淮北某鐵礦選礦廠設(shè)計(jì)及尾砂綜合利用

薛晨

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司；3.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

鐵礦石是鋼鐵冶煉的重要原材料，鋼鐵行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到“加速器”“壓艙石”的作用。我國(guó)鐵礦石資源豐富且特點(diǎn)顯著，一是貧礦多，約占總儲(chǔ)量的80%；二是資源分布較為分散且礦體復(fù)雜［1］。因此，鐵礦石選礦通常工藝流程復(fù)雜［2］、選礦成本較高。地域錯(cuò)配格局下，我國(guó)鐵礦石面臨著較高的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)外依賴度高［3］，進(jìn)口來(lái)源國(guó)也相對(duì)集中，這種資源博弈下的貿(mào)易格局使得中國(guó)較為被動(dòng)。中國(guó)在積極推動(dòng)海外權(quán)益礦的同時(shí)，也開(kāi)始增大國(guó)內(nèi)鐵礦石的內(nèi)挖潛力。2022年1月，由中鋼協(xié)提出旨在加強(qiáng)鐵礦石資源保障的“基石計(jì)劃”獲得推進(jìn)，該計(jì)劃旨在用2～3個(gè)“五年規(guī)劃”時(shí)間，改變中國(guó)鐵資源來(lái)源構(gòu)成，從根本上解決鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈資源短板問(wèn)題，降低鐵礦石對(duì)外依存度［4］，已初步明確提升國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)量、支持國(guó)內(nèi)廢鋼回收和利用、在防風(fēng)險(xiǎn)前提下加快海外礦開(kāi)發(fā)三大舉措。

淮北某鐵礦位于淮北平原北部，礦床為厚層第四系松散巖層所覆蓋，為熱液型礦床，礦床內(nèi)的礦石礦物成分主要包括磁鐵礦、黃鐵礦等金屬礦物和透輝石等脈石礦物，擬設(shè)計(jì)新建1 座年處理原礦45 萬(wàn)t規(guī)模的選礦廠。

1 供礦條件及礦石性質(zhì)

該鐵礦采用地下開(kāi)采方式，每年可供選廠原礦45萬(wàn)t，原礦從主井提升后通過(guò)有軌小車卸至粗破碎車間的原礦倉(cāng)，從而進(jìn)入選礦作業(yè)。原礦倉(cāng)附近設(shè)有堆場(chǎng)，原礦最大塊度350 mm，礦石真密度3.691 t/m3。

礦石的結(jié)構(gòu)包括他形粒狀結(jié)構(gòu)、自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘留結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、周邊結(jié)構(gòu)、脈狀結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造主要有致密塊狀、浸染狀、條帶狀、團(tuán)塊狀構(gòu)造等，前三者比較發(fā)育。原礦化學(xué)多元素及鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

由表1、表2可知，在礦石自然類型中其主要化學(xué)成分為Fe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO，五者總量占70%以上，其次為S，少量Cu、Zn、P等，雖分布普遍，但含量較少，均不能構(gòu)成工業(yè)礦體，僅對(duì)鐵礦石的質(zhì)量產(chǎn)生影響；礦石中的主要金屬礦物為磁鐵礦，磁性鐵占有率91.73%；礦石有害雜質(zhì)中磷含量較低，硫含量較高。

2 選礦試驗(yàn)流程及指標(biāo)

根據(jù)原礦性質(zhì)，礦石中磁性鐵占有率較高，選別工藝主要采用弱磁選方法；赤褐鐵礦的含量?jī)H占鐵分布率的2.23%，回收該類礦物的投資、成本均較高，試驗(yàn)暫不考慮對(duì)該類礦石的回收；碳酸鐵和硅酸鐵分布率合計(jì)3.94%，這部分鐵在目前的工藝水平下，采用常規(guī)的選礦工藝較難以回收。

