思山嶺鐵礦地下選礦廠工藝設(shè)計

朱德馨　陸長龍

(1.金建工程設(shè)計有限公司；2.長春黃金設(shè)計院)

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思山嶺鐵礦地下選礦廠工藝設(shè)計

朱德馨1陸長龍2

(1.金建工程設(shè)計有限公司；2.長春黃金設(shè)計院)

思山嶺鐵礦屬大型地下開采礦山，采用地表選礦廠對礦石進(jìn)行處理時井下提升和地表運(yùn)輸成本高。為降低企業(yè)生產(chǎn)成本，考慮將選礦廠直接建到地下深部，不但可以減少地表選礦廠占地，降低對地表環(huán)境的影響，還可以降低生產(chǎn)成本。根據(jù)思山嶺鐵礦礦石性質(zhì)，由條件試驗確定采用濕式磁選拋尾、階段磨礦階段磁選工藝。對半自磨工藝與高壓輥磨工藝的投資、生產(chǎn)經(jīng)營費(fèi)用等比較后，確定采用粗碎—半自磨細(xì)碎—濕式磁選拋尾—階段磨礦—階段弱磁選工藝，該工藝具有流程簡單、硐室數(shù)量少、井下基建工程量小、基建周期短、井下運(yùn)輸及通風(fēng)系統(tǒng)相對簡單等特點(diǎn)。

磁鐵礦石地下選礦廠方案比較選礦工藝設(shè)計

目前，國內(nèi)外大部分地下礦山都采用地表選礦廠對礦石進(jìn)行處理，井下開采的礦石經(jīng)運(yùn)輸、提升后運(yùn)至地表選廠，但隨著礦石開采深度的增加，井下提升和地表運(yùn)輸成本逐漸提高，為降低企業(yè)生產(chǎn)成本，考慮將選礦廠直接建到地下深部，從而降低提升系統(tǒng)運(yùn)營成本，此外還可以減少地表選礦廠占地，降低對地表環(huán)境的影響，對企業(yè)具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1　國內(nèi)外地下選礦廠應(yīng)用現(xiàn)狀

目前在地下采礦巷道中建有選礦廠的國家主要有加拿大、美國、智利、烏克蘭等。

(1)加拿大不列顛哥倫比亞JokerFlats金礦設(shè)有地下選廠，該公司選廠日處理原礦675t，采用兩段破碎，階段磨礦—重選—浮選—氰化聯(lián)合工藝流程，選廠布置形式采用階梯形布置。

(2)美國新澤西鋅公司在科羅拉多洛基山脈英格礦設(shè)有一座鉛鋅浮選廠，選廠處理能力為1 080t/d，選礦工藝采用兩段破碎+棒磨+球磨+單一浮選流程。

(3)智利AndinaSur-Sur露天銅礦生產(chǎn)規(guī)模1.8萬t/d，設(shè)有地下選廠，原礦由汽車運(yùn)至放礦溜井，在地下破碎站破碎后再運(yùn)至地下選礦車間。

(4)烏克蘭克里沃羅格鐵礦區(qū)巨人礦地下選廠年處理能力為200萬t，地下選廠設(shè)在-800m水平，選廠采用階梯式布置，在-715m、-755m、 -800m水平分別建有粗碎硐室、中細(xì)碎硐室及磨礦選別硐室，破碎工藝采用兩段開路破碎，地下選廠最終產(chǎn)品為含鐵57%的鐵精礦，經(jīng)濃縮后由泵送至地表進(jìn)入再磨精選作業(yè)，地下選廠尾礦經(jīng)濃縮后進(jìn)入井下充填系統(tǒng)。

2　原礦性質(zhì)

思山嶺鐵礦屬大型地下開采礦山，礦床埋藏深度為404～1 934m，儲量23億t，根據(jù)礦床的開采條件和保有資源量，一次規(guī)劃，分期實施，一期生產(chǎn)規(guī)模為1 500萬t/a。對思山嶺鐵礦原礦進(jìn)行化學(xué)多元素分析和鐵物相分析，結(jié)果分別見表1、表2。

表1　原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

表2　原礦鐵物相分析結(jié)果 %

由表1可以看出，原礦是以鐵礦物為主的礦石，主要雜質(zhì)成分為SiO2，含量達(dá)48.04%，是選礦主要脫除的對象，雜質(zhì)硫含量為0.13%，磷含量較低，未發(fā)現(xiàn)可綜合回收的伴生有益元素。

