某大型鐵礦選礦廠遷建工程工藝方案優(yōu)化及節(jié)能設(shè)計

常亮亮, 徐小鋒

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

1 前言

該鐵礦選礦廠始建于20世紀50年代，原設(shè)計生產(chǎn)能力為每年處理原礦石150萬t。2005年完成了選礦廠填平補齊改造設(shè)計并已實施，選礦廠生產(chǎn)鐵精礦能力擴大到150萬t/a。

該礦有40多年的生產(chǎn)和管理經(jīng)驗，選礦廠目前的生產(chǎn)流程經(jīng)過不斷完善和改進，通過生產(chǎn)實踐證明是先進合理，符合該礦礦石性質(zhì)。但由于投產(chǎn)時間早，生產(chǎn)時間長，又幾經(jīng)改造擴建形成了攤子大，設(shè)備規(guī)格小、能耗高、自動化程度較低的現(xiàn)狀，加之選礦廠地處采礦塌陷區(qū),存在較大的安全隱患,繼續(xù)運轉(zhuǎn)下去,將危及正常生產(chǎn)，因此需對選礦廠進行遷建。

通過本次遷建，將建成一座國內(nèi)一流的現(xiàn)代化選礦廠，其特點是設(shè)備大型化、生產(chǎn)自動化、節(jié)能效果好，整個選廠的自動控制水平也將達到國內(nèi)先進水平。建成后，選廠的勞動生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本將降低、能效管理將達到較高水平。

2 原礦礦石結(jié)構(gòu)

該鐵礦屬大冶式熱液交代矽卡巖型磁鐵礦礦床，全礦以15#勘探線為界，分為東西兩礦區(qū)，東區(qū)主要以Ⅱ號礦體為主，西區(qū)以Ⅲ號礦體為主。礦石構(gòu)造特征以致密塊狀的富磁鐵礦為主，其次為浸染狀、斑塊狀及條帶狀。

礦石中主要金屬礦物為磁鐵礦，次要金屬礦物有赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦，還有少量的穆磁鐵礦、磁黃鐵礦、斑銅礦、輝銅礦、鏡鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等。主要脈石礦物為方解石、綠泥石、金云母、石榴子石；次要礦物有硬石膏、石英、透輝石、陽起石、蛇紋石，還有少量的綠簾石、黝簾石、磷灰石、榍石、角閃石、長石等。

磁鐵礦：它是礦石中的主要金屬礦物，東區(qū)Ⅱ號礦體磁鐵礦在礦石中占礦物組成的40%～55%，多為它形晶粒，粒徑多為0.01～0.8mm。部分磁鐵礦呈星點狀分布于脈石中，粒徑小于0.004mm。還有一些磁鐵礦顆粒中包有粒徑為0.004～0.05mm的黃鐵礦和脈石礦物。西區(qū)Ⅲ號礦體磁鐵礦占礦石中金屬礦物的88%，大多為半自形至它形晶粒，少量具交代殘余結(jié)構(gòu)，常見的礦石構(gòu)造為塊狀、浸染狀及斑塊狀。磁鐵礦結(jié)晶粒度細，粒徑以0.05～0.09mm為主，結(jié)晶粒度小于0.074mm部分占93.13%。

黃鐵礦：是礦石中主要硫化物。東區(qū)Ⅱ號礦體黃鐵礦多為它形粒狀和不規(guī)則脈狀，呈它形粒狀產(chǎn)出的顆粒多為0.02～0.3mm，主要產(chǎn)于磁鐵礦與脈石礦物顆粒間隙中及脈石礦物中，部分產(chǎn)于磁鐵礦顆粒中，在整個礦體中分布不均，約占礦石的2%～4.5%。西區(qū)Ⅲ號礦體中黃鐵礦約占礦石的5%～15%,早期礦呈浸染狀或斑點狀，在磁鐵礦中，結(jié)晶較好，自形、半自形粒徑為0.2～1mm。晚期礦呈脈狀，粒徑1～3mm。

黃銅礦：東區(qū)Ⅱ號礦體中黃銅礦主要呈它形粒狀，少量為不規(guī)則脈狀，主要產(chǎn)于脈石礦物中，磁鐵礦和黃鐵礦顆粒接觸處，粒徑多為0.06～0.1mm。西區(qū)Ⅲ號礦體中黃銅礦含量較少，呈脈狀、星點狀，多與黃鐵礦伴生。

