某小型鐵礦選廠碎磨工藝方案對比研究

董一寧 趙宏慧

（1.中冶沈勘秦皇島工程設計研究總院有限公司；2.河北省綠色智能礦山工程設計技術創新中心）

近年來，國民經濟的持續快速發展促進了我國鋼鐵行業的迅猛發展，促使我國對鐵礦石的需求量大幅增加［1-2］。國內鐵精礦產量只能滿足鋼鐵生產企業小部分的鐵精礦需求，存在巨大的資源安全風險。為了提高鐵礦石自給率，開發大規模、超大規模鐵礦外，小型鐵礦的建設與開發意義重大。在金屬選礦領域，碎磨工藝和設備選型在選礦廠的投資、能耗和成本方面起到了至關重要的作用。一般情況下，碎磨設備投資占選礦廠全部設備投資的50%以上［3-4］，能耗和鋼耗占選礦廠生產成本的60%～70%。因此，在選礦廠的生產建設中，降低碎礦流程的投資、能耗和鋼耗，是選礦廠設計必須重視的問題。

近年來，高壓輥磨+濕式（干式）預選工藝已在鐵礦石選礦中得到廣泛應用，在預先拋廢、降低入磨礦量、降低入磨粒度等方面已得到廣泛認可［5-8］。隨著高壓輥磨設備生產廠家越來越多，設備價格顯著降低，很多小型鐵礦石選礦廠在技術升級改造時，多會考慮高壓輥磨工藝，但高壓輥磨工藝存在著占地面積大、選礦車間數量增加、帶式輸送機數量增多等缺點，在小型選礦廠中發揮的作用尚需進一步研究。本文以河北某小型鐵礦選礦廠的碎磨工藝為例，分析了高壓輥磨工藝與常規碎磨工藝在工藝流程、設備選型方面的差異，并通過2 種方案在投資、年經營費及現值差額的對比，進一步闡明了高壓輥磨工藝在小型選礦廠的適用性，同時為同類型選礦廠的工藝選別提供參考依據。

1 礦山規模及礦石性質

某小型鐵礦礦山采用地下開采方式，采出礦石為貧磁鐵礦，經破碎干選后礦石粒度300～0 mm，汽車運輸至原礦堆場為選礦廠供礦，年處理合格原礦塊50 萬t/a，礦石密度3.06 t/m3，礦石普氏硬度12，原礦TFe品位29%。

1.1 礦石礦物組成

礦石中的金屬礦物主要為磁鐵礦，含有少量閃鋅礦，微量褐鐵礦，偶見黃鐵礦、黃銅礦和磁黃鐵礦；非金屬礦物主要為蛇紋石，少見水鎂石、綠泥石、透輝石、白云母、碳酸鹽礦物等。礦石礦物組成及含量見表1。

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1.2 礦石的結構和構造

礦石結構主要為半自形-他形晶粒狀結構、壓碎結構，少見自形晶粒狀結構、交代結構、填隙結構、固溶體分離結構、包含結構，構造為塊狀構造和斑雜狀構造。

（1）半自形-他形晶粒狀結構。礦石的主要結構，礦石中金屬礦物的結晶形態不完整或結晶形態差，其中磁鐵礦多呈半自形-他形晶粒狀，閃鋅礦等呈他形晶粒狀。

（2）壓碎結構。礦石中已結晶形成的礦物受動力作用后，產生一定程度的碎裂或機械形變。礦石中見部分較大顆粒磁鐵礦發生碎裂，但還可以拼合，構成壓碎結構。

（3）自形粒狀結構。礦石中少見磁鐵礦具好的結晶形態，呈五角十二面體，為自形晶粒狀。

（4）交代結構。礦石中多見褐鐵礦交代磁鐵礦，交代程度不一，偶見磁黃鐵礦沿磁鐵礦邊部進行交代。

（5）填隙結構。水鎂石、白云母、碳酸鹽礦物等填隙在磁鐵礦碎裂裂隙，構成填隙結構。

（6）包含結構。礦石中的一些金屬礦物呈微粒狀包含于另一些礦物顆粒中，偶見閃鋅礦中包含黃鐵礦和磁黃鐵礦。

（7）固溶體分離結構。偶見閃鋅礦中分布磁黃鐵礦顆粒，磁黃鐵礦粒度較小，形似乳滴雜亂分布。

（8）塊狀構造。礦石中的金屬礦物含量多，在50%以上，礦物間鑲嵌，較致密，分布無方向性。

（9）斑雜狀構造。礦石中的磁鐵礦、閃鋅礦等金屬礦物集合體形狀不規則，大小不一，且相差較大，構成斑雜狀構造。

1.3 礦石化學多元素及鐵物相分析

原礦化學多元素及鐵物相分析結果見表2、表3。

2 碎磨方案比較

碎磨方案主要有粗碎+中碎+階段球磨階段弱磁選流程（以下簡稱常規碎磨方案），粗碎+中碎+高壓輥磨—濕式預選+階段球磨階段弱磁選流程（以下簡稱高壓輥磨方案），一段粗碎+半自磨+階段球磨階段弱磁選流程（以下簡稱半自磨方案）。

