金屬礦山選礦技術(shù)發(fā)展方向分析

牛建昆

（太鋼集團(tuán)嵐縣礦業(yè)公司，山西 呂梁 033599）

根據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料表明，隨著國家基礎(chǔ)工程建設(shè)的推進(jìn)，我國對(duì)金屬礦山的需求量正逐年增加，目前僅靠進(jìn)口金屬礦產(chǎn)資料，仍難以滿足國家生產(chǎn)需要。我國早在1985年金屬礦產(chǎn)突破了一千億噸，并且在2003年就成為了世界上金屬礦產(chǎn)最大進(jìn)口國，近些年來，我國金屬礦產(chǎn)進(jìn)口量基本上都維持在10億噸以上。隨著我國對(duì)金屬礦產(chǎn)資源需求量不斷增加，必須要加強(qiáng)對(duì)金屬選礦技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新，通過先進(jìn)的選礦技術(shù)來提高金屬礦產(chǎn)的利用率，提升我國金屬礦物供給量，以此減輕我國金屬礦產(chǎn)的進(jìn)口壓力。本文研究金屬礦山選礦技術(shù)，以期為我國選礦技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用提供新的思路與方向。

1 金屬礦地質(zhì)資源特征分析

1.1 金屬礦分布較廣

通過對(duì)我國地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘探研究表明，金屬礦物資源所處地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，通常還存在大量的斷層。根據(jù)其分布規(guī)律，我國金屬礦產(chǎn)資源基本都處于金屬礦坡度比較明顯的巖石層中。但該地質(zhì)往往存在明顯的變化，會(huì)導(dǎo)致金屬礦產(chǎn)資源生產(chǎn)發(fā)育受到不同程度的影響，在調(diào)查研究金屬礦產(chǎn)資源時(shí)，要做好斷層研究，根據(jù)斷層區(qū)域的情況及其特征，分析斷層的發(fā)展方向，并確定其順斷層和逆斷層類型，為后續(xù)科學(xué)開采工作提供理論支撐，從而達(dá)到提高資源利用率的目的。

1.2 金屬礦產(chǎn)資源的韌性大

金屬礦產(chǎn)在生成與發(fā)展過程中，其相應(yīng)部位也會(huì)隨之變化，礦產(chǎn)地區(qū)地質(zhì)存在明顯的剪切、斷裂、擠壓等，同時(shí)金屬地質(zhì)自身也存在一定力的作用，它們相互作用會(huì)導(dǎo)致較強(qiáng)韌性的變形區(qū)域。因此，金屬礦的地質(zhì)構(gòu)造中會(huì)產(chǎn)生大量的巖漿，并礦山周圍巖漿也處于持續(xù)活躍中，會(huì)對(duì)金礦資源的勘查和開發(fā)工作造成重大影響。根據(jù)勘查經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可知，在金屬礦中巖漿比較活躍密集的區(qū)域，對(duì)應(yīng)的金屬資源特征也會(huì)相對(duì)復(fù)雜，通過與周圍金屬礦產(chǎn)地質(zhì)構(gòu)造特征相結(jié)合分析，可以極大提高找礦工作效率，增強(qiáng)了資源開發(fā)的方向性和針對(duì)性。

2 金屬礦山選礦技術(shù)發(fā)展應(yīng)用進(jìn)展

2.1 磁鐵礦反浮選工藝

反浮選工藝是除精選以外提質(zhì)脫硅最佳工藝，特別是對(duì)于脈石為硅質(zhì)磁鐵礦精礦。尖山選礦廠主要采用該工藝，并且應(yīng)用相對(duì)成熟，該廠采用的是馬鞍山型磁石礦床，礦石中的重要礦石為磁鐵礦、赤鐵礦、黃巖英、鐵閃石、透閃石。其處理能力為年處理原礦500萬噸，礦石在經(jīng)破碎篩選、三次磨礦、兩次細(xì)篩、五次磁選后鐵精礦品位超過了65.0%。經(jīng)過多年研究，目前馬鞍山采礦研究所根據(jù)礦石特點(diǎn)，對(duì)浮選工藝進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，并順利進(jìn)行開展了小試試驗(yàn)，結(jié)果表明，相比于陰離子捕收劑，胺類化合物陰離子捕收劑選擇性相對(duì)較差，并且鐵精礦中二氧化硅的含量也較高。對(duì)此，尖山鐵礦選礦廠采用陰離子反浮游選，優(yōu)化后，每年處理的磁選精礦為230萬噸。

