南芬選礦廠處理北山采區(qū)礦石選礦工藝流程改造

趙鐵林

(本溪鋼鐵(集團(tuán))礦業(yè)有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000)

本鋼南芬選礦廠是上世紀(jì)初期投產(chǎn)使用的老廠，是本鋼集團(tuán)公司的主要原料基地之一，所處理的礦石95%以上來(lái)自南芬露天礦，生產(chǎn)鐵品位67.50%以上的優(yōu)質(zhì)鐵精粉。隨著南芬露天礦開(kāi)采逐步向深部推進(jìn)，主采區(qū)年出礦量從原1 330萬(wàn)t降至900萬(wàn)t，北山采區(qū)礦石出礦比例逐年增加，由最初30萬(wàn)t/a大幅增加到450萬(wàn)t/a以上。北山采區(qū)礦石結(jié)晶粒度細(xì)、礦物組成復(fù)雜，屬難磨難選礦石，導(dǎo)致選礦廠近年來(lái)精礦質(zhì)量波動(dòng)較大，精礦產(chǎn)量下降。因此，南芬選礦廠圍繞北山采區(qū)礦石進(jìn)行了大量的研究工作，委托中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司和東北大學(xué)對(duì)北山采區(qū)礦石進(jìn)行礦石可磨度、可選性、鐵礦物組成以及單體解離度研究，得出北山采區(qū)礦石性質(zhì)接近于磁鐵赤鐵石英巖和赤鐵磁鐵石英巖(過(guò)渡類型)，結(jié)晶粒度細(xì)，屬于難磨難選礦石，南芬選礦廠原單一磁選流程不適宜處理該類型礦石，若仍采用原磁選工藝流程很難滿足目前公司對(duì)精礦質(zhì)量和產(chǎn)量的要求。經(jīng)過(guò)與專家反復(fù)研究，公司從實(shí)際情況出發(fā)選擇既投資少又見(jiàn)效快的解決方案，即設(shè)計(jì)增加一段磨選工藝，將原兩段磨選改造成為三段磨選工藝流程，使礦石充分細(xì)磨達(dá)到單體解離，保證精礦質(zhì)量的同時(shí)最大限度提高金屬回收率。

1 北山采區(qū)礦石性質(zhì)

1.1 礦石化學(xué)多元素分析

對(duì)南芬選礦廠北山采區(qū)礦石代表性礦樣進(jìn)行化學(xué)多元素分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 礦石化學(xué)多元素分析結(jié)果Table 1 Chemical multielement analysis results of the ore %

由表1可知，礦石鐵品位為29.56%，SiO2含量為49.68%，有害元素硫含量為0.43%、磷含量為0.057%，有害元素含量較低，對(duì)鐵精礦選別影響不大。

1.2 礦石鐵物相分析

對(duì)礦石進(jìn)行鐵物相分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 礦石鐵物相分析結(jié)果Table 2 Iron phrase analysis results of the ore %

由表2可知：礦石中鐵主要存在于磁鐵礦中，以磁鐵礦形式存在的鐵含量為22.52%，占有率為75.91%；其次為赤(褐)鐵礦中鐵、硅酸鐵、菱鐵礦中鐵，鐵占有率分別為10.45%、7.85%、4.67%；此外，少量鐵以黃鐵礦形式存在。

研究表明，北山采區(qū)礦石以磁鐵礦為主，測(cè)得磁性率為41.45%，但由于非磁性二價(jià)鐵(菱鐵礦、黃鐵礦、硅酸鐵)含量高，影響磁性率出現(xiàn)假象現(xiàn)象，除去弱磁性、非磁性二價(jià)鐵影響，礦石磁鐵礦含量低，還原后的實(shí)際磁性率僅32.69%，礦石化學(xué)性質(zhì)接近于過(guò)渡類型礦。

1.3 礦石粒度組成分析

對(duì)礦石進(jìn)行粒度組成分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，礦石結(jié)晶粒度較細(xì)，礦石中粗粒級(jí)鐵品位較低，細(xì)粒級(jí)鐵品位較高。

由于北山采區(qū)礦石結(jié)晶粒度比較細(xì)，難磨難選，對(duì)北山采區(qū)及主采區(qū)礦石分別進(jìn)行Bond球磨功指數(shù)測(cè)定(-200目)，北山采區(qū)礦石為14.853 7 kW·h/t，而主采區(qū)礦石為8.99 kW·h/t，即北山采區(qū)礦石比主采區(qū)礦石硬得多，直接影響了磨機(jī)能力，同時(shí)北山采區(qū)礦石結(jié)晶粒度細(xì)，-325目達(dá)到85%以上才能達(dá)到單體解離。