從單一弱磁選工藝流程來(lái)看，階段磨選與連續(xù)磨選相比，具有提前拋尾、節(jié)能降耗等顯著特點(diǎn)。因此，結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類鐵礦石選礦實(shí)踐，選礦試驗(yàn)采用階段磨礦—弱磁選工藝流程回收磁性礦物，當(dāng)一段磨礦細(xì)度為-0.074 mm 55%進(jìn)行弱磁選拋尾，粗精礦進(jìn)行二段磨礦，細(xì)度磨至-0.074 mm 90%時(shí)，進(jìn)行二段磁選和三段磁選，可得到產(chǎn)率53.51%、鐵品位65.79%、回收率為93.55%的鐵精礦。試驗(yàn)數(shù)質(zhì)量流程見(jiàn)圖1。

3 設(shè)計(jì)流程及指標(biāo)

3.1 設(shè)計(jì)流程

（1）破碎流程設(shè)計(jì)。根據(jù)該選礦廠破碎系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模、國(guó)內(nèi)外破碎設(shè)備生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀、采礦供礦塊度等因素，以“多碎少磨”為原則，盡量降低最終破碎產(chǎn)品粒度，設(shè)計(jì)采用兩段一閉路破碎流程，原礦粒度-350 mm，設(shè)計(jì)最終破碎粒度-12 mm。

（2）磨選流程設(shè)計(jì)。根據(jù)該鐵礦的原礦性質(zhì)、選礦試驗(yàn)結(jié)果及項(xiàng)目擬建地實(shí)際情況，參考國(guó)內(nèi)同類礦山選礦生產(chǎn)實(shí)踐，確定選別流程為濕式預(yù)選—兩段磨礦、階段磨選流程。一段磨礦細(xì)度-0.074 mm55%，二段磨礦細(xì)度-0.074 mm90%，選別作業(yè)為三段磁選。

（3）脫水流程設(shè)計(jì)。鐵精礦礦漿濃度約45%，經(jīng)濃縮磁選至約65%送至陶瓷過(guò)濾機(jī)過(guò)濾。濕式預(yù)選后拋尾得尾礦1，磁選后尾礦合并成為尾礦2，對(duì)2 種尾礦考慮進(jìn)行綜合利用。

選礦設(shè)計(jì)工藝流程見(jiàn)圖2［5］。

3.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

選礦設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)符合國(guó)土資源部鐵礦資源合理開(kāi)發(fā)利用“三率”最低指標(biāo)要求（表3）。

4 干選廢石及尾砂綜合利用

4.1 尾礦撈砂設(shè)計(jì)流程及指標(biāo)

該礦石選礦過(guò)程中產(chǎn)生的尾礦可撈出不同粒度的尾砂，可作為建筑石料綜合利用，最終尾礦可用于井下充填。

（1）粗粒尾砂。破碎后礦石經(jīng)濕式預(yù)選作業(yè)拋尾，預(yù)選尾礦經(jīng)直線篩脫水撈出粗粒尾砂，選廠正常生產(chǎn)后，年產(chǎn)粗粒尾砂達(dá)2.16 萬(wàn)t。

（2）細(xì)粒尾砂。三段磁選尾礦與濕式預(yù)選尾礦撈砂后的篩下產(chǎn)品一起送至尾礦脫水作業(yè)；尾礦經(jīng)旋流器濃縮、直線篩脫水可分離出細(xì)粒尾砂。選廠正常生產(chǎn)后，年產(chǎn)細(xì)粒尾砂達(dá)9 萬(wàn)t。

（3）最終尾礦。經(jīng)旋流器濃縮、直線篩脫水分離出細(xì)粒尾砂后，旋流器溢流即為最終尾礦礦漿，經(jīng)濃密機(jī)濃縮至約40%，再泵入壓濾機(jī)壓濾至約85%，壓濾產(chǎn)品即為最終尾礦，濃縮、壓濾回水經(jīng)泵送回選礦廠做回水用。選廠正常生產(chǎn)后，年產(chǎn)尾礦量9.27 萬(wàn)t。