2.2 Slom立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)

Slom立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)最早是由贛州有色冶金礦山學(xué)院在上個(gè)世紀(jì)80年代開發(fā)的，因其特殊的機(jī)械構(gòu)造和優(yōu)異的選礦特性而受到了國內(nèi)選礦領(lǐng)域的高度重視和廣泛關(guān)注。通過二十余年來的不斷改進(jìn)，該機(jī)已經(jīng)發(fā)展出多個(gè)系列產(chǎn)品。Slom立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)因其性能及優(yōu)異的分選特性，特別是適合用于紅礦等選礦產(chǎn)業(yè)上，對(duì)于我國紅礦開發(fā)利用起到巨大的促進(jìn)作用，成為了我國新型先進(jìn)的磁力選礦裝置。從結(jié)構(gòu)上看，該設(shè)備由脈動(dòng)機(jī)構(gòu)、激磁線圈、鐵軛、鐵環(huán)等核心部件構(gòu)成，另外還有外部輔助結(jié)構(gòu)，比如各類礦斗、水斗等。該機(jī)的轉(zhuǎn)環(huán)采取立式轉(zhuǎn)動(dòng)方法，對(duì)任何一個(gè)磁介質(zhì)來說，沖洗磁性精礦與給礦方向恰好相反，因此，粗粒不必再經(jīng)過磁介質(zhì)堆就能沖刷而出。Slom立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)脈動(dòng)機(jī)構(gòu)促使礦漿發(fā)生脈動(dòng)，使得分選區(qū)礦粒群處于疏松狀態(tài)，在此情況下，磁性礦粒極容易被磁媒介俘獲，使非磁力礦粒迅速地通過磁介質(zhì)堆進(jìn)入到尾礦區(qū)。由上可知，反沖精礦和礦漿脈動(dòng)能夠極大改善礦石顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和設(shè)備的工作環(huán)境，避免磁介質(zhì)堵塞，其環(huán)境適應(yīng)能力大大提高。 Slom立環(huán)脈動(dòng)高梯度磁選機(jī)擁有較大的金屬富集比和分選效能。

2.3 低場(chǎng)強(qiáng)脈動(dòng)磁選機(jī)

在執(zhí)行精選的流程中，一般會(huì)使用低場(chǎng)強(qiáng)脈動(dòng)磁力選礦機(jī)。該機(jī)械相比于普通的磁力選礦機(jī)，有著相當(dāng)多的優(yōu)點(diǎn)：沒有很大的磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁場(chǎng)分布處于不平衡狀態(tài)，并且由高到低分布在從掃選區(qū)至精礦卸料區(qū)域中間的區(qū)域；磁系包角相對(duì)較大，可以產(chǎn)生很多極數(shù)；而且低場(chǎng)強(qiáng)脈動(dòng)磁選機(jī)還具有永磁脈動(dòng)的特性，在圓筒內(nèi)部的表面上可以產(chǎn)生強(qiáng)水磁脈動(dòng)磁場(chǎng)，使得磁團(tuán)聚變得更加松散，能夠很好處理夾雜在設(shè)備中的脈石，使精礦品質(zhì)得以改善。該設(shè)備的控制工作一般是依靠溢流和底流來完成，上水位在高液位順流槽上，選礦過程中的分流和吹散等功能都在底箱上完成。在圓筒的作用下，磁振動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，并開始產(chǎn)生磁場(chǎng)，同時(shí)變化場(chǎng)強(qiáng)時(shí)有時(shí)無，其頻次較高，促使礦石在通過圓筒時(shí)出現(xiàn)跳動(dòng)現(xiàn)象，從而達(dá)到礦石精選。

2.4 磁選柱

磁選柱在選礦領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，使選礦的效果極大的提高，該裝置主要由勵(lì)磁線圈、電控設(shè)備以及簡體等部分組成，其運(yùn)用起來也十分簡單。該裝置在使用的過程中不但能夠?qū)Υ判詧F(tuán)聚進(jìn)行處理，同時(shí)還能起到分散磁團(tuán)聚作用。該設(shè)備的磁感應(yīng)強(qiáng)度一般在0～20mT范圍，在使用過程中可以根據(jù)礦石的實(shí)際狀況而做出相應(yīng)的調(diào)整。對(duì)于弱磁聚團(tuán)現(xiàn)象，主要受到磁性物質(zhì)的給入情況影響，產(chǎn)生該現(xiàn)象的最主要因素就是弱磁場(chǎng)。礦石在重力和磁力的相互作用下，會(huì)自動(dòng)上下移動(dòng)，而設(shè)備內(nèi)的脈石則在上升水流的影響下向前的移動(dòng)，從而形成了溢流，在反復(fù)淘洗的作用影響下出現(xiàn)磁聚團(tuán)，使得礦石品位也進(jìn)一步提高。

