王 濤

(安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，安徽 霍邱 237400)

0 引言

安徽霍邱礦區(qū)已探明鐵礦資源儲量近17億噸，安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司李樓鐵礦是中國五礦集團邯邢礦業(yè)公司控股的礦山企業(yè)，成立于2003年7月，資源擁有量達3.81億噸[1,2]，服務(wù)年限44年，是華東地區(qū)儲量最大的地下黑色金屬礦山。該選廠設(shè)計規(guī)模為年處理鐵礦石750萬噸，其中鏡鐵礦500萬噸/年，磁鐵礦250萬噸/年，鐵精粉年生產(chǎn)能力270萬噸以上。鏡鐵礦系統(tǒng)原設(shè)計選礦工藝采用階段磨礦—強磁粗選拋尾—強磁提精—中礦反浮選的選別工藝。由于井下原礦性質(zhì)發(fā)生重大改變以及市場形勢的要求，鏡鐵礦工藝后經(jīng)過多次重大技術(shù)改造，引入重選螺旋溜槽選別工藝，現(xiàn)選礦工藝為階段磨礦—強磁粗選拋尾—重選螺旋溜槽提精—中礦反浮選的選別工藝。改造完成后，現(xiàn)生產(chǎn)工藝對原礦適應(yīng)性顯著增強，鏡鐵礦精礦品位達到64 %以上，尾礦品位11 %以下，工藝生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

同時，生產(chǎn)運行模式得到顯著優(yōu)化，選礦加工費用大幅度降低。

1 礦石性質(zhì)

李樓鐵礦礦石中的組成礦物種類較為簡單，鐵礦物嵌布粒度粗細(xì)不均，主要為鏡鐵礦，其次是假象赤鐵礦，偶見褐鐵礦零星分布；脈石礦物以石英為主，次為綠泥石、角閃石、云母(包括黑云母、白云母和絹云母)和方解石，還包括微量礦物鋯石、磷灰石、榍石和黃鐵礦等。由于綠泥石、角閃石、云母等含鐵硅酸鹽礦物的表面物理化學(xué)性質(zhì)與鏡鐵礦極其相近因而分選難度大。

對李樓鐵礦鏡鐵礦采集的兩批樣品(編號1#樣、2#樣)開展工藝礦物學(xué)研究。經(jīng)鏡下鑒定和X射線衍射分析綜合研究查明，兩樣品的主要組成礦物種類基本一致，鐵礦物主要是鏡鐵礦，次為假象赤鐵礦，偶見磁鐵礦和褐鐵礦零星分布；脈石礦物以石英居多，其次是綠泥石、絹云母、白云母、鐵白云石和透閃石，見表1。

表1 樣品中主要礦物的含量 /%

總體來看，李樓鏡鐵礦中對選礦指標(biāo)影響較為顯著的是綠泥石和微細(xì)粒假象赤鐵礦的存在，其主要散布在由綠泥石和絹云母組成的集合體中。生產(chǎn)中，這是影響浮選選別效果的主要原因。

2 工藝現(xiàn)狀及存在問題

2.1 工藝改造現(xiàn)狀

自2013年開始，隨著井下開采范圍的擴大，井下采出礦石性質(zhì)發(fā)生變化，礦石中部分磁性較強的假象赤鐵礦以及含鐵硅酸類脈石礦物逐漸增多，使得鏡鐵礦工藝流程對井下生產(chǎn)礦石顯現(xiàn)出一定的不適應(yīng)性，并造成生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)大幅度波動。鐵精礦質(zhì)量嚴(yán)重不合格，低于外銷要求品位63.5%，遠(yuǎn)低于初設(shè)的65%；尾礦品位遠(yuǎn)高于初設(shè)的10.37%，達到12%左右，鐵回收率顯著降低[3]。2013～2019年間，該選廠經(jīng)過一系列工藝技術(shù)改造[4,5]，最終實現(xiàn)了以下效果：一是球磨機運轉(zhuǎn)模式由初設(shè)的3個一段加2個二段變?yōu)?個一段加1個二段，停運一臺二段磨機，年節(jié)約鋼球和電費1 000萬元以上，降本效果顯著；二是改造后工藝流程對礦石的適應(yīng)性大幅度增強，精礦可穩(wěn)定達到64.5%以上，尾礦降至11%左右；三是由于二段沉砂重選新工藝的應(yīng)用，二段球磨負(fù)荷大幅降低，入浮粒度由改造前的-0.074 mm(-200目)80%提高至90%以上，為常溫藥劑的應(yīng)用提供了必要條件；四是改造后系統(tǒng)臺時處理量達到750 t/h，較初設(shè)的630 t/h提高近20%，生產(chǎn)效率提升明顯[6,7]。

