梅山鐵礦含泥原礦洗礦工藝改造

衣德強(qiáng)

(南京寶地梅山產(chǎn)城發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司,江蘇 南京 210041)

1 背景

梅山鐵礦處理原礦500萬t/a,已經(jīng)進(jìn)入地下-330 m以下深部開采,鐵礦石資源性質(zhì)變化,地質(zhì)品位下降,磁性礦減少,浸染狀低品位礦石和泥礦增加,采出入選礦中黏性大的粉礦增多,黏性大,沿途工序需要加水才能降低黏性,克服阻力和摩擦力,改善流動(dòng)性。礦石中大部分泥礦經(jīng)過倒運(yùn)累積形成了含泥礦漿,和礦石混合在一起積聚于重選作業(yè)區(qū)露天儲(chǔ)礦槽。儲(chǔ)礦槽下方有承接礦石的6#運(yùn)輸皮帶和通廊,通廊頂部裝有12只液壓調(diào)節(jié)放礦閥,放礦給入正下部的6#皮帶,向后續(xù)篩洗工序送礦。由于含泥多,經(jīng)常出現(xiàn)大量礦通過放礦口瞬間下泄而難以有效控制的現(xiàn)象,俗稱沖礦。調(diào)節(jié)閥無法同步關(guān)閉到位,礦石夾帶泥礦落入皮帶,超過額定負(fù)荷導(dǎo)致6#皮帶不能正常運(yùn)行供礦,積礦瞬間淹沒皮帶并充滿兩側(cè)通道,存在重大安全隱患。皮帶通廊空間狹小,無法容納反鏟等大型機(jī)械,只有靠人工用鍬清理,強(qiáng)度極大,效率極低,所以急需技術(shù)改造,解決影響供礦和危及安全的突出問題。

2 生產(chǎn)工藝

破碎工藝流程見圖1。共四段破碎:井下一段粗破碎、井上兩段中碎閉路篩分、一段細(xì)碎閉路篩分,總破碎比達(dá)到66.67倍。粗破碎置于井下447 m水平,經(jīng)過兩段中破碎后,65～0 mm礦石全部集中于容量10.5萬t的儲(chǔ)礦槽,經(jīng)6#皮帶輸送進(jìn)入預(yù)選工序,預(yù)選精礦進(jìn)行細(xì)破碎,粒度降到12 mm以下,供給球磨磨礦分級(jí)后選別,廢石銷售作為建筑骨料。

圖1 現(xiàn)有破碎工藝流程Fig.1 Existing crushing process

中碎篩分系統(tǒng)兩個(gè)系列,一般一開一備,有時(shí)兩個(gè)系列同時(shí)運(yùn)行,其中兩段中碎4臺(tái)PYB2200液壓圓錐破碎機(jī)、2臺(tái)YAH2460圓振篩,細(xì)碎篩分3臺(tái)HP500細(xì)碎機(jī)、1臺(tái)H6800細(xì)碎機(jī)、13臺(tái)1642雙層振動(dòng)篩。

3 泥礦性質(zhì)和影響

3.1 泥礦性質(zhì)

泥礦或細(xì)泥沒有明顯的粒度界限,與處理礦石性質(zhì)、選礦方法、設(shè)備工藝技術(shù)條件有關(guān),一般將<10 μm的礦粒群視為泥礦。

梅山鐵礦屬于接觸變質(zhì)矽卡巖礦床,原礦中碳酸鹽礦物占23%,還有易泥化的高嶺石[1]。井下提升泥礦礦主要是原生泥礦,所謂原生泥礦主要是由于礦床長期經(jīng)受各種自然風(fēng)化蝕變作用逐漸形成的泥質(zhì)礦物,例如黏土、高嶺土、綠泥石、絹云母等[2]。井下330 m以下深部開采,細(xì)粒級(jí)覆巖增加,來源有礦區(qū)上部第四系地層,地面堆土進(jìn)入覆蓋層,礦巖向下運(yùn)動(dòng)中撞擊摩擦產(chǎn)生,危害有下降速度快、易混入礦石、減少純礦石放出量、混入礦石后充填塊狀礦巖間隙、提高了放礦流動(dòng)角、放出體減少;地質(zhì)品位下降,難選礦、廢石粉礦和泥礦增加,含泥量由15%增加到20%以上。2020年處理原礦干量5 108 891.2 t,767.45 t/h,其中2～0 mm產(chǎn)率28.48%,干礦量218.57 t/h。測(cè)定2～0 mm成分:w(TFe)為29.64%、w(S)為1.334%、w(P)為0.411%、w(SiO2)為23.33%;粒級(jí)分布中-400目產(chǎn)率61.13%,-200目產(chǎn)率65.37%,+400目以上粒級(jí)鐵品位為31.54%～37.04%,w(SiO2)為16.40%～22.68%;-400目粒級(jí)鐵品位26.96%,w(SiO2)為25.09%;-400目粒級(jí)呈現(xiàn)鐵低硅高。