3 金屬選礦工程案例研究

3.1 金屬礦床基本情況

本文研究的金屬礦資源區(qū)處于我國西北地區(qū)兩省的交匯處，該金屬礦的礦層呈現(xiàn)出粒狀晶體結(jié)構(gòu)，具有7mm的堆積厚度，金屬礦物品位約為20%，礦點(diǎn)內(nèi)的礦層堆積厚度與地層結(jié)構(gòu)厚度成比例成正比。礦層頂部存在大量的黃銅孔雀巖，靠近礦層部份則存在細(xì)小銅礦微晶；礦層底板中富含大量銅磁絹云巖，其劃分的特點(diǎn)為星點(diǎn)狀銅。

3.2 選礦工程方案設(shè)計(jì)

（1）試樣的采集及加工。在礦井內(nèi)首先完成了實(shí)驗(yàn)礦石的收集，并在選礦技術(shù)條件和實(shí)驗(yàn)礦石特性的基礎(chǔ)上，對(duì)其機(jī)械加工和前處理。首先完成了試樣的初始手選，對(duì)尺寸較大的樣品通過物理的方法完成了粉碎處理過程，在處理過程期間保持晶體的尺寸在2mm以內(nèi)，將尺寸較大的雜物手工去除。然后，將篩選后的檢測(cè)試樣置于研磨器中加以破碎處理，以保證其質(zhì)量符合測(cè)定的準(zhǔn)確度要求，同時(shí)還要采用隔篩加以過濾，隨后進(jìn)入濕篩。在此之后采用稀鹽酸液對(duì)材料加以浸漬，再采用蒸餾水對(duì)其洗滌，烘干過后再放在陰涼環(huán)境中，留待下一步應(yīng)用。

（2）破碎篩分。本次的選礦工作中選用了高壓輥磨機(jī)作為主要破碎裝置，在實(shí)際工作的過程中輥?zhàn)涌梢栽诹Φ淖饔孟卵刂煌姆较蜻M(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)向壓力，使得礦石物料被壓實(shí)并形成壓密餅形狀態(tài)。但考慮到樣品含水量具有一定的差異，因此樣品餅的散密性也會(huì)有所不同，比如斑銅礦，其銅質(zhì)一般比較細(xì)質(zhì)，多為小顆粒，在高壓輥磨機(jī)的工作下顆粒粉碎的更加細(xì)致，可以有效提高銅的富集比，所以該裝置在后期物料分選時(shí)具有極大的優(yōu)勢(shì)。

（3）風(fēng)-重-磁聯(lián)合選礦?？紤]到礦區(qū)位于西北干旱環(huán)境中，所以為了解決選礦成本過高問題，本文研究中，不再選擇濕式分選方法，而采用風(fēng)選處理。當(dāng)試驗(yàn)過程趨于穩(wěn)定時(shí)，確認(rèn)本次研究技術(shù)參數(shù)：礦石處理流量：100kg/min，礦料粒度：＜30mm，高壓輥磨負(fù)荷：約110%。

首先，在分選裝置中放入的礦樣，進(jìn)行一次循環(huán)系統(tǒng)，待完成第一次循環(huán)之后，下次再進(jìn)行粗粒礦、風(fēng)力分級(jí)粗粒礦和磁力選礦。但是需要注意的是，要保證確保循環(huán)總質(zhì)量相等，所以需要在每次循環(huán)中加入粗碎樣。經(jīng)過多次循環(huán)系統(tǒng)后，達(dá)到了循環(huán)平衡狀態(tài)。下表1是風(fēng)-重-磁力分選的各周期數(shù)據(jù)。通過圖一的資料可以了解，風(fēng)選體系中的粗紋礦可以減少材料整體處理量，有效避免原礦物摻入了濃縮物這一問題。

（4）通過反浮游選礦法除掉殘留的雜質(zhì)。通過風(fēng)-重-磁結(jié)合選礦方法對(duì)原礦處理后，若在相應(yīng)的金屬礦品位中仍達(dá)不到質(zhì)量要求時(shí)，應(yīng)通過反浮游選礦法對(duì)脈石礦物殘留加以去除，以便得到更高品位金屬礦。具體的實(shí)驗(yàn)步驟：①利用氫氧化鈉來調(diào)節(jié)pH，抑制劑采用苛化淀粉，捕收劑采用十二胺。②通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)之后確定pH值為7.5，抑制物質(zhì)量為500g/t，捕收劑質(zhì)量為50g/t。

4 我國金屬礦山選礦技術(shù)的發(fā)展方向

4.1 復(fù)合型礦石選礦技術(shù)方向

我國的金屬礦物組成相當(dāng)復(fù)雜，大多數(shù)金屬礦石中還存在其他金屬元素，這種綜合性的礦石冶煉具有很大的困難，并且實(shí)際上可選擇性不高，選礦存在相當(dāng)大的難度。以弱磁鐵礦中褐鐵礦和鏡鐵礦石為例，一般使用傳統(tǒng)的選礦工藝進(jìn)行對(duì)礦石的篩選，但一旦褐鐵礦的含量超過了規(guī)定的范圍后，對(duì)其利用與提純就困難很多。所以，工作人員要結(jié)合礦石特點(diǎn)，聯(lián)合采用合理的選礦技術(shù)，才能保證礦石的回收率。目前我國復(fù)合型礦石選礦工藝已經(jīng)取得了較多的研究成果，并開始在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用。

