陳臺溝鐵礦選礦工藝優(yōu)化試驗(yàn)研究

常文利

（五礦礦業(yè)（安徽）工程設(shè)計(jì)有限公司）

陳臺溝鐵礦隸屬于中國五礦集團(tuán)旗下直管企業(yè)五礦礦業(yè)控股有限公司，資源總量12.74 億t，屬超大規(guī)模儲量鐵礦山。其中1號主礦體資源量12.39 億t，礦體平均厚度170 m，賦存形態(tài)較規(guī)整，礦石TFe品位35.24%，mFe 品位28.38%，在國內(nèi)屬優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源。該礦體賦存在-650 m 標(biāo)高以下，井下采用充填采礦法開采，礦山建設(shè)規(guī)模1 100 萬t/a，年產(chǎn)鐵精礦469 萬t。該礦地表未設(shè)尾礦庫，選礦流程采用磁滑輪干選、磨前濕式預(yù)選和旋流器沉砂預(yù)選工藝，提前分離出建筑用砂及石子等固廢進(jìn)行資源化利用，實(shí)現(xiàn)礦山無尾排放。

1 原礦性質(zhì)

陳臺溝鐵礦入選原礦性質(zhì)較為簡單，屬鞍山式磁鐵貧礦類型。礦石礦物以磁鐵礦為主，脈石礦物以石英為主，其次為透閃石、陽起石、黑云母、角閃石、碳酸鹽礦物等。礦石結(jié)構(gòu)主要為不等粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)及包含結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造主要以細(xì)條帶（紋）狀構(gòu)造為主，局部有片狀構(gòu)造。礦石嵌布粒度屬于細(xì)粒不均勻礦石，鐵礦物和脈石礦物粒度分布范圍很寬，以細(xì)粒為主。原礦化學(xué)多元素及鐵物相分析結(jié)果見表1、表2。

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2 選礦工藝確定

陳臺溝鐵礦屬于單一磁鐵礦，可供選擇的破磨流程有半自磨+球磨工藝、常規(guī)三段一閉路破碎+球磨工藝、常規(guī)破碎+高壓輥磨超細(xì)碎工藝。

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2.1 半自磨+球磨工藝［1］

半自磨工藝優(yōu)勢：①可取代常規(guī)碎礦流程中的中細(xì)碎、篩分等作業(yè)，簡化選礦工藝流程，為日后生產(chǎn)管理創(chuàng)造良好的條件；②選廠工業(yè)占地面積小，基建投資低；③有極高的選擇性粉碎比（入磨粒度200～350 mm，出料粒度-0.074 mm40%）；④適合處理潮濕、黏性礦石。

目前，陳臺溝鐵礦井下采出礦石后，-900 mm 礦石在井下直接粗碎、中碎，最終0～75 mm礦石通過三段斜井皮帶接力提升至地表，進(jìn)入選礦流程。若采用半自磨工藝，給礦粒度一般為0～350 mm，入磨礦石中必須具備足夠量+100 mm大塊礦石，才能確保磨礦系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。該方案中進(jìn)入半自磨機(jī)的最大礦石粒度僅為75 mm，不符合半自磨工藝對粒度的需求，故半自磨+球磨工藝不適用。

2.2 常規(guī)破碎+高壓輥磨超細(xì)碎工藝［2］

高壓輥磨工藝為高壓輥磨與濕式篩分形成閉路破碎，將常規(guī)25～0 mm 的細(xì)碎產(chǎn)品破碎至3～0 mm，最終3～0 mm粉礦進(jìn)入磨前濕式預(yù)選作業(yè)，大量拋廢后，預(yù)選精礦進(jìn)入后續(xù)一段磨礦分級作業(yè)。該流程的優(yōu)勢是入磨礦粒度由10 mm 降低至3 mm，且顆粒內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，磨礦效率大幅提升；磨前濕式預(yù)選作業(yè)大幅拋尾后，入磨礦石量減少，后續(xù)磨礦選別成本大幅下降。