3.2 泥礦影響

3.2.1 漏斗下礦摩擦力大

提升機(jī)箕斗卸礦到井樓礦倉,由于塊度最大為350 mm,盡管粉礦和泥礦較多,電振下礦仍然順暢,礦石本色被泥礦包裹,一次中碎機(jī)1#皮帶不加水,2#皮帶加水點(diǎn)在尾輪和首輪兩處共5根水管。因泥礦多,黏性大,如不加水,則極易粘住中碎機(jī)給礦漏斗底部襯板,引起堵塞,必須停機(jī)處理。

3.2.2 推礦作業(yè)困難

井下原礦提升破碎后粒度由350 mm降到65 mm以下,通過皮帶運(yùn)輸卸到儲(chǔ)礦槽。由于含泥含水多,卸料后堆積角變小,頂部積水無法向下滲透,形成的料堆不穩(wěn)定,有時(shí)呈泥石流狀態(tài),礦漿向外圍邊部滲出流動(dòng);依靠重力下落到放礦斗,再卸到皮帶過程緩慢,需要推土機(jī)輔助向皮帶中心線推礦靠攏,配合下礦,高處推礦極不安全,容易坍塌,需要兩臺(tái)推土機(jī)同時(shí)發(fā)力對(duì)向推動(dòng),還會(huì)出現(xiàn)推土機(jī)陷落泥礦中無法自拔,依靠反鏟牽引才能脫險(xiǎn)。

3.2.3 影響球磨供礦

球磨機(jī)因重選選別供礦不足,多次停機(jī)待礦,6個(gè)系列磨機(jī)只能開4個(gè)系列,如20210116夜班因原礦含泥多、過稀,6#皮帶放礦量偏少,2:30球磨一系列停,4:50二、四系列球磨停。原因是井下提升礦含泥多,破碎給礦漏斗被迫加水才能促進(jìn)流動(dòng);泥礦黏附于礦石和下礦斗表面,阻力增大。6#皮帶兩只放礦斗,兩名放礦工操作控制,必須時(shí)刻緊盯,操控調(diào)整下礦閥開關(guān)。有時(shí)礦瞬間下泄,沖擊皮帶濺入地坪;有時(shí)會(huì)卡住堵塞不下礦,下礦斷斷續(xù)續(xù),輸出礦不連續(xù),運(yùn)行效率極低。

3.2.4 影響崗位設(shè)備清潔

放礦經(jīng)6#皮帶運(yùn)出,經(jīng)7#皮帶、8#皮帶送入礦倉,給入直線篩洗礦。6#皮帶首輪漏斗內(nèi)側(cè)和減速機(jī)外殼表面均粘滿泥礦,首輪皮帶附近有5根水管沖水,大水量沖洗皮帶表面和通廊地坪;7#皮帶首輪兩處刮板,無法刮凈黏附泥礦,加水沖洗皮帶下表面泥礦,沿途通廊泥礦堆積,水流壓力不足無法沖走;8#皮帶和漏礦車工字鋼軌道、托輥、皮帶支架、轉(zhuǎn)向滾筒均粘有泥礦,漏礦車兩側(cè)漏斗、礦倉橫梁、鋼蓋板、控制柜、崗位房、通廊窗戶均黏附了泥礦。

3.2.5 影響洗礦和選別

直線振動(dòng)篩給礦電振下礦溜槽中,用兩根水管沖,經(jīng)直線篩篩面上方的水管噴水洗礦后,礦石表面仍有泥礦黏附,礦石本色顯現(xiàn)不出。+20 mm篩上進(jìn)入磁滑輪選別,選別皮帶表面黏附泥礦,選出的干磁精礦礦石表面也黏附泥礦。

