某鐵選廠廢石的綜合利用研究

劉愛興 呂永斌 安宏遠(yuǎn) 裴富鵬

(1.徐州鐵礦集團(tuán)有限公司；2.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院)

某鐵選廠廢石的綜合利用研究

劉愛興1,2呂永斌1安宏遠(yuǎn)1裴富鵬1

(1.徐州鐵礦集團(tuán)有限公司；2.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院)

徐州鐵礦集團(tuán)下屬兩座鐵礦山選礦廠年產(chǎn)廢石約12萬t，其中鐵含量為13.22%。直接廢棄堆存不僅增加了占地費用，還造成資源浪費。磁干選分析結(jié)果表明，綜合廢石磁性礦、弱磁性礦含量分別為5.79%、10.56%。為回收利用廢石中的鐵，分離出尾礦中合格粒級的尾砂作為充填站膠結(jié)充填的骨料，對廢石進(jìn)行再選試驗。結(jié)合廢石性質(zhì)和選廠實際，確定了磁干選—弱磁選—強磁選—脫水篩分級的工藝流程。生產(chǎn)實踐結(jié)果表明，廢石經(jīng)該工藝流程處理，可回收符合要求的充填尾砂7.1萬t/a，同時生產(chǎn)鐵品位65.00%的鐵精礦4 200 t/a，鐵品位35.00%的強磁精礦6 500 t/a，基本實現(xiàn)了充填物料的自給，廢石產(chǎn)生利潤21.88元/t，實現(xiàn)了綜合利用。該廢石通過再選及綜合利用的成功經(jīng)驗為其他相似選廠廢石的利用，提供了一條新思路。

廢石 回收 有用礦物 充填物料

徐州鐵礦集團(tuán)下屬鎮(zhèn)北鐵礦、吳莊鐵礦兩座礦山[1-2]。隨著近年鎮(zhèn)北鐵礦井下充填的進(jìn)行，充填站每年需充填尾砂約17萬t。而目前銅金選廠(選廠東線)和大選廠(選廠西線)兩個選礦廠每年僅能提供合格尾砂充填料僅7萬t左右，每年需外購約10萬t的充填料。實際兩選礦廠每年合計預(yù)選拋尾廢石量約12萬t，鐵品位為13.22%，主要以磁性礦物和弱磁性礦物存在。直接棄置堆存，不僅產(chǎn)生占地費用、影響場地空間，還造成其中鐵等資源的浪費。將廢石作為二次資源進(jìn)行再選試驗，以回收其中的鐵。最終成功獲得磁干選塊礦作為選廠半成品、弱磁粗精礦給入選廠二段磨礦、強磁精礦摻到選廠鐵精礦中成為合格的混合鐵精礦，同時尾礦經(jīng)脫水篩處理后得到全尾砂膠結(jié)充填的骨料，實現(xiàn)了廢石的綜合利用。

1 廢石性質(zhì)

1.1 廢石組成

吳莊和鎮(zhèn)北選廠1—6月共入選原礦36 954 6 t，選廠現(xiàn)場采用磁場強度為96～128 kA/m的φ500 mm磁滑輪干選預(yù)選拋尾，產(chǎn)生廢石56 469 t，全年產(chǎn)量約12萬t。為確定合適的廢石再選工藝流程，對兩選廠磁干選尾礦(廢石)和綜合廢石進(jìn)行磁干選試驗，以確定磁性礦和弱磁性礦含量，結(jié)果見表1。

表1 廢石磁干選試驗結(jié)果 %

產(chǎn)品廢石產(chǎn)率鐵品位磁性礦產(chǎn)率鐵品位弱磁性礦產(chǎn)率鐵品位非磁性礦產(chǎn)率鐵品位吳莊廢石100.009.151.8646.202.8135.895.337.64鎮(zhèn)北廢石100.0016.468.9247.4016.7336.174.358.33綜合廢石100.0013.225.7947.2510.5636.0883.657.98

表1表明，由吳莊廢石和鎮(zhèn)北廢石按產(chǎn)量配比的綜合廢石鐵品位為13.22%，鐵主要以磁性鐵和弱磁性鐵的形式存在。綜合廢石中磁性礦含量5.79%，弱磁性礦(紅礦)含量10.56%，二者合計占16.35%。因此可以考慮在適當(dāng)?shù)哪サV細(xì)度下采用磁選法回收磁性礦中的鐵，并從尾礦中回收尾砂粗骨料用作井下充填的原料。

1.2 廢石磨礦細(xì)度試驗

合適的磨礦細(xì)度能得到較好的磁選分離效果，分離出合格粒級的尾砂，但過磨會導(dǎo)致礦石過磨泥化。因此，可以通過控制磨礦細(xì)度來調(diào)整礦泥含量。磨礦細(xì)度探索試驗結(jié)果表明，磨礦后-0.044 mm粒級部分絕大部分為礦泥。為獲得合格粒級的尾砂充填骨料，對不同磨礦細(xì)度下的廢石進(jìn)行粒度分析，結(jié)果見表2。

