福建某大型選礦廠主廠房設計方案的比選

劉　斌

(廈門紫金工程設計有限公司)

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福建某大型選礦廠主廠房設計方案的比選

劉斌

(廈門紫金工程設計有限公司)

摘要為合理設計福建某大型選礦廠主廠房，從工藝流程、廠房布置、設備配置、設備投資、施工條件等各方面進行了綜合比選。經分析比較：最終磨礦廠房選擇平行式配置，浮選廠房選擇雙系列配置，藥劑制備廠房和鼓風機房靠近浮選廠房側布置；該建設方案廠房占地面積小、投資少、施工難度小、建設快，為同類型大型礦山的設計提供了參考依據。

關鍵詞選礦廠設計磨礦浮選設備配置廠房布置

受全球和中國經濟增速放緩的影響，銅金屬價格持續走低。福建某大型銅礦山隨著主井掘進深度加大，采出礦石銅品位下降，礦石中硫、砷含量升高，生產成本隨礦石性質變化而不斷攀升，逐漸削減了企業利潤。為提高自主創新能力、需要加快實施選廠技術升級、用規模效益來彌補較高的投資及成本費用。

福建某大型選礦廠設計規模為45 000 t/d，規模較大，通過現場考察內蒙古烏努格吐山銅鉬礦二期選礦廠(規模35 000 t/d)、伊春鹿鳴鉬礦選礦廠(規模50 000 t/d)和江西德興銅礦大山選礦廠(規模67 500 t/d)，吸取他們的先進設計理念和現場生產實踐經驗，對主廠房主要環節均進行了方案比較，并確定了最佳的選廠設計方案。

1礦石性質

福建某大型銅礦礦床類型屬上金下銅大型斑巖成礦系列-次火山高硫中低溫熱液礦床。銅礦體賦存于潛水面以下原生帶中，西北礦段已控制銅礦達大型。礦石主要有價組分為銅，此外，還伴生有金、銀、硫、鐵、鎵、明礬石、地開石等多種有益組份，有害組份主要為砷。銅礦礦石自然類型簡單，主要為花崗巖型硫化銅礦石(占81%)，其次為隱爆碎屑巖型硫化銅礦石(占15%)和英安玢巖型硫化銅礦石(占4%)。工業類型屬含硫砷銅礦的單一硫化銅礦石。

礦石的礦物組成比較簡單，主要由圍巖、熱液沉淀礦物和熱交代蝕變礦物組成。礦石中金屬礦物中以硫化物為主，金屬硫化物除黃鐵礦外，主要為銅的硫化物，該礦段發現的銅的硫化物16種，其中藍輝銅礦、銅藍、塊硫砷銅礦、硫砷銅礦占99.26%以上，其次為輝銅礦、斑銅礦等，其他銅金屬硫化物量極少。非金屬礦物主要為石英，次為地開石、明礬石、絹云母，少量重晶石、長石、白云母、氯黃晶等。礦石中主要有害元素是砷。原礦化學多元素分析結果見表1。

表1原礦化學多元素分析結果

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注：Au、Ag含量單位為g/t。

2選礦廠設計

選礦廠設計中主廠房設計是選礦廠設計的核心，主要包括磨礦廠房、浮選廠房、藥劑制備廠房、鼓風機房設計等。選礦工藝流程為半自磨+球磨+浮選工藝，選礦最終得到的產品為銅精礦和硫精礦。礦山服務年限為15 a，年工作制度330 d，每天3班，每班8 h。

2.1廠房布置與設備配置的基本原則[1-2]

(1)廠房布置必須充分體現流程特點，在總體布置上應做到投資省、建設快、指標先進、生產安全并符合環保要求。

(2)廠房布置應合理利用地形并力爭緊湊，公用設施應統一考慮，各種管線在技術允許條件下，應采用共桿、共溝、共架布置。

(3)廠房布置必須處理好與總圖、尾礦、給排水、電力、暖通、土建等專業的關系。

(4)設備配置必須符合工藝流程的要求，對礦石性質波動有足夠的適應性，并應具有改革流程和擴大規模的可能性。根據實際需要在場地和高差上留有一定余地，輔助設施上留有一定的靈活性。

(5)設備配置必須充分考慮環保、安全、勞保的各種規定。在設備安全罩、安全欄桿、防毒、防火、通風換氣、收塵、排污等方面應符合標準。

(6)設備配置要合理緊湊，各設備機組的間距不宜過大，考慮到土建柱網模數關系來確定。確保操作維護、檢修有足夠的工作面積和空間，上下工序物料轉運、輸送順暢，防止物料外濺與堵塞，盡量實現自流輸送。

