某鐵礦選別工藝設計方案探討

何榮權，李淑菲

(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)

1 前言

新建礦山的開發建設都需對選礦工藝流程方案進行選取，而選取一個合適的選礦工藝流程是新建礦山開發建設階段的重中之重，直接關系礦山開發的成敗，因此一般在項目開發的可行性研究階段或技術論證階段均需要對選礦工藝流程進行詳細的試驗研究，并且在試驗研究的基礎上進行詳細的技術經濟比較，以確定合適的選礦工藝。

鐵礦石根據礦石類型不同，選礦性質難易不一，差別較大，幾乎所有的選礦方法均可作為鐵礦石的選別方法，因此針對某具體新建礦山開展選別工藝流程研究十分必要。一般單一磁鐵礦主要工藝流程有：單一磁選流程和磁選+反浮選流程。單一磁選流程又包括一段磨礦、一段磁選流程；階段磨礦、階段磁選流程和階段磨選+細篩流程[1]。含有赤鐵礦或伴生其它金屬的磁鐵礦的選礦工藝流程更加復雜和多變，組合形式更多，試驗和比較的工作量也將更大[2～6]。

本文以某新開發的鐵礦為研究對象，對其試驗研究情況和工藝流程方案進行技術經濟比較，為該礦山開發選取和確定適宜的選別工藝流程。

2 選礦試驗研究

2.1 礦石性質

新開發某鐵礦床屬于淺變質沉積型鐵礦床。該礦的含礦巖層為新太古代濟寧群淺變質巖，賦存于古生代寒武紀之下，埋深>1 000m。礦石中TFe含量25.57%～36.64%，MFe含量20.00%～26.24%。根據礦體的賦存形式，礦體頂、底板圍巖類型，按每種礦石中所含主要脈石礦物種類不同劃分為3種類型，分別是石英型磁鐵礦、絹云母—綠泥石型磁鐵礦和圍巖。

石英型磁鐵礦的礦石為灰黑色，較少為灰黑夾帶棕紅色，主要金屬礦物為磁鐵礦，少量赤鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦。主要脈石礦物為石英，其次為碳酸鹽，少量綠簾石、綠泥石、絹云母等。絹云母—綠泥石型磁鐵礦的礦石顏色為灰黑微帶黃綠色，主要金屬礦物為磁鐵礦，少量赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦及微量閃鋅礦。圍巖包括灰黑色和灰白色兩種顏色巖石，灰黑色巖石中主要脈石為碳酸鹽、鉀長石、綠泥石；灰白色巖石中主要脈石為絹云母和石英。

2.2 試驗工藝流程

該礦床的礦石類型包括石英型鐵礦石和絹云母型鐵礦石，根據地質模型和采礦開采出礦情況，可實現兩種礦石的分采，因此對兩類礦石分別進行了試驗研究。兩類礦石均進行單一磁選流程和磁選+反浮選兩個工藝流程的一系列研究。研究內容包括：一段、二段、三段、四段磨礦細度；一段、二段、三段、四段磁選磁場強度；反浮選藥劑種類、藥劑用量、礦漿濃度等。最終推薦的單一磁選流程見圖1。單一磁選流程中石英型鐵礦石嵌布粒度粗，僅3段磨礦可獲得較好的指標，而絹云母型鐵礦石嵌布粒度細，需進行4段磨礦，圖1中為4段磨礦流程圖。推薦的磁選+反浮選流程見圖2。

圖1 單一磁選原則工藝流程圖

圖2 磁選+反浮選原則工藝流程圖

3 工藝流程比較

3.1 工藝方案簡述

根據選礦試驗的研究情況，結合已經建立的地質模型和采礦開采順序，初步確定該礦床中石英型鐵礦石和絹云母型鐵礦石可分別開采，分別出礦，且根據兩類礦石的儲量按照3 500萬t/a的規模計算，石英型鐵礦石為2 000萬t/a，絹云母型鐵礦石為1 500萬t/a。為了更有效更詳盡地進行選礦工藝方案的比較，對石英型鐵礦石和絹云母型鐵礦石分別進行比較，石英型鐵礦石按規模2 000萬t/a比較，絹云母型鐵礦石按規模1 500萬t/a比較。選別工藝比較范圍起點為一段閉路磨礦產品，終點為最終鐵精礦和尾礦，不包括精礦脫水和尾礦輸送。鐵精礦最終指標為TFe>62%，回收率>65%。兩類礦石分別比較兩種試驗選礦工藝，即“單一磁選”和“磁選+反浮選”工藝。兩種類型礦石和兩種選別工藝形成4種方案，簡述如下。

(1)方案Ⅰ：石英型鐵礦石“單一磁選”。粗磨旋流器溢流自流到一段磁選作業，一段磁選精礦自流到二段再磨泵池，進入二段再磨回路。二段旋流器溢流自流到二段磁選作業，二段磁選精礦自流到三段再磨泵池，進入三段再磨回路，三段再磨細度為-0.037mm占84%。三段分級溢流自流到三段磁選作業，磁選精礦自流到四段磁選作業，通過四段磁選獲得最終精礦。一段、二段、三段、四段磁選尾礦合并為總尾礦。

