某大型鐵礦選礦廠遷建工程工藝方案優化及節能設計

常亮亮, 徐小鋒

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

1 前言

該鐵礦選礦廠始建于20世紀50年代，原設計生產能力為每年處理原礦石150萬t。2005年完成了選礦廠填平補齊改造設計并已實施，選礦廠生產鐵精礦能力擴大到150萬t/a。

該礦有40多年的生產和管理經驗，選礦廠目前的生產流程經過不斷完善和改進，通過生產實踐證明是先進合理，符合該礦礦石性質。但由于投產時間早，生產時間長，又幾經改造擴建形成了攤子大，設備規格小、能耗高、自動化程度較低的現狀，加之選礦廠地處采礦塌陷區,存在較大的安全隱患,繼續運轉下去,將危及正常生產，因此需對選礦廠進行遷建。

通過本次遷建，將建成一座國內一流的現代化選礦廠，其特點是設備大型化、生產自動化、節能效果好，整個選廠的自動控制水平也將達到國內先進水平。建成后，選廠的勞動生產率、生產成本將降低、能效管理將達到較高水平。

2 原礦礦石結構

該鐵礦屬大冶式熱液交代矽卡巖型磁鐵礦礦床，全礦以15#勘探線為界，分為東西兩礦區，東區主要以Ⅱ號礦體為主，西區以Ⅲ號礦體為主。礦石構造特征以致密塊狀的富磁鐵礦為主，其次為浸染狀、斑塊狀及條帶狀。

礦石中主要金屬礦物為磁鐵礦，次要金屬礦物有赤鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦，還有少量的穆磁鐵礦、磁黃鐵礦、斑銅礦、輝銅礦、鏡鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等。主要脈石礦物為方解石、綠泥石、金云母、石榴子石；次要礦物有硬石膏、石英、透輝石、陽起石、蛇紋石，還有少量的綠簾石、黝簾石、磷灰石、榍石、角閃石、長石等。

磁鐵礦：它是礦石中的主要金屬礦物，東區Ⅱ號礦體磁鐵礦在礦石中占礦物組成的40%～55%，多為它形晶粒，粒徑多為0.01～0.8mm。部分磁鐵礦呈星點狀分布于脈石中，粒徑小于0.004mm。還有一些磁鐵礦顆粒中包有粒徑為0.004～0.05mm的黃鐵礦和脈石礦物。西區Ⅲ號礦體磁鐵礦占礦石中金屬礦物的88%，大多為半自形至它形晶粒，少量具交代殘余結構，常見的礦石構造為塊狀、浸染狀及斑塊狀。磁鐵礦結晶粒度細，粒徑以0.05～0.09mm為主，結晶粒度小于0.074mm部分占93.13%。

黃鐵礦：是礦石中主要硫化物。東區Ⅱ號礦體黃鐵礦多為它形粒狀和不規則脈狀，呈它形粒狀產出的顆粒多為0.02～0.3mm，主要產于磁鐵礦與脈石礦物顆粒間隙中及脈石礦物中，部分產于磁鐵礦顆粒中，在整個礦體中分布不均，約占礦石的2%～4.5%。西區Ⅲ號礦體中黃鐵礦約占礦石的5%～15%,早期礦呈浸染狀或斑點狀，在磁鐵礦中，結晶較好，自形、半自形粒徑為0.2～1mm。晚期礦呈脈狀，粒徑1～3mm。

黃銅礦：東區Ⅱ號礦體中黃銅礦主要呈它形粒狀，少量為不規則脈狀，主要產于脈石礦物中，磁鐵礦和黃鐵礦顆粒接觸處，粒徑多為0.06～0.1mm。西區Ⅲ號礦體中黃銅礦含量較少，呈脈狀、星點狀，多與黃鐵礦伴生。

3 現有工藝流程

選廠目前生產流程采用常規三段閉路碎礦、兩段閉路磨礦流程，磁選選鐵，在碎礦作業設有干式磁選拋尾，進行階段磨礦、階段選別，磁選尾礦采用浮選工藝選銅和硫?，F有工藝流程如圖1所示。

1)破碎、篩分和干式磁選

選礦廠碎礦系統采用三段閉路—干式磁選流程。粗碎作業設置在井下，將礦石破碎至0～300mm，用箕斗提升到地面，然后運至選礦廠。中碎作業將礦石破碎至0～65mm，采用圓振篩進行篩洗分級，將中碎產品篩分成-65～+13mm、-13～+3mm和-3mm三個粒級，-65mm～+13mm、-13mm～+3mm粒級分別采用永磁磁滑輪進行干選拋尾，-65mm～+13mm粒級經拋尾后進入細碎系統，-13mm～+3mm粒級經拋尾后運往粉礦倉。-3mm粒級的物料先經過逆流型永磁濕式磁選機進行磁選，磁選的尾礦經過直線篩分級脫水，篩上-3mm～+0.5mm粒級作為干尾礦送至尾礦堆，篩下-0.5mm粒級作為最終一部分尾礦產出。磁選精礦經過直線篩篩分為-3mm～+0.5mm和-0.5mm兩個粒級，-3mm～+0.5mm粒級通過帶式輸送機輸送至粉礦倉，-0.5mm粒級采用渣漿泵送至主廠房濕式磁選。細碎作業設預先檢查閉路篩分，篩下合格產品進入粉礦倉，從而進入后續作業。