從選礦工藝的優(yōu)劣判斷，高壓輥磨流程是最適宜的工藝；但陳臺溝鐵礦周邊沒有尾礦庫，除井下充填用去一部分尾砂外，產(chǎn)生的其他尾礦、巖石需在選礦工藝中以砂石的形式提前分離出來，進(jìn)行固廢資源化利用。若采用高壓輥磨工藝，最終碎礦產(chǎn)品3～0 mm 的礦石進(jìn)入磨前濕式預(yù)選作業(yè)拋廢。高壓輥磨產(chǎn)品拋廢試驗(yàn)指標(biāo)見表3，濕式預(yù)選尾礦粒度篩析結(jié)果見表4。在不影響井下充填體強(qiáng)度的情況下，結(jié)合建筑用砂市場調(diào)研結(jié)果以及脫水篩的工藝特點(diǎn)，分離粗砂的下限粒徑確定為1 mm，+1 mm 粗砂占原礦總量的5.1%，產(chǎn)率較小，不能實(shí)現(xiàn)采充平衡；同時(shí)，提前分離出來的部分粗砂因顆粒內(nèi)部存在微裂紋，質(zhì)量不佳，外售困難，故不推薦常規(guī)破碎+高壓輥磨超細(xì)碎工藝。

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2.3 常規(guī)三段一閉路破碎+球磨工藝［3］

2.3.1 干選工藝

根據(jù)試驗(yàn)，經(jīng)圓錐破碎機(jī)中碎后的礦石進(jìn)入細(xì)碎作業(yè)前，通過磁滑輪干選工藝可提前拋除-75 mm的廢石。磁滑輪-75 mm預(yù)選試驗(yàn)結(jié)果見表5。

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由表5 可知，當(dāng)線速度為1.6 m/s 時(shí)，其拋廢產(chǎn)率為8.00%，磁性鐵品位僅為0.79%，拋廢效果良好，該部分廢石以固體形態(tài)存在，實(shí)際生產(chǎn)中較好處理。

2.3.2 濕式預(yù)選工藝

2.3.2.1 磨前濕式預(yù)選

近年，進(jìn)口圓錐破碎設(shè)備在國內(nèi)礦山應(yīng)用廣泛，其工藝配置簡單，破碎效率及拋廢產(chǎn)率高，最終破碎產(chǎn)品粒度可達(dá)-10 mm，這為磁鐵礦磨前濕式粗粒預(yù)選創(chuàng)造了很好的條件。濕式預(yù)選-10 mm原礦粒度篩析結(jié)果見表6，濕式預(yù)選試驗(yàn)指標(biāo)見表7，濕式預(yù)選尾礦粒度篩析結(jié)果見表8。

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由 表7、表8 可 知，采 用ZCLA630（0.35 T）、CRIMMφ600×300（0.25T）對-10 mm破碎樣品進(jìn)行濕式預(yù)選試驗(yàn)，CRIMMφ600×300 的預(yù)選效果較好，拋廢產(chǎn)率高達(dá)14.77%；尾礦中磁性鐵品位僅為0.36%；磨前濕式預(yù)選作業(yè)在減少入磨礦量、降低選礦成本的同時(shí)，還能提前分離出+1 mm 粗砂，這部分粗砂占總原礦量的9.4%。

2.3.2.2 旋流器沉砂預(yù)選

考慮一段磨機(jī)旋流器與球磨機(jī)形成閉路磨礦，其沉砂粒度較粗，可通過粗粒磁選機(jī)拋廢后，粗精礦進(jìn)入一段磨機(jī)。旋流器沉砂預(yù)選拋尾試驗(yàn)如下。

（1）旋流器沉砂粒度分析。取一段旋流器沉砂樣進(jìn)行粒度分析（表9），+0.5 mm 占比29.56%，-0.25 mm 占比32.36%，粒度分布相對較粗，預(yù)選尾礦分離粗砂的可行性較大。

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（2）旋流器沉砂預(yù)選試驗(yàn)。取一段旋流器沉砂在磁場強(qiáng)度0.4 T 條件下進(jìn)行磁選試驗(yàn)（表10），所得精礦產(chǎn)率81.11%，拋出尾礦產(chǎn)率18.89%，尾礦TFe 含量10.05%，分布率4.31%。