尾礦綜合利用設(shè)計(jì)工藝流程見(jiàn)圖3，尾砂綜合指標(biāo)及用途見(jiàn)表4。

4.2 廢石及尾礦綜合利用

按照國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的發(fā)展政策和要求，鼓勵(lì)對(duì)資源進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)利用。該鐵礦在選礦過(guò)程中，每年產(chǎn)生大量的干拋廢石及粗、細(xì)粒尾砂，該設(shè)計(jì)對(duì)鐵礦干選廢石及尾礦這類傳統(tǒng)固廢進(jìn)行資源化利用，既可實(shí)現(xiàn)尾礦的大宗消納，也可固化、穩(wěn)定化尾礦中的有害物質(zhì)，阻止有害物質(zhì)的遷移使用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)尾礦的高值化利用，促進(jìn)選廠利潤(rùn)更大化，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鐵加工產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級(jí)，推動(dòng)項(xiàng)目所在地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展。

（1）干選廢石。經(jīng)粗破碎后的礦石送至篩分機(jī)，篩上物料運(yùn)至干式磁選，干選拋尾廢石經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)站后運(yùn)至廢石倉(cāng)，干選廢石粒度為12～45 mm。選廠正常生產(chǎn)后，年產(chǎn)干選廢石達(dá)1.80 萬(wàn)t。該部分廢石可作為建筑用料直接外售或再加工成優(yōu)質(zhì)的砂石骨料外售，使干選廢石作為資源實(shí)現(xiàn)回收利用，且市場(chǎng)行情較好。

（2）粗粒尾砂。粗粒尾砂粒度較粗，平均在0.5 mm 以上，尾礦中硅含量較高，適合用作商品砂外售，替代天然砂石，市場(chǎng)前景廣闊。近年，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快；由于國(guó)家對(duì)天然砂石資源的限采和環(huán)境治理力度的加大，使得商品砂石在替代天然砂石骨料方面顯示出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。研究表明，與僅使用碎石、土壤和沙子等傳統(tǒng)材料鋪設(shè)的道路相比，在道路各鋪砌層中添加從高硅鐵礦石尾礦中提取的砂產(chǎn)品，可使道路壽命延長(zhǎng)50%，并使道路鋪設(shè)成本降低20%。將粗粒鐵尾礦作為商品砂石外售不僅其產(chǎn)量大，對(duì)資源保護(hù)有利，而且符合建筑工程建設(shè)用砂石骨料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可有效緩解天然砂石的枯竭壓力。

（3）細(xì)粒尾砂。細(xì)粒尾砂相對(duì)粒度較細(xì)，可被用作混凝土和陶瓷等建材的原料，也可代替天然砂成為混凝土的細(xì)骨料。在公路建設(shè)過(guò)程中需消耗大量碎石、砂粒等，可探索將鐵尾礦加入無(wú)機(jī)材料后作為底基層填料使用。因其所含成分可以滿足建材制造的要求，只需經(jīng)過(guò)一些簡(jiǎn)單工藝處理，如燒結(jié)、養(yǎng)護(hù)等，就可以獲得符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的高附加值建筑材料。

5 結(jié)論

（1）淮北某鐵礦中主要金屬鐵礦物為磁鐵礦，占有率為91.73%，選別工藝主要采用弱磁選別方法。礦石中赤褐鐵礦、碳酸鐵以及硅酸鐵含量較低，且采用常規(guī)選礦工藝較難回收，暫不考慮。

（2）選礦試驗(yàn)推薦階段磨礦—弱磁選工藝流程，一段磨礦細(xì)度為-0.074 mm 50%進(jìn)行弱磁選拋尾，粗精礦進(jìn)行二段磨礦，磨至-0.074 mm90%時(shí)，再進(jìn)行1粗1 精弱磁選別，可得到品位65.79%、回收率93.55%的鐵精礦。

（3）選礦廠設(shè)計(jì)流程采用兩段一閉路破碎、濕式預(yù)選—兩段磨礦、階段磨選流程。在一段磨礦細(xì)度-0.074 mm55%、二段磨礦細(xì)度-0.074 mm90%的情況下，通過(guò)三段磁選作業(yè)可獲得品位65.00%、回收率93.55%的鐵精礦。

（4）設(shè)計(jì)對(duì)鐵礦干選廢石及尾砂進(jìn)行綜合利用，最終尾礦用于井下充填，可有效提高該鐵礦石的全資源利用率；將廢石及尾砂外售，用于加工生產(chǎn)建筑骨料、機(jī)制砂等，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，物盡其用，為無(wú)廢綠色礦山的建設(shè)與發(fā)展提供了條件，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求。