南芬選礦廠處理北山采區礦石選礦工藝流程改造

趙鐵林

(本溪鋼鐵(集團)礦業有限責任公司，遼寧 本溪 117000)

本鋼南芬選礦廠是上世紀初期投產使用的老廠，是本鋼集團公司的主要原料基地之一，所處理的礦石95%以上來自南芬露天礦，生產鐵品位67.50%以上的優質鐵精粉。隨著南芬露天礦開采逐步向深部推進，主采區年出礦量從原1 330萬t降至900萬t，北山采區礦石出礦比例逐年增加，由最初30萬t/a大幅增加到450萬t/a以上。北山采區礦石結晶粒度細、礦物組成復雜，屬難磨難選礦石，導致選礦廠近年來精礦質量波動較大，精礦產量下降。因此，南芬選礦廠圍繞北山采區礦石進行了大量的研究工作，委托中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司和東北大學對北山采區礦石進行礦石可磨度、可選性、鐵礦物組成以及單體解離度研究，得出北山采區礦石性質接近于磁鐵赤鐵石英巖和赤鐵磁鐵石英巖(過渡類型)，結晶粒度細，屬于難磨難選礦石，南芬選礦廠原單一磁選流程不適宜處理該類型礦石，若仍采用原磁選工藝流程很難滿足目前公司對精礦質量和產量的要求。經過與專家反復研究，公司從實際情況出發選擇既投資少又見效快的解決方案，即設計增加一段磨選工藝，將原兩段磨選改造成為三段磨選工藝流程，使礦石充分細磨達到單體解離，保證精礦質量的同時最大限度提高金屬回收率。

1 北山采區礦石性質

1.1 礦石化學多元素分析

對南芬選礦廠北山采區礦石代表性礦樣進行化學多元素分析，結果見表1。

表1 礦石化學多元素分析結果Table 1 Chemical multielement analysis results of the ore %

由表1可知，礦石鐵品位為29.56%，SiO2含量為49.68%，有害元素硫含量為0.43%、磷含量為0.057%，有害元素含量較低，對鐵精礦選別影響不大。

1.2 礦石鐵物相分析

對礦石進行鐵物相分析，結果見表2。

表2 礦石鐵物相分析結果Table 2 Iron phrase analysis results of the ore %

由表2可知：礦石中鐵主要存在于磁鐵礦中，以磁鐵礦形式存在的鐵含量為22.52%，占有率為75.91%；其次為赤(褐)鐵礦中鐵、硅酸鐵、菱鐵礦中鐵，鐵占有率分別為10.45%、7.85%、4.67%；此外，少量鐵以黃鐵礦形式存在。

研究表明，北山采區礦石以磁鐵礦為主，測得磁性率為41.45%，但由于非磁性二價鐵(菱鐵礦、黃鐵礦、硅酸鐵)含量高，影響磁性率出現假象現象，除去弱磁性、非磁性二價鐵影響，礦石磁鐵礦含量低，還原后的實際磁性率僅32.69%，礦石化學性質接近于過渡類型礦。

1.3 礦石粒度組成分析

對礦石進行粒度組成分析，結果見表3。

由表3可知，礦石結晶粒度較細，礦石中粗粒級鐵品位較低，細粒級鐵品位較高。

由于北山采區礦石結晶粒度比較細，難磨難選，對北山采區及主采區礦石分別進行Bond球磨功指數測定(-200目)，北山采區礦石為14.853 7 kW·h/t，而主采區礦石為8.99 kW·h/t，即北山采區礦石比主采區礦石硬得多，直接影響了磨機能力，同時北山采區礦石結晶粒度細，-325目達到85%以上才能達到單體解離。

表3 礦石粒度分析結果Table 3 Particle size analysis results of the ore

2 改造前工藝

2.1 原工藝流程

南芬選礦廠原工藝流程可以概括為兩段閉路階段磨礦—三段選別—磁選柱精選—高頻細篩自循環工藝。工藝流程見圖1。

圖1 南芬選礦廠原工藝流程Fig.1 Nanfen plant original process flow

2.2 原磨選工藝存在的問題

近幾年來，北山采區出礦量逐年增加，而主采區出礦量逐年降低，具體見表4。

由于北山采區和主采區礦石混合生產，隨著北山采區礦石量的增加，選礦廠磨機能力逐年下降，精礦質量及金屬回收率都明顯降低，具體見表5，影響了選礦廠生產任務的完成。

隨著北山采區出礦量的增加，主采區出礦量減少，南芬選礦廠鐵精礦產量逐年下降，選礦比逐年增加。生產實踐表明，北山采區礦石難磨難選，鐵礦物結晶粒度細?，F有工藝流程與礦石性質不匹配，直接制約了選礦廠的生產，嚴重影響選礦廠各項生產指標。

