歪頭山鐵礦馬選車間礦石預(yù)處理工藝可行性研究

陳 諾

(本鋼歪頭山鐵礦，遼寧 本溪 117006)

0 引言

歪頭山鐵礦是集采礦、運(yùn)輸、選礦為一體的大型綜合礦山，是本鋼兩大鐵精礦原料基地之一，目前有兩個(gè)選礦車間，主選車間始建于上世紀(jì)70年代，是我國(guó)第一座采用濕式自磨工藝的最大鐵礦選礦廠，設(shè)計(jì)原礦處理量500萬(wàn)t/a，生產(chǎn)品位68.50%的鐵精礦175萬(wàn)t/a；馬選車間成立于2010年，設(shè)計(jì)原礦處理能力300萬(wàn)t/a，生產(chǎn)鐵精礦100萬(wàn)t/a。

由于馬選車間目前生產(chǎn)未進(jìn)行系統(tǒng)的礦石預(yù)處理，礦石經(jīng)粗碎后直接進(jìn)入磨選流程，同時(shí)磨選設(shè)備能力小、數(shù)量多，整個(gè)選礦工藝選比大、能耗高、效率低，檢修維護(hù)工作量大，并且隨著主采場(chǎng)的深度開(kāi)采和土場(chǎng)回收礦石比例持續(xù)增大，原礦性質(zhì)發(fā)生了較大變化，原礦磁性率、品位均不同程度下降， 造成歪礦選礦運(yùn)營(yíng)成本居高不下，影響企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。因此，歪礦亟需升級(jí)改造現(xiàn)有選礦工藝，探索增加節(jié)能型預(yù)選拋廢工藝，實(shí)現(xiàn)礦石入磨前干式拋廢，同時(shí)多碎少磨，降低入磨粒度，提高入磨品位，提升精礦產(chǎn)能，降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 馬選車間選礦工藝現(xiàn)狀

1.1 全工藝流程

馬選車間現(xiàn)有6臺(tái)自磨機(jī)與6臺(tái)球磨機(jī)組成的6個(gè)磨選系統(tǒng)及5個(gè)再磨深選系統(tǒng)，全工藝流程為粗破碎-半自磨、球磨階段磨礦-弱磁選-細(xì)篩-磁選柱-中礦再磨、弱磁選工藝。全工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 馬選車間現(xiàn)狀工藝流程圖

1.2 破碎工藝

鐵礦石原礦用電機(jī)車運(yùn)至馬選車間，卸入粗破碎前原礦受礦倉(cāng)，通過(guò)一臺(tái)2 400 mm×9 000 mm重型板式給料機(jī)，給入篩孔尺寸為200 mm、傾角為48°的棒條篩上預(yù)先篩分，篩上礦塊經(jīng)一臺(tái)C140型復(fù)擺式鄂式破碎機(jī)破碎至0～350 mm后，與篩下礦塊一同運(yùn)送至1#皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至NO1轉(zhuǎn)運(yùn)站，經(jīng)2#、3#皮帶機(jī)輸送至磨選主廠房的磨礦礦倉(cāng)內(nèi)。

1.3 磨礦選別及再磨再選工藝

磨礦選別：磨礦倉(cāng)內(nèi)的鐵礦石給入Φ5 500 mm×1 800 mm濕式自磨機(jī)進(jìn)行磨礦作業(yè)，排礦產(chǎn)物自流給入Φ3 000 mm一段磁力脫水槽，脫水槽底流用渣漿泵給入WDS500-4旋流器，旋流器的溢流給入二段Φ3 000 mm磁力脫水槽，旋流器的沉砂給入一段MQYΦ2 700 mm×4 000 mm球磨機(jī)形成閉路磨礦。二段脫水槽的底流自流給入一段BX1024磁選機(jī)，一段磁選機(jī)精礦用渣漿泵揚(yáng)送至一段篩孔為0.15 mm的2SG48-60W-5STK德瑞克細(xì)篩，篩下產(chǎn)物給入二段BX1024磁選機(jī)，二段磁選機(jī)精礦用渣漿泵給入磁選柱。

再磨再選：磁選柱中礦與一段細(xì)篩篩上產(chǎn)物經(jīng)三段NCT1024濃縮磁選機(jī)進(jìn)行濃縮選別后,精礦自流給入二段MQYΦ2 700 mm×4 000 mm球磨機(jī)進(jìn)行再磨作業(yè)，二段球磨機(jī)的排礦用渣漿泵給入二段篩孔為0.15 mm的2SG48-60W-5STK德瑞克細(xì)篩，二段細(xì)篩篩上產(chǎn)物自流給入三段濃縮磁選機(jī)，與二次球磨形成閉路磨礦循環(huán)，二段細(xì)篩篩下產(chǎn)物自流給入磁選柱。