3 現(xiàn)有工藝流程

選廠目前生產(chǎn)流程采用常規(guī)三段閉路碎礦、兩段閉路磨礦流程，磁選選鐵，在碎礦作業(yè)設(shè)有干式磁選拋尾，進行階段磨礦、階段選別，磁選尾礦采用浮選工藝選銅和硫?，F(xiàn)有工藝流程如圖1所示。

1)破碎、篩分和干式磁選

選礦廠碎礦系統(tǒng)采用三段閉路—干式磁選流程。粗碎作業(yè)設(shè)置在井下，將礦石破碎至0～300mm，用箕斗提升到地面，然后運至選礦廠。中碎作業(yè)將礦石破碎至0～65mm，采用圓振篩進行篩洗分級，將中碎產(chǎn)品篩分成-65～+13mm、-13～+3mm和-3mm三個粒級，-65mm～+13mm、-13mm～+3mm粒級分別采用永磁磁滑輪進行干選拋尾，-65mm～+13mm粒級經(jīng)拋尾后進入細碎系統(tǒng)，-13mm～+3mm粒級經(jīng)拋尾后運往粉礦倉。-3mm粒級的物料先經(jīng)過逆流型永磁濕式磁選機進行磁選，磁選的尾礦經(jīng)過直線篩分級脫水，篩上-3mm～+0.5mm粒級作為干尾礦送至尾礦堆，篩下-0.5mm粒級作為最終一部分尾礦產(chǎn)出。磁選精礦經(jīng)過直線篩篩分為-3mm～+0.5mm和-0.5mm兩個粒級，-3mm～+0.5mm粒級通過帶式輸送機輸送至粉礦倉，-0.5mm粒級采用渣漿泵送至主廠房濕式磁選。細碎作業(yè)設(shè)預(yù)先檢查閉路篩分，篩下合格產(chǎn)品進入粉礦倉，從而進入后續(xù)作業(yè)。

2)磨礦、分級和磁選

磨礦系統(tǒng)采用兩段閉路磨礦流程，進行階段磨礦、階段選別。一段磨礦共采用6臺溢流型球磨機，分別與4臺雙螺旋分級機和2臺水力旋流器組構(gòu)成閉路，一段磨礦產(chǎn)品細度為-0.074mm占55%左右。一段磨礦分級溢流經(jīng)過兩段磁選，精礦產(chǎn)品進入再磨回路，再磨回路設(shè)有預(yù)先分級(一段細篩)和檢查分級(二段細篩)，分級設(shè)備均為細篩，再磨產(chǎn)品細度為-0.074mm占65%左右。磁選精礦經(jīng)過一段細篩分級，篩上物料經(jīng)過再磨、再磁選后精礦進入二段細篩。細篩篩下物料進入三段磁選，其精礦經(jīng)過濾機脫水后得到最終鐵精礦。

3)浮選

磁選尾礦經(jīng)濃縮機脫水后采用浮選工藝選銅和硫。銅硫浮選流程為混合浮選，進行一次粗選和一次精選得到銅硫混合精礦，銅硫混合精礦再進行銅硫分離，浮選流程結(jié)構(gòu)為一次粗選、一次掃選和二次精選，最終得到品位17%左右的銅精礦和品位42%左右的硫精礦。

選礦廠近年生產(chǎn)指標見表1。

4 工藝方案優(yōu)化

該選礦廠自建成投產(chǎn)以來，經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，生產(chǎn)流程不斷完善和改進，現(xiàn)行生產(chǎn)流程基本上先進合理，特別是磁選流程完全適應(yīng)該礦礦石可選性要求。因此，遷建設(shè)計的工藝流程基本上沿用現(xiàn)行生產(chǎn)流程，但對流程中存在的不合理、不完善之處進行了改進。

圖1 某鐵礦選礦廠現(xiàn)有生產(chǎn)工藝流程圖

年份原礦鐵精礦銅精礦硫精礦處理量/(kt·a-1)鐵品位/%硫品位/%精礦量/(kt·a-1)鐵品位/%鐵回收率/%精礦量/(t·a-1)銅品位/%精礦量/(t·a-1)硫品位/%硫回收率/%20143461.930.892.441345.766.8683.74957.7911.873272138.4037.4120153497.131.342.391380.366.7883.84906.1512.033526437.9340.2420163104.730.792.431204.866.7483.86873.6612.493169437.7142.84

