李樓鐵礦選礦工藝流程演變及生產(chǎn)實(shí)踐

汪加軍

(安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，安徽 六安 237474)

0 引言

李樓鐵礦所處的霍邱鐵礦田為華東第一大鐵礦田，是安徽省重要的鐵礦資源地。霍邱鐵礦資源儲(chǔ)量大，分布集中，主要類型為沉積變質(zhì)型鐵礦，是一隱伏的大型礦區(qū)，其地表覆蓋層厚約45～402 m，主要鐵礦資源分布在-600 m以上[1-3]。

李樓鐵礦是中國(guó)五礦集團(tuán)在霍邱區(qū)域投資建設(shè)的大型鐵礦山，儲(chǔ)量為2.76億噸，礦物主要成分為鏡鐵礦。李樓鐵礦選礦廠始建于2007年，2012年試生產(chǎn)，2013年正式生產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為年處理鏡鐵礦礦石500萬噸，年產(chǎn)鐵精礦194.75萬噸。隨著礦山的不斷開采，鐵礦石資源性質(zhì)較原設(shè)計(jì)時(shí)已發(fā)生明顯變化，原設(shè)計(jì)工藝流程對(duì)礦石的適應(yīng)性大大削弱。加上近年來選礦新技術(shù)、新設(shè)備的推廣與應(yīng)用，為充分利用礦產(chǎn)資源，必須對(duì)選礦廠原工藝流程進(jìn)行技術(shù)改造。經(jīng)過近五年的技術(shù)改造和選礦工藝流

程演變，李樓鐵礦選礦廠形成了“階段磨礦—弱磁—強(qiáng)磁—重選螺旋溜槽提精—陰離子反浮選工藝(常溫)”工藝流程。改造后的工藝流程對(duì)礦石的適應(yīng)性進(jìn)一步增強(qiáng)，選礦系統(tǒng)處理能力和運(yùn)行效率得到了大幅提高，選礦技術(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)化，噸精礦選礦加工成本顯著降低，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

1 原設(shè)計(jì)選礦工藝及生產(chǎn)實(shí)踐

1.1 原礦性質(zhì)

李樓鐵礦選礦廠入選鐵礦石礦物種類較為簡(jiǎn)單，金屬礦物主要是鏡鐵礦和假象赤鐵礦。脈石礦物以石英為主，次為綠泥石、絹云母、白云母和方解石。該礦石全鐵品位較低，僅為29.78%，硫、磷等雜質(zhì)含量均較低，屬于低硫低磷低品位氧化鐵礦石[4]。礦石中的鏡鐵礦主要以浸染狀的形式產(chǎn)出，礦石密度3.37 t/m3，硬度系數(shù)f=12～16。礦石多元素化學(xué)分析及鐵物相分析結(jié)果如表1、2所示。

表1 鐵礦石原礦多元素分析(%)

表2 鐵礦石原礦鐵物相分析結(jié)果(%)

1.2 原設(shè)計(jì)選礦工藝流程

李樓鐵礦選礦廠由中冶京誠(chéng)(秦皇島)工程技術(shù)有限公司依據(jù)長(zhǎng)沙礦冶研究院提交的《李樓鐵礦選礦擴(kuò)大試驗(yàn)研究報(bào)告》設(shè)計(jì)，采用階段磨礦—強(qiáng)磁(獲得精礦)—陰離子反浮選選別工藝，選礦工藝流程詳見圖1。設(shè)計(jì)選礦系統(tǒng)磨機(jī)臺(tái)時(shí)處理量631.31 t/h，鐵精礦品位65%，尾礦品位10.37%。