2.2磨礦廠房設計

設計的磨礦工藝流程為：原礦經皮帶機輸送至φ11.0 m×5.4 m半自磨機，半自磨機排礦經直線振動篩2ZKR3675篩分后，篩下物料進入泵池，礦漿用泵揚送至水力旋流器分級；篩上物料(頑石)通過皮帶機轉運返回半自磨機，旋流器分級底流進入φ7.9 m×13.6 m球磨機，球磨機排礦進入泵池，再泵送至旋流器分級，球磨機和半自磨機共用一個泵池，共用渣漿泵和分級設備，旋流器分級溢流產品自流進入浮選廠房攪拌槽。設計磨礦工藝流程見圖1。

圖1　設計磨礦工藝流程

2.2.1磨礦廠房設備平行配置方案

磨機中心線與原礦堆中心線平行的配置形式。半自磨機排料端靠近球磨機排料端，泵池布置在兩磨機排料端中間，磨機與半自磨機共用泵池和渣漿泵，直線振動篩放在泵池正上方，篩下礦漿直接流入泵池，篩上物料(頑石)通過皮帶機轉運返回半自磨機，球磨機排料用漏斗自流入泵池，水力旋流器布置在廠房內靠近球磨機給料端側。檢修場地分布在磨礦廠房兩側，各占兩跨18 m，磨機檢修用起重機各配置1臺，半自磨機選用100/20 t橋式起重機，球磨機選用32/5 t橋式起重機。該配置方案廠房長度135 m，跨度33 m，高度30 m。

平行配置方案的優點：①設備配置緊湊、排列整齊、操作方便；②旋流器布置于廠房內，檢修方便；旋流器靠近浮選廠房側，溢流管道輸送距離短可減少磨浮廠房間高差。

平行配置方案的缺點：磨礦廠房長度大，高度大，廠房造價較高。

2.2.2磨礦廠房設備垂直配置方案

磨機中心線與原礦堆中心線垂直的配置形式。泵池設置在磨機排料端，直線振動篩放在泵池正上方，篩下礦漿直接流入泵池，篩上物料(頑石)通過皮帶機轉運返回半自磨機，球磨機排料用漏斗自流入泵池，磨機與半自磨機共用泵池和渣漿泵，水力旋流器布置在廠房外靠近球磨機給料端側。檢修場地分布在磨礦廠房兩側，各占兩跨18 m，磨機檢修用起重機各配置1臺，半自磨機選用100/20 t橋式起重機，球磨機選用32/5 t橋式起重機。該配置方案廠房長度108 m，跨度42 m，高度27 m，廠房外的旋流器平臺長45 m，寬18 m。

垂直配置方案的優點：①操作平臺整齊美觀，便于操作管理；②磨礦設備集中，便于礦漿自流及礦漿分配，起重機利用率高。

垂直配置方案的缺點：①磨礦廠房跨度大，廠房空間利用率低；②旋流器分級溢流進浮選廠房管道需橫跨整個磨礦廠房，影響廠房美觀；③頑石轉運需增加一條皮帶，旋流器布置于廠房外需增加一個平臺，同時考慮到機械手拖車位置，磨礦廠房總占地面積較大。

經過方案比較，方案1配置緊湊、占地面積小、填挖方量小、施工難度小、投資少、磨礦廠房長度與浮選廠房長度相適應。因此，最終確定選擇平行式配置方案。

2.3浮選廠房設計

水力旋流器分級溢流產品粒度為-0.074 mm 62%，設計選別工藝流程為：分級溢流自流進入浮選廠房銅浮選攪拌槽，經攪拌調漿后進入銅粗選1，銅粗選1精礦自流進入銅精選1，銅粗選1尾礦進入銅粗選2作業；銅精選1精礦用泡沫泵揚送至銅精選2；銅精選2精礦泵送至銅精礦濃密機，銅精選2尾礦返回銅精選1；銅粗選2精礦自流進入銅精選1，銅粗選2尾礦進入銅掃選1作業；銅掃選1精礦和銅精選1尾礦合并后一起用泡沫泵返回銅粗選2作業，銅掃選1尾礦進入銅掃選2作業；銅掃選2精礦用泡沫泵返回銅掃選1作業，銅掃選2尾礦進入硫浮選攪拌槽；經攪拌調漿后進入硫粗選，硫粗選精礦自流進入硫精選1，硫粗選尾礦進入硫掃選作業；硫精選1精礦用泡沫泵揚送至硫精選2，硫精選1尾礦和硫掃選精礦合并后一起用泡沫泵返回硫粗選作業；硫精選2精礦泵送至硫精礦濃密機，硫精選2尾礦返回硫精選1；硫掃選尾礦經溜槽自流至尾礦濃密機。銅硫粗、掃選采用KYF-320充氣機械攪拌式浮選機，銅硫精選采用KYF-70充氣機械攪拌式浮選機。設計選別工藝流程見圖2。

