南非高鐵錳礦開采及選礦研究

張 森，唐庚飛

（1.廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530000；2.靖西市大西南錳業(yè)有限公司，廣西 百色 533803）

錳礦是中國的稀缺礦產(chǎn)，以低品位為主且日益枯竭，中國是世界上錳礦最大進口國、對外依存度居高不下，2019年全國錳礦進口量為3424萬噸，其中南非1342萬噸，占進口總量的39.19%，目前，世界優(yōu)質錳礦資源儲量主要集中在南非、澳大利亞等國家。作為世界上五大礦產(chǎn)區(qū)之一的南非，是世界上黃金、鉆石、鉑金屬、錳、釩、鉻、鋯、鈦等金屬的主要生產(chǎn)大國[1]。其中錳礦儲量占世界的80%，品位較高。隨著全球鋼產(chǎn)量，尤其是特殊鋼產(chǎn)量的逐年增加和金屬錳新用途的不斷發(fā)現(xiàn)，對鋼材和合金鋼、有色合金材料的質量要求越來越嚴格，因此錳礦資源作為重要的戰(zhàn)略性資源，錳礦資源的大量開采促進了經(jīng)濟的快速增長。但長期的開采引發(fā)的資源、環(huán)境、生態(tài)問題也越來越嚴重。為保障社會經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展，我國政府鼓勵企業(yè)走出去進行錳礦開采，實現(xiàn)“開源與節(jié)流”并重的資源節(jié)約型可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

1 礦床開采

1.1 開采范圍

開采范圍為南非共和國北開普省某礦區(qū)采礦權范圍內具有工業(yè)開采價值的錳礦體。

1.2 開采順序

根據(jù)礦體的賦存狀況及礦床開采技術條件，礦床采用露天開采方式，露天采場采用自上而下分臺階開采的開采順序。

1.3 露天開采境界圈定的原則

本設計以境界剝采比nJ≤經(jīng)濟合理剝采比nJH為原則確定露天開采境界，實質上是對露天開采剝采比大小的控制，使其不超過經(jīng)濟合理剝采比，從而使整個礦床開采的總經(jīng)濟效果最佳。根據(jù)目前市場情況，類比同類礦山資料，結合本礦山的礦床開采技術條件，經(jīng)計算：經(jīng)濟合理剝采比為5.13t/t。①以境界剝采比小于等于經(jīng)濟合理剝采比圈定露天開采境界，保證露天采場內采出的礦石有盈利。為了充分回收利用礦產(chǎn)資源，發(fā)揮露天開采的優(yōu)越性，故，圈定露天開采境界時適當擴大開采境界，盡可能將較多的礦石圈定在露天開采境界內。同時，用平均剝采比np也小于等于經(jīng)濟合理剝采比進行校驗，確保露天開采的平均經(jīng)濟效果優(yōu)于地下開采。②設計確定的露天采場最終邊坡角應使其在礦山服務年限內基本保證采場邊坡穩(wěn)定，確保露天采礦場的安全生產(chǎn)。③露天開采境界不超出申請延續(xù)采礦許可證所確定的礦區(qū)范圍。

1.4 采剝工作

1.4.1 采剝方法

設計采用挖掘機直接挖掘，輔以裝載機裝車[2]。

（1）開采順序：采用自上而下分臺階開采，采剝工作面沿礦體走向布置，垂直礦體走向進行推進采剝。同時為了減少廢石場的壓力和節(jié)約運輸成本，部分采場可采取先行開采較低位置的區(qū)域，開采最終采空區(qū)作為后面剝離的廢石場。也有利于環(huán)境恢復治理[3]。

（2）采場工作面主要參數(shù)為：臺階高度：10m；臺階坡面角：取45°～60°；最小工作平臺寬度：≥35m。最小工作線長度：為滿足采礦破碎、鏟裝各工序循環(huán)要求，最小工作線長度確定為150m。

（3）采裝工藝。采裝作業(yè)采用液壓挖掘機鏟裝作業(yè)，液壓挖掘機具有使用壽命長，作業(yè)成本費用低等優(yōu)點，是目前礦山采裝作業(yè)的首選設備。根據(jù)礦山作業(yè)量，結合礦山實際情況，經(jīng)計算，某錳礦區(qū)需配備VOLVO EC750DL（斗容3.3m3～4.6m3）型液壓挖掘機4臺～6臺即可滿足礦巖采裝工作要求，礦巖運輸選用載重50t自卸式汽車27輛。采場輔助作業(yè)主要包括推平工作面和修路，選用1臺T－230型推土機和和2臺柳工CLG890H裝載機。

1.4.2 礦山基建工程

基建工程是采場投產(chǎn)前必須完成的生產(chǎn)準備工作，包括采場內基建剝離和道路等?？紤]到礦區(qū)已有簡易道路至開采工作面，礦山在基建期可利用現(xiàn)有簡易道路，以減少基建工程量。礦山基建剝離共12萬m3?；ㄆ诩s1年。