圖1 原設(shè)計(jì)選礦工藝流程圖

原設(shè)計(jì)采用兩段閉路磨礦工藝流程。一段磨礦分級(jí)溢流通過一段弱磁選、一段強(qiáng)磁選別可產(chǎn)出50%鐵品位的一段精礦；一段精礦經(jīng)過二段磨礦分級(jí)后，二段分級(jí)溢流經(jīng)過二段弱磁選、二段強(qiáng)磁選，可產(chǎn)出品位為65%以上的鐵精礦；二段強(qiáng)磁掃選中礦進(jìn)入反浮選作業(yè)。二段弱磁精礦、二段強(qiáng)磁精礦和反浮選精礦合并為最終合格鐵精礦，一段強(qiáng)磁尾礦、二段強(qiáng)磁掃選尾礦、反浮選尾礦合并為最終尾礦。原設(shè)計(jì)鐵精礦產(chǎn)品組成具體比例見表3。其中強(qiáng)磁(獲得精礦)工藝至關(guān)重要。該工藝產(chǎn)出的二段強(qiáng)磁精礦產(chǎn)品質(zhì)量直接影響最終鐵精礦品位。由表3可見，二段強(qiáng)磁精礦占比較大，產(chǎn)量為29.5%，鐵金屬分布率達(dá)到75.74%。如果想要生產(chǎn)的鐵精礦品位達(dá)到65%以上，二段強(qiáng)磁精礦必須穩(wěn)定在65%以上。

表3 原設(shè)計(jì)鐵精礦產(chǎn)品組成表(%)

1.3 原設(shè)計(jì)選礦工藝生產(chǎn)實(shí)踐

原設(shè)計(jì)工藝流程，采用了較為成熟的弱磁選、強(qiáng)磁選及浮選工藝，生產(chǎn)實(shí)踐的可靠性較強(qiáng)，特別是強(qiáng)磁提前提精，在二段強(qiáng)磁工藝提前獲得一部分精礦，減少浮選系統(tǒng)入浮量，從浮選藥劑消耗、礦漿加溫等方面要節(jié)約生產(chǎn)成本。

自選礦廠試生產(chǎn)以來，2012～2013年選礦系統(tǒng)基本處于不穩(wěn)定生產(chǎn)階段，生產(chǎn)模式主要為兩段磨礦“1對(duì)1”“2對(duì)1”“2對(duì)2”運(yùn)行，生產(chǎn)成本較高。生產(chǎn)模式以“1對(duì)1”或“2對(duì)2”運(yùn)行時(shí)，二段磨礦負(fù)荷偏小，容易產(chǎn)生過磨現(xiàn)象，鐵精礦品位較容易達(dá)到65%以上，但微細(xì)粒鐵礦物流失嚴(yán)重，尾礦品位較高；以“2對(duì)1”運(yùn)行時(shí)，二段磨礦負(fù)荷偏大，產(chǎn)生欠磨現(xiàn)象，使精礦品位難以達(dá)到65%。根據(jù)2013年生產(chǎn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，一段磨礦處理量235 t/h(單臺(tái)球磨機(jī)處理量)，精礦品位64.53%，尾礦品位11.96%，鐵金屬回收率77.21%。

2014年以后，選礦系統(tǒng)生產(chǎn)模式以兩段磨礦“3對(duì)2”運(yùn)行，二段磨礦負(fù)荷偏大，產(chǎn)生欠磨現(xiàn)象。同時(shí)，隨著開采深度的延伸，原礦性質(zhì)發(fā)生變化，二段強(qiáng)磁精礦品位及產(chǎn)率也隨之變化，其品位呈逐漸下降趨勢(shì)。由于強(qiáng)磁提精工藝的不穩(wěn)定性，二段強(qiáng)磁精礦品位很難穩(wěn)定在64%以上，導(dǎo)致鐵精礦品位始終在64.5%左右，達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)65%。

