設(shè)備大型化在選礦工程中的應(yīng)用簡介

王星亮 魏 霞 常校亮

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600)

1 概述

鐵礦石是國際大宗商品，戰(zhàn)略物資。中國作為世界上最大的鐵礦石需求國，自身的鐵礦石儲量雖然不算少，但相比國外鐵礦石，有著“貧、雜、細”顯著特點。由于我國鐵礦難選特點，選礦難度非常大，對選礦先進工藝和設(shè)備大型化的需求日益提高，而選礦設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用和選礦工藝是相輔相成，互相促進的。設(shè)備技術(shù)水平是實現(xiàn)選礦工藝的基礎(chǔ)和前提，工藝技術(shù)的提高也會帶動設(shè)備進步。設(shè)備大型化是設(shè)備進步的重要一環(huán)，代表了選礦工藝設(shè)備技術(shù)水平。選礦設(shè)備和選礦工藝的發(fā)展是同步的,任何高效的新型選礦設(shè)備都是伴隨選礦廠生產(chǎn)要求而誕生,同時亦會促進選礦廠工藝技術(shù)、大型高效選礦設(shè)備的發(fā)展。設(shè)備技術(shù)水平是實現(xiàn)選礦工藝的前提,既直接影響生產(chǎn)流程的暢通和效率,同時也影響產(chǎn)品的質(zhì)量以及選礦廠綜合經(jīng)濟效益。

2 選礦設(shè)備大型化的意義

2.1 選礦設(shè)備大型化有利于生產(chǎn)管理和提高自動化水平

規(guī)模大型化必然帶動選礦設(shè)備的進步，同樣設(shè)備大型化也反過來改變了傳統(tǒng)選礦廠設(shè)計。目前傳統(tǒng)選礦廠多系列的布置形式已經(jīng)很難見到，設(shè)備大型化、減少生產(chǎn)系列已是選礦行業(yè)的共識。因為系列數(shù)的減少，相應(yīng)的輔助設(shè)備也同步減少，這會降低設(shè)備管理維護量，大幅提高設(shè)備作業(yè)率和勞動生產(chǎn)率，有利于自動化集中控制，利于業(yè)主進行生產(chǎn)組織和管理。從生產(chǎn)實踐來看，大型設(shè)備往往采用了更先進的制造技術(shù)，增加了設(shè)備可靠性。生產(chǎn)系列減少，生產(chǎn)作業(yè)率不降反增。

2.2 選礦設(shè)備大型化有利于降低生產(chǎn)成本和提高選礦技術(shù)指標(biāo)

在投資運行費方面，由于設(shè)備大型化帶來的占地面積減少，車間布置緊湊等優(yōu)勢，經(jīng)濟效益更好。例如某鐵礦工程磨選工藝3個系列和兩個系列投資經(jīng)營費進行比較，投資上兩個系列相比3個系列降低約10.0%，經(jīng)營費兩個系列相比3個系列降低約8.0%，設(shè)計最終采用了兩個系列的方案，也得到了業(yè)主的認(rèn)可。目前許多選礦企業(yè)引進了大型化設(shè)備提高裝備水平，擴大生產(chǎn)能力。某礦山磨礦系統(tǒng)改造，一段磨礦原有3臺MQG2136磨機改造為一臺MQY4067磨機一段磨礦，改造后磨礦系統(tǒng)單位電耗由13.22 kW·h/t降為11.19 kW·h/t節(jié)能降耗明顯[1],同時球耗和水耗也均降低，達到了增產(chǎn)、增效、節(jié)能降耗的目的。