濃縮過(guò)濾：主廠房磁選柱精礦經(jīng)渣漿泵揚(yáng)送至NCT1024濾前濃縮磁選機(jī)選別，精礦自流至ZPG-72/6盤(pán)式真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，過(guò)濾機(jī)濾液和溢流用渣漿泵返回濾前磁選機(jī)再選，水分小于8.5%的精礦經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)，直接轉(zhuǎn)運(yùn)給馬耳嶺球團(tuán)廠高壓輥磨，或轉(zhuǎn)運(yùn)至精礦庫(kù)內(nèi)堆存。

1.4 目前工藝存在問(wèn)題

1)隨著主采場(chǎng)深度開(kāi)采以及土場(chǎng)回收低品位礦石比例不斷增加，礦石性質(zhì)發(fā)生了較大變化：礦石混巖大，結(jié)晶粒度細(xì)、硬度大，采場(chǎng)不具備配礦條件，礦源不穩(wěn)定，并且碎礦系統(tǒng)沒(méi)有礦石預(yù)處理工藝，廢石無(wú)法拋出直接進(jìn)入磨礦流程，導(dǎo)致原礦磁性鐵占有率進(jìn)一步下降，不但造成選比大、效率低，而且影響后續(xù)選別工序穩(wěn)定性，造成精礦質(zhì)量波動(dòng)大，需要頻繁調(diào)整操作，增加崗位操作勞動(dòng)強(qiáng)度，不利于選礦操作標(biāo)準(zhǔn)化制度化。

2)馬選車間現(xiàn)有一個(gè)粗碎系統(tǒng)、6個(gè)粗磨系統(tǒng)、5個(gè)再磨系統(tǒng)，其中Φ5.5 m×1.8 m濕式自磨機(jī) 6 臺(tái)，MQY2.7 m×4.0 m 球磨機(jī) 11 臺(tái)，CXZ60 磁選柱 12臺(tái)，各種小型號(hào)磁選機(jī)35臺(tái)，設(shè)備臺(tái)數(shù)多、能力小、檢修維護(hù)工作量大，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制成本高，影響生產(chǎn)指標(biāo)的進(jìn)一步提升。且經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，設(shè)備老化嚴(yán)重，與目前國(guó)外大型冶金礦山裝備水平有較大差距，與國(guó)內(nèi)新建大型黑色選廠相比也存在一定差距，不符合國(guó)家節(jié)能減排“約束性”指標(biāo)的要求。

2 輥磨干選工藝技術(shù)路線的確定

2.1 碎磨干選方案對(duì)比分析

碎磨作業(yè)是選礦廠基建投資、生產(chǎn)能源及鋼材消耗最多的生產(chǎn)工序，對(duì)于新建特大型選礦廠，優(yōu)化選擇節(jié)能低耗的碎磨工藝技術(shù)極為重要，是實(shí)現(xiàn)選礦節(jié)能降耗先進(jìn)目標(biāo)的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外大型、超大型礦山的碎磨工藝主要有三種：以(半)自磨為核心設(shè)備且流程最短的“(半) 自磨+頑石破碎+球磨”的 ABC(SABC)碎磨工藝、以單缸或多缸液壓圓錐破碎機(jī)為代表的“三段一閉路”常規(guī)碎磨工藝、以高壓輥磨機(jī)為核心設(shè)備且節(jié)能效果最好的“圓錐中碎+高壓輥磨機(jī)細(xì)碎+球磨閉路磨礦” 或“圓錐中細(xì)碎+高壓輥磨機(jī)超細(xì)碎+球磨閉路磨礦”的碎磨工藝。

(半)自磨工藝以其生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)外大型選礦廠得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)大型半自磨機(jī)加工制造水平的快速提升，在大型選礦廠中應(yīng)用能充發(fā)揮生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化控制成本低等優(yōu)勢(shì)，且該工藝粉塵污染小、建設(shè)用地少，國(guó)內(nèi)外大型選礦廠正越來(lái)越多地采用半自磨工藝。該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)為：能接受較大的給礦粒度(最大粒度一般為 200～350 mm),取代中、細(xì)碎及篩分作業(yè)，簡(jiǎn)化了工藝流程，占地面積小，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)和粉塵污染。主要缺點(diǎn)是：電耗一般比常規(guī)碎磨工藝高，對(duì)給礦性質(zhì)(包括粒度組成、礦石硬度及可磨性等)變化比較敏感，生產(chǎn)易波動(dòng)，操作及控制相對(duì)復(fù)雜，自動(dòng)化程度要求高。歪礦主選車間和馬選車間現(xiàn)均采用半自磨工藝[1]。