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（3）預(yù)選尾礦粒度分析。磁選尾礦經(jīng)粒度分析（表11），+1.0 mm 產(chǎn)率為24.35%，+0.5 mm 產(chǎn)率為46.08%，+0.25 mm 產(chǎn)率為78.68%，-0.25 mm 產(chǎn)率為21.32%。

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由以上分析可知，沉砂預(yù)選拋尾產(chǎn)率高達(dá)18.89%，+1.0 mm 粗砂占原礦總量的4.6%，該砂型質(zhì)量較好，可作為建材行業(yè)細(xì)砂使用；同時(shí)，提前拋廢可大幅降低入磨礦量，降低選礦成本。綜上可知，三道工序提前分離砂石產(chǎn)率為22%，為陳臺溝鐵礦實(shí)現(xiàn)采充平衡創(chuàng)造了很好的條件。

2.3.3 磨礦選別工藝［4］

陳臺溝鐵礦為單一磁鐵礦，采用階段磨礦階段弱磁選工藝較為合理。在一段磨礦粒度較粗的情況下，通過1次弱磁選可拋掉大量尾礦，1次弱磁粗精礦再進(jìn)入二段磨礦作業(yè)，磨礦量及選礦成本大幅降低，且綜合尾礦粒度相對較粗，對井下充填非常有利。

精礦淘洗工藝的應(yīng)用可在確保精礦品位合格的前提下，適當(dāng)放粗二段磨礦產(chǎn)品粒度。不設(shè)置精礦淘洗工藝，最終磨礦細(xì)度為-0.045 mm95% 時(shí)，精礦品位為65.60%；設(shè)置精礦淘洗工藝，最終磨礦細(xì)度為-0.045 mm80% 時(shí)，精礦品位為65.41%，淘洗溢流尾礦品位高達(dá)30% 以上，礦量相對很少，引入立磨機(jī)處理該部分溢流尾礦，在流程中增加了再磨再選工藝，最終確定的選礦工藝流程見圖1。

3 采充平衡計(jì)算［5］

（1）年充填采空區(qū)體積318萬m3/a。

（2）年充填料漿需用量394萬m3/a。

（3）充填單位空區(qū)所需尾砂量。根據(jù)采礦方法對充填工藝的要求，空區(qū)嗣后充填采用全膠結(jié)充填，充填膠結(jié)料漿為尾砂與膠骨粉的混合物，膠固粉與尾砂配比為1∶10 和1∶16 2 種，2 種占比各為50%，填料漿濃度為64%，計(jì)算得年充填尾砂量391 萬t/a，年充填單位空區(qū)所需尾砂量1.23 t/m3。

（4）計(jì)算得選礦比為2.348，精礦年產(chǎn)量469 萬t。

（5）為實(shí)現(xiàn)采充平衡，需在選礦工藝中提前分離砂石，計(jì)算得240 萬t，分離出的砂石占原礦量的22%。

4 結(jié) 論

陳臺溝鐵礦破碎流程采用常規(guī)三段一閉路破碎工藝，礦石進(jìn)入細(xì)碎作業(yè)前設(shè)置干選工藝，進(jìn)入球磨作業(yè)前設(shè)置磨前濕式預(yù)選工藝，可提前分離出占原礦產(chǎn)率17.4% 的干廢石；磨選流程采用階段磨礦階段選別、淘洗提精、淘洗溢流尾礦再磨再選工藝，一段磨礦旋流器沉砂進(jìn)入粗粒預(yù)選機(jī)再次拋廢，預(yù)選精礦自流給入一段磨機(jī)，該段拋尾工序可分離出占原礦總產(chǎn)率4.6%的粗砂，3個(gè)拋尾點(diǎn)合計(jì)分離出占總原礦產(chǎn)率22% 的干廢石進(jìn)行商業(yè)外銷，其余濕尾砂與膠凝材料充分?jǐn)嚢杌旌虾蟪涮畹骄虏煽諈^(qū)，可實(shí)現(xiàn)采充平衡及礦山無尾排放。