2.2 存在問題及解決方案

系列改造完成后，對礦石性質(zhì)變化適應(yīng)性和穩(wěn)定性更強的浮選工藝提精所占比例由改造前的21%提高至近50%。在指標(biāo)改善的同時，浮選工序也嚴(yán)重超負(fù)荷。從2018年10月長沙礦業(yè)研究院對該選廠進行的《李樓鐵礦鏡鐵礦選礦廠全流程考查試驗研究報告》中可看出，現(xiàn)階段入浮干礦量為初設(shè)的2.76倍，浮選尾礦中鐵礦物主要損失在細(xì)粒級，且主要以單體形式損失在該尾礦中，其次為連生體。針對該問題，需要通過對浮選系統(tǒng)進行擴能或者設(shè)備改造來緩解浮選超負(fù)荷運轉(zhuǎn)的瓶頸，進而解決浮選藥劑消耗量大、浮選尾礦金屬量流失嚴(yán)重等問題。由此，引入節(jié)省空間且高效的浮選設(shè)備，替代原工藝中三次掃選作業(yè)，優(yōu)化掃選作業(yè)，同時替代下來的掃選作業(yè)改造后作為一粗一精的提精作業(yè)，浮選處理能力可翻倍[8]。

3 實驗室浮選柱試驗

3.1 李樓鐵礦浮選流程

本試驗旨在利用浮選柱替代流程中的浮選機掃選作業(yè)，考查該作業(yè)的降尾效果，同時對比其產(chǎn)生精礦與原流程掃選作業(yè)精礦，見圖1。

圖1 李樓鐵礦鏡鐵礦反浮選工藝流程圖

3.2 實驗室浮選柱試驗

在實驗室對浮選柱進行最佳條件的開路試驗，質(zhì)量流程見圖2。從實驗室浮選柱試驗數(shù)據(jù)來看，浮選柱掃選兩次的指標(biāo)優(yōu)于現(xiàn)場浮選機三次掃選的技術(shù)指標(biāo)，浮選柱尾礦品位均在20%以內(nèi)，優(yōu)于現(xiàn)場的24%左右。產(chǎn)品篩析結(jié)果驗證浮選柱-0.019 mm(-800目)產(chǎn)率降低明顯，鐵精礦回收率明顯增加。

圖2 藥劑條件1的開路試驗數(shù)質(zhì)量流程圖

從實驗室浮選柱試驗數(shù)據(jù)來看，浮選柱掃選兩次的指標(biāo)優(yōu)于現(xiàn)場浮選機三次掃選的技術(shù)指標(biāo)，浮選柱尾礦品位均在20%以內(nèi)，優(yōu)于現(xiàn)場的24%左右。產(chǎn)品篩析結(jié)果驗證浮選柱-0.019 mm(-800目)產(chǎn)率降低明顯，鐵精礦回收率明顯增加。

4 李樓鐵礦現(xiàn)場工業(yè)分流試驗

4.1 工業(yè)分流試驗背景

在安徽開發(fā)礦業(yè)公司浮選北系列北側(cè)安裝的兩臺長沙礦業(yè)研究院生產(chǎn)的直徑1 000 mm的短高/徑比的浮選柱，采用壓力為1.0～1.5 kg/cm2的流體射流形成微氣泡，礦漿與亞微米粒徑氣泡在氣泡發(fā)生器強紊流高效礦化，礦化礦漿分布在分選區(qū)靜態(tài)分選，有效實現(xiàn)了粗顆粒的脈石礦物快速上浮，又有效減少了細(xì)粒鐵礦物的泡沫夾帶，從而實現(xiàn)了浮選泡沫產(chǎn)品鐵品位的降低。根據(jù)現(xiàn)場流程，掃選作業(yè)的中礦最終均要返回到浮選給礦濃縮池，因此，浮選柱中礦也要最終返回浮選給礦濃縮池。返回方式分為集中返回和順序返回，見圖3、圖4。

圖3 工業(yè)分流試驗中礦集中返回流程圖

圖4 工業(yè)分流試驗中礦順序返回流程圖

4.2 浮選柱中礦集中返回的工業(yè)分流試驗

按圖3流程進行工業(yè)分流試驗，柱精礦K1和柱精礦K2合并(即中礦)與浮選機粗選泡沫混合返回主流程。分流試驗時干礦量為4.13～5.10 t/h，礦漿濃度為36%，礦漿流量分別為8.50 m3/h、10.5 m3/h，使用常溫藥劑，礦漿溫度為浮選柱1為28 ℃～30 ℃，浮選柱2為24 ℃～26 ℃。從中礦集中返回的分流試驗結(jié)果分析，在干礦量處理為4.13～5.10 t/h條件下，每一次浮選柱作業(yè)都可以使精礦品位提升9%以上，泡沫2的全鐵品位低于現(xiàn)場浮選機掃選三的泡沫品位。浮選柱的回收效率較高為86.39%～92.03%[8]。2018年11月9日浮選柱集中返回試驗數(shù)據(jù),見表2。

