楊少燕 米夏夏 程永維 何榮權(quán) 姜永豐

(1.中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038；2.礦冶科技集團有限公司，北京 100160；3.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083；4.本鋼集團有限公司歪頭山鐵礦，遼寧 本溪 117006)

世界鐵礦石資源十分豐富，且資源分布相對集中，南半球富鐵礦較多，北半球富鐵礦較少。截止到 2020年，鐵礦資源相對集中于澳大利亞、巴西、俄羅斯、中國。我國鐵礦石儲量雖然豐富，但是探明的鐵礦絕大部分都是貧礦，需要進行選礦生產(chǎn)鐵精礦，我國鐵礦石生產(chǎn)成本遠高于國外鐵礦石，相當一部分礦企逐漸退出市場。此外，還有相當一部分貧礦資源由于投資和運行成本高，目前難以開發(fā)利用。我國是鋼鐵生產(chǎn)大國，對鐵礦石的需求量居于世界首位，但國內(nèi)鐵礦石和鐵精礦供應(yīng)遠遠不足。2020年，在全球鐵礦產(chǎn)資源需求總體萎縮的情況下，中國逆勢增長，鐵消費量同比增長9.1%，進口量增長9.5%，鐵礦石對外依存度在80%以上[1]，我國鐵礦石和鐵精礦的供需矛盾日益突出。因此，研究更為節(jié)能的選礦技術(shù)來降低國內(nèi)低品位磁鐵礦的開發(fā)成本已迫在眉睫。

預(yù)選拋尾可作為節(jié)能降耗的一項重要措施，已在我國鐵礦選礦廠廣泛使用?，F(xiàn)有低品位磁鐵礦預(yù)選技術(shù)主要有粗粒磁滑輪干選拋尾—常規(guī)破碎—球磨、粗粒磁滑輪干選拋尾—自磨或半自磨、粗粒磁滑輪干選拋尾—常規(guī)破碎—細粒磁滑輪或干選機拋尾—球磨[2]、粗粒磁滑輪干選拋尾—高壓輥磨機3 mm濕式閉路篩分—球磨、粗粒磁滑輪干選拋尾—高壓輥磨機3 mm濕式閉路篩分—篩下濕式拋尾—篩上磁滑輪拋尾—球磨[3，4]、粗粒磁滑輪干選拋尾—高壓輥磨機3 mm干式閉路篩分—篩下干選機拋尾—球磨[5]。比較具有代表性的設(shè)備有磁滑輪、干式永磁筒式磁選機、磨前大塊預(yù)選濕式永磁筒式磁選機、量恒式磁選機、磁力分級預(yù)選機、懸浮式干選機等[6-9]。

本鋼集團歪頭山鐵礦始建于20世紀70年代，是我國第一座采用濕式自磨工藝的超大型鐵礦。近年來，因現(xiàn)有濕式尾礦庫庫容不足、排土場超高，該礦對排土場礦石進行回收利用并不斷加大排土場礦石在選礦廠供礦中的占比。由于未進行系統(tǒng)的礦石預(yù)處理，入磨品位低，運營成本居高不下。基于此，本文采用“破碎閉路篩分-20 mm產(chǎn)品一段干選拋廢、高壓輥閉路篩分-3 mm產(chǎn)品二段干選拋廢”的節(jié)能型干式預(yù)選技術(shù)處理本鋼集團歪頭山鐵礦的低品位磁鐵礦。

1 礦石性質(zhì)

采場礦石屬原生貧磁鐵礦，已在排土場形成多條礦石回收生產(chǎn)線，經(jīng)磁滑輪拋廢后回收的排土場礦石TFe品位19.10%，mFe品位13.01%，主要可供回收的元素是鐵，TFe/FeO為2.32，伴生元素含量未達到綜合回收標準，礦石中有害元素S、P含量不高，SiO2含量高，需除去有害雜質(zhì)Si，易用磁選技術(shù)回收其中的鐵。礦石中的金屬礦物主要有磁鐵礦、假象赤鐵礦、赤鐵礦、菱鐵礦、(磁)黃鐵礦、硅酸鐵等，非金屬礦物主要有石英、陽起石、綠簾石、方解石、滑石等。礦石中的鐵礦物呈中細粒結(jié)構(gòu)、條帶狀和致密塊狀構(gòu)造，平均嵌布粒度0.07～0.12 mm。采場礦石的主要化學(xué)成分見表1，鐵的物相見表2。

表2 采場礦石中鐵的物相Table 2 Fe phase of the pit ore /%

2 實驗室探索試驗

采用節(jié)能型低品位磁鐵礦干式預(yù)選技術(shù)對采場礦石、排土場回收礦石的混合礦進行了實驗室兩段干選試驗研究，兩段干選設(shè)備采用不同品牌永磁筒式磁選機，試驗結(jié)果見表3。

由表3可知，在原礦TFe品位 27%左右、磁性鐵占有率78%～83%的條件下，采用“破碎閉路篩分-20 mm產(chǎn)品一段干選拋廢、高壓輥閉路篩分-3 mm產(chǎn)品二段干選拋廢”流程，兩段干選總拋廢率可達42%以上，廢石mFe品位低于1%，干式預(yù)選指標較好。