2)磨礦、分級和磁選

磨礦系統采用兩段閉路磨礦流程，進行階段磨礦、階段選別。一段磨礦共采用6臺溢流型球磨機，分別與4臺雙螺旋分級機和2臺水力旋流器組構成閉路，一段磨礦產品細度為-0.074mm占55%左右。一段磨礦分級溢流經過兩段磁選，精礦產品進入再磨回路，再磨回路設有預先分級(一段細篩)和檢查分級(二段細篩)，分級設備均為細篩，再磨產品細度為-0.074mm占65%左右。磁選精礦經過一段細篩分級，篩上物料經過再磨、再磁選后精礦進入二段細篩。細篩篩下物料進入三段磁選，其精礦經過濾機脫水后得到最終鐵精礦。

3)浮選

磁選尾礦經濃縮機脫水后采用浮選工藝選銅和硫。銅硫浮選流程為混合浮選，進行一次粗選和一次精選得到銅硫混合精礦，銅硫混合精礦再進行銅硫分離，浮選流程結構為一次粗選、一次掃選和二次精選，最終得到品位17%左右的銅精礦和品位42%左右的硫精礦。

選礦廠近年生產指標見表1。

4 工藝方案優化

該選礦廠自建成投產以來，經過多年的生產實踐，生產流程不斷完善和改進，現行生產流程基本上先進合理，特別是磁選流程完全適應該礦礦石可選性要求。因此，遷建設計的工藝流程基本上沿用現行生產流程，但對流程中存在的不合理、不完善之處進行了改進。

圖1 某鐵礦選礦廠現有生產工藝流程圖

年份原礦鐵精礦銅精礦硫精礦處理量/(kt·a-1)鐵品位/%硫品位/%精礦量/(kt·a-1)鐵品位/%鐵回收率/%精礦量/(t·a-1)銅品位/%精礦量/(t·a-1)硫品位/%硫回收率/%20143461.930.892.441345.766.8683.74957.7911.873272138.4037.4120153497.131.342.391380.366.7883.84906.1512.033526437.9340.2420163104.730.792.431204.866.7483.86873.6612.493169437.7142.84

4.1 鐵精礦提鐵降硫試驗研究

“提鐵降硫研究”主要是為了使選廠鐵精礦原料中鐵、硫等含量滿足生產及對環保的要求。試驗研究工作共分為3個階段進行，分別為小型試驗、半工業試驗和工業試驗，以下主要就工業試驗情況進行介紹。

選廠連續兩天對提鐵降硫反浮選系統分別進行了開與不開生產流程對比工業試驗，對比試驗結果表明：開反浮選生產流程，鐵精礦質量較穩定(鐵精礦品位≥67.0%, 硫含量≤0.15%)，而未開反浮選生產流程，產品質量波動較大，生產鐵精礦品位最高為65%～66%，硫含量大于0.4%。開與未開反浮選系統流程考查數質量圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 開反浮選系統流程考查數質量圖

圖3 未開反浮選系統流程考查數質量圖

在小型試驗的基礎上進行了半工業試驗和工業試驗，試驗數據的可靠性較高。通過上述一系列試驗，可得出以下結論：

(1)鐵精礦的細度是影響鐵精礦降硫的關鍵。鐵精礦的細度小于70%- 0.076mm時，從取得的試驗結果來看，鐵精礦含硫難以降至0.1%以下。

(2)當鐵精礦細度大于75%- 0.076mm時，采用反浮選脫硫——磁選工藝，可獲得鐵精礦品位>68.00%、含硫<0.1%的優質球團原料。

(3)脫硫浮選所獲得的泡沫產品(浮選精礦)，可直接并入生產流程予以回收鐵、硫。

(4)生產中回水水質差, 使得鐵精礦含硫難以降至0.1%以下，在浮選脫硫與磁選提鐵過程中，宜使用新水。

4.2 工藝方案優化措施

本次遷建工程設計在沿用現行生產流程的基礎上主要根據“提鐵降硫研究”的試驗結果在三段磁選后增設了脫硫浮選工序，脫硫浮選后得到合格鐵精礦，鐵精礦品位為67.5%，鐵精礦含硫0.10%。