常規(guī)碎磨工藝是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的工藝。近二十年來(lái)，世界上很多選礦廠，為達(dá)到節(jié)能降耗，普遍實(shí)行多碎少磨工藝，并選用高性能圓錐破碎機(jī)來(lái)最大限度地減小入磨礦石粒度。

高壓輥磨機(jī)能夠充分體現(xiàn)多碎少磨的節(jié)能理念，目前已成功地應(yīng)用于鐵礦、銅礦、金礦、金剛石、水泥和石灰石等礦山。國(guó)內(nèi)外多個(gè)礦山已采用或即將采用高壓輥磨機(jī)作為細(xì)碎或超細(xì)碎設(shè)備[2]。高壓輥磨機(jī)開(kāi)路破碎 P80=7～8 mm，閉路 P80 可達(dá)3 mm。目前高壓輥磨機(jī)3 mm 閉路篩多為濕篩，近年來(lái)隨著弛張篩或微粉篩分等干式篩分技術(shù)的發(fā)展，高壓輥3 mm 閉路干篩的應(yīng)用日益增多，尤其是在采用干選拋廢工藝的鐵礦上。高壓輥磨機(jī)作細(xì)碎或超細(xì)碎設(shè)備的碎磨工藝的主要優(yōu)點(diǎn)為：碎礦產(chǎn)品粒度細(xì)、單位礦石(碎磨系統(tǒng))耗電量低(單位礦石能耗低、磨礦功指數(shù)降低)、設(shè)備處理能力大、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高。主要缺點(diǎn)是：處理含泥含水量高的礦石時(shí)，可能會(huì)對(duì)破碎效果產(chǎn)生不利影響，流程較復(fù)雜[3]。

2.2 輥磨干選方案的確定

基于馬選車間入磨前實(shí)現(xiàn)大量干選拋廢的實(shí)際需求，采用“常規(guī)三段一閉路→一段干選拋廢→高壓輥超細(xì)碎→3 mm微粉閉路篩分→-3 mm篩下干選拋廢→球磨”碎磨干選原則流程。輥磨干選工藝已成功運(yùn)用于三家礦業(yè)公司，該工藝是馬選車間工藝流程優(yōu)化很好的借鑒。通過(guò)實(shí)踐證明，采用輥磨干選選礦工藝后，礦山企業(yè)能大幅降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，帶來(lái)相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 輥磨干選工藝試驗(yàn)研究

3.1 輥磨干選工藝流程

采用“預(yù)先篩分+常規(guī)三段一閉路±20 mm一段干選拋廢+高壓輥超細(xì)碎+3 mm 微粉閉路篩分±3 mm篩下 干選拋廢”的工藝流程，最終破碎產(chǎn)品粒度-3 mm，工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 輥磨干選工藝流程圖

3.2 輥磨干選試驗(yàn)研究

3.2.1 試驗(yàn)礦樣的確定

為研究歪頭山鐵礦礦石的輥磨干選性能、選擇合適的干選方法，我們?nèi)舆M(jìn)行了輥磨干選試驗(yàn)研究。試驗(yàn)礦樣有兩種，主采場(chǎng)礦石和土場(chǎng)回收礦石，參照目前生產(chǎn)中主采場(chǎng)礦石和土場(chǎng)回收礦石9:2的配比混合后進(jìn)行時(shí)試驗(yàn)。

3.2.2 原礦性質(zhì)分析

礦樣最大粒度 30 mm 左右，破碎至-20 mm 進(jìn)行取樣縮分后，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 原礦性質(zhì)分析

從表1可以看出，主采場(chǎng)礦石原礦TFe品位26.09%，MFe品位17.02%；土場(chǎng)回收礦石原礦品位21.75%，MFe品位13.75%，提高土場(chǎng)回收礦石磁性鐵品位是試驗(yàn)的關(guān)鍵。

3.2.3 礦石預(yù)選試驗(yàn)

預(yù)選試驗(yàn)時(shí)分別使用了磁滑輪和量恒式干選機(jī)，在磁場(chǎng)強(qiáng)度3 000 Gs條件下對(duì)按9∶2比例混合后的礦石樣品進(jìn)行了預(yù)選拋尾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 混合礦石拋尾試驗(yàn)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

從表2可知，粒度-20 mm的條件下，通過(guò)兩種設(shè)備均可以得到較好的拋尾效果，與磁滑輪相比，量恒式干選機(jī)的拋尾量更大，尾礦磁性鐵含量更低。