3.2.6 藥劑消耗增加

一般開動(dòng)4臺(tái)直線振動(dòng)篩洗礦篩分,處理量800 t/h。由于泥礦多,沉降難,絮凝劑聚丙烯酰胺用量由20 kg/12 h提高到40 kg/12 h,礦漿量大。1#φ50 m濃縮底流泵正常開1臺(tái),需要增開1臺(tái)底流泵輸送才能保證溢流不跑渾[3]。

4 工藝設(shè)備和投資

4.1 改造工藝

總體路線是增加濕式洗礦篩分工藝和礦漿輸送工藝,脫除泥礦,改善皮帶運(yùn)行狀況,提升6#皮帶放礦效率,從源頭消除沖礦帶來的安全隱患。具體技術(shù)措施是:在中碎篩分場(chǎng)地拆除兩臺(tái)YAH2460單層圓振篩,安裝兩臺(tái)3061雙層振動(dòng)篩,洗出的篩下礦漿通過膠泵輸送到現(xiàn)有的φ5 m濃縮錐斗分級(jí)后入選。增加洗礦后工藝見圖2。

圖2 增加洗礦后工藝流程Fig.2 Process flow after ore washing

4.2 主要設(shè)備選型

(1) 洗礦篩。

中碎現(xiàn)有篩分為2460單層圓振篩干式篩分,篩孔φ65 mm,篩下粒度-65 mm占95%以上;改為濕式篩分采用雙層篩,上層方型篩網(wǎng)50 mm×50 mm,下層條縫篩網(wǎng)2 mm,加水洗去-2 mm泥礦,篩分效率大于80%,篩上+65 mm含水量低于8%,仍給入二次中碎;50～2 mm礦石輸送到儲(chǔ)礦槽;總給礦處理量為1 150 t/h,根據(jù)公式計(jì)算需要篩分面積35 m2,選擇2臺(tái)高效3061篩機(jī),篩分面積36 m2,同時(shí)最大起吊件滿足中碎廠房現(xiàn)有20 t行車吊裝要求。

(2) 篩下礦漿輸送泵。

篩下-2 mm礦石量160 t/h,礦漿濃度16.16%,礦漿體積流量1 215 m3/h?？紤]15%波動(dòng)系數(shù),輸送管路幾何高程8 m,管長270 m,選用適于粗顆粒輸送的耐磨橡膠泵,200CZJ-65膠泵,流量500～700 m3/h,揚(yáng)程48～55 m,配套電動(dòng)機(jī)為200 kW變頻電動(dòng)機(jī),泵轉(zhuǎn)速880 r/min。選用3臺(tái),2用1備,考慮膠泵檢修起吊,新增1臺(tái)起吊高度9 m的5 t電動(dòng)葫蘆。

4.3 應(yīng)急工藝

生產(chǎn)中重選與中碎作業(yè)制度有時(shí)不一致,當(dāng)重選停車維修時(shí),洗礦礦漿不能輸送到φ5 m錐斗。設(shè)計(jì)輸送到已有的1臺(tái)φ1 200 mm雙螺旋分級(jí)機(jī),返砂輸送為寬度650 mm皮帶機(jī),溢流用150ZJ-I-A60渣漿泵輸送至φ45 m中礦濃密機(jī),管徑φ219 mm。核算返砂處理量150 t/h,溢流量處理量45 t/h,螺旋分級(jí)機(jī)處理能力達(dá)到195 t/h;渣漿泵流量500 m3/h,揚(yáng)程55 m,需要兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行。

4.4 投資和工程量

建設(shè)費(fèi)用不含稅1 104.85萬元,其中建筑工程146.62萬元,設(shè)備490萬元,安裝335.79萬元,設(shè)計(jì)監(jiān)理等其他132.44萬元。安裝1臺(tái)3061高效節(jié)能雙層篩,3臺(tái)200CZJ-65R膠泵,膠泵DN300進(jìn)漿管液壓控制站,3只DN300液壓耐磨閥,3條φ273 mm耐磨管道900 m,架空高度13 m的3根管道支撐橋架300 m,混凝土泵池1座,φ400 mm環(huán)水管道70 m。

5 應(yīng)用實(shí)施

項(xiàng)目經(jīng)過方案比選、可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、評(píng)審決策、設(shè)備采購、安裝招標(biāo)、施工建設(shè)、流程調(diào)試,于2021年10月10日正式投入運(yùn)行。