表4 北山采區與主采區近年來出礦量Table 4 Ore output of Beishan Mining Area and Main Mining Area

表5 2014—2017年選礦廠主要生產指標Table 5 Main production indicators of mineral processing plant during 2014—2017

2.3 原工藝的局部生產優化

由于北山采區礦石結晶粒度細，為滿足精礦質量要求，需要細磨提高鐵礦物單體解離度，因此南芬選礦廠探索了采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨機單獨處理北山采區礦石工業試驗，原φ2 700 mm×3 600 mm球磨機只處理主采區礦石。生產試驗結果表明，采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨機進行磨礦有利于提高北山采區礦石磨礦產品粒度，對磨礦后產品進行選別的生產指標也明顯好于原采用φ2 700 mm×3 600 mm球磨時指標。φ3 600 mm×6 000 mm球磨機處理能力相對穩定，磨礦產品粒度細，精礦質量好，鐵回收率較高。因此從2014年7月份開始確定φ3 600 mm×6 000 mm球磨機單獨處理北山采區礦石。

采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨機單獨處理北山采區礦石后，發現一段磁選機尾礦量增大，二段球磨機給礦量不足，這也嚴重影響磨機磨礦效率。另外，原φ2 700 mm×3 600 mm球磨機系統處理主采區礦石后存在二段磨礦能力不足的問題，因此通過多次工業試驗和技術論證，將φ2 700 mm×3 600 mm球磨機部分產品給入到φ3 600 mm×6 000 mm球磨機系統進行處理，改造后流程運行相對平穩。

采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨機單獨處理北山采區礦石效果相對較好，生產指標也有一定程度提高，但隨著北采區出礦比例大幅增加，現有兩段磨選工藝與礦石性質不匹配問題更加凸顯，嚴重影響生產指標。因此南芬選礦廠通過大量試驗研究，最后確定在原流程基礎上增加1段磨選工藝，以提高北山采區礦石金屬回收率。

3 三段磨選工藝改造

3.1 三段磨礦流程改造方案

原流程處理北山采區礦石，由于采用兩段磨選、細篩自循環工藝造成二次循環負荷過大，生產指標惡化。把原流程中細篩篩上產品及經濃縮磁選后的磁選柱尾礦直接給入第三段磨選流程進行再磨再選，形成開路從而不在原兩段磨選、細篩流程內閉路循環。三段磨選工藝流程為礦漿經旋流器粒度分級后，沉砂給入三段磨礦，三磨排礦給入旋流器再次粒度分級，旋流器溢流再經脫水槽及兩段磁選機進行選分后，精礦產品與原流程精礦混合成最終精礦。改造后工藝流程見圖2。

圖2 改造后工藝流程Fig.2 Process flow after transformation

由于北山采區礦石難磨難選，選礦流程由二段磨選改為三段磨選，解決了2段磨礦負荷大的難題，使礦石單體解離度提高，從而更易選分，相對原流程提高了磨機能力、精礦品位和金屬回收率。

3.2 三段磨礦流程生產實踐

新建的三段磨選流程于2015年6月投入運行，主要添加設備包括φ4 300 mm×8 500 mm球磨機、FX-250×22旋流器組，以及脫水槽、永磁磁選機等。

三段磨選流程建成投產后，經過2個多月的生產調試，生產運行平穩，達到設計要求，能夠滿足精礦質量要求，根據流程考察結果，精礦鐵品位達到66%時，精礦細度為-0.074 mm占93.2%。三段磨選選別工藝指標見表6。

