酒鋼選礦廠選別工藝的改進與發展

王彩虹

甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司 甘肅嘉峪關 735100

鏡鐵山礦屬國內特大型黑色冶金礦山，是酒鋼選礦廠鐵礦石重要基地，有樺樹溝和黑溝兩個礦區，其礦物組成和嵌布關系復雜、可選性差，是我國著名的難選氧化鐵礦石之一，被稱為“鏡鐵山式”難選氧化鐵礦。

酒鋼選礦廠始建于 1958 年，1972 年建成投產，設計年處理原礦 500 萬 t，2006 年年處理擴至 650 萬t，2012 年建成二選生產線，選廠年總處理能力達到1 100 萬 t，年產鐵精礦 500 萬 t 以上。進入選廠的鐵礦石經篩分后，篩下 (-15 mm) 稱為粉礦，篩上 (15～100 mm) 稱為塊礦，自建廠至今，粉礦與塊礦采用兩種不同選礦工藝。

1 礦石性質

酒鋼樺樹溝鐵礦屬寒武紀、前奧陶紀火山沉積變質鐵礦，鐵礦石中鐵礦物主要為鏡鐵礦、菱鐵礦及褐鐵礦，少量磁鐵礦及黃鐵礦；脈石礦物主要為碧玉、石英、重晶石及鐵白云石，少量方解石等；圍巖主要為灰綠及灰黑千枚巖，其主要由綠泥石、絹云母、石英和鐵礦物所組成。黑溝礦石類型較樺樹溝復雜，但仍以鏡鐵礦菱鐵礦混合礦石為主[1]。樺樹溝、黑溝鐵礦石化學成分如表 1 所列。

表1 樺樹溝與黑溝的鐵礦石化學成分Tab.1 Chemical composition of iron ore from Huashugou and Heigou %

2 塊礦選別工藝與設備創新

2.1 塊礦豎爐焙燒

磁化焙燒是處理鏡鐵山式鐵礦石最為有效的技術之一。酒鋼選礦廠建廠初期，塊礦焙燒采用鞍山式豎爐，存在下礦漏斗卡礦、爐內透氣性差、礦石受熱不均、還原不好、生礦多等一系列問題。為此，1977年，在單臺爐試驗的基礎上，該廠將鞍山式豎爐改為單層燃燒室豎爐，爐頂下礦漏斗由 13 個減為 6 個，在加熱帶及還原煤氣噴出塔上部各增設一排橫穿梁，爐腰尺寸由 400 mm 擴大到 1 200 mm。改造后，豎爐臺時產量及作業率得以提高。之后經過近十年的生產實踐，該廠又摸索出具有雙層燃燒室、加熱帶雙排導火孔、雙排橫穿梁結構特點的雙層燃燒室豎爐[2-3]，降低了煤氣單耗，提高了焙燒質量。1988 年，在試驗取得成功的基礎上，該廠逐步開始改造焙燒工藝。塊礦在各豎爐焙燒階段的指標如表2所列。

表2 豎爐焙燒的工藝改進及指標變化Tab.2 Technical improvement of shaft furnace roasting and index variation

2.2 塊礦選別工藝

針對塊礦豎爐閉路磁化焙燒的產物焙燒礦，該廠最初采用兩段磨礦—兩段脫水槽—三段磁選的弱磁選流程，磨礦細度 -0.074 mm 占 80% 左右，精礦鐵品位約為 55%，精礦中 SiO2、Al2O3含量在 11% 左右。與同行業相比，精礦品質差距較大，燒結、煉鐵成本高。1997 年和 2005 年，該廠先后兩次與長沙礦冶研究院合作進行反浮選降硅試驗，均取得了較好成效；2005 年底，在現場完成了陽離子反浮選半工業分流試驗；2008 年，建成了反浮選工程。至此，塊礦處理工藝由焙燒—弱磁選變為焙燒—弱磁—反浮選聯合工藝[4]。磨礦由兩段增加為三段，磨礦細度由 -0.074 mm占 80% 升至 -0.048 mm 占 90% 以上；磁選由五段減為三段，在犧牲 4～5 個百分點回收率為代價的前提下，精礦鐵品位由 55% 升至 60%，精礦中 SiO2含量由 11%降至 6% 以下，提質降雜給后續燒結煉鐵創造了極有利的條件。塊礦選別工藝指標的變化如表3所列，工藝流程如圖 1 所示。

表3 塊礦選別工藝指標的變化Tab.3 Variation of indexes of lump ore separation process

圖1 塊礦選礦工藝流程的變化Fig.1 Variation of lump ore separation process flow

2.3 塊礦懸浮磁化焙燒試驗

懸浮磁化焙燒是在氧化鋁焙燒成熟技術的基礎上發展起來的，具有能耗低、全員勞動生產率高、處理量大、占地面積小等優勢，尤其適用于赤鐵礦、褐鐵礦等難選氧化鐵礦磁化焙燒。酒鋼選礦廠作為首家應用該技術的企業[5]，在粉礦取得指標飛躍并成功產業化的前提下，對塊礦也進行了豎爐磁化焙燒 (2020 年)與懸浮磁化焙燒的對比試驗。試驗結果如表 4 所列。