表2 不同磨礦細(xì)度下廢石粒度分析結(jié)果 %

磨礦細(xì)度(-0.074mm含量)+0.5mm含量+0.044mm含量-0.044mm含量359752540671294546436

表2表明，隨著磨礦細(xì)度的增加，-0.044 mm粒級含量逐漸上升。結(jié)合充填站對井下充填尾砂的粒度和含泥量要求，并考慮到最終尾礦脫水會去除部分礦泥，因此確定廢石磨礦細(xì)度為-0.074 mm占 35%～40%，此時-0.044 mm含量低于29%，+0.044 mm的粗骨料粒級含量大于71%。

2 磁選試驗

2.1 弱磁選探索試驗

在選廠現(xiàn)場實際工藝流程采用的磨礦細(xì)度 -0.074 mm占65%條件下，對綜合廢石采用弱磁選回收，以確定最終精礦所能達(dá)到的鐵品位。弱磁選試驗采用磁選管進(jìn)行，固定磁選場強為150 kA/m，結(jié)果見表3。

表3 廢石弱磁選試驗結(jié)果 %

產(chǎn)品產(chǎn)率鐵品位回收率磁精礦4.1665.1320.49尾礦95.8410.9779.51試樣100.0013.22100.00

由表3可知，廢石弱磁選后最終可獲得鐵品位為65.13%、回收率為20.49%的磁精礦。說明該廢石僅通過弱磁選別，可以初步回收其中的鐵。

2.2 綜合廢石強磁尾礦再選試驗

對廢石在磨礦細(xì)度為-0.074 mm占35%～40%時的弱磁選尾礦進(jìn)行磁場強度為400 kA/m的強磁選試驗，可得到鐵品位為36.03%、回收率為51%的強磁精礦，品位較低。因此決定對一次強磁精礦進(jìn)行再選。1次強磁鐵精礦攪拌混勻后，采用Slon-400型離心機分別進(jìn)行1次重選和1粗1精重選。條件試驗確定的最佳條件為：1次重選給礦濃度8%、離心機轉(zhuǎn)速400 r/min、漂洗水4 L/min，1粗1精重選的給礦濃度8%、離心機粗選轉(zhuǎn)速 700 r/min、漂洗水4 L/min，精選再磨細(xì)度-0.074 mm占85%，離心機轉(zhuǎn)速300 r/min、漂洗水 4 L/min。試驗結(jié)果見表4。

由表4可知，強磁精礦經(jīng)1粗1精重選后，可獲得鐵品位為47.93%、回收率為34.44%的精礦。相比1次重選流程，鐵品位僅提高2.59個百分點，但回收率降低幅度較大，達(dá)21.87個百分點。結(jié)果表明，廢石強磁精礦經(jīng)重選再選后，效果不明顯。磁精礦再磨強磁再選探索試驗結(jié)果也表明，最終鐵精礦品位達(dá)不到64%的銷售品位，且流程長、投入設(shè)備多，經(jīng)濟(jì)效益差。而強磁精礦產(chǎn)率很低，可摻入到選廠鐵精礦中構(gòu)成質(zhì)量仍合格的混合精礦。因此，確定不進(jìn)行強磁精礦再選。

表4 強磁精礦再選試驗結(jié)果 %

重選流程產(chǎn)品產(chǎn)率鐵品位回收率1次精選精礦44.7545.3456.31尾礦55.2528.4843.69給礦100.0036.03100.001粗1精精礦25.9047.9334.44精選尾礦21.7537.0522.36粗選尾礦52.3529.7343.20給礦100.0036.03100.00

3 再選工藝流程

廢石處理流程利用選廠破碎系統(tǒng)處理廢石，并通過磁干選回收其中的磁性塊礦。新建廢石磨選系統(tǒng)回收細(xì)粒級磁精礦，利用選廠備用的強磁選機回收廢石中的紅礦，添置脫水篩回收尾礦中的粗粒級尾砂作為充填原料。

分析廢石再選結(jié)果，確定采用磁干選—磨礦—弱磁選—強磁選—脫水流程，見圖1。

圖1 廢石再選工藝流程

廢石經(jīng)該流程處理最終可獲得強磁精礦鐵品位為35%，產(chǎn)量小，通過和選廠鐵精礦按一定配比混合，使最終鐵精礦產(chǎn)品也能滿足市場的質(zhì)量要求。

廢石再選流程系統(tǒng)歸屬銅金選廠管理，為便于生產(chǎn)管理和責(zé)任考核，該系統(tǒng)自成一個體系。具體技改措施為：

(1)選廠廢石由皮帶運輸機直接輸送至銅金選廠粗碎給料斗，利用其破碎系統(tǒng)破碎。分別采用400 mm×600 mm和250 mm×1 200 mm顎式破碎機進(jìn)行二段閉路破碎至-25 mm粒度，經(jīng)磁場強度為120 kA/m的磁干選機預(yù)選出磁性塊礦作為銅金選廠半成品堆場備用，尾礦用皮帶轉(zhuǎn)運至露天堆場備磨選。