4.1 鐵精礦提鐵降硫試驗研究

“提鐵降硫研究”主要是為了使選廠鐵精礦原料中鐵、硫等含量滿足生產(chǎn)及對環(huán)保的要求。試驗研究工作共分為3個階段進行，分別為小型試驗、半工業(yè)試驗和工業(yè)試驗，以下主要就工業(yè)試驗情況進行介紹。

選廠連續(xù)兩天對提鐵降硫反浮選系統(tǒng)分別進行了開與不開生產(chǎn)流程對比工業(yè)試驗，對比試驗結(jié)果表明：開反浮選生產(chǎn)流程，鐵精礦質(zhì)量較穩(wěn)定(鐵精礦品位≥67.0%, 硫含量≤0.15%)，而未開反浮選生產(chǎn)流程，產(chǎn)品質(zhì)量波動較大，生產(chǎn)鐵精礦品位最高為65%～66%，硫含量大于0.4%。開與未開反浮選系統(tǒng)流程考查數(shù)質(zhì)量圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 開反浮選系統(tǒng)流程考查數(shù)質(zhì)量圖

圖3 未開反浮選系統(tǒng)流程考查數(shù)質(zhì)量圖

在小型試驗的基礎(chǔ)上進行了半工業(yè)試驗和工業(yè)試驗，試驗數(shù)據(jù)的可靠性較高。通過上述一系列試驗，可得出以下結(jié)論：

(1)鐵精礦的細度是影響鐵精礦降硫的關(guān)鍵。鐵精礦的細度小于70%- 0.076mm時，從取得的試驗結(jié)果來看，鐵精礦含硫難以降至0.1%以下。

(2)當鐵精礦細度大于75%- 0.076mm時，采用反浮選脫硫——磁選工藝，可獲得鐵精礦品位>68.00%、含硫<0.1%的優(yōu)質(zhì)球團原料。

(3)脫硫浮選所獲得的泡沫產(chǎn)品(浮選精礦)，可直接并入生產(chǎn)流程予以回收鐵、硫。

(4)生產(chǎn)中回水水質(zhì)差, 使得鐵精礦含硫難以降至0.1%以下，在浮選脫硫與磁選提鐵過程中，宜使用新水。

4.2 工藝方案優(yōu)化措施

本次遷建工程設(shè)計在沿用現(xiàn)行生產(chǎn)流程的基礎(chǔ)上主要根據(jù)“提鐵降硫研究”的試驗結(jié)果在三段磁選后增設(shè)了脫硫浮選工序，脫硫浮選后得到合格鐵精礦，鐵精礦品位為67.5%，鐵精礦含硫0.10%。

結(jié)合目前選廠生產(chǎn)中的問題并根據(jù)本次遷建工程的實際情況，還對現(xiàn)有流程采取了以下優(yōu)化措施。

(1)將粗碎作業(yè)的產(chǎn)品粒度由目前的0～300mm調(diào)整為0～250mm。

降低給礦粒度，中碎機的排礦口可以調(diào)到較小的位置，可使排礦產(chǎn)品粒度下降，而中碎產(chǎn)品粒度的降低將帶來干式磁選拋尾效果的明顯改善、細碎回路產(chǎn)品粒度的降低、閉路篩分循環(huán)負荷降低等一系列的連鎖效應(yīng)。

(2)將細碎的閉路篩分由預(yù)先和檢查篩分調(diào)整為檢查篩分。

細碎閉路篩的篩孔是10mm，中碎篩分后-65mm～±12mm粒級產(chǎn)品經(jīng)干選拋尾后的物料中-10mm合格粒級含量較少，設(shè)置細碎預(yù)先篩分意義不大；此外僅設(shè)置檢查篩分，篩分作業(yè)的處理量減少，所需篩分設(shè)備數(shù)量少、占地面積小、檢修維護量少；同時，僅設(shè)置檢查篩分作業(yè)，有利于篩分干選設(shè)備的集中布置，使物料走向更流暢、廠房布局更合理，有利減少建設(shè)投資和運行成本。

(3)將一段磨礦的產(chǎn)品粒度由實際生產(chǎn)的-0.074mm占55%調(diào)整到-0.074mm占55%～60%，將再磨回路的產(chǎn)品(細篩篩下產(chǎn)物)粒度由實際生產(chǎn)的-0.074mm占65%左右調(diào)整為-0.074mm占80%～85%。由于一段磨礦產(chǎn)品粒度的降低，一段磁選、二段磁選的拋尾效果大大改善，精礦鐵品位提高、精礦含硫降低，細篩的篩上產(chǎn)率將降低，有利于減輕再磨機的負荷；而細篩篩下產(chǎn)物粒度的降低，更有利于三段磁選精礦品位的提高和精礦含硫的降低。

