王官營水泥灰巖礦高鎂石灰石廢石資源綜合利用研究

劉建麗 徐明清

（1.唐山冀東水泥股份有限公司；2.金隅冀東水泥唐山分公司）

社會經濟的快速發展推進了水泥需求量的極大增長，使得水泥用石灰巖礦石資源在部分地區日益短缺［1］。因此，將現有水泥礦山資源最大化、合理化地利用，既能保證水泥原料的可持續供給，還能降低生產成本，為企業創造顯著的經濟效益［2］。同時還可避免采礦廢石占用土地資源［3］，提高回采率，延長礦山服務年限，意義重大［4］。王官營水泥灰巖礦廢石量較大，剝采比達到1∶1以上，亟需進行資源高效綜合利用研究。

1 礦山概述

王官營水泥灰巖礦位于唐山市豐潤區北40°東，直距18 km；礦區范圍西起西胡各莊，東到焦莊，南至楊家鋪，北至東胡各莊，面積8 km2。王官營水泥灰巖礦為金隅冀東水泥唐山分公司配套礦山，礦山勘探工作自1977年開始，1983年建成投產，已開采近40 a。

目前，礦山為山坡轉凹陷露天開采，嚴格執行“采剝并舉，剝離先行”的采礦方針，采用公路—固定式破碎站—膠帶輸送機聯合開拓運輸方案，該礦床為緩傾斜礦床，為保證進廠石灰石質量，必須堅持目前礦山采用自上而下水平分臺階橫向開采法［5］，分為南、北2個采區，臺段高度12 m。工作面垂直走向布置，沿走向推進。

2 礦石儲量及質量

該礦礦山地質構造復雜，礦床以向斜形態賦存于王官營向斜盆地之中。通過地質勘查工作，共圈出5個水泥用灰巖礦層，礦層編號自下而上為LS1～LS5礦體，礦層及礦層內部共有12個夾層。隨著礦山的不斷開采，目前LS1礦體已無可采儲量，LS2礦體內部無夾層分布，作為目前主流優質礦體使用，LS3～LS5礦體由于廢石混入導致礦體貧化、堿含量增大，作為一般礦體使用。礦山高堿高鎂、夾層多、特殊的地形結構及礦體特征決定了礦山開采工藝和采場布置，經多年礦山開采，主采區均布置在出露高度最高的LS2礦體之上，致使LS2礦體過度開采，保有儲量不足。

2.1 礦石保有儲量

截至2020年11月，估算礦界內礦山可采儲量情況見表1。

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2.2 礦石勘探品位及實際出礦品位

礦山在開采過程中實際出礦品位存在品位波動，加之LS3～LS5礦體夾層不穩定分布致使廢石混入導致礦體貧化，致使實際礦體產出礦石品位相差較大（表2）。

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3 高鎂石灰石廢石資源綜合利用可行性分析

3.1 礦石質量可行性分析

根據該礦進廠石灰石質量控制指標CaO含量48.5%±2%、MgO含量≤2%、K2O含量0.9%±0.03%，從進廠石灰石質量控制指標對照礦山礦石實際采出品位可以看出，礦石氧化鈣和氧化鎂含量均能滿足礦山生產需求，大部分礦石堿含量超標無法滿足生產要求，而礦山高鎂石灰石廢石恰恰相反，因此，在生產中只要合理搭配即可滿足礦山生產要求。

3.2 礦山生產工藝可行性分析

在實際生產過程中，礦山現采用橫向采掘、多采面同時生產、綜合配礦的生產工藝，并經過多道工序嚴格控制，即穿孔、爆破、鏟裝、運輸、破碎、均化堆場層層橫向布料，均化縱向取料六道工序使所生產的石灰石達到質量要求。公司質檢部在穿孔時對炮孔進行第1次質量監測，礦山根據監測結果合理安排石灰石的鏟裝位置和高鎂石的搭配比例分配，并同時運輸至破碎站進行破碎，破碎后石灰石經皮帶運輸至廠區預均化庫。目前，礦山破碎機輸送皮帶上安裝了最先進的γ射線分析儀，對破碎后石灰石進行在線分析，從而可快速得到入堆石灰石數據，礦山質量控制人員根據γ射線分析反饋信息實時調整配礦方案，保證高鎂石灰石廢石在爆破、鏟裝、破碎、皮帶運輸過程中實現動態控制和合理搭配。石灰石到達預均化堆場后采取平鋪直取的方式進行進一步均化（縱向布料橫向取料），保證生產過程中使用的是優質石灰石與高鎂石充分均化后的均質石灰石，滿足水泥生產對石灰石質量的要求。

4 礦山提鎂降堿方案

針對礦山被動局面，優化礦山石灰石資源綜合利用方案，決定在保證熟料質量的前提下，進一步提高熟料中氧化鎂的控制指標，以高鎂石灰石廢石替代LS2礦體，以保障礦山持續穩定地運行。

4.1 原有礦石開采搭配方案

滿足入廠石灰石K2O含量0.93%、MgO含量≤2%的指標進行配礦（表3）。

注:預計服務年限3.82 a，剝采比為3.19。

4.2 提鎂降堿配礦方案

高鎂石灰石廢石1 148萬t，LS2礦體1 261.33萬t，維持進廠石灰石K2O控制指標0.93%（熟料R2O控制指標1.08%）不變、MgO控制指標2.5%（熟料MgO控制指標4.0%）進行配比（表4）。

注:預計服務年限7.21 a，剝采比為1.43。

經對比分析，采用提鎂降堿方案后，實施效果良好，未造成生產工藝及質量事故，熟料、水泥質量沒有明顯變化，可延長礦山服務年限3.39 a，增加利用其他礦體1 400萬t，增加高鎂石灰石廢石利用1 148萬t，剝采比由3.19下降至1.43。

4.3 成本及效益分析

（1）該礦山2020年共使用高鎂石灰石廢石85.55萬t，占生產比例的11.6%。目前，礦山穿孔爆破鏟裝運輸成本約8元/t，若將該部分廢石進行剝離，年可增加生產成本684.4萬元，增加礦山綜合生產單位成本0.98元（年生產量按700萬t測算）。

（2）該礦山石灰石廢石量較大，如果這部分廢石廢棄不用，礦山每年要進行大量的排廢，不僅增加了生產成本，而且將對周邊的環境造成嚴重污染及資源的嚴重浪費。因此，礦山對高鎂廢石的充分利用即降低了礦山生產成本和剝采比，還延長了礦山服務年限。

5 結論

（1）提鎂降堿方案地實施能夠有效緩解王官營水泥灰巖礦礦山優質LS2礦不足的現狀，但高鎂石灰石廢石和LS2礦體賦存量不足的現狀，仍不能徹底解決礦山均衡開采的問題。

（2）建議該礦山在均衡開采方面采取其他降堿措施，降低其他礦體的K2O含量，以提高其他礦體的使用配比，如采取外購低堿石灰石搭入的措施，增加其他礦體使用占比，延長礦山服務年限。