南非高鐵錳礦開采及選礦研究

張 森，唐庚飛

（1.廣西交通投資集團有限公司，廣西 南寧 530000；2.靖西市大西南錳業(yè)有限公司，廣西 百色 533803）

錳礦是中國的稀缺礦產(chǎn)，以低品位為主且日益枯竭，中國是世界上錳礦最大進口國、對外依存度居高不下，2019年全國錳礦進口量為3424萬噸，其中南非1342萬噸，占進口總量的39.19%，目前，世界優(yōu)質(zhì)錳礦資源儲量主要集中在南非、澳大利亞等國家。作為世界上五大礦產(chǎn)區(qū)之一的南非，是世界上黃金、鉆石、鉑金屬、錳、釩、鉻、鋯、鈦等金屬的主要生產(chǎn)大國[1]。其中錳礦儲量占世界的80%，品位較高。隨著全球鋼產(chǎn)量，尤其是特殊鋼產(chǎn)量的逐年增加和金屬錳新用途的不斷發(fā)現(xiàn)，對鋼材和合金鋼、有色合金材料的質(zhì)量要求越來越嚴格，因此錳礦資源作為重要的戰(zhàn)略性資源，錳礦資源的大量開采促進了經(jīng)濟的快速增長。但長期的開采引發(fā)的資源、環(huán)境、生態(tài)問題也越來越嚴重。為保障社會經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展，我國政府鼓勵企業(yè)走出去進行錳礦開采，實現(xiàn)“開源與節(jié)流”并重的資源節(jié)約型可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

1 礦床開采

1.1 開采范圍

開采范圍為南非共和國北開普省某礦區(qū)采礦權(quán)范圍內(nèi)具有工業(yè)開采價值的錳礦體。

1.2 開采順序

根據(jù)礦體的賦存狀況及礦床開采技術(shù)條件，礦床采用露天開采方式，露天采場采用自上而下分臺階開采的開采順序。

1.3 露天開采境界圈定的原則

本設(shè)計以境界剝采比nJ≤經(jīng)濟合理剝采比nJH為原則確定露天開采境界，實質(zhì)上是對露天開采剝采比大小的控制，使其不超過經(jīng)濟合理剝采比，從而使整個礦床開采的總經(jīng)濟效果最佳。根據(jù)目前市場情況，類比同類礦山資料，結(jié)合本礦山的礦床開采技術(shù)條件，經(jīng)計算：經(jīng)濟合理剝采比為5.13t/t。①以境界剝采比小于等于經(jīng)濟合理剝采比圈定露天開采境界，保證露天采場內(nèi)采出的礦石有盈利。為了充分回收利用礦產(chǎn)資源，發(fā)揮露天開采的優(yōu)越性，故，圈定露天開采境界時適當(dāng)擴大開采境界，盡可能將較多的礦石圈定在露天開采境界內(nèi)。同時，用平均剝采比np也小于等于經(jīng)濟合理剝采比進行校驗，確保露天開采的平均經(jīng)濟效果優(yōu)于地下開采。②設(shè)計確定的露天采場最終邊坡角應(yīng)使其在礦山服務(wù)年限內(nèi)基本保證采場邊坡穩(wěn)定，確保露天采礦場的安全生產(chǎn)。③露天開采境界不超出申請延續(xù)采礦許可證所確定的礦區(qū)范圍。

1.4 采剝工作

1.4.1 采剝方法

設(shè)計采用挖掘機直接挖掘，輔以裝載機裝車[2]。

（1）開采順序：采用自上而下分臺階開采，采剝工作面沿礦體走向布置，垂直礦體走向進行推進采剝。同時為了減少廢石場的壓力和節(jié)約運輸成本，部分采場可采取先行開采較低位置的區(qū)域，開采最終采空區(qū)作為后面剝離的廢石場。也有利于環(huán)境恢復(fù)治理[3]。

（2）采場工作面主要參數(shù)為：臺階高度：10m；臺階坡面角：取45°～60°；最小工作平臺寬度：≥35m。最小工作線長度：為滿足采礦破碎、鏟裝各工序循環(huán)要求，最小工作線長度確定為150m。

（3）采裝工藝。采裝作業(yè)采用液壓挖掘機鏟裝作業(yè)，液壓挖掘機具有使用壽命長，作業(yè)成本費用低等優(yōu)點，是目前礦山采裝作業(yè)的首選設(shè)備。根據(jù)礦山作業(yè)量，結(jié)合礦山實際情況，經(jīng)計算，某錳礦區(qū)需配備VOLVO EC750DL（斗容3.3m3～4.6m3）型液壓挖掘機4臺～6臺即可滿足礦巖采裝工作要求，礦巖運輸選用載重50t自卸式汽車27輛。采場輔助作業(yè)主要包括推平工作面和修路，選用1臺T－230型推土機和和2臺柳工CLG890H裝載機。

1.4.2 礦山基建工程

基建工程是采場投產(chǎn)前必須完成的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，包括采場內(nèi)基建剝離和道路等。考慮到礦區(qū)已有簡易道路至開采工作面，礦山在基建期可利用現(xiàn)有簡易道路，以減少基建工程量。礦山基建剝離共12萬m3。基建期約1年。

2 選礦

2.1 原礦性質(zhì)