特別是2014年10月份以后，隨著井下采礦的變化，強(qiáng)磁工藝無法很好適應(yīng)礦石性質(zhì)的變化，礦石中硅酸鹽礦物含量增加嚴(yán)重影響了強(qiáng)磁機(jī)提精效果，二段強(qiáng)磁精礦品位急劇下降至62%以下。按照原設(shè)計(jì)選礦工藝已無法產(chǎn)出64%以上鐵精礦，設(shè)計(jì)鐵精礦品位無法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)由于受全球鐵礦石價(jià)格斷崖式下跌影響，導(dǎo)致鐵精礦單位生產(chǎn)成本超過鐵精礦銷售價(jià)格，選礦廠面臨生死存亡的競(jìng)爭(zhēng)壓力，處于極為艱難的經(jīng)營(yíng)處境。

2 改造后選礦工藝及生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 改造后選礦工藝流程

自2015年開始，為了實(shí)現(xiàn)“增產(chǎn)、降本、增效、求生存”的目標(biāo)，李樓鐵礦選礦廠積極開展選礦技術(shù)改造。相繼完成的一二段重選螺旋溜槽改造、浮選大循環(huán)技術(shù)改造、一段磨礦分級(jí)系統(tǒng)平底旋流器的應(yīng)用、二段磨選系統(tǒng)分級(jí)擴(kuò)能改造及重選新工藝應(yīng)用、浮選常溫藥劑工業(yè)試驗(yàn)等重大工藝技術(shù)改造，均取得了較好的應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)了“增產(chǎn)增效、降本增效”。其中部分技術(shù)改造取得了突破性的成果，如一段重選螺旋溜槽改造后，停運(yùn)了一臺(tái)二段球磨機(jī)，將生產(chǎn)運(yùn)行模式由“3對(duì)2”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?對(duì)1”，停運(yùn)一臺(tái)球磨機(jī)僅動(dòng)力費(fèi)和鋼球消耗年節(jié)約成本近1000萬元；分級(jí)系統(tǒng)平底旋流器的應(yīng)用后，一段磨礦分級(jí)效率提高明顯，分級(jí)效率穩(wěn)定80%以上，釋放并提高球磨機(jī)原礦處理能力40 t/h以上；浮選常溫藥劑工業(yè)試驗(yàn)成功后，減少了藥劑消耗和煤炭消耗，且減少了環(huán)境污染，響應(yīng)了國(guó)家環(huán)保要求，在創(chuàng)建綠色環(huán)保型礦山的道路上邁進(jìn)了重要一步。

經(jīng)過技術(shù)改造，2019年10月底選礦工藝流程已演變?yōu)椤半A段磨礦—弱磁—強(qiáng)磁—重選螺旋溜槽提精—陰離子反浮選工藝(常溫)”，其中弱磁選系統(tǒng)分為一段分級(jí)溢流弱磁選和二段分級(jí)溢流弱磁選作業(yè)，與原設(shè)計(jì)相同；強(qiáng)磁選系統(tǒng)分為一段強(qiáng)磁粗選、掃選和二段強(qiáng)磁粗選、掃選作業(yè)；重選系統(tǒng)分為一段強(qiáng)磁粗選精礦和二段磨礦排礦產(chǎn)品分級(jí)沉砂重選作業(yè)；浮選系統(tǒng)的給料為二段弱磁精礦、二段強(qiáng)磁粗選精礦和二段強(qiáng)磁掃選精礦(篩下)產(chǎn)品，浮選系統(tǒng)流程為一粗一精三掃作業(yè)，浮選作業(yè)流程與原設(shè)計(jì)相同。改造后的選礦工藝流程圖見圖2。

圖2 改造后選礦工藝流程圖

2.2 改造后選礦工藝生產(chǎn)實(shí)踐

在改造后工藝流程下，鐵精礦品位由一段重選精礦、二段重選精礦、反浮選精礦等三部分組成，具體比例見表4。由表4可見，一段重選精礦和浮選精礦分別占鐵精礦產(chǎn)率的36.77%和46.26%，鐵金屬分布率分別為36.48%和46.85%。因此，一段重選精礦和浮選精礦品位是確保最終鐵精礦產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在。在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對(duì)重選工藝、浮選工藝的管理，及時(shí)調(diào)整選礦工藝技術(shù)參數(shù)，確保選別工藝流程穩(wěn)定是選礦廠技術(shù)管理的核心內(nèi)容。