表3 礦石粒度分析結(jié)果Table 3 Particle size analysis results of the ore

2 改造前工藝

2.1 原工藝流程

南芬選礦廠原工藝流程可以概括為兩段閉路階段磨礦—三段選別—磁選柱精選—高頻細(xì)篩自循環(huán)工藝。工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 南芬選礦廠原工藝流程Fig.1 Nanfen plant original process flow

2.2 原磨選工藝存在的問(wèn)題

近幾年來(lái)，北山采區(qū)出礦量逐年增加，而主采區(qū)出礦量逐年降低，具體見(jiàn)表4。

由于北山采區(qū)和主采區(qū)礦石混合生產(chǎn)，隨著北山采區(qū)礦石量的增加，選礦廠磨機(jī)能力逐年下降，精礦質(zhì)量及金屬回收率都明顯降低，具體見(jiàn)表5，影響了選礦廠生產(chǎn)任務(wù)的完成。

隨著北山采區(qū)出礦量的增加，主采區(qū)出礦量減少，南芬選礦廠鐵精礦產(chǎn)量逐年下降，選礦比逐年增加。生產(chǎn)實(shí)踐表明，北山采區(qū)礦石難磨難選，鐵礦物結(jié)晶粒度細(xì)。現(xiàn)有工藝流程與礦石性質(zhì)不匹配，直接制約了選礦廠的生產(chǎn)，嚴(yán)重影響選礦廠各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)。

表4 北山采區(qū)與主采區(qū)近年來(lái)出礦量Table 4 Ore output of Beishan Mining Area and Main Mining Area

表5 2014—2017年選礦廠主要生產(chǎn)指標(biāo)Table 5 Main production indicators of mineral processing plant during 2014—2017

2.3 原工藝的局部生產(chǎn)優(yōu)化

由于北山采區(qū)礦石結(jié)晶粒度細(xì)，為滿足精礦質(zhì)量要求，需要細(xì)磨提高鐵礦物單體解離度，因此南芬選礦廠探索了采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨機(jī)單獨(dú)處理北山采區(qū)礦石工業(yè)試驗(yàn)，原φ2 700 mm×3 600 mm球磨機(jī)只處理主采區(qū)礦石。生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨機(jī)進(jìn)行磨礦有利于提高北山采區(qū)礦石磨礦產(chǎn)品粒度，對(duì)磨礦后產(chǎn)品進(jìn)行選別的生產(chǎn)指標(biāo)也明顯好于原采用φ2 700 mm×3 600 mm球磨時(shí)指標(biāo)。φ3 600 mm×6 000 mm球磨機(jī)處理能力相對(duì)穩(wěn)定，磨礦產(chǎn)品粒度細(xì)，精礦質(zhì)量好，鐵回收率較高。因此從2014年7月份開(kāi)始確定φ3 600 mm×6 000 mm球磨機(jī)單獨(dú)處理北山采區(qū)礦石。

采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨機(jī)單獨(dú)處理北山采區(qū)礦石后，發(fā)現(xiàn)一段磁選機(jī)尾礦量增大，二段球磨機(jī)給礦量不足，這也嚴(yán)重影響磨機(jī)磨礦效率。另外，原φ2 700 mm×3 600 mm球磨機(jī)系統(tǒng)處理主采區(qū)礦石后存在二段磨礦能力不足的問(wèn)題，因此通過(guò)多次工業(yè)試驗(yàn)和技術(shù)論證，將φ2 700 mm×3 600 mm球磨機(jī)部分產(chǎn)品給入到φ3 600 mm×6 000 mm球磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，改造后流程運(yùn)行相對(duì)平穩(wěn)。

采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨機(jī)單獨(dú)處理北山采區(qū)礦石效果相對(duì)較好，生產(chǎn)指標(biāo)也有一定程度提高，但隨著北采區(qū)出礦比例大幅增加，現(xiàn)有兩段磨選工藝與礦石性質(zhì)不匹配問(wèn)題更加凸顯，嚴(yán)重影響生產(chǎn)指標(biāo)。因此南芬選礦廠通過(guò)大量試驗(yàn)研究，最后確定在原流程基礎(chǔ)上增加1段磨選工藝，以提高北山采區(qū)礦石金屬回收率。

3 三段磨選工藝改造

3.1 三段磨礦流程改造方案

原流程處理北山采區(qū)礦石，由于采用兩段磨選、細(xì)篩自循環(huán)工藝造成二次循環(huán)負(fù)荷過(guò)大，生產(chǎn)指標(biāo)惡化。把原流程中細(xì)篩篩上產(chǎn)品及經(jīng)濃縮磁選后的磁選柱尾礦直接給入第三段磨選流程進(jìn)行再磨再選，形成開(kāi)路從而不在原兩段磨選、細(xì)篩流程內(nèi)閉路循環(huán)。三段磨選工藝流程為礦漿經(jīng)旋流器粒度分級(jí)后，沉砂給入三段磨礦，三磨排礦給入旋流器再次粒度分級(jí)，旋流器溢流再經(jīng)脫水槽及兩段磁選機(jī)進(jìn)行選分后，精礦產(chǎn)品與原流程精礦混合成最終精礦。改造后工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 改造后工藝流程Fig.2 Process flow after transformation