(2)磁干選尾礦采用φ2 100 mm×3 000 mm格子型球磨機磨礦至-0.074 mm占35%～40%后，采用φ1 050 mm×2 100 mm弱磁選機在磁場強度128 kA/m條件下進(jìn)行濕式弱磁選。弱磁選尾礦泵入SLon-1500型強磁選機，強磁選磁場強度為400 kA/m。強磁尾礦自流入VD-12型振動脫水篩回收+0.044 mm較粗粒級的尾砂，并用皮帶運輸至尾砂堆場備井下充填。溢流水泵入南鐵山露天采礦坑口作為選廠循環(huán)用水使用。廢石經(jīng)該流程處理后，不僅避免了占地費用，還節(jié)省了外購充填原料的大部分費用[3]。

4 再選生產(chǎn)實踐

4.1 廢石再選產(chǎn)品指標(biāo)

按該流程處理選廠廢石，生產(chǎn)實踐結(jié)果表明，年產(chǎn)鐵精礦4 200 t，強磁精礦6 500 t，總尾礦約10萬t，其中充填尾砂7.1萬t，尾砂鐵品位、粒級、水分滿足充填要求。生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)見表5。

表5 廢石再選產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo) %

產(chǎn)品產(chǎn)率鐵品位回收率鐵精礦3.5065.0017.21強磁精礦5.4235.0014.35充填尾砂59.179.0040.28尾礦31.9111.6928.16廢石100.0013.22100.00

注：其中鐵精礦是在選廠磨礦細(xì)度-0.074 mm占65%時進(jìn)行弱磁選的產(chǎn)品。

廢石再選獲得的弱磁粗精礦經(jīng)再磨再選可獲得產(chǎn)率為3.50%、鐵品位為65.00%的鐵精礦。基于上述分析，廢石實際生產(chǎn)實踐中將產(chǎn)率很小的弱磁粗精礦給入選廠二段磨礦進(jìn)行后續(xù)選別而不影響主產(chǎn)品質(zhì)量。由表5可知，再選流程最終可獲得產(chǎn)率為產(chǎn)率為5.42%、鐵品位為35.00%的強磁精礦，泵入銅金選廠鐵精礦沉淀池自然脫水后堆放，按一定配比和選廠鐵精礦混合成為最終合格產(chǎn)品。同時作為充填料的尾砂產(chǎn)率可觀，質(zhì)量較好，實現(xiàn)了廢石的綜合利用。

一年多的生產(chǎn)實踐結(jié)果表明，該廢石再選工藝流程合理可行，生產(chǎn)運行狀況良好，經(jīng)濟(jì)合理。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

廢石再選項目總投資約422.88萬元，其中購置設(shè)備305.54萬元、土建61萬元、皮帶機及材料56.34萬元。按目前鐵精礦市場行情計算弱磁粗精礦和強磁精礦價格，充填尾砂按干基50元/t計，廢石再選后經(jīng)濟(jì)收入為679萬元/a，廢石加工成本、人工費和尾砂運輸費等總生產(chǎn)運行成本共349.25萬元，則利潤總額達(dá)262.6萬元。再選廢石可產(chǎn)生利潤21.88元/t，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 論

(1)徐州鐵礦集團(tuán)下屬吳莊、鎮(zhèn)北鐵礦的銅金選廠和大選廠年產(chǎn)預(yù)選拋尾廢石達(dá)12萬t，直接堆存增加占地成本，而目前井下充填站每年仍需外購10萬t充填料。為解決該矛盾，對廢石進(jìn)行再選試驗。

(2)在探索試驗的基礎(chǔ)上，兼顧經(jīng)濟(jì)效益，充分利用現(xiàn)有設(shè)備、流程，確定了破碎—磁干選—弱磁選—強磁選—脫水流程，最終獲得的磁干選塊礦作為銅金選廠半成品，弱磁粗精礦給入選廠二段磨礦流程再選，強磁精礦按一定配比和選廠鐵精礦混合成合格產(chǎn)品，同時尾砂作為合格的井下充填原料，實現(xiàn)了廢石的綜合利用，而且再選廢石創(chuàng)造利潤達(dá)21.88元/t，經(jīng)濟(jì)效益較好。

(3)廢石再選既回收了鐵，又為井下充填提供了尾砂原料，減少了礦山固體廢料排放，避免了可能出現(xiàn)的水體和土壤的污染，基本上實現(xiàn)了礦山無廢開采，經(jīng)濟(jì)效益明顯。該廢石再選及綜合利用的成功經(jīng)驗可為其他相似礦山廢石的處理和充填骨料的制備提借鑒。

[1] 厲廣軍，胡恒杰，蔡正安. 低品位赤鐵礦及伴生銅鈷金的綜合回收利用[J].金屬礦山，2006(7)：86-87.

[2] 楊福海. 立環(huán)脈動高梯度磁選機的應(yīng)用研究與生產(chǎn)實踐[J].科技傳播，2011(5)：145.

[3] 胡冠宇. 新橋硫鐵礦磷石膏分層膠結(jié)充填技術(shù)可靠性研究[D].長沙：中南大學(xué)，2009.

2015-08-20)

劉愛興(1987—)，男，碩士研究生，助理工程師，221100 江蘇省徐州市銅山縣。