5.1 實(shí)施情況

在中碎廠房AB跨7～8柱之間的3.0～5.8 m平臺(tái),先拆除1臺(tái)YAH2460圓振篩,在此位置安裝1臺(tái)3061雙層洗礦篩,聚氨酯篩網(wǎng)上層篩孔50 mm×80 mm,下層8 mm×2 mm;安裝DN400環(huán)水水管,分成與篩面平行的3根φ108 mm水管,抵近篩面噴水洗礦,洗出的-2 mm篩下礦漿通過溜槽流入泵池,通過渣漿泵輸送到重選φ5 m錐斗濃縮分選。一段中碎機(jī)主機(jī)電流19.29 A,二段中碎機(jī)主機(jī)電流22.13 A,開1#3061洗礦篩和2#2460圓振篩,篩下開2#200CJ泵頻率40.53 Hz。形成了1臺(tái)篩子噴水洗礦,另1臺(tái)篩子運(yùn)行不洗礦的模式。

5.2 應(yīng)用效果

項(xiàng)目投用后,設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn),分出的三種物料進(jìn)出順暢,工序保障水平提高。當(dāng)兩個(gè)主井同時(shí)提礦,礦源含泥雜物多,經(jīng)過1臺(tái)篩洗礦后,6#皮帶液壓調(diào)節(jié)閥放礦順利,效率提高,不需人工一直在機(jī)旁操作按鈕,遠(yuǎn)程操作即可。供礦量穩(wěn)定在800 t/h左右,保證了預(yù)選作業(yè)穩(wěn)定,得到預(yù)選精礦,保證了球磨供礦不斷,明顯減小了因泥礦引起的后續(xù)系統(tǒng)停車待礦時(shí)間。

5.3 洗礦篩下礦漿測(cè)定

洗礦篩下取樣實(shí)測(cè)濃度35.92%,粒度分布見表1,鐵物相分析見表2。

表1 洗礦篩下粒度分布Table 1 Particle size distribution under washing screen

表2 篩下礦漿鐵物相分析Table 2 Iron phase analysis of pulp under sieve %

表1顯示,洗礦篩下成分檢測(cè)鐵品位29.470%、硫品位0.876%;+2.5 mm占16.54%,+0.15 mm占48.82%,-0.074 mm占37.01%,-0.074 mm鐵品位23.360%,硫品位1.075%。在7個(gè)粒級(jí)中鐵品位最低,硫品位最高,說明洗出的篩下礦漿以細(xì)粒級(jí)為主,尤其-0.074 mm以下粒級(jí)主要以泥礦居多,泥礦黏附在礦石表面,是影響放礦順暢的重要因素。

表2顯示,全鐵29.730%,鐵物相中以磁性鐵、碳酸鐵、赤鐵礦為主,三者品位合計(jì)28.242%,其中磁性鐵16.100%,占比54.15%。具有較好的可選性,必須通過后續(xù)選別流程選出鐵礦物予以回收。

5.4 需要完善的環(huán)節(jié)

(1) 篩面傾角偏大。

在6 000 mm×6 000 mm×3 614 mm空間內(nèi)安裝3061雙層直線篩,為了確保強(qiáng)度,在底部樓板上表面墊高度400 mm的H型鋼作為篩子底座,支撐整個(gè)篩子質(zhì)量,所以篩子空間高度只有3 214 mm,篩面傾角12°,篩面給礦端高出排礦端1 268 mm。洗礦用噴水管道置于給礦端篩面之上,篩面上安裝DN300環(huán)形噴水管道。由于行車行進(jìn)時(shí)駕駛室位于篩面給礦端,底部距離篩框只有900 mm,距離φ108 mm噴水水管500 mm,檢修空間偏小;噴水管底部距離篩面400 mm左右,礦量稍大,礦堆頂部就會(huì)觸碰水管,導(dǎo)致水管磨損。建議底部支撐H型鋼縮短到200 mm,篩面傾角調(diào)整到8°,可以騰出高度空間200+400=600 mm,增加行車行進(jìn)空間,減少安全隱患。