由于北山采區(qū)礦石難磨難選，選礦流程由二段磨選改為三段磨選，解決了2段磨礦負(fù)荷大的難題，使礦石單體解離度提高，從而更易選分，相對(duì)原流程提高了磨機(jī)能力、精礦品位和金屬回收率。

3.2 三段磨礦流程生產(chǎn)實(shí)踐

新建的三段磨選流程于2015年6月投入運(yùn)行，主要添加設(shè)備包括φ4 300 mm×8 500 mm球磨機(jī)、FX-250×22旋流器組，以及脫水槽、永磁磁選機(jī)等。

三段磨選流程建成投產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)2個(gè)多月的生產(chǎn)調(diào)試，生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠滿足精礦質(zhì)量要求，根據(jù)流程考察結(jié)果，精礦鐵品位達(dá)到66%時(shí)，精礦細(xì)度為-0.074 mm占93.2%。三段磨選選別工藝指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6 三段磨選指標(biāo)Table 6 Third stage grinding and beneficiation index %

3.3 三段磨選流程建成后與原流程對(duì)比

三段磨選工藝流程穩(wěn)定運(yùn)行后，選礦廠對(duì)三段磨選進(jìn)行全流程工藝考察。改造后球磨機(jī)給礦能力115～120 t/(臺(tái)·h)，原礦鐵品位29.20%，最終精礦鐵品位66.67%，尾礦鐵品位13.96%，鐵回收率64.15%。改造前2015年1月至5月中旬原流程處理北山采區(qū)礦石，最終精礦鐵品位66.13%，鐵回收率57.42%。與改造前北山采區(qū)礦石生產(chǎn)指標(biāo)相比，精礦鐵品位提高了0.54個(gè)百分點(diǎn)，鐵回收率提高了6.73個(gè)百分點(diǎn)。三段磨礦工藝對(duì)原流程提高磨機(jī)能力及穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量作用明顯，金屬回收率也得到有效提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

三段磨選流程工藝改造后，三段磨選系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，原有流程工作效率增加，對(duì)比改造前工藝鐵回收率提高了6.73個(gè)百分點(diǎn)，按全年處理200萬(wàn)t過(guò)渡類型礦計(jì)算，增產(chǎn)鐵精礦3.52萬(wàn)t。釋放了原磨選流程球磨機(jī)給礦能力，對(duì)照改造前原φ3 600 mm×6 000 mm球磨機(jī)，平均處理能力增加7.58 t/h，原流程φ2 700 mm×3 600 mm球磨機(jī)處理能力平均增加0.82 t/h，增產(chǎn)鐵精礦4.83萬(wàn)t。總計(jì)多產(chǎn)精礦8.35萬(wàn)t。按當(dāng)前鐵精粉價(jià)格計(jì)算，項(xiàng)目成功運(yùn)行后每年可為選礦廠增加銷售收入4 158.7萬(wàn)元，每年為選礦廠多創(chuàng)利潤(rùn)1 345.6萬(wàn)元。

5 結(jié) 論

(1)北山采區(qū)礦石鐵品位為29.56%，鐵主要存在于磁鐵礦中，以磁鐵礦形式存在鐵占總鐵的75.91%，礦石實(shí)際磁性率為32.69%，礦物屬過(guò)渡類型礦，且礦石鐵礦物結(jié)晶粒度細(xì)，難磨難選。

(2)3段磨選流程可以消除連生體內(nèi)循環(huán)對(duì)選別過(guò)程的影響，將高頻振動(dòng)篩和磁選柱流程打開(kāi)，將篩上產(chǎn)品和磁選柱尾礦再磨，消除了連生體對(duì)選別的影響。

(3)將原兩段磨選、細(xì)篩自循環(huán)工藝改造為三段磨選，即原流程中細(xì)篩篩上產(chǎn)品及經(jīng)濃縮磁選后的磁選柱尾礦直接給入第三段磨選流程進(jìn)行再磨再選，解決了2段磨礦負(fù)荷大的難題，使礦石鐵礦物單體解離度提高，從而更易選分，相對(duì)原流程提高了磨機(jī)能力和精礦指標(biāo)，且每年可為選廠多創(chuàng)利潤(rùn)1 345.6萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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