某超貧礦廢石綜合利用探索及實踐

龔樹峰 肖晶晶 冀瑞峰 劉大欣 黃志營 范志國 