(4)將再磨系統(tǒng)一段細篩(預(yù)先篩分)+脫水磁選+再磁選+二段細篩(檢查篩分)工序簡化為細篩預(yù)先檢查篩分+再磨前再磁選(即脫水磁選)作業(yè)。在不影響選礦指標的前提下有效簡化了流程，使生產(chǎn)和操作更簡便，管線更易于布置，過程控制更易于實現(xiàn)。

(5)鐵精礦的脫硫浮選設(shè)備由浮選機改為浮選柱，工藝過程簡單，布置緊湊、便于管理，并且設(shè)備占地面積減少、電耗大幅度降低。

優(yōu)化后的工藝流程如圖4所示。

圖4 某鐵礦選礦廠遷建工程優(yōu)化后生產(chǎn)工藝流程圖

5 節(jié)能設(shè)計

5.1 主要節(jié)能措施

為了節(jié)能,本次設(shè)計針對生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)均采取了相關(guān)技術(shù)措施。

1)工藝流程節(jié)能

中碎后的礦石，采用干選、預(yù)先丟尾，使進入磨、選作業(yè)的礦石量減少約35%，不但降低了能耗，還減少了后續(xù)磨、選設(shè)備。

充分發(fā)揮破碎機的潛能，降低各段破碎產(chǎn)品的粒度，最終實現(xiàn)“多碎少磨”，有利于減少碎磨系統(tǒng)的綜合能耗[1-2]。

強化篩分作業(yè)，適當增大篩分設(shè)備的規(guī)格，提高篩分效率，提高濕式篩分的分級效果并降低閉路篩分循環(huán)負荷。

采用階段磨礦、階段選別生產(chǎn)工藝，能耗指標低。

2)設(shè)備選擇節(jié)能

主要設(shè)備規(guī)格大型化、高效化，減少生產(chǎn)系統(tǒng)系列數(shù)。

采用節(jié)能型設(shè)備，例如德瑞克高頻細篩、浮選柱，自吸式浮選機及陶瓷過濾機等。

主要礦漿輸送渣漿泵采用變頻調(diào)速，使泵在較佳的工況條件下工作，延長泵的使用壽命，并節(jié)省能耗。

采用節(jié)能型低損耗變壓器及節(jié)能照明燈具。

3)節(jié)水

充分利用采礦井下排水，節(jié)省大量外部供水；尾礦通過廠區(qū)濃密回水，減少輸送量，既減低了能耗又節(jié)約了水資源；工業(yè)用水循環(huán)使用，一水多用。

4)設(shè)備及設(shè)施布置節(jié)能

設(shè)備配置，充分利用地形，使主礦漿自流，減少砂泵輸送，節(jié)省電耗。

在破碎作業(yè)前設(shè)置緩沖礦倉，以保證破碎機處于滿負荷均衡運行。

5)生產(chǎn)自動控制和能效管理

選礦廠的自動控制水平應(yīng)與選廠規(guī)模相適應(yīng)，在選礦全流程采用先進的自動檢測和控制系統(tǒng)；設(shè)置能效管理系統(tǒng)，注重能效管理水平。

5.2 綜合能耗指標

由于采取了以上節(jié)能措施，使本工程新建選廠能耗指標與該選廠現(xiàn)有選廠能耗指標相比由14.4kW·h/t降至13.48kW·h/t，下降了6.4%，節(jié)能效果良好。

6 結(jié)論

(1)根據(jù)“提鐵降硫研究”的試驗結(jié)果在現(xiàn)行生產(chǎn)流程三段磁選后增設(shè)了脫硫浮選工序，脫硫浮選后可得到高品質(zhì)鐵精礦，鐵精礦品位為67.5%，鐵精礦含硫0.10%。

(2)結(jié)合目前選廠生產(chǎn)中的問題并根據(jù)本次遷建工程的實際情況，對粗碎產(chǎn)品粒度、細碎閉路篩分工藝、一段磨礦產(chǎn)品粒度、再磨分級系統(tǒng)以及鐵精礦脫硫浮選設(shè)備等方面進行了優(yōu)化設(shè)計，使選礦流程更簡單、高效。

(3)設(shè)計中注重節(jié)能設(shè)計，使設(shè)計新選廠能耗指標相比現(xiàn)有選廠由14.4kW·h/t降至13.48kW·h/t，下降了6.4%，取得了較好的節(jié)能效果。