2.3 選礦設(shè)備大型化有利于推動制造工藝水平

大型化的需求推動設(shè)備加工制造技術(shù)進步，選礦設(shè)備大型化趨勢能夠有效提高我國選礦設(shè)備的制造工藝水平，推動大型機械選礦設(shè)備的研究和持續(xù)開發(fā)。近幾年來,我國在向設(shè)備大型化發(fā)展方面進行了大量試驗研究工作，取得了可喜的成果。我國通過引進技術(shù)、吸收消化、自主創(chuàng)新、最終國產(chǎn)化了多種先進選礦設(shè)備。核心磨礦設(shè)備，國產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)取得巨大成績。例如國產(chǎn)大型Φ12.2 m×10.97 m自磨機、溢流型球磨機Φ7.32 m×10.68 m 、Φ7.92 m×13.56 m研制成功，打破了全球高端磨礦裝備市場被少數(shù)幾家國際公司壟斷的局面，大大提升了我國大型礦山裝備制造技術(shù)水平，更有利于參與國內(nèi)外礦業(yè)高端市場競爭。浮選設(shè)備也完成了大型化生產(chǎn)，2008年完成了KYF-320 m3浮選機工業(yè)試驗，16臺KYF-320 m3浮選機已在中國黃金集團烏努格吐山銅鉬礦二期工程投產(chǎn), 達到了提高選廠技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，節(jié)能降耗的目的。磁選設(shè)備也相繼大型化，例如山東華特的Ф1.8 m×1.5 m磁選機問世，SLon-3000型強磁機也應(yīng)用成熟了。另外其它中國制造的大型化選礦設(shè)備，例如大型高壓輥磨機、振動篩、皮帶輸送機、重板給料機、堆料機等也在國內(nèi)外市場成功推廣。

3 選礦設(shè)備大型化在鐵礦工程應(yīng)用

3.1 袁家村鐵礦選礦廠

太鋼袁家村鐵礦選礦廠設(shè)計規(guī)模為原礦2 200萬t/a，是我國規(guī)模最大的紅磁混合礦特大型現(xiàn)代化的選礦廠，2012年全系統(tǒng)建成投產(chǎn)。太鋼袁家村鐵礦位于山西省嵐縣梁泉莊鄉(xiāng)，嵐縣城西南，礦區(qū)至縣城有公路相通，距離20 km。

太鋼袁家村鐵礦特征為儲量規(guī)模巨大、礦石性質(zhì)復(fù)雜，嵌布粒度細、難磨難選，主要礦物是磁鐵礦、赤(鏡)鐵礦和褐鐵礦。礦石屬微細粒嵌布礦石，P80在30 μm以下，由此帶來的細磨、分級、選別、濃縮、過濾是行業(yè)最前沿的課題；礦物種類多，礦物間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脈石類型多，除石英外，還含有大量含鐵硅酸鹽礦物，與鐵礦物的可選性接近，分選難度大。針對袁家村鐵礦礦石性質(zhì)復(fù)雜和選廠規(guī)模大的特點，經(jīng)過對國內(nèi)外不同工藝流程的詳細考察、論證分析，集成優(yōu)化確定了高效的粗破碎-半自磨-球磨流程(SAB流程)-弱磁-強磁-陰離子反浮選流程。通過選用大型、先進的選礦設(shè)備，以及針對袁家村礦石性質(zhì)的深入研究，中冶北方選礦設(shè)計院開發(fā)了適合微細粒復(fù)雜難選紅磁混合鐵礦石的選礦工藝流程，實現(xiàn)微細粒紅磁混合鐵礦選礦技術(shù)的重大突破，建成了國際領(lǐng)先的大型高效清潔礦山。

袁家村鐵礦規(guī)模大，物料磨礦細度P80為28 μm，礦石粗破碎選用一座可移動式6389旋回破碎站，安裝功率1 150 kW，排礦粒度250～0 mm。破碎機臺時最大能力5 400 t/h。磨礦采用了三段大型磨礦工藝，一段磨礦采用了Φ10.36 m×5.49 m大型半自磨機，裝機功率2×5 500 kW；二段磨礦采用Φ7.31 m×12.5 m大型球磨機，裝機功率2×6 750 kW；二段磨礦采用Φ7.31 m×11.28 m大型球磨機，裝機功率2×5 500 kW。這是當(dāng)時國內(nèi)最大的半自磨機、球磨機。同時通過對高效微細粒分級技術(shù)的深入研究，采用了直徑660 mm大型旋流器，實現(xiàn)了精確高效分級，降低了磨礦作業(yè)循環(huán)量和磨礦能耗，提高了磨礦效率，減少了過磨現(xiàn)象，保證了入選物料-0.045 mm占95%左右，為分選創(chuàng)造了優(yōu)良條件。

袁家村鐵礦采用160 m3大型浮選機首次應(yīng)用于鐵礦反浮選，浮選工序的鐵品位提高了24個百分點、投資降低了50%、運行成本降低了30%。

袁家村鐵礦設(shè)備大型化也有利于自動化集中控制管理，選礦勞動生產(chǎn)率22 587t/人，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,高于國內(nèi)選廠平均水平200%以上。該工程獲2017年國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎。

