大西溝礦業(yè)一段磨礦磁選尾礦提取機(jī)制砂技術(shù)研究及實(shí)踐

張改俠

（陜鋼瑞高專班）

2018 年下半年，隨著國家嚴(yán)禁河道非法采砂通知的發(fā)布，及陜西省西安市全運(yùn)會場館等基礎(chǔ)建設(shè)對建筑骨料的大量需求，致使西安及周邊建筑用石子、砂子緊缺，且價(jià)格大幅上漲。同時(shí)，秦嶺生態(tài)環(huán)境整治形勢嚴(yán)峻，利用尾礦渣生產(chǎn)建筑用砂成為大勢所趨，且刻不容緩。

大西溝礦業(yè)公司尾礦庫剩余庫容量小，新建尾礦庫投入大、周期長。如何有效延長尾礦庫使用年限，如何將尾礦進(jìn)行資源再利用、并創(chuàng)造新的效益增長點(diǎn)等，均成為公司亟待解決的問題。通過前期調(diào)查研究及試驗(yàn)室尾砂篩析試驗(yàn)，大西溝礦業(yè)公司決定從一段磨礦磁選尾礦中提取機(jī)制砂，在降低環(huán)保壓力的同時(shí)，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 大西溝礦石性質(zhì)

陜西大西溝礦業(yè)公司位于秦嶺南麓柞水縣小嶺鎮(zhèn)境內(nèi)，水陽高速公路由礦區(qū)穿過，距離柞水縣城34 km，距離西安市96 km，地理位置及交通條件優(yōu)越、便利。

1.1 原礦性質(zhì)

大西溝鐵礦為海相沉積型菱鐵礦床。礦石地質(zhì)鐵品位24.68%，礦石密度3.3 t/m3，硬度13～18，松散密度1.9 t/m3。磁鐵礦粒度變化大，細(xì)小者小于0.01 mm，粗粒者可達(dá)0.5 mm以上，一般在0.04～0.20 mm。磁鐵礦分布極不均勻，多呈自形至半自形粒狀，集合體形態(tài)不規(guī)則，顆粒內(nèi)部常包裹眾多脈石礦物或黃鐵礦，局部呈微細(xì)板片狀沿礦石層理零星浸染分布。

鐵礦物中的主要成分為磁鐵礦、赤鐵礦，其次為黃鐵礦、鏡鐵礦；脈石礦物為少量透閃石、陽起石、滑石、綠泥石、云母。原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

1.2 尾礦性質(zhì)

大西溝鐵礦委托武漢理工大學(xué)對鐵尾礦進(jìn)行了化學(xué)組成及含量分析，結(jié)果見表2。

表2 尾礦XRF半定量分析結(jié)果%

由表2 可知，鐵尾礦試樣中礦物組成比較簡單，礦物成分主要以石英、白云母、黑云母、綠泥石和鉀長石為主，還有少量的高嶺石、鐵橄欖石、重晶石、白云石、磷灰石等礦物。

2 大西溝磁選工藝概述

大西溝礦業(yè)公司現(xiàn)有3 個(gè)磁選廠，其中一選廠為磁選廠，二、三選廠主要處理焙燒后的菱鐵礦。2015—2016 年，由于鐵礦石市場持續(xù)低迷，二選廠、三選廠先后停產(chǎn)至今。一選廠自1988年建成投產(chǎn)以來主要處理磁鐵礦，經(jīng)多次工藝流程改造及優(yōu)化，鐵精礦產(chǎn)能從最初的1.5 萬t/a 逐步增長到45 萬t/a，原礦處理能力已達(dá)到180 萬t/a。

一選廠現(xiàn)有選礦工藝為兩段閉路階磨階選流程，即原礦經(jīng)一段閉路磨礦分級后，螺旋分級機(jī)溢流進(jìn)入一段磁選機(jī)選別，一段磁選中礦自流至中礦泵池，經(jīng)渣漿泵打入旋流器、高頻篩串聯(lián)進(jìn)行分級篩分，篩上粗粒級返回至二段進(jìn)行再磨，磨機(jī)排礦進(jìn)入二段磁選機(jī)選別，二段磁選中礦返回中礦泵池。篩分細(xì)粒級分別進(jìn)入三段磁選機(jī)、磁選柱選別后，經(jīng)濃密斗濃縮后進(jìn)入圓盤真空過濾機(jī)，得到TFe 品位64%、水分8.5%的精礦。所有磁選機(jī)尾礦經(jīng)回收機(jī)打撈回收部分弱磁選礦物后，總尾礦用兩級泵站輸送至尾礦庫。一選廠生產(chǎn)工藝流程見圖1。