由表2可知，礦石中磁鐵礦中鐵分布率為75.63%，赤(褐)鐵礦中鐵分布率為11.33%，硅酸鐵分布率6.57%。

3　選礦試驗流程

根據(jù)礦石性質(zhì)，在條件試驗的基礎(chǔ)上確定的選礦工藝流程見圖1。由圖1可知，采用濕式預(yù)選拋尾，階段磨礦階段磁選流程，可以獲得精礦鐵品位67.64%、回收率78.22%的指標(biāo)。

圖1　選礦工藝試驗流程

4　選礦廠工藝設(shè)計

4.1碎磨工藝方案比較

選礦廠的破碎與磨礦作業(yè)在選礦工藝中是不可缺少的重要組成部分，它不僅影響基建投資，而且合理磨礦細(xì)度是后續(xù)選別作業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)提高的前提。目前，碎磨工藝主要有“常規(guī)破碎+球磨”、“半自磨(自磨)+球磨”及“高壓輥磨+球磨”的碎磨工藝。

“常規(guī)破碎+球磨”方案雖然應(yīng)用較為廣泛，但在地下建設(shè)選廠時，該方案存在工藝流程長、折返皮帶多等缺點(diǎn)，且破碎產(chǎn)品最終粒度無法達(dá)到-3mm，故方案比較中暫不考慮“常規(guī)破碎+球磨”方案。高壓輥磨工藝具有破碎比大、產(chǎn)品粒度細(xì)，可減少后續(xù)磨礦系統(tǒng)投資等優(yōu)點(diǎn)；半自磨工藝具有流程短、硐室少、井下基建工程量小、基建周期短、井下運(yùn)輸及通風(fēng)系統(tǒng)相對簡單等特點(diǎn)；為追求最佳綜合經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)不同工藝的井下選礦系統(tǒng)布置特點(diǎn)，設(shè)計將高壓輥磨方案、半自磨方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，比較時兩方案設(shè)計規(guī)模均為1 500萬t/a。

高壓輥磨方案采用兩段開路破碎—高壓輥磨閉路—(-3mm)濕式篩分—弱磁粗選—階磨階選工藝。半自磨方案采用粗碎—半自磨—(-3mm)濕式篩分—弱磁粗選—階磨階選工藝。高壓輥磨方案與半自磨方案所需主要設(shè)備分別見表3、表4，兩種方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果見表5，兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)比較結(jié)果見表6。

表5、表6表明：與高壓輥磨方案相比，半自磨方案設(shè)備投資較高，但井巷工程費(fèi)用低，半自磨方案比高壓輥磨方案總投資少26 246萬元；生產(chǎn)經(jīng)營費(fèi)用方面：半自磨方案在鋼球、襯板、電耗方面成本較高，高壓輥磨方案電耗低，但輥面費(fèi)用較高。年運(yùn)營費(fèi)用方面，半自磨方案比高壓輥磨方案多 1 133萬元/a，結(jié)合地下選礦廠建設(shè)特點(diǎn)，考慮半自磨工藝與高壓輥磨工藝相比具有流程短、粉塵少、地下硐室數(shù)量少、地下基建工程量小、基建周期短、施工難度小、地下運(yùn)輸及通風(fēng)系統(tǒng)相對簡單，設(shè)計最終采用半自磨方案，即半自磨方案作為地下選廠建設(shè)方案。

表3　高壓輥磨方案所需主要選礦設(shè)備

表4　半自磨方案所需主要選礦設(shè)備

表5　兩方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果 萬元

4.2選礦工藝流程

思山嶺鐵礦為地下開采，采出礦石粒度-1 000mm，礦石鐵品位29.48%，根據(jù)方案比較結(jié)果，設(shè)計破碎工藝采用一段破碎，根據(jù)礦石性質(zhì)并結(jié)合類似礦山生產(chǎn)的成熟經(jīng)驗，破碎環(huán)節(jié)設(shè)計采用干式拋尾作業(yè)以減少入磨礦石量，提高入磨礦石品位。

思山嶺鐵礦礦石組成簡單，選礦試驗結(jié)果表明，采用階段磨礦、階段選別工藝可以得到較好的工藝指標(biāo)。設(shè)計磨選工藝采用半自磨—(-3mm)濕式篩分—弱磁粗選—階磨階選工藝。工藝流程見圖2，獲得的技術(shù)指標(biāo)見表7。