半自磨方案的優點是流程短、占地小、投資省，缺點是運行費用高、生產調試復雜［9-10］。實踐中發現，半自磨方案在能耗、襯板及鋼球消耗方面顯著高于常規球磨流程和高壓輥磨流程。半自磨機的適用性、處理能力、是否需要頑石破碎等問題需要半自磨專項試驗確定?？紤]到其缺點且此次研究尚未進行半自磨專項試驗，設計過程中暫未采用半自磨方案。

高壓輥磨機是基于集合體粉碎原理的高效粉碎設備［11-14］，實施的是料層（或料床）準靜壓粉碎，利用層壓破碎原理使物料在被擠壓過程中其顆粒表面和內部產生大量微裂紋，使輥磨產品的邦德功指數大幅降低，提高物料的可磨性。高壓輥磨方案可以進行磨前拋尾，降低磨礦成本，達到節能降耗的目的。高壓輥磨方案較常規碎磨方案其優點是能耗低、球磨機設備處理能力大、運行成本低，缺點是需要增加相應的設備及廠房投資［15-17］。

2.1 常規碎磨方案

2.2.1 工藝流程

常規碎磨方案破碎擬采用兩段一閉路破碎流程，最終破碎產品粒度12～0 mm，較現場的25～0 mm 變細（圖1），磨選系統采用球磨—立磨—淘洗磁選的階段磨礦階段弱磁選流程（圖2）。

2.1.2 主要工藝設備

常規碎磨方案將現有破碎系統的落后設備進行了更換，采用國產液壓圓錐破碎機和效率較高的篩分設備，降低了入磨礦石粒度。常規碎磨方案選礦工藝主要設備見表4。

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2.2 高壓輥磨方案

2.2.1 工藝流程

高壓輥磨方案破碎擬采用粗碎+中碎兩段一閉路破碎流程，破碎產品粒度30～0 mm，較現場的25～0 mm 進行放粗（圖3）。磨選系統采用高壓輥磨—濕式篩分—濕式預選—球磨—立磨—淘洗磁選的階段磨礦階段弱磁選流程（圖4）。

2.2.2 主要工藝設備

高壓輥磨方案選擇國產先進、高效、低耗、自動化程度較高的設備，以降低生產成本，減少設備投資，提高選礦廠綜合效益。高壓輥磨方案選礦工藝主要設備見表5。

2.3 方案比較

2.3.1 投資對比

常規碎磨方案估算總投資4 847.2 萬元，其中第一部分工程費用4 082.9 萬元（表6）。高壓輥磨方案估算總投資5 892.7 萬元，其中第一部分工程費用5 039.3 萬元（表7），僅考慮第一部分投資，常規碎磨方案較高壓輥磨方案投資低956.4 萬元。高壓輥磨方案較常規碎磨方案新增2 座轉運站、3 條皮帶機通廊和1 座高壓輥磨車間，2 個方案的車間組成對比見表8。

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2.3.2 可比年經營費對比

為了對比年經營費，進行了常規碎磨方案與高壓輥磨方案可比設備裝機功率比較（表9），高壓輥磨方案較常規方案設備裝機功率高270 kW，考慮破碎襯板、鋼球消耗等因素，常規破碎方案可比年經營費較高壓輥磨方案高35.82 萬元（表10）。

2.3.3 可比費用現值對比

因該礦山服務剩余年限較短，僅比較前10 a的費用現值，常規破碎方案較高壓輥磨方案低750 萬元（表11）。

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2.4 方案對比結果及分析

在投資費用上，常規破碎方案較高壓輥磨方案低956 萬元，主要原因是高壓輥磨方案需新增建筑物，設備購置安裝費高。在運營成本上，常規破碎方案可比年經營費較高壓輥磨方案高35.82 萬元，但考慮到投資差別，費用現值常規破碎方案較高壓輥磨方案低750 萬元。

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通過方案對比表明，該小型鐵礦選礦廠采用高壓輥磨方案優勢不明顯，主要原因如下。

（1）高壓輥磨方案投資較高。小型選礦廠總體投資較低，高壓輥磨設備購置費所占比例較大型選礦廠更高，是影響選廠方案選擇的制約因素之一。

（2）高壓輥磨方案運行費用較低但不明顯。在小型選廠中，高壓輥磨方案依然可體現出其成本較低，但由于該礦品位相對較高，濕式預選拋尾及降低入磨粒度帶來的球磨機功率下降不足以抵消新增設備的功耗，節能降耗效果遠不如大型超貧礦選礦廠。

（3）高壓輥磨方案占地大。該小型礦山處于技術升級改造階段，新增車間均需布置在現有場地內，造成場地過于狹小，不利于選礦廠生產及管理。

3 結 論

（1）小型鐵礦選礦廠是否適用高壓輥磨工藝，需經過詳細的方案對比，不能簡單地確定高壓輥磨工藝一定為最優方案。

（2）小型鐵礦選礦廠投資總額較低，高壓輥磨機較高的設備費所占比例較大型選礦廠更高。

（3）高壓輥磨—濕式（干式）預選工藝的節能降耗效果在品位較低的鐵礦中更顯著。

（4）建議后續開展大傾角皮帶機配置、優化工藝礦倉設置、替代一段磨礦等研究，以進一步推進高壓輥磨工藝在小型鐵礦選礦廠中的應用。