2.1.1 礦石類型

某礦區(qū)礦石礦物以軟錳礦、硬錳礦為主，褐錳礦次之。脈石礦物為石英及高嶺土礦物。

2.1.2 礦石物質(zhì)組成

（1）化學(xué)組成：錳的原礦多元素化學(xué)成分分析結(jié)果列于表1，化學(xué)物相分析結(jié)果見表2。

表1 原礦多元素分析結(jié)果

表2 原礦中錳的化學(xué)物相分析結(jié)果（%）

（2）礦物組成：礦石中的礦物成分均較為簡單。錳礦石礦物主要有方鐵錳礦、褐錳礦、黑錳礦、硬錳礦及軟錳礦，鐵礦石礦物主要為赤鐵礦，含粘土礦物。主要礦物成分Mn7.8%～50%， 平 均25.85%，TFe7.1%～55.8%， 平均25.39%，Mn+TFe為51.24%，Mn/Fe為1.02， 雜 質(zhì)P 0.35%～1.50%，平均0.57%，SiO21.99%～9.63%，平均5.65%。

2.2 選礦工藝及指標(biāo)

選礦工藝：根據(jù)多年在南非的選礦生產(chǎn)實踐，選礦廠選礦工藝均采用破碎--篩分--永磁干選的生產(chǎn)工藝流程。

（1）原礦破碎生產(chǎn)工藝：原礦經(jīng)棒條粗篩分，+65mm塊度原礦過鄂式破機粗破碎至-200mm后，由皮帶機輸送至圓錐破碎機破碎，圓錐破碎機前設(shè)預(yù)先篩分，減少加入圓錐破碎機礦量，圓錐破碎機排礦返回振動篩形成閉路循環(huán)，礦石破碎至-30mm待選。棒條粗篩分下-65mm經(jīng)兩段振動篩篩分-10mm作為尾礦拋棄。兩段篩分+20mm和+10mm經(jīng)圓錐破碎機前振動篩預(yù)先篩分分級+30部分進入圓錐破碎機破碎至-30mm待選，－30部分與破碎合格產(chǎn)品送篩分間經(jīng)振動篩篩分分級為30mm～15mm，15mm～6mm，-6mm三個級別，30mm～15mm，15mm～6mm由皮帶輸送機輸送到選礦間選別。

（2）粗粒永磁干選礦生產(chǎn)工藝：30mm～15mm和15mm～6mm粗粒礦采用干式永磁機經(jīng)一粗一掃選別得到錳品位Mn38%和Mn32%兩種產(chǎn)品。

表3 選礦技術(shù)指標(biāo)表

（3）選礦技術(shù)指標(biāo)：根據(jù)礦石性質(zhì)、選礦試驗、國內(nèi)外同類礦石的選礦實踐，本設(shè)計確定選礦技術(shù)指標(biāo)見表3。

2.3 選礦工藝主要設(shè)備方案

主要設(shè)備選擇原則：①設(shè)備適應(yīng)礦石加工過程的工藝要求，設(shè)備數(shù)量和性能滿足本項目建設(shè)規(guī)模以及各作業(yè)的使用要求；②設(shè)備需質(zhì)量可靠、性能成熟，符合政府或?qū)ｉT機構(gòu)發(fā)布的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。采用的新型設(shè)備應(yīng)質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定、節(jié)能、高效。③對同一類型的設(shè)備，盡量考慮型號和材質(zhì)的統(tǒng)一，以利備品備件供應(yīng)和維修；④在保證設(shè)備性能的前提下，力求經(jīng)濟合理。

2.4 主要設(shè)備選擇

在設(shè)備能力計算中，考慮增加負荷波動系數(shù)1.15～1.2。經(jīng)對主要工藝設(shè)備進行選擇計算、比選。

2.5 車間組成

選礦廠組成主要有：原礦倉、粗破間、細破間、篩分車間、選礦車間、精礦堆場等。

2.6 尾礦設(shè)施

選礦尾礦和廢石在選廠通過皮帶機輸送集堆，采用裝載機裝自卸汽車并運至采空區(qū)排土場集中堆放，不設(shè)置選礦尾礦永久堆場。

3 建議

（1）本項目應(yīng)遵循高效、集中、協(xié)調(diào)的原則建立現(xiàn)代企業(yè)的管理體制，充分利用區(qū)域資源和建設(shè)環(huán)境優(yōu)勢，對企業(yè)的人、財、物及生產(chǎn)經(jīng)營活動進行全面而有效的科學(xué)管理，實現(xiàn)企業(yè)人、財、物等各種生產(chǎn)要素的優(yōu)化配置和有效組合。保證企業(yè)內(nèi)部各種關(guān)系的順暢，促進企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)的實現(xiàn)，達到預(yù)期的經(jīng)濟、社會效益。

（2）抓緊職工技術(shù)培訓(xùn)，增強單位技術(shù)實力，提高員工的生產(chǎn)技術(shù)和管理水平，確保產(chǎn)品質(zhì)量和投資收益。

（3）安排專人負責(zé)現(xiàn)場施工和設(shè)備安排，做好質(zhì)量檢查和安全檢查，做好組織協(xié)調(diào)工作。

（4）為使項目順利進行，建議企業(yè)抓緊做好項目的前期工作。

（5）由于某錳礦區(qū)的北礦段和南礦段，而且目前也預(yù)測了（334）類鐵、錳混合型礦石量3906.97萬t，故應(yīng)投入更多的勘查工作驗證已有資源量，從而延長礦山服務(wù)年限，產(chǎn)生更大效益。

（6）礦石中鐵的含量較高，鐵礦資源量較大，礦山應(yīng)進一步研究鐵的回收工藝流程，進行可選性試驗。

綜上所述，隨著我國錳礦石需求不斷增加，保有儲量不斷減少，外加國內(nèi)錳礦石普遍品位偏低，錳礦石資源短缺形勢將不斷加劇，急需大量進口。南非某礦區(qū)錳礦石資源量為大型，且品位高，埋藏淺，易采、易選、易加工。雖然受經(jīng)濟危機影響，錳礦石價格略有下調(diào)，但整體上看仍處于高位，由此可見，該項目是可行的。