表4 改造后鐵精礦產(chǎn)品組成表(%)

選礦工藝流程改造后，磨機(jī)臺(tái)時(shí)處理量由原設(shè)計(jì)631t/h提高到735t/h，停運(yùn)了一臺(tái)二段球磨機(jī)，解決了原設(shè)計(jì)流程球磨機(jī)匹配問題，生產(chǎn)成本降低明顯；同時(shí)新工藝流程對(duì)礦石性質(zhì)的適應(yīng)性大大增強(qiáng)，徹底消除了低品位二段強(qiáng)磁精礦對(duì)產(chǎn)品精礦品位的影響，穩(wěn)定了鐵精礦產(chǎn)品質(zhì)量，噸精礦選礦加工成本降低了25%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過流程考察，在現(xiàn)有的工藝條件下，一段磨礦處理量245t/h(單臺(tái)球磨機(jī)處理量)，鐵精礦品位能達(dá)到64.4%，尾礦品位可以控制在11%以下，能確保較高的金屬回收率和較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 選礦工藝中長(zhǎng)期規(guī)劃及預(yù)期效果

3.1 改造規(guī)劃

為進(jìn)一步優(yōu)化選礦工藝流程，補(bǔ)齊選礦技術(shù)短板，持續(xù)改善選礦技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)選礦工藝的提質(zhì)增效，李樓鐵礦選礦廠根據(jù)現(xiàn)階段選礦工藝流程及運(yùn)行情況編制了中長(zhǎng)期技術(shù)改造規(guī)劃。中期規(guī)劃爭(zhēng)取在一年以內(nèi)完成實(shí)施，長(zhǎng)期規(guī)劃爭(zhēng)取在三年內(nèi)完成實(shí)施。

3.2 中期工藝流程改造規(guī)劃及預(yù)期效果

——二段重選系統(tǒng)優(yōu)化改造：目前二段重選系統(tǒng)螺旋溜槽選型較小，提精效果一般，計(jì)劃對(duì)二段重選系統(tǒng)螺旋溜槽進(jìn)行重新選型，增大處理量，將原進(jìn)入浮選系統(tǒng)的二段強(qiáng)磁精礦引入二段重選系統(tǒng)，提前提取部分精礦，適當(dāng)降低浮選系統(tǒng)給礦量，緩解浮選系統(tǒng)壓力，降低選礦生產(chǎn)成本。

——二段磨礦分級(jí)系統(tǒng)優(yōu)化：二段分級(jí)系統(tǒng)采用原設(shè)計(jì)常規(guī)小錐角分級(jí)旋流器組，現(xiàn)行工藝條件下，原設(shè)計(jì)分級(jí)旋流器組適應(yīng)新變差，易導(dǎo)致分級(jí)旋流器組分礦不均，分級(jí)效率低的問題，計(jì)劃將其替換為適應(yīng)性更好的大錐角旋流器，提高分級(jí)效率，為后續(xù)選別作業(yè)創(chuàng)造良好分選條件。

——浮選系統(tǒng)提質(zhì)增效技改：原設(shè)計(jì)浮選處理量為94.7 t/h，目前浮選處理量已達(dá)到265t/h，超出設(shè)計(jì)能力180%，導(dǎo)致浮選系統(tǒng)處理能力不足，浮選時(shí)間短，浮選指標(biāo)難以控制，浮選尾礦指標(biāo)難以進(jìn)一步降低。計(jì)劃對(duì)浮選系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)能改造，同時(shí)開展不同常溫藥劑對(duì)比試驗(yàn)和高效應(yīng)用，提高浮選系統(tǒng)效率，降低浮選成本。