(2)方案Ⅱ：石英型鐵礦石“磁選+反浮選”。粗磨旋流器溢流自流到一段磁選作業，一段磁選精礦自流到二段再磨泵池，進入二段再磨回路。二段旋流器溢流自流到二段磁選作業，二段磁選精礦自流到三段再磨泵池，進入三段再磨回路，三段再磨細度為-0.045mm占85%。三段分級溢流自流到三段磁選作業，磁選精礦自流到反浮選作業。一段、二段、三段磁選尾礦合并為總尾礦。反浮選作業由一粗、一精、三掃組成。

(3)方案Ⅲ：絹云母型鐵礦石“單一磁選”。粗磨旋流器溢流自流到一段磁選作業，一段磁選精礦自流到二段再磨泵池，進入二段再磨回路。二段旋流器溢流自流到二段磁選作業，二段磁選精礦自流到三段再磨泵池，進入三段再磨回路。三段分級溢流自流到三段磁選作業，三段磁選精礦自流到四段再磨回路，四段再磨細度為-0.030mm占91%。四段分級溢流自流到四段磁選作業，四段磁選精礦通過五段磁選獲得最終精礦。一段、二段、三段、四段、五段磁選尾礦合并為總尾礦。

(4)方案Ⅳ：絹云母型鐵礦石“磁選+反浮選”。粗磨旋流器溢流自流到一段磁選作業，一段磁選精礦自流到二段再磨泵池，進入二段再磨回路。二段旋流器溢流自流到二段磁選作業，二段磁選精礦自流到三段再磨泵池，進入三段再磨回路，三段再磨細度為-0.045mm占95%。三段分級溢流自流到三段磁選作業，磁選精礦自流到反浮選作業。一段、二段、三段磁選尾礦合并為總尾礦。反浮選作業由一粗、一精、三掃組成。

3.2 方案中主要設備

兩類礦石、兩種選別工藝組成的4種工藝方案比較的主要設備見表1。由表1可知，方案Ⅰ和方案Ⅱ相比，方案Ⅰ磨礦細度細，三段磨礦規格稍大，多一段磁選；方案Ⅱ三段磨礦稍粗，但是增加反浮選設備；方案Ⅲ和方案Ⅳ的比較結果與方案Ⅰ和方案Ⅱ相似。總體而言，磁選+反浮選設備數量多。

表1 選別工藝方案比較主要設備表

注：表格中數據僅為方案比較用。

3.3 方案比較分析

兩類礦石、兩種選別工藝組成的4種工藝方案的投資和生產成本指標見表2。

對表2的各項數據進行分析如下。

表2 選別工藝方案比較指標

注：①表格中數據僅為方案比較用；②已考慮反浮選礦漿加熱所需蒸汽量。

(1)對投資進行分析，方案Ⅰ石英型鐵礦石“單一磁選”的工藝設備投資高于方案Ⅱ，基建投資方案Ⅰ占優勢，綜合比較方案Ⅱ優于方案Ⅰ，總體投資少902.72萬元。絹云母型鐵礦石總體趨勢同石英型鐵礦石，由于方案Ⅲ需要4段磨礦，因此方案Ⅲ比方案Ⅳ在總體投資上多3 560.8萬元，綜合比較方案Ⅳ略占優勢。

(2)從生產經營費用分析，方案Ⅱ和方案Ⅳ在藥劑消耗量、新水消耗量和所需消耗蒸汽量方面都大大增加，這導致綜合生產成本方案Ⅰ優于方案Ⅱ，方案Ⅲ優于方案Ⅳ。方案Ⅰ比方案Ⅱ少5 295.53萬元/a，方案Ⅲ比方案Ⅳ少8 652.65萬元/a。總體比較“單一磁選”的選別方案稍優。

(3)綜合比較，方案Ⅱ和方案Ⅳ對礦石的適應性好，產品質量優，總體投資低，但是工藝流程長，藥劑消耗量及蒸汽量大，生產運營成本高。從項目的整體效益考慮，采用工藝流程簡單，更便于操作，且前期投資相對較低的工藝方案更適合于新建項目開發的需要，方案Ⅰ和方案Ⅲ更具有優勢。

4 結語

基于選礦試驗研究情況，對某鐵礦兩類礦石、兩種工藝的選別工藝方案進行技術經濟比較。根據目前的試驗結果和確定的工藝流程指標，從技術經濟綜合指標分析，該新礦山采用“單一磁選”的方案Ⅰ和方案Ⅲ更適宜。主要原因為該工藝流程更簡潔，所需設備類型和數量少，操作簡單，維護方便，前期投資低，前期經濟效益好。“磁選+反浮選”工藝的方案Ⅱ和方案Ⅳ雖然能提高精礦指標，但是該工藝需要增加設備種類和數量，特別是增加藥劑、水、蒸汽等材料消耗，工藝流程變得復雜，增加前期投資。