3.2.4 輥壓再選試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品為量恒式磁選機(jī)預(yù)拋后的粗精礦，采用CLM25/10高壓輥磨機(jī)、干式振動(dòng)篩和干式微粉磁選機(jī)(A輥筒)進(jìn)行試驗(yàn)。高壓輥磨機(jī)的工作壓力取10 MPa。每次新給礦量為10 kg，經(jīng)過(guò)高壓輥磨機(jī)輥壓后，輥壓產(chǎn)品經(jīng)過(guò)干式振動(dòng)篩分(篩孔為3 mm×12 mm)，記錄篩上和篩下產(chǎn)品的質(zhì)量。篩下產(chǎn)品采用干式微粉磁選機(jī)(A輥筒)，設(shè)置A輥筒磁選機(jī)的內(nèi)輥筒轉(zhuǎn)速為30 Hz，外輥筒轉(zhuǎn)速為30 Hz進(jìn)行磁選，試驗(yàn)流程見(jiàn)圖3，結(jié)果見(jiàn)表3。

圖3 -3 mm輥壓再選工藝流程圖

表3 -3 mm輥壓再選試驗(yàn)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

由表3可知，高壓輥磨3.0 mm閉路篩分干式磁選試驗(yàn)得到的精礦產(chǎn)率為65.50%；TFe品位42.02%，TFe回收率89.84%、拋出的尾礦產(chǎn)率為34.50%；TFe品位9.02%。

3.3 工作壓力試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品為量恒式干選機(jī)拋尾后的產(chǎn)品，開(kāi)路輥壓試驗(yàn)流程見(jiàn)圖4，結(jié)果見(jiàn)表4～6。

圖4 開(kāi)路輥壓試驗(yàn)流程圖

表4 給礦粒度篩分

表5 不同壓力下輥壓產(chǎn)品粒度篩分

表6 不同工作壓力條件下的電耗

從表4～6可知，高壓輥磨機(jī)工作壓力為8.0 MPa、10.0 MPa、12.0 MPa時(shí)輥壓產(chǎn)品-5.0 mm粒級(jí)累積含量分別占80.42%、80.68%、82.81%，-0.5 mm粒級(jí)累計(jì)含量分別為35.37%、36.39%、38.50%，-0.074 mm粒級(jí)累積含量分別占11.73%、12.19%、13.93%。以上輥壓數(shù)據(jù)表明不同工作壓力下的輥壓產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量逐漸提高，高壓輥磨機(jī)對(duì)該礦有較好的擠壓效果。在不同壓力下高壓輥磨機(jī)輥壓產(chǎn)品粒度組成差異小，但高壓力下的能耗較高。隨著壓力的增大電耗依次為1.22度/t、1.54度/t、1.75度/t。因此，根據(jù)不同工作壓力下電耗及輥壓產(chǎn)品粒度分布推薦最佳工作壓力為10.0 MPa。

4 結(jié)語(yǔ)

1)混合礦石在磁場(chǎng)強(qiáng)度3 000 Gs、-20 mm粒度條件下，使用磁滑輪可以拋尾23.5%，尾礦TFe品位8.9%；使用量恒式干選機(jī)可以拋尾29.68%，尾礦TFe品位7.9%，量恒式干選機(jī)相對(duì)于磁滑輪的選別效果更好。

2)混合礦石通過(guò)量恒磁選機(jī)拋尾后的粗精礦輥壓再選，粒度-3 mm的條件下，A輥筒磁選機(jī)得到精礦產(chǎn)率65.50%，TFe品位42.02%；尾礦產(chǎn)率為34.50%，TFe品位9.02%、MFe品位1.18%，拋廢效果比較理想。

3)高壓輥磨機(jī)對(duì)該礦石有較好的擠壓效果。在不同壓力下高壓輥磨機(jī)輥壓產(chǎn)品粒度組成差異小，根據(jù)不同工作壓力下電耗及輥壓產(chǎn)品粒度分布推薦最佳工作壓力為10.0 MPa。

4)混合礦石通過(guò)采用量恒式干選機(jī)(-20 mm)+A滾筒干選機(jī)(-3 mm)二段干選拋廢工藝，可以獲得50%以上的總拋廢率，礦石品位提高16%以上，提質(zhì)降雜效果顯著。

5)試驗(yàn)表明，采用“常規(guī)三段一閉路→一段干選拋廢→高壓輥超細(xì)碎→3 mm 微粉閉路篩分→-3 mm 篩下干選拋廢”輥磨干選工藝流程，能夠?yàn)轳R選車間進(jìn)一步回收利用低品位礦石，提高資源利用效率，降低選礦比和能耗，提升精礦產(chǎn)能提供有力保障。