根據(jù)實驗室探索試驗結(jié)果并結(jié)合礦山實際情況，開發(fā)出適用于該礦的低品位磁鐵礦干式預(yù)選原則流程，如圖1所示。

表3 實驗室試驗結(jié)果Table 3 Results of laboratory test /%

圖1 低品位磁鐵礦干式預(yù)選原則流程Fig.1 Principle flowsheet of dry preseparation for low grade magnetite

3 工業(yè)生產(chǎn)實踐

將設(shè)計的預(yù)選技術(shù)流程應(yīng)用于本鋼集團歪頭山鐵礦主選廠，2022年3月15日，生產(chǎn)線正式投產(chǎn)，前期新老系統(tǒng)存在生產(chǎn)過渡，2022年9月起各項生產(chǎn)指標趨于穩(wěn)定。

3.1 生產(chǎn)指標

投產(chǎn)后2022年9～10月的平均生產(chǎn)指標見表4。由表4可知，采用新型節(jié)能干式預(yù)選技術(shù)，在原礦TFe品位 20%～22%、磁性鐵占有率60%～62%的條件下，通過兩段干選，所得總拋廢率為40%～43%，廢石mFe品位低于1%、mFe損失率 1.7%左右，干選精礦TFe品位可提高至30%以上，說明干式預(yù)選指標較好。

由于鐵精礦生產(chǎn)計劃在設(shè)計基礎(chǔ)上發(fā)生較大提升，采場除需對本生產(chǎn)線供礦外，還需供應(yīng)另外一個選礦廠，為解決采場供礦能力不足的問題，生產(chǎn)中大幅度降低該生產(chǎn)線處理的混合礦石中的采場礦石比例、提高排土場回收礦石比例，甚至全部處理排土場回收礦石，與實驗室礦樣、設(shè)計原礦相比，工業(yè)生產(chǎn)中的礦石性質(zhì)發(fā)生較大改變，生產(chǎn)線實際處理礦石的品位、磁性鐵占有率遠遠低于設(shè)計值。隨著該礦另外兩處地下資源的開發(fā)利用加速，采場供礦能力不足問題會得以緩解，該生產(chǎn)線實際處理的礦石性質(zhì)、拋廢指標將逐步貼近設(shè)計指標。日后生產(chǎn)中可增加三段干選進一步優(yōu)化工藝，從而進一步提高拋廢率。

表4 2022年9～10月生產(chǎn)指標Table 4 Production indices of September and October 2022 /%

3.2 節(jié)能減碳效果初步評估

本鋼集團歪頭山鐵礦的生產(chǎn)經(jīng)營過程中，不涉及燃料燃燒、碳酸鹽分解以及碳化吸收等工藝過程，因此僅計算外購電力帶來的CO2排放量。依據(jù)《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則(GB/T 32150—2015)》《礦山企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)》和國家氣候中心發(fā)布的2012年中國區(qū)域電網(wǎng)平均CO2排放因子、項目用電負荷及電量消耗數(shù)據(jù)估算碳排放量。估算邊界對應(yīng)項目的設(shè)計范圍包括從原礦倉至精礦產(chǎn)品和骨料副產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)營過程中消耗燃料、碳酸鹽分解、碳化吸收工藝、電力、熱力等造成的碳排放，但不考慮其他外部因素。經(jīng)計算，項目改造前的電耗是210 510 MW·h，改造后的電耗是165 933 MW·h。本鋼集團歪頭山鐵礦改造項目以此作為計算依據(jù)，采用排放因子法，估算邊界范圍內(nèi)改造前的年排放CO2總量為163 545 t，單位原礦CO2排放量為18.2 kg CO2/t；采用該干式預(yù)選技術(shù)進行改造后的年排放CO2總量為128 913 t，單位原礦CO2排放量為14.3 kg CO2/t，CO2排放量降幅達21.43%。

4 結(jié)論

1)將干式預(yù)選技術(shù)用于低品位磁鐵礦進入磨選作業(yè)前的預(yù)處理是實現(xiàn)節(jié)能降耗的一個必要措施，可充分體現(xiàn)“能丟早丟、多碎少磨”的節(jié)能理念。

2)采用“中碎前帶預(yù)先篩分的三段一閉路破碎—一段干選機拋廢—高壓輥磨超細碎-3 mm微粉閉路篩分—微粉篩篩下二段干選機拋廢—干選廢石篩分”的設(shè)計流程處理本鋼集團歪頭山鐵礦采場礦石、排土場回收礦石的低品位混合磁鐵礦，在原礦TFe品位 20%～22%、磁性鐵占有率60%～62%的條件下，兩段干選總拋廢率可達到40%～43%，廢石mFe品位低于1%，單位原礦CO2排放量降幅達21.43%，解決了該礦現(xiàn)有濕式尾礦庫庫容不足、排土場超高、采場出礦品位逐漸下降且剩余資源量不足帶來的停產(chǎn)問題，經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益好。

3)干式預(yù)選技術(shù)可從一定程度上緩解我國鐵戰(zhàn)略性金屬資源不足的問題，對于國內(nèi)外其它低品位磁鐵礦或其他低品位強磁性礦物的開發(fā)利用以及現(xiàn)有礦山的節(jié)能減碳、可持續(xù)發(fā)展具有一定的借鑒意義。