表2 20181109浮選柱中礦集中返回試驗數(shù)據(jù) /%

在實際生產(chǎn)中，為避免浮選過程中粗顆粒中礦在浮選系統(tǒng)的累計現(xiàn)象，主要開展中礦的順序返回的分流試驗。

4.3 浮選柱中礦順序返回的工業(yè)分流試驗

按圖4流程進行工業(yè)分流試驗，柱掃選二作業(yè)的精礦直接返回柱掃選一作業(yè)，柱掃選一作業(yè)的精礦浮選機粗選泡沫混合返回主流程。試驗藥劑類型和試驗溫度中礦集中返回試驗相同，當(dāng)試驗給礦量較小(3.56 t/h)，浮選濃度36%時，泡沫2的產(chǎn)率可達20%以上，浮選柱精礦比粗選尾礦(浮選柱給礦)品位可以提高7%～8%，回收率較高。為研究浮選柱的處理能力與選別指標(biāo)的關(guān)系，將試驗給礦量從5.13 t/h增加至7.18 t/h，浮選濃度38%，試驗數(shù)據(jù)如表3。

表3 20181116浮選柱中礦順序返回試驗數(shù)據(jù) /%

從表3可看出，隨著給礦量增加，精礦品位提升幅度有限，泡沫2對給礦的產(chǎn)率也下降，設(shè)備的分選效率下降，因此直徑為1 000 mm的浮選柱順序返回的干礦量適宜處理能力區(qū)間3.56～5.13 t/h。

對浮選柱作業(yè)與現(xiàn)場浮選機作業(yè)進行了對比。浮選柱試驗條件為：給礦量5 t/h、作業(yè)濃度38%、作業(yè)溫度為常溫(25 ℃)；現(xiàn)場運轉(zhuǎn)的BF-20型機械攪拌式浮選機作業(yè)條件為：給礦量和作業(yè)濃度適宜，作業(yè)溫度為常溫(25 ℃).由表4可知，針對浮選機粗選作業(yè)的尾礦產(chǎn)品，在兩種設(shè)備最佳運行條件選別，在精礦品位40%～45%(滿足現(xiàn)場生產(chǎn))時，浮選柱相對于浮選機降低尾礦品位有明顯的優(yōu)勢，作業(yè)回收率大幅度提高。

表4 20181125浮選柱分流試驗數(shù)據(jù)(與浮選機對比) /%

表5 20181124-20181203浮選柱與浮選機產(chǎn)品指標(biāo)對比統(tǒng)計數(shù)據(jù) /%

由表5可知，浮選柱與浮選機相比，在精礦品位低0.56個品位的前提下，尾礦品位降低5.19個品位，但回收率提高了10.04個百分點，因此，采用浮選柱可以有效提高微細(xì)粒鐵精礦回收率。

5 浮選柱工業(yè)分流試驗產(chǎn)品粒級分析

為了避免機械攪拌浮選機在工程化過程中出現(xiàn)的粗顆粒存槽累積現(xiàn)象，對浮選柱作業(yè)過程中各作業(yè)樣品進行了-0.074 mm的粒級篩析。表中編號為1107-1600的試驗數(shù)據(jù)就是粗顆粒脈石礦石礦物沒有上浮的呈現(xiàn)；其它三組數(shù)據(jù)都是實現(xiàn)了粗顆粒脈石礦物的有效上浮，而得到較好技術(shù)指標(biāo)。

表6 浮選柱產(chǎn)品的粒級篩析數(shù)據(jù) /%

從表6中的-0.074 mm篩析結(jié)果可以得知，要實現(xiàn)浮選柱精礦品位有一定幅度的提升，泡沫2中+0.074 mm粒級含量要上升，即實現(xiàn)粗顆粒脈石礦物的有效上??；而柱精礦-0.074 mm含量要低于給礦中-0.074 mm粒級含量，這樣就可以保證柱精礦返回粗選段后，不會在體系中形成所謂的粗顆粒存槽現(xiàn)象，造成浮選機壓槽現(xiàn)場，導(dǎo)致浮選分選系統(tǒng)的分選效率下降。

6 結(jié)語及建議

1)安徽開發(fā)礦業(yè)李樓鐵礦選礦廠浮選作業(yè)可以用浮選柱二次掃選代替現(xiàn)場機械攪拌浮選機三次掃選，且浮選柱單位體積的處理能力>機械攪拌浮選機。

2)浮選柱可以在精礦品位與機浮選接近的前提下，尾礦品位較浮選機降低3～5個品位，提升掃選段的作業(yè)回收率2%～5%。

3)替代兩個系列的三次掃選系統(tǒng)，需要增加兩臺直徑為5 000 mm，高度為5 000～7 000 mm浮選柱，兩臺浮選機的裝機功率也低于機械攪拌浮選機的裝機功率，可以有效減少空間占用和基建投資，該工業(yè)分流試驗為該選廠后續(xù)改造奠定了基礎(chǔ)。