圖2　浮選設計選別工藝流程

2.3.1浮選廠房設備單系列配置方案

單系列配置。銅浮選：選擇1臺φ7.5 m×7.5 m攪拌槽，設計攪拌時間4 min，實際攪拌時間5 min；銅粗掃選選擇13臺KYF-320充氣機械攪拌式浮選機，設計浮選時間36 min，實際浮選時間42 min；銅精選選擇5臺KYF-70充氣機械攪拌式浮選機，設計浮選時間20 min，實際浮選時間26 min。硫浮選：選擇1臺φ7.5 m×7.5 m攪拌槽，設計攪拌時間3 min，實際攪拌時間4 min；硫粗掃選選擇7臺KYF-320充氣機械攪拌式浮選機，設計浮選時間18 min，實際浮選時間21 min；硫精選選擇7臺KYF-70充氣機械攪拌式浮選機，設計浮選時間22 min，實際浮選時間27 min。

銅硫粗掃選浮選機間呈階梯布置，自流高差800 mm，同一作業可2臺一個階梯，銅硫精選浮選機間呈階梯布置，自流高差600 mm，同一作業可2臺一個階梯，操作平臺的高差也隨之相應地變化，按此設計銅硫粗掃選設備配置總高差12 m，銅精選設備配置總高差1.2 m，硫精選設備配置總高差1.8 m，檢修場地分布在浮選廠房兩側，各占兩跨18 m，因浮選廠房較長，浮選機檢修選用2臺20 t電動單梁起重機，起重機平時停靠在浮選廠房兩側。該配置方案浮選廠房長度189 m，跨度30 m，高度36 m。

單系列配置方案的優點：①設備配置連續緊湊、礦漿流動順暢；②可減少各浮選作業組之間的管道連接長度，減少浮選廠房的長度，廠房占地面積較小。

單系列配置方案的缺點：①設備配置高差較大，易形成高大擋墻，施工難度較大，基建投資較高；②廠房內管道交錯，對自動化及操作不利。

2.3.2浮選廠房設備雙系列配置方案

雙系列配置。每個系列銅浮選：選擇1臺φ6.0 m×6.0 m攪拌槽，設計攪拌時間4 min，實際攪拌時間5 min；銅粗掃選選擇7臺KYF-320充氣機械攪拌式浮選機，設計浮選時間36 min，實際浮選時間45 min；銅精選選擇3臺KYF-70充氣機械攪拌式浮選機，設計浮選時間20 min，實際浮選時間30 min。每個系列硫浮選：選擇1臺φ6.0 m×6.0 m攪拌槽，設計攪拌時間3 min，實際攪拌時間4 min；硫粗掃選選擇4臺KYF-320充氣機械攪拌式浮選機，設計浮選時間18 min，實際浮選時間24 min；硫精選選擇4臺KYF-70充氣機械攪拌式浮選機，設計浮選時間22 min，實際浮選時間32 min。

銅硫粗掃選浮選機間呈階梯布置，自流高差800 mm，同一作業可2臺一個階梯，銅硫精選浮選機間呈階梯布置，自流高差600 mm，同一作業可2臺一個階梯，操作平臺的高差也隨之相應地變化，按此設計銅硫粗掃選設備配置總高差7.6 m，銅精選設備配置總高差0.6 m，硫精選設備配置總高差0.6 m，檢修場地分布在浮選廠房兩側，各占兩跨18 m，因浮選廠房較長，浮選機檢修選用2臺20 t電動單梁起重機，起重機平時停靠在浮選廠房兩側。該配置方案浮選廠房長度216 m，跨度30 m，高度31 m。

雙系列配置方案的優點：①設備配置整齊美觀、生產調節靈活方便，若生產技術條件發生變化如礦石性質改變、藥劑種類變更等便于比較雙系列各自的選別指標；②設備配置高差較小，可降低廠房高度，磨浮廠房間及浮選廠房內不會形成高大擋墻，施工難度較小。

雙系列配置方案的缺點：①浮選設備較多，比方案1增加2臺KYF-320浮選機和2臺KYF-70浮選機，精礦返回泡沫泵數量多，設備投資大，運營成本高；②礦漿分配需設計專業的分配器，礦漿等量控制難度較大。

經過方案比較，雙系列配置方案整齊美觀、生產調節靈活方便、填挖方量小、施工難度小、基建投資少。因此，最終確定選擇雙系列配置方案。

2.4藥劑制備廠房設計

藥劑儲存于藥劑倉庫，經叉車運輸至藥劑制備廠房。藥劑制備廠房負責浮選作業的藥劑制備和添加工作，是浮選廠生產的重要環節，在浮選過程中有必要精確添加各種浮選藥劑，藥劑添加精度將決定浮選的效果[3]。