表6　兩方案優(yōu)缺點(diǎn)比較結(jié)果

圖2　選礦工藝流程

產(chǎn)品礦量/(萬t/a)產(chǎn)率/%TFe品位/%回收率/%精礦527.2535.1565.0077.50尾礦897.7559.8510.2320.78廢石75.005.0010.171.72原礦1500.00100.0029.48100.00

5　地下選礦廠建設(shè)難點(diǎn)分析及應(yīng)對措施

思山嶺鐵礦建設(shè)地下選礦廠主要技術(shù)難點(diǎn)在于地下超大斷面硐室施工、充填管路結(jié)料、礦山建設(shè)初期采充不平衡問題、地下大型設(shè)備運(yùn)輸、精礦輸送等。

(1)硐室施工。設(shè)計地下選廠硐室最大斷面為24m，通過對地下巖土工程條件分析，主要硐室所處圍巖巖石質(zhì)量較好、巖體完整，支護(hù)加固應(yīng)以改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)充分發(fā)揮圍巖自身承重能力為主，具體以柔性支護(hù)和剛性支護(hù)相結(jié)合的方式進(jìn)行支護(hù)加固。

(2)充填系統(tǒng)。針對長距離垂直輸送膠結(jié)料的問題，需要對輸送管路設(shè)置檢測儀表進(jìn)行實時監(jiān)測，實時調(diào)整風(fēng)壓來調(diào)節(jié)膠結(jié)料的輸送工況，避免結(jié)塊堵管；選用可靠的膠結(jié)料料位監(jiān)測儀表，及時注意倉頂料位波動值，避免冒頂。

(3)采充不平衡。礦山投產(chǎn)初期，井下暫未形成充填空區(qū)，此時選廠排出的尾礦不能用于井下充填，需要排至地表，隨著生產(chǎn)能力提高，井下開始進(jìn)行充填作業(yè)，逐漸實現(xiàn)采充平衡，此時井下仍應(yīng)保有足夠采空區(qū)，可作為尾砂充填作業(yè)流程中斷時的充填緩沖區(qū)。

(4)設(shè)備運(yùn)輸。設(shè)計中應(yīng)充分考慮大型設(shè)備零部件的運(yùn)輸下放，設(shè)計選礦設(shè)備尺寸最大的為φ11m×5.8m半自磨機(jī)，針對半自磨大型設(shè)備，應(yīng)對大齒圈、筒體端蓋，筒體等主要部件進(jìn)行拆分，然后采用穩(wěn)車緩慢下放，巷道中運(yùn)輸采用電機(jī)車牽引重型平板車緩慢運(yùn)輸。

(5)精礦輸送。精礦輸送選用超高揚(yáng)程隔膜泵，設(shè)計時考慮將尾礦輸送管布設(shè)在鉆孔內(nèi)，確保輸送管路的安全，且在泵房應(yīng)設(shè)有安全閥和放空事故池，可消除突然停泵時產(chǎn)生的水錘危害。

6　結(jié)　語

(1)思山嶺鐵礦屬大型地下礦山，礦床埋藏深度達(dá)404～1 934m。礦石主要有用元素為鐵，鐵主要以磁性鐵形式存在，是選礦主要回收的對象。

(2)半自磨工藝與高壓輥磨工藝相比具有流程短、粉塵少、地下硐室數(shù)量少、地下基建工程量小、基建周期短、施工難度小、地下運(yùn)輸及通風(fēng)系統(tǒng)相對簡單，設(shè)計最終采用半自磨方案，即采用粗碎—半自磨—濕式磁選拋尾—階段磨礦—階段弱磁選工藝。

[1]安登氣，李輝躍．遼寧本溪思山嶺鐵礦選礦試驗研究報告[R].長沙：長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，2012．

[2]郭金峰．論地下礦山無廢料開采技術(shù)的研究[J]．金屬礦山，2010(3)：13-17．

[3]胡愛華，子彥．選廠設(shè)在地下的無廢采選生產(chǎn)[J]．世界采礦快報，1993(1)：2-4．

[4]施瓦茨，謝米金，濟(jì)采爾．地下采選聯(lián)合企業(yè)的無廢生產(chǎn)工藝[J]．國外金屬礦山，1993(2)：65-69.

[5]《選礦設(shè)計手冊》編委會．選礦設(shè)計手冊[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2011．

2016-04-05)

朱德馨(1984—)，男，工程師，碩士，264670山東省煙臺市學(xué)府西路18號。