3.3 長(zhǎng)期工藝流程改造規(guī)劃及預(yù)期效果

——筒式強(qiáng)磁選機(jī)的應(yīng)用研究：為進(jìn)一步優(yōu)化選礦技術(shù)指標(biāo)，降低尾礦品位，提高鐵金屬回收率，計(jì)劃將原一段弱磁選機(jī)(磁場(chǎng)強(qiáng)度280mT)更換為筒式強(qiáng)磁選機(jī)(磁場(chǎng)強(qiáng)度1 200～1 500mT)。將現(xiàn)有流程一段弱磁+一段強(qiáng)磁粗選、掃選作業(yè)改為一段強(qiáng)磁一粗二掃作業(yè)，即新增一段筒式強(qiáng)磁提前分離出產(chǎn)率15%的高品位強(qiáng)磁精礦，剩余低品位礦石再經(jīng)兩道強(qiáng)磁掃選作業(yè)。預(yù)計(jì)一段強(qiáng)磁選尾礦品位將會(huì)降低，而一段強(qiáng)磁尾礦占總尾礦中一半以上，最終綜合尾礦品位將會(huì)進(jìn)一步降低，從而提高鐵金屬回收率，提高選礦廠經(jīng)濟(jì)效益。

——一段磨礦前高壓輥磨+濕式預(yù)選工藝(或干選拋廢工藝)改造：為解決尾礦庫(kù)庫(kù)容不足問題，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)降本增效，在一段磨礦前新增高壓輥磨+立環(huán)強(qiáng)磁濕式預(yù)選工藝(或高場(chǎng)強(qiáng)磁滾筒干選拋廢工藝)?？梢蕴崆胺诌x出占總產(chǎn)率20%的尾礦(100萬噸)不再進(jìn)入一段磨礦作業(yè)，降低一段磨礦分級(jí)作業(yè)成本，同時(shí)大幅度緩解一段強(qiáng)磁選作業(yè)負(fù)荷(單臺(tái)強(qiáng)磁機(jī)處理能力由65t/h降低到50t/h)，系統(tǒng)選別效率進(jìn)一步提升；一段磨機(jī)入磨量和入磨粒度降低，在保持選礦生產(chǎn)能力不變的情況下，可停運(yùn)一臺(tái)一段球磨機(jī)；提前分離出來的細(xì)粒廢石不再進(jìn)入尾礦庫(kù)，可以緩減尾礦庫(kù)的排尾壓力，同時(shí)該細(xì)粒廢石可外銷作建筑材料使用，因李樓鐵礦所在地區(qū)建筑材料稀缺，廢石外銷價(jià)格較高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語

——李樓鐵礦選礦廠依托科技進(jìn)步和降本增效需要積極開展選礦技術(shù)改造，形成了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的選礦新工藝流程，實(shí)現(xiàn)了“增產(chǎn)增效、降本增效”。其中部分技術(shù)改造取得了突破性的成果，選礦加工成本顯著降低，礦產(chǎn)資源利用率不斷提高，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

——選礦廠的發(fā)展離不開技改與創(chuàng)新，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及選礦生產(chǎn)過程的實(shí)際需要，選礦廠應(yīng)堅(jiān)持創(chuàng)新發(fā)展，開展選礦技術(shù)改造，推進(jìn)選礦工藝流程演變，不斷提高選礦工藝技術(shù)水平，降低選礦生產(chǎn)成本，贏得市場(chǎng)生產(chǎn)空間。李樓鐵礦選礦廠的工藝流程演變和生產(chǎn)實(shí)踐為國(guó)內(nèi)同類選礦廠運(yùn)營(yíng)提供了成功范例，可為其他鐵礦石選礦廠技術(shù)改造和生產(chǎn)實(shí)踐提供參考，同時(shí)對(duì)我國(guó)合理開發(fā)利用低品位鐵礦石資源具有積極的推動(dòng)作用。