表4 塊礦豎爐磁化焙燒與懸浮磁化焙燒的指標對比Tab.4 Comparison of lump ore shaft furnace magnetic roasting and suspension magnetic roasting in indexes %

由表 4 可知，懸浮磁化焙燒比豎爐磁化焙燒回收率高 12.6 個百分點，精礦鐵品位高 3.6 個百分點，精礦 SiO2含量低 2 個百分點。一年多的生產實踐證明，懸浮磁化焙燒能耗低于豎爐磁化焙燒，懸浮爐替代豎爐是必然趨勢。

3 粉礦選別工藝

3.1 強磁選工藝研究及應用

1972 年選廠投產后，先后對粉礦進行沸騰爐、斜坡爐、回轉窯焙燒試驗，均未取得可行的結果。由于沒有找到適宜的方法，約占原礦 45% 的粉礦只能堆存處理[6-7]。

1974 年，該廠開始粉礦強磁選試驗，分別進行了電磁環強磁選機、SQC-10-3 強磁機、永磁籠型強磁機及 SHP-1000 仿瓊斯型強磁機實驗室試驗及工業試驗，最終選擇了仿瓊斯型強磁機。但因仿瓊斯型SHP-3200 單機處理量僅有 15 t/h，酒鋼選礦廠與長沙礦冶研究院合作研制了 SHP-3200 型雙盤大型強磁選機，使單機處理量達到 55 t/h，并在 1980 — 1981 年完成了工業試驗，1982 年投入生產應用。至此，粉礦選別利用問題得以解決[6]。粉礦強磁選試驗與生產指標的對比如表 5 所列。

表5 粉礦強磁選試驗指標與生產指標的對比Tab.5 Comparison of powder ore high-intensity separation test and production in indexes %

3.2 強磁選工藝優化

隨著樺樹溝礦開采的深入，礦石質量下降，強磁選回收率由最初的 67.5% 下降至 61.0% 左右。1998 年，該廠對強磁選流程進行改造，增加二次掃選作業，形成了一粗兩掃流程，精礦品位由 47.5%降低為 47.0%，金屬回收率提高至 67.0%。

2002 年，隨著黑溝礦采出及樺樹溝礦日趨貧化，鐵礦石氧化程度更高，部分鐵礦物變質嚴重，交代復雜；褐鐵礦比例升高帶來礦石泥化形成較多細顆粒，微細粒浸染的含鐵脈石如碧玉、鐵白云石含量升高。這些客觀條件的變化，導致粉礦強磁選指標不斷下降[8-9]。為此，2006 年，該廠對強磁選工藝進行優化，形成粗細分選流程，即粗選尾礦旋流器分級后，細粒級與粗粒級分開選別，同時增加選別段數，強磁選指標有所回升[1]。粉礦強磁選在各階段的指標如表6 所列，工藝流程如圖 2 所示。

表6 粉礦強磁選流程的改造結果Tab.6 Innovation results of powder ore high-intensity separation process flow %

圖2 粉礦選礦工藝流程的變化Fig.2 Variation of powder ore separation process flow

3.3 懸浮磁化焙燒選別工藝

懸浮磁化焙燒是由東北大學和沈陽鑫博共同開發的新技術，粒度小于 0.5 mm 的氧化礦石均可得到有效磁化焙燒。該技術打破了酒鋼粉礦無法實現磁化焙燒的局面。2015 年，酒鋼選礦廠跟蹤考察了該項技術，2016 年完成了粉礦懸浮焙燒間歇試驗和擴大連續試驗，并取得了顯著效果。隨即粉礦懸浮磁化焙燒選礦改造一期工程啟動，建設 1 條年處理粉礦 165 萬 t懸浮爐生產線，工藝流程為粉礦—高壓輥磨—預先篩分—分級磨礦—懸浮焙燒—再磨—磁選[5]。2018 年建成后，原料干燥、冷卻、余熱回收等方面存在問題，經過兩年的優化改造，2020 年 11 月實現全面達產達標。試驗指標及生產指標如表 7 所列。

表7 粉礦懸浮磁化焙燒選別的試驗指標與生產指標的對比Tab.7 Comparison of powder ore suspension magnetic roasting separation test and production in indexes %

粉礦懸浮磁化焙燒選礦改造一期工程由強磁選工藝 (2020 年) 改為懸浮磁化焙燒磁選工藝后，精礦鐵品位提升 11.4 個百分點，回收率提升 25.9 個百分點，預測算年產效益為 7 538 萬元。

4 結語

(1) 酒鋼選礦廠從建廠至今，注重技術研發與創新，在設備和工藝上不斷提升，同時加強與科研院所的合作，在實踐中探索、改進、優化，選礦指標也得以不斷刷新。

(2) 目前酒鋼選礦廠全粒級懸浮磁化焙燒—磁選—浮選工程已經全面啟動，屆時鏡鐵山式難選氧鐵礦石將實現精礦鐵品位為 60%、精礦中 SiO2含量 5%以下、回收率為 85% 的指標。