4.2 菱鐵礦選礦技術(shù)方向

我國菱鐵礦資源比較豐富，其儲(chǔ)存量超過了十八億噸。因此，加強(qiáng)對(duì)菱鐵礦選礦工藝研究可以更有效的利用菱鐵礦礦石，保證金屬礦石資源的需求量，緩解我國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)壓力。但是由于菱鐵礦的含鐵率很低，其冶金加工具有很大的困難，因此在菱鐵礦的生產(chǎn)與利用過程中面臨的困難也較多，并且菱鐵礦中一般富含鎂和錳等重金屬元素，僅采用物理的方法煅燒不僅無法取得預(yù)想的效益，而且還可能出現(xiàn)更加嚴(yán)重的燒損問題。所以，在菱鐵礦選礦技術(shù)中通常都是使用強(qiáng)磁性選礦法和重選法，其流程如下圖1所示。通過采用強(qiáng)篩與強(qiáng)磁的方式結(jié)合進(jìn)行精礦提純，不但減少了鐵礦的雜質(zhì)，而且采用了聯(lián)合選礦的方式在一定程度上增加了礦石的精礦品質(zhì)，使礦石品質(zhì)可以達(dá)到百50%以上。該技術(shù)對(duì)于菱鐵礦開發(fā)利用具有重要的推動(dòng)作用，是今后我國金屬礦山選礦的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。

圖1 對(duì)原礦進(jìn)行選礦的流程圖

4.3 預(yù)選礦技術(shù)方向

在我國當(dāng)前的礦山礦石選擇技術(shù)中，預(yù)選礦技術(shù)能夠合理改善入礦品質(zhì)，并減少選礦生產(chǎn)成本，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)低品質(zhì)礦石的合理利用，以此延長了礦山的服務(wù)時(shí)間。預(yù)選礦技術(shù)還可以合理地開發(fā)和利用礦業(yè)資源，并且通過對(duì)部分貧礦山的開發(fā)和利用有利于緩解我國礦山資源不足問題，并解決當(dāng)前礦山開發(fā)利用環(huán)境破壞問題。預(yù)選礦技術(shù)應(yīng)用還可以為我國鋼鐵行業(yè)未來發(fā)展提供基本保障，采用預(yù)選礦技術(shù)能夠緩解我國對(duì)外國礦石的需求量，提高國內(nèi)貧礦山的利用率。通過對(duì)貧礦石的技術(shù)研究可以有效地推動(dòng)預(yù)選礦技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，以此提高礦石的精選率和回收率率。預(yù)選礦技術(shù)的進(jìn)展對(duì)于我國礦山資源利用意義重大，將成為我國礦山選礦技術(shù)主要發(fā)展趨勢(shì)之一。

4.4 重選、強(qiáng)磁選技術(shù)方向

考慮到礦石中理論金屬品位往往比較低，并且很多情況下都是與其他類質(zhì)同象共生，所以給選礦帶來極大的難度。比如，鈣、鎂等，若采用常規(guī)的選礦技術(shù)工藝，如物理選礦，則精礦品位很難達(dá)到40%，盡管通過焙燒可以解決這個(gè)問題，但焙燒會(huì)導(dǎo)致較大的礦石損失。因此，對(duì)于此種情況，可以采用重選、強(qiáng)磁選技術(shù)，該技術(shù)既經(jīng)濟(jì)又效率高，雖然該技術(shù)對(duì)精礦中雜物的含量剔除能力不足，但是可以通過聯(lián)合使用磁選技術(shù)和浮選工藝進(jìn)行除雜，所以該技術(shù)在特定的金屬礦山選礦中具有極大應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)論

由此可見，我國金屬礦產(chǎn)資源是否有效利用直接影響到了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，如何有效利用金屬礦產(chǎn)資源離不開先進(jìn)的選礦技術(shù)。所以，要正確采用選礦工藝來充分利用金屬資源，以實(shí)現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)安全的發(fā)展。金屬礦山的選礦工藝的創(chuàng)新與發(fā)展，是保證我國金屬資源有效利用的基本前提，并使得我國在金屬礦物資源的供給等方面的壓力得到有效緩解，因此，加快金屬礦山的選礦技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)推動(dòng)我國重工業(yè)健康平穩(wěn)發(fā)展具有重要的意義。