2 選礦

2.1 原礦性質

2.1.1 礦石類型

某礦區(qū)礦石礦物以軟錳礦、硬錳礦為主，褐錳礦次之。脈石礦物為石英及高嶺土礦物。

2.1.2 礦石物質組成

（1）化學組成：錳的原礦多元素化學成分分析結果列于表1，化學物相分析結果見表2。

表1 原礦多元素分析結果

表2 原礦中錳的化學物相分析結果（%）

（2）礦物組成：礦石中的礦物成分均較為簡單。錳礦石礦物主要有方鐵錳礦、褐錳礦、黑錳礦、硬錳礦及軟錳礦，鐵礦石礦物主要為赤鐵礦，含粘土礦物。主要礦物成分Mn7.8%～50%， 平 均25.85%，TFe7.1%～55.8%， 平均25.39%，Mn+TFe為51.24%，Mn/Fe為1.02， 雜 質P 0.35%～1.50%，平均0.57%，SiO21.99%～9.63%，平均5.65%。

2.2 選礦工藝及指標

選礦工藝：根據(jù)多年在南非的選礦生產(chǎn)實踐，選礦廠選礦工藝均采用破碎--篩分--永磁干選的生產(chǎn)工藝流程。

（1）原礦破碎生產(chǎn)工藝：原礦經(jīng)棒條粗篩分，+65mm塊度原礦過鄂式破機粗破碎至-200mm后，由皮帶機輸送至圓錐破碎機破碎，圓錐破碎機前設預先篩分，減少加入圓錐破碎機礦量，圓錐破碎機排礦返回振動篩形成閉路循環(huán)，礦石破碎至-30mm待選。棒條粗篩分下-65mm經(jīng)兩段振動篩篩分-10mm作為尾礦拋棄。兩段篩分+20mm和+10mm經(jīng)圓錐破碎機前振動篩預先篩分分級+30部分進入圓錐破碎機破碎至-30mm待選，－30部分與破碎合格產(chǎn)品送篩分間經(jīng)振動篩篩分分級為30mm～15mm，15mm～6mm，-6mm三個級別，30mm～15mm，15mm～6mm由皮帶輸送機輸送到選礦間選別。

（2）粗粒永磁干選礦生產(chǎn)工藝：30mm～15mm和15mm～6mm粗粒礦采用干式永磁機經(jīng)一粗一掃選別得到錳品位Mn38%和Mn32%兩種產(chǎn)品。

表3 選礦技術指標表

（3）選礦技術指標：根據(jù)礦石性質、選礦試驗、國內外同類礦石的選礦實踐，本設計確定選礦技術指標見表3。

2.3 選礦工藝主要設備方案

主要設備選擇原則：①設備適應礦石加工過程的工藝要求，設備數(shù)量和性能滿足本項目建設規(guī)模以及各作業(yè)的使用要求；②設備需質量可靠、性能成熟，符合政府或專門機構發(fā)布的技術標準要求。采用的新型設備應質量可靠、性能穩(wěn)定、節(jié)能、高效。③對同一類型的設備，盡量考慮型號和材質的統(tǒng)一，以利備品備件供應和維修；④在保證設備性能的前提下，力求經(jīng)濟合理。

2.4 主要設備選擇

在設備能力計算中，考慮增加負荷波動系數(shù)1.15～1.2。經(jīng)對主要工藝設備進行選擇計算、比選。

2.5 車間組成

選礦廠組成主要有：原礦倉、粗破間、細破間、篩分車間、選礦車間、精礦堆場等。

2.6 尾礦設施

選礦尾礦和廢石在選廠通過皮帶機輸送集堆，采用裝載機裝自卸汽車并運至采空區(qū)排土場集中堆放，不設置選礦尾礦永久堆場。

3 建議

（1）本項目應遵循高效、集中、協(xié)調的原則建立現(xiàn)代企業(yè)的管理體制，充分利用區(qū)域資源和建設環(huán)境優(yōu)勢，對企業(yè)的人、財、物及生產(chǎn)經(jīng)營活動進行全面而有效的科學管理，實現(xiàn)企業(yè)人、財、物等各種生產(chǎn)要素的優(yōu)化配置和有效組合。保證企業(yè)內部各種關系的順暢，促進企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標的實現(xiàn)，達到預期的經(jīng)濟、社會效益。

（2）抓緊職工技術培訓，增強單位技術實力，提高員工的生產(chǎn)技術和管理水平，確保產(chǎn)品質量和投資收益。

（3）安排專人負責現(xiàn)場施工和設備安排，做好質量檢查和安全檢查，做好組織協(xié)調工作。

（4）為使項目順利進行，建議企業(yè)抓緊做好項目的前期工作。

（5）由于某錳礦區(qū)的北礦段和南礦段，而且目前也預測了（334）類鐵、錳混合型礦石量3906.97萬t，故應投入更多的勘查工作驗證已有資源量，從而延長礦山服務年限，產(chǎn)生更大效益。

（6）礦石中鐵的含量較高，鐵礦資源量較大，礦山應進一步研究鐵的回收工藝流程，進行可選性試驗。

綜上所述，隨著我國錳礦石需求不斷增加，保有儲量不斷減少，外加國內錳礦石普遍品位偏低，錳礦石資源短缺形勢將不斷加劇，急需大量進口。南非某礦區(qū)錳礦石資源量為大型，且品位高，埋藏淺，易采、易選、易加工。雖然受經(jīng)濟危機影響，錳礦石價格略有下調，但整體上看仍處于高位，由此可見，該項目是可行的。