表6 三段磨選指標Table 6 Third stage grinding and beneficiation index %

3.3 三段磨選流程建成后與原流程對比

三段磨選工藝流程穩定運行后，選礦廠對三段磨選進行全流程工藝考察。改造后球磨機給礦能力115～120 t/(臺·h)，原礦鐵品位29.20%，最終精礦鐵品位66.67%，尾礦鐵品位13.96%，鐵回收率64.15%。改造前2015年1月至5月中旬原流程處理北山采區礦石，最終精礦鐵品位66.13%，鐵回收率57.42%。與改造前北山采區礦石生產指標相比，精礦鐵品位提高了0.54個百分點，鐵回收率提高了6.73個百分點。三段磨礦工藝對原流程提高磨機能力及穩定產品質量作用明顯，金屬回收率也得到有效提高，經濟效益顯著。

4 經濟效益分析

三段磨選流程工藝改造后，三段磨選系統穩定運行，原有流程工作效率增加，對比改造前工藝鐵回收率提高了6.73個百分點，按全年處理200萬t過渡類型礦計算，增產鐵精礦3.52萬t。釋放了原磨選流程球磨機給礦能力，對照改造前原φ3 600 mm×6 000 mm球磨機，平均處理能力增加7.58 t/h，原流程φ2 700 mm×3 600 mm球磨機處理能力平均增加0.82 t/h，增產鐵精礦4.83萬t?？傆嫸喈a精礦8.35萬t。按當前鐵精粉價格計算，項目成功運行后每年可為選礦廠增加銷售收入4 158.7萬元，每年為選礦廠多創利潤1 345.6萬元。

5 結 論

(1)北山采區礦石鐵品位為29.56%，鐵主要存在于磁鐵礦中，以磁鐵礦形式存在鐵占總鐵的75.91%，礦石實際磁性率為32.69%，礦物屬過渡類型礦，且礦石鐵礦物結晶粒度細，難磨難選。

(2)3段磨選流程可以消除連生體內循環對選別過程的影響，將高頻振動篩和磁選柱流程打開，將篩上產品和磁選柱尾礦再磨，消除了連生體對選別的影響。

(3)將原兩段磨選、細篩自循環工藝改造為三段磨選，即原流程中細篩篩上產品及經濃縮磁選后的磁選柱尾礦直接給入第三段磨選流程進行再磨再選，解決了2段磨礦負荷大的難題，使礦石鐵礦物單體解離度提高，從而更易選分，相對原流程提高了磨機能力和精礦指標，且每年可為選廠多創利潤1 345.6萬元，經濟效益顯著。

[1] 趙振明．馬鋼姑山選礦工藝技術改造與實踐[J]．現代礦業，2011(10):66-67.

Zhao Zhenming.Improvement and practice of beneficiation process in Magang Gushan Iron Mine[J].Modern Mining,2011(10):66-67.

[2] 席江偉，張潤身，張麗媛，等．廟溝鐵礦選礦工藝綜合改造實踐[J]．礦業工程，2012(4):23-35.

Xi Jiangwei,Zhang Runshen，Zhang Liyuan,et al.Comprehensive improvement of beneficiation process in Miaogou Iron Mine[J].Mining Engineering,2012(4):23-35.

[3] 張永坤，鄭為民，牛福生．司家營鐵礦選礦工藝改進及生產實踐[J]．金屬礦山，2010(9):56-58.

Zhang Yongkun,Zheng Weimin,Niu Fusheng.Improvement of processing in Sijiaying Iron Ore and its production practice[J].Metal Mine,2010(9):56-58.

[4] 曹青少，蔣文利．首鋼水廠選礦廠磁鐵礦選礦工藝流程優化研究與實踐[J]．礦冶工程，2006(10):24-28.

Cao Qingshao,Jiang Wenli.Optimization of mineral processing flowsheet to recover magnetite in Shougang Shuichang Mine[J].Mining and Metallurgical Engineering,2006(10):24-28.

[5] 段偉偉，馬錦黔，李庚輝．南芬選礦廠三段磨選工程工藝設計及工業應用[J]．礦業工程，2016(4):27-30.

Duan Weiwei,Ma Jinqian,Li Genghui.Third-stage separation and grinding process design for Nanfen Concentrate Plant and its industrial application[J].Mining Engineering,2016(4):27-30.

[6] 李 剛．水廠鐵礦選礦工藝流程的改進[J]．現代礦業，2016(10):69-71.

Li Gang.Mineral processing flowsheet improvement in Shuichang Mine[J].Modern Mining,2016(10):69-71.