(2) 篩網(wǎng)質(zhì)量。

運(yùn)行5天時(shí),洗礦直線篩上篩面骨架出現(xiàn)塌陷。觀察到靠近給礦端的5塊610 mm×610 mm篩板完好,原因上表面有高出的凸起聚氨酯;從第二排起有20組篩板塌陷,聚氨酯脫離骨架下陷,同時(shí)部分大塊嚴(yán)重堵塞篩孔,牢牢卡在篩孔中;聚氨酯篩板和支撐鋼板連接情況:支撐鋼板厚度3 mm,高度30 mm,規(guī)格200 mm×140 mm框架內(nèi)有4組50 mm×80 mm篩孔,上部為篩板,下部為支撐鋼板,整個(gè)篩板卡在支撐鋼板上,沒有全部包裹住支撐鋼板,因此篩板與鋼板連接不牢固;在振動(dòng)下篩板與鋼板脫離,4組篩孔面塌陷。建議規(guī)格610 mm×610 mm的上篩板,采用φ60 mm圓孔,聚氨酯材質(zhì),鋼骨架包裹在內(nèi)部,避免骨架與篩面連接不牢而出現(xiàn)脫落塌陷。

6 成本和效益

6.1 增加的成本

年運(yùn)行6 500 h,處理礦量507萬t。

用水量:泵輸送礦漿量527 m3/h,下料濃度35.92%,稀釋后濃度32.50%,水量462 m3/h,水費(fèi)462 m3/h×0.35元/m3=161.7元/h,年用水費(fèi)105.1萬元。

電耗:新增渣漿泵功率200 kW,3061洗礦篩55 kW,2460圓振篩15 kW,電價(jià)0.6元/kWh,新增電耗(200+55-15)×0.6×0.85=122.4元/h,年電費(fèi)79.56萬元。

篩板消耗:雙層篩篩板與單層篩板使用比較消耗增加,預(yù)估每年增加1套,價(jià)格20萬元;泵葉輪、閘閥、管道等過流件消耗50萬元/a;維修工時(shí)費(fèi)用25萬元/a。

合計(jì)增加總成本279.66萬元/a。

6.2 減少的費(fèi)用

項(xiàng)目實(shí)施后提前洗礦,減少了已有洗礦篩-2 mm泥礦至φ5 m錐斗的輸送成本,按140萬t/a計(jì)算,估算減少輸送成本110萬元;中碎堆場(chǎng)鏟車作業(yè)時(shí)間年減少30 d,減少倒運(yùn)礦石40萬t,節(jié)省倒運(yùn)成本150萬元;6#皮帶泥礦放礦安全隱患徹底消除,估算降低人工清礦費(fèi)用30萬元;降低安全風(fēng)險(xiǎn)估值50萬元;洗礦后減少7#、8#、9#皮帶通廊沖洗水費(fèi)用20萬元;降低φ1 200 mm螺旋分級(jí)機(jī)溢流泵輸送費(fèi)用65萬元,合計(jì)減少生產(chǎn)費(fèi)用425萬元。

產(chǎn)生效益425-279.66=145.34萬元/a,同時(shí)經(jīng)過洗礦,+65 mm礦石表面黏附泥礦大幅度減少,為二次中碎設(shè)備更新?lián)Q型創(chuàng)造了條件。

7 結(jié)論與建議

(1) 項(xiàng)目采用的3061洗礦篩分、篩下泥礦輸送選別工藝可行,實(shí)施后效益顯著,從源頭消除了重大安全風(fēng)險(xiǎn),極大改善了推土機(jī)大型機(jī)械作業(yè)條件,消除了6#皮帶沖礦安全隱患。

(2) 極大減輕體力勞動(dòng),提前洗礦后,大部分泥礦得以分離,礦石性質(zhì)得以改善,沖礦幾率降低,放礦順暢,勞動(dòng)生產(chǎn)率提升,擺脫繁重的清理體力勞動(dòng),崗位環(huán)境大幅提升。

(3) 提升重選預(yù)選精礦質(zhì)量,提前洗礦后再經(jīng)現(xiàn)有直線振動(dòng)篩二次洗礦分級(jí),泥礦洗出率大幅提高,礦石表面潔凈,有利于磁選選別質(zhì)量。

(4) 井下礦石性質(zhì)變化的適應(yīng)性大幅提升,深部井下礦磁性率降低,粉泥礦礦增加是常態(tài),提前洗礦能夠主動(dòng)適應(yīng)變化,能夠改變目前放礦及其被動(dòng)影響球磨供礦的局面。

(5) 建議繼續(xù)優(yōu)化篩面傾角,提升篩板質(zhì)量,穩(wěn)定工藝參數(shù),做到流程順行,設(shè)備平穩(wěn)。