2.4.1計量泵方案

藥劑通過廠房內的2 t電動單梁起重機加入藥劑攪拌槽，經過藥劑攪拌槽加水攪拌制備成一定濃度的藥液，然后自流進儲藥槽，再用計量泵添加到各給藥點。水玻璃、丁黃藥、丁胺黑藥、2#油4種藥劑共24個添加點，備用6個，共需30臺計量泵，計量泵單價大約4萬元/臺，設備投資估算120萬元。

計量泵方案的優點：①藥劑添加可通過變頻控制，計量準確；②便于自動化控制。

計量泵方案的缺點：①計量泵非金屬膜片在高壓工況下性能不穩定、容易破損；②計量泵停機時間稍長，進出口容易堵塞。

2.4.2自動加藥機方案

藥劑通過廠房內的2 t電動單梁起重機加入藥劑攪拌槽，經過藥劑攪拌槽加水攪拌制備成一定濃度的藥液，然后自流進儲藥槽，再用自動加藥機添加到各給藥點。自動加藥機可設置30個加藥點，設備價格大約30萬元/臺。

自動加藥機方案的優點：①不需要藥劑泵提升藥劑，可實現藥液低位向高位添加；②加藥機本身具有自吸功能，可直接從儲藥槽吸藥，不需要恒位加藥箱，安裝靈活、簡便；③藥罐容積固定，罐數計量法準確度高，不受液位及黏度變化影響。

自動加藥機方案的缺點：①使用一段時間后，由于藥劑在管道內淤積，造成藥劑添加失準，尤其是低劑量藥劑的添加；②電磁閥磨損較快[4]。

經過方案比較，采用自動加藥機方案投資較小、操作簡單、安裝靈活、檢修方便。因此，最終確定選擇自動加藥機方案。

2.5鼓風機房設計

鼓風機房負責為浮選作業供氣，經過計算，按照1.1 m3/(m2·min)的氣量要求，22臺320 m3浮選機需要氣量1 278 m3/min，14臺70 m3浮選機需要氣量302 m3/min，共計需氣量1 580 m3/min。

2.5.1鼓風機同型號方案

選擇3臺C850浮選機專用離心鼓風機，風機風量850 m3/min，浮選機進口升壓65 kPa，電機功率 1 400 kW，2用1備。鼓風機檢修選用1臺16 t電動單梁起重機，鼓風機廠房長度36 m，跨度9 m，高度12 m。

2.5.2鼓風機不同型號方案

320 m3的浮選機選用一種風機，風機風量700 m3/min，浮選機進口升壓65 kPa，電機功率1 250 kW，2用1備；70 m3的浮選機用一種風機，風機風量180 m3/min，浮選機進口升壓40 kPa，電機功率200 kW，2用1備。鼓風機檢修選用1臺16 t電動單梁起重機，鼓風機廠房長度45 m，跨度9 m，高度12 m。

經過方案比較，鼓風機采用同型號方案投資少、運營費用低、廠房占地面積小、備品備件便于采購管理、檢修維護方便。因此，最終確定選擇同型號方案。

3結語

(1)福建某大型選礦廠主廠房經過方案比較，磨礦廠房選擇平行式配置，廠房占地面積小、填挖方量小、施工難度小、投資少、磨礦廠房長度與浮選廠房長度相適應；浮選廠房選擇雙系列配置，廠房整齊美觀、生產調節靈活方便、填挖方量小、施工難度小、基建投資少；藥劑制備廠房和鼓風機房靠近浮選廠房側布置，可縮短輸送距離，同時便于管道布置。

(2)選礦廠主廠房設計過程中應密切結合工程實際，確定合適的工藝流程，選擇適宜的選礦設備，進行合理的設備配置，對輔助設施、綜合回收、環境保護等都要進行精心設計，并對方案進行充分比較，力求投資少，建設快，使選礦廠基建投資發揮最大的效益，同時為未來生產獲得較高的技術經濟指標創造條件。

參考文獻

[1]馮守本.選礦廠設計[M].北京：冶金工業出版社，2005.

[2]《選礦設計手冊》編委會.選礦設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，2007.

[3]李思,李世厚.浮選自動加藥機的研究概況[J].礦產保護與利用，2011(3)：54-58.

[4]黃斌,黃宋魏,韓中園.一種新型自動加藥控制系統的設計[J].有色金屬：選礦部分，2014(6)：80-83.

(收稿日期2015-12-02)

劉斌(1980—)，男，工程師，碩士研究生，361006 福建省廈門市湖里區翔云三路128號。