3 一段尾礦提取機(jī)制砂可行性論證

近年來，受環(huán)保政策影響，作為河砂替代品的機(jī)制砂越來越引起人們的重視，從尾礦中提取機(jī)制砂［1］，適當(dāng)減輕了尾礦堆放的管理壓力，同時(shí)可用較少的投入獲得額外受益，是實(shí)現(xiàn)尾礦資源綜合利用，走可持續(xù)發(fā)展道路的有效措施［2］。為規(guī)范機(jī)制砂提取，須對尾礦排放粒級、機(jī)制砂樣品檢測分析等進(jìn)行進(jìn)一步研究。

3.1 尾礦粒級篩析結(jié)果

2018年9月，大西溝礦業(yè)公司選取茨溝尾礦庫尾礦樣進(jìn)行了試驗(yàn)室粒度篩析（表3），+0.75 mm 粒級產(chǎn)率為13.70%。

表3 茨溝尾礦庫尾礦粒度篩析結(jié)果

3.2 尾礦粒徑變化與排放安全論證

為論證在選礦工藝中將粗尾砂篩選后排放安全的可行性，大西溝礦業(yè)公司委托中鋼集團(tuán)馬鞍山礦院工程勘察設(shè)計(jì)有限公司開展了尾礦粒徑變化與排放安全論證試驗(yàn)研究。根據(jù)研究結(jié)果，為了不影響尾礦設(shè)施的安全運(yùn)行，建議每月取砂不超過1.2 萬t。當(dāng)每月取砂為1.2 萬t 時(shí)，與尾礦庫安全設(shè)施設(shè)計(jì)中入庫尾砂粒徑給定的參數(shù)d50=0.092 mm 相比，室內(nèi)試驗(yàn)得出的參數(shù)d50均值為0.254 mm，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求。

據(jù)此推算，一選廠2020 年處理入磨礦石174 萬t，產(chǎn)出鐵精礦47 萬t，尾礦127 萬t，尾礦產(chǎn)率72.99%，取砂量不宜超過總尾礦量的11.34%。當(dāng)篩孔為0.7 mm 時(shí)，對部分一段磁選尾礦進(jìn)行機(jī)制砂提取，嚴(yán)格控制取砂量不超過1.2 萬t，將不會影響尾礦設(shè)施的安全運(yùn)行。

3.3 試驗(yàn)樣品檢測

2018 年11 月、2019 年1 月先后2 次將試驗(yàn)樣、生產(chǎn)樣送至陜西省建筑工程質(zhì)量檢測中心，依據(jù)《建設(shè)用砂》（GB/T 14684—2011）進(jìn)行檢測［3］，檢測結(jié)果見表4。

表4 機(jī)制砂檢驗(yàn)結(jié)果

機(jī)制砂放射性水平分類2 個(gè)指標(biāo)，分別為0.25、0.57，均遠(yuǎn)低于指標(biāo)＜1 的質(zhì)量要求，檢測結(jié)果合格；含泥量指標(biāo)為1.5%，滿足Ⅱ類≤3%的要求；顆粒級配+0.15 mm 占98%，細(xì)度模數(shù)2.7，砂石種類屬于中砂。

4 一段尾礦提取機(jī)制砂方案及實(shí)施

方案由公司工程技術(shù)人員自行設(shè)計(jì)、自行改造。為了確保提取機(jī)制砂后輸送至尾礦庫的尾礦粒度符合上游式筑壩的粒度要求，確定對一段尾礦量的一半進(jìn)行提取，即一選廠一段球磨機(jī)有4 臺，一段磁選機(jī)有2 組，此次僅提取2 臺球磨機(jī)組對應(yīng)的1 組磁選機(jī)尾礦。

4.1 一段磨礦磁選提取機(jī)制砂量計(jì)算

一段球磨機(jī)入磨礦量為每臺55 t/h，選廠4 臺球磨機(jī)處理量220 t/h，按一段尾礦量的一半進(jìn)行機(jī)制砂提取。一段磁選機(jī)給礦mFe品位15%，中礦mFe品位38%，一段磁選尾礦產(chǎn)率60.45%，一段磁選尾礦濃度約35%，尾礦堆比重1.175。

經(jīng)計(jì)算，一段磁選尾礦干礦量66.5 t/h，一段磁選尾礦礦漿量190 t/h，一段磁選尾礦礦漿體積161.7 m3/h。為確保入庫粒級，利用庫存現(xiàn)有0.7 mm篩網(wǎng)，初步選定提取+0.75 mm 機(jī)制砂，經(jīng)計(jì)算產(chǎn)量為9.11 t/h，約占尾礦總量的7%。

4.2 提取機(jī)制砂工藝方案

為了盡可能地減少投資，利用二選廠閑置的五層疊篩作為篩分設(shè)備。一選廠部分一段磁選尾礦通過管道自流至泵池，由渣漿泵輸送至二選廠五層疊篩，篩下部分返回至一選廠尾礦池，篩上機(jī)制砂經(jīng)自制的皮帶輸送機(jī)輸送至料場。提取機(jī)制砂工藝流程見圖2。