結合目前選廠生產中的問題并根據本次遷建工程的實際情況，還對現有流程采取了以下優化措施。

(1)將粗碎作業的產品粒度由目前的0～300mm調整為0～250mm。

降低給礦粒度，中碎機的排礦口可以調到較小的位置，可使排礦產品粒度下降，而中碎產品粒度的降低將帶來干式磁選拋尾效果的明顯改善、細碎回路產品粒度的降低、閉路篩分循環負荷降低等一系列的連鎖效應。

(2)將細碎的閉路篩分由預先和檢查篩分調整為檢查篩分。

細碎閉路篩的篩孔是10mm，中碎篩分后-65mm～±12mm粒級產品經干選拋尾后的物料中-10mm合格粒級含量較少，設置細碎預先篩分意義不大；此外僅設置檢查篩分，篩分作業的處理量減少，所需篩分設備數量少、占地面積小、檢修維護量少；同時，僅設置檢查篩分作業，有利于篩分干選設備的集中布置，使物料走向更流暢、廠房布局更合理，有利減少建設投資和運行成本。

(3)將一段磨礦的產品粒度由實際生產的-0.074mm占55%調整到-0.074mm占55%～60%，將再磨回路的產品(細篩篩下產物)粒度由實際生產的-0.074mm占65%左右調整為-0.074mm占80%～85%。由于一段磨礦產品粒度的降低，一段磁選、二段磁選的拋尾效果大大改善，精礦鐵品位提高、精礦含硫降低，細篩的篩上產率將降低，有利于減輕再磨機的負荷；而細篩篩下產物粒度的降低，更有利于三段磁選精礦品位的提高和精礦含硫的降低。

(4)將再磨系統一段細篩(預先篩分)+脫水磁選+再磁選+二段細篩(檢查篩分)工序簡化為細篩預先檢查篩分+再磨前再磁選(即脫水磁選)作業。在不影響選礦指標的前提下有效簡化了流程，使生產和操作更簡便，管線更易于布置，過程控制更易于實現。

(5)鐵精礦的脫硫浮選設備由浮選機改為浮選柱，工藝過程簡單，布置緊湊、便于管理，并且設備占地面積減少、電耗大幅度降低。

優化后的工藝流程如圖4所示。

圖4 某鐵礦選礦廠遷建工程優化后生產工藝流程圖

5 節能設計

5.1 主要節能措施

為了節能,本次設計針對生產過程的各個環節均采取了相關技術措施。

1)工藝流程節能

中碎后的礦石，采用干選、預先丟尾，使進入磨、選作業的礦石量減少約35%，不但降低了能耗，還減少了后續磨、選設備。

充分發揮破碎機的潛能，降低各段破碎產品的粒度，最終實現“多碎少磨”，有利于減少碎磨系統的綜合能耗[1-2]。

強化篩分作業，適當增大篩分設備的規格，提高篩分效率，提高濕式篩分的分級效果并降低閉路篩分循環負荷。

采用階段磨礦、階段選別生產工藝，能耗指標低。

2)設備選擇節能

主要設備規格大型化、高效化，減少生產系統系列數。

采用節能型設備，例如德瑞克高頻細篩、浮選柱，自吸式浮選機及陶瓷過濾機等。

主要礦漿輸送渣漿泵采用變頻調速，使泵在較佳的工況條件下工作，延長泵的使用壽命，并節省能耗。

采用節能型低損耗變壓器及節能照明燈具。

3)節水

充分利用采礦井下排水，節省大量外部供水；尾礦通過廠區濃密回水，減少輸送量，既減低了能耗又節約了水資源；工業用水循環使用，一水多用。

4)設備及設施布置節能

設備配置，充分利用地形，使主礦漿自流，減少砂泵輸送，節省電耗。

在破碎作業前設置緩沖礦倉，以保證破碎機處于滿負荷均衡運行。

5)生產自動控制和能效管理

選礦廠的自動控制水平應與選廠規模相適應，在選礦全流程采用先進的自動檢測和控制系統；設置能效管理系統，注重能效管理水平。

5.2 綜合能耗指標

由于采取了以上節能措施，使本工程新建選廠能耗指標與該選廠現有選廠能耗指標相比由14.4kW·h/t降至13.48kW·h/t，下降了6.4%，節能效果良好。

6 結論

(1)根據“提鐵降硫研究”的試驗結果在現行生產流程三段磁選后增設了脫硫浮選工序，脫硫浮選后可得到高品質鐵精礦，鐵精礦品位為67.5%，鐵精礦含硫0.10%。

(2)結合目前選廠生產中的問題并根據本次遷建工程的實際情況，對粗碎產品粒度、細碎閉路篩分工藝、一段磨礦產品粒度、再磨分級系統以及鐵精礦脫硫浮選設備等方面進行了優化設計，使選礦流程更簡單、高效。

(3)設計中注重節能設計，使設計新選廠能耗指標相比現有選廠由14.4kW·h/t降至13.48kW·h/t，下降了6.4%，取得了較好的節能效果。