3.2 Sino鐵礦選礦廠

澳大利亞Sino鐵礦采用露天開采，規(guī)模為8 400萬t/a，年產(chǎn)鐵精礦2 400萬t，是全世界處理能力最大的選礦廠。Sino鐵礦礦石性質(zhì)為單一磁鐵礦，選礦工藝為階段磨礦—階段磁選工藝，設(shè)計流程為粗破碎—自磨—弱磁選—球磨—兩段弱磁選，設(shè)計磨礦粒度P80=25 μm，鐵精礦品位67.5%。

Sino鐵礦選礦項目共6條生產(chǎn)線，單條生產(chǎn)線能力為1 400萬t/a，設(shè)備均采用國內(nèi)外先進的大型設(shè)備。設(shè)計采用了當(dāng)今世界上規(guī)格最大的自磨機，規(guī)格為Φ12.19 m×10.97 m，裝機功率達28 000 kW，采用了環(huán)形電機。最大的球磨機Φ7.93 m×13.57 m，裝機功率2×7 800 kW。特別強調(diào)，這兩種最大的自磨機和球磨機均為中國制造。中信重機通過該項目成為世界上繼美卓、福勒后第三大大型磨礦設(shè)備制造商，實現(xiàn)了中國制造到中國創(chuàng)造的跨越性發(fā)展。一段旋流器采用美國KREBS Φ830 mm×20大型旋流器組，單臺旋流器能力達600 m3/h。一段給礦泵采用美國KREBS 24×20大型渣漿泵，功率1 600 kW，能力4 725 m3/h，出口管道直徑630 mm，不同與國內(nèi)常規(guī)設(shè)計，該泵無備用設(shè)計，充分體現(xiàn)出大型化設(shè)備的高可靠性。

Sino鐵礦大型化設(shè)備自動化程度高，整個現(xiàn)場實現(xiàn)無人值守，所有生產(chǎn)操作均在主控室內(nèi)完成，整個系統(tǒng)選礦生產(chǎn)人員約150人，勞動生產(chǎn)率極高。

4 設(shè)備大型化思考

1)設(shè)備大型化不僅對設(shè)備制造提出了高要求，而且對工程設(shè)計也提出了更高的要求。目前部分行業(yè)規(guī)范不適應(yīng)設(shè)備大型化趨勢；對大型設(shè)備生產(chǎn)能力的估算有難度；設(shè)備大型化后設(shè)計工作需更加科學(xué)全面，這就要求設(shè)計單位轉(zhuǎn)變設(shè)計理念，提高設(shè)計手段，例如三維BIM設(shè)計[2]、JK工藝仿真軟件[3]等工程技術(shù)的應(yīng)用。

2)設(shè)備大型化不僅僅是設(shè)備幾何尺寸的增大，大型化也應(yīng)該代表著高效化、智能化。應(yīng)在大型化進程中大力提高設(shè)備生產(chǎn)效率和自動化水平，依托選礦設(shè)備大型化、智能化，實現(xiàn)選礦廠高作業(yè)率、低成本生產(chǎn)，將選礦行業(yè)轉(zhuǎn)變成高精尖產(chǎn)業(yè)。隨著信息、通訊自動化技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，將會深刻的影響和改變傳統(tǒng)選礦廠生產(chǎn)。遠程集中操作到無人選礦廠將是未來選礦發(fā)展的方向。目前總體水平距離這個目標(biāo)依然有一定距離。

3)國產(chǎn)大型設(shè)備起步晚，雖然目前例如球磨機等部分設(shè)備已經(jīng)達到行業(yè)先進水平，但整體而言與國外相比仍有一定的差距，許多選礦大型設(shè)備依然處于被國外公司壟斷的局面。例如大型破碎設(shè)備，依然處于被壟斷，所以該設(shè)備目前價格高、投資大。大力發(fā)展國產(chǎn)化設(shè)備有利于整個選礦行業(yè)的進步，爭取在大型選礦設(shè)備技術(shù)方面盡快趕上或超過世界先進水平。

4)繼續(xù)淘汰落后的選礦設(shè)備，進行資源整合和優(yōu)化，建設(shè)規(guī)模型、創(chuàng)新型、環(huán)保型、效益型的選礦廠。但設(shè)備大型化的應(yīng)用，也要結(jié)合實際，不應(yīng)盲目大型化，要根據(jù)礦山規(guī)模、開采規(guī)劃、投資回報等多方面考慮。總之，選礦設(shè)備大型化的發(fā)展是快速的、趨勢是不可逆的。