4.3 振動篩處理量計(jì)算

利用二選廠舊有閑置的D5FG1216 五層疊篩進(jìn)行篩分，電機(jī)采用自帶3.86 kW 功率電機(jī)，單臺五層疊篩處理量為152.28 t/h，大于尾礦量66.5 t/h，故1 臺可滿足篩分。

4.4 渣漿泵選型

經(jīng)測定，從一選廠一段尾礦至二選廠高頻篩渣漿泵輸送管距約80 m，高差約30 m，流量161.7 m3/h。經(jīng)計(jì)算，選擇100ZBG-315 渣漿泵，其流量288 m3/h，揚(yáng)程32 m；選擇配套電機(jī)Y250M-4，額定功率55 kW。綜上，擬選用1 臺閑置的100ZBG-315 渣漿泵，配套Y250M-4電機(jī)，可滿足機(jī)制砂提取尾礦輸送。

4.5 投資預(yù)算

按照修舊利廢和物盡其用的原則，充分利用舊有閑置設(shè)備進(jìn)行工藝技術(shù)改造，最大化減少投資。

（1）對現(xiàn)場閑置的五層疊篩下料斗進(jìn)行改造改型，對篩網(wǎng)進(jìn)行更換。自制1臺長35 m、寬500 mm 的皮帶輸送機(jī)，架設(shè)塑料輸送管道。

（2）所需材料主要為槽鋼120 規(guī)格20 m，角鋼75規(guī)格50 m，焊管32 規(guī)格22 m，塑料管150 規(guī)格100 m等。

（3）安裝及制作均由一選廠維修人員承擔(dān)。

綜上計(jì)算，投資總預(yù)算額為12.93 萬元。

4.6 經(jīng)濟(jì)效益測算

經(jīng)對機(jī)制砂市場進(jìn)行了解，西安及周邊機(jī)制砂出廠價(jià)50～55 元/t，按機(jī)制砂50 元/t，產(chǎn)量6 000 t/月測算，收益30 萬元/月，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用4.28 萬元/月，人工費(fèi)1.4 萬元，成本5.68 萬元/月，投產(chǎn)當(dāng)月即可收回成本并實(shí)現(xiàn)盈利，年創(chuàng)效預(yù)計(jì)300 萬元。

5 一段磨礦磁選尾礦提取機(jī)制砂運(yùn)行效果

一段磨礦磁選尾礦提取機(jī)制砂項(xiàng)目于2019 年1月11 日改造完畢，1 月14 日正式投入生產(chǎn)，投產(chǎn)以來設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，生產(chǎn)正常順行，作業(yè)率達(dá)97.33%。

（1）取砂后尾礦排放安全。2019 年委托陜西省水利水電工程西安理工大學(xué)質(zhì)量檢測中心對總尾礦樣進(jìn)行尾礦料比重和顆粒分析試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 尾礦樣顆粒分析結(jié)果

根據(jù)表5 數(shù)據(jù)，計(jì)算求得尾粉砂d50均值約0.194 mm，初步測算尾礦中值粒徑d50值較設(shè)計(jì)要求值高0.102 mm。據(jù)此判斷，提取部分機(jī)制砂后，對尾礦庫的安全影響不大。

（2）2019 年大西溝礦業(yè)公司根據(jù)實(shí)際運(yùn)行效果，對后期采購篩網(wǎng)篩孔進(jìn)行了調(diào)整，并獲得了較好的技改效果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，一選廠已累計(jì)提取機(jī)制砂25.9 萬t，獲利956.8 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著［4］。

（3）該項(xiàng)目實(shí)施后每年向尾礦庫排放的尾礦量減少了16.21 萬m3，有效延長了尾礦庫的服務(wù)年限［5］。

6 結(jié) 語

（1）一段尾礦提取機(jī)制砂項(xiàng)目于2019 年建成投產(chǎn)以來，工藝設(shè)備正常順行，能生產(chǎn)出合格的建筑用機(jī)制砂，可獲得良好的級配和細(xì)度模數(shù)，運(yùn)行各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)基本吻合，年創(chuàng)效300 萬元以上，有效延長了尾礦庫服務(wù)年限。

（2）通過前期可行性試驗(yàn)論證和后期生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，提取部分一段磁選尾礦，篩孔尺寸選取0.7 mm時(shí)，機(jī)制砂提取占比約7%，小于設(shè)計(jì)值，可保證上游式尾礦庫尾礦安全排放。

（3）在綠色發(fā)展理念下，大西溝礦業(yè)公司后期考慮實(shí)施全尾礦機(jī)制砂，并對堆存的尾礦進(jìn)行研究利用，以期在尾礦資源綜合利用的基礎(chǔ)上，將尾廢“吃干榨盡”，向無尾選礦方向發(fā)展。