu)化最終確定了閉路破碎+高壓輥磨+球磨機三個階段的工藝流程。將礦石粗磨至300mm至0mm，然后提升至地層表面并通過大粒徑干法干選-中碎-細(xì)碎-篩分-干選-棄礦處理工藝進(jìn)行處理。將20mm至0mm的粉碎物料進(jìn)行高壓輥磨機和濕法分選后，會將3mm至0mm的產(chǎn)品進(jìn)行大粒徑濕法預(yù)磁分離，并將預(yù)磁精礦進(jìn)入研磨系統(tǒng)。

經(jīng)過工藝優(yōu)化后，將特定鐵礦石破碎系統(tǒng)的過程從最初設(shè)計的兩階段閉路破碎+高壓輥磨工藝到三階段閉路破碎+高壓輥磨工藝進(jìn)行了優(yōu)化。破碎能力的分配更合理，過程更復(fù)雜。首先，將粉碎物料的粒徑（高壓輥磨機的進(jìn)料尺寸）從50mm減小到0mm，再將20mm減小到0mm。減小的進(jìn)料尺寸改善了高壓輥磨機的工作條件，減少了設(shè)備的整體工作量，并為家用設(shè)備替代進(jìn)口設(shè)備提供了條件。第二，高壓輥磨機的減小的供應(yīng)尺寸充分利用了其超細(xì)粉碎功能。輸出尺寸從8mm～0mm減小到3mm～0mm。在用高壓輥磨機進(jìn)行閉路破碎后，球磨機的粒徑也減小了，將8mm～0mm減小到3mm～0mm，減小了破碎的粒徑，并提高了濕選后的破碎等級。第三，由于高壓輥磨機的細(xì)粒度，支持的閉路篩分系統(tǒng)從原來的干式篩分到濕式篩分都得到了優(yōu)化，從而確保了篩分效率并減少了篩分過程中的粉塵問題，改善了工作作業(yè)中的環(huán)境，減少了該部分集塵系統(tǒng)的能耗。

優(yōu)化了拋尾過程，提高了銑削等級，并減少了球磨所需的礦石量。為了結(jié)合工藝優(yōu)化和礦石特性以提高工藝效率，應(yīng)該按照“能拋早拋”的原則，然后對該部分的拋尾工藝進(jìn)行合格的優(yōu)化，將合格的尾礦及時拋出，降低該環(huán)境下所需要的處理礦石量。

需要指出的是該優(yōu)化是節(jié)能的關(guān)鍵，降低入磨粒度可促成更多礦石單體解離，通過磨前磁選，可提前甩出大量廢石，減少廢石進(jìn)入球磨機，減少球磨機能力的浪費，該步驟可有效提高能耗。

在鐵礦石的原始設(shè)計中，粗碎后只有一個階段的大塊干選拋尾工藝，干選和拋礦量為379萬噸/年，尾礦品位為7.32%，尾礦比率為16.37%。經(jīng)過干分離后，產(chǎn)品進(jìn)入破碎的高壓輥磨系統(tǒng)。通過將工藝優(yōu)化與干法分離和尾礦測試的結(jié)果相結(jié)合，并在中間壓碎之后增加干法分離和尾礦處理的其他階段，可以對一些合格的廢石進(jìn)行預(yù)處理，并將礦石進(jìn)行微粉碎。減少了尾渣的量并優(yōu)化了整個破碎系統(tǒng)，干燥達(dá)到511萬T/A，尾礦品位為7.18%，甩廢比率為22.07%，比原始設(shè)計提高了甩廢132萬T/A。

經(jīng)過優(yōu)化后，磨前濕選變得簡單易行，由于高壓輥磨機出料粒度由8mm降為3mm，礦石的解離度得到進(jìn)一步提升，因此磨前甩廢量提高5%，減少需磨礦量202萬噸，有效降低了磨礦階段的礦石量，從而節(jié)約了該部分的作業(yè)能耗，降低了生產(chǎn)成本。

3 優(yōu)化效果

優(yōu)化選礦工藝設(shè)計可以使選礦工藝更加復(fù)雜和可靠，并且設(shè)備的選擇也變得更加成熟和多樣化。如表3所示，在不增加投資的情況下，選礦成本降低到80元/T以上，達(dá)到全國內(nèi)一個較高水平。

表3 工藝優(yōu)化前后選礦加工費指標(biāo)變化情況表

通過優(yōu)化選礦工藝設(shè)計，直接降低鋼球、襯板等輔料和電耗6.94元/T，結(jié)合精礦粉設(shè)計能力，直接經(jīng)濟(jì)效益5600多萬元/A。

通過以上分析，可以發(fā)現(xiàn)，對于礦山節(jié)能來說，“多碎少磨、能拋早拋”是礦山提效節(jié)能的重要方向，其核心在于減少不產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的環(huán)節(jié)，既減少無效功損失（本例中，改造前，未甩出的礦石進(jìn)入球磨是典型的無效功耗）。進(jìn)一步，梳理礦石加工過程中的能量消耗，分析各環(huán)節(jié)、各作業(yè)處的能耗、能效，通過降低無效、低效能耗，對于礦山節(jié)能降耗具有重要的指導(dǎo)意義。用過對該思想的運用，承德地區(qū)某礦山可以實現(xiàn)TFe＜10%品位的超低品位鐵礦資源的有效開發(fā)，具有很好的指導(dǎo)意義和推廣價值。

4 結(jié)論

某鐵礦選礦工藝設(shè)計優(yōu)化借鑒了國內(nèi)先進(jìn)的選礦技術(shù)，充分利用了先進(jìn)選礦設(shè)備的實踐經(jīng)驗，發(fā)揮了“多碎少磨、能拋早拋”的優(yōu)勢，“多碎”和“早拋”得到充分發(fā)揮。充分降低入磨粒度和需磨礦量，大大降低了選礦和加工成本，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。設(shè)計優(yōu)化結(jié)果可為降低同類磁鐵礦選礦加工成本，提高了企業(yè)競爭力，同時為相關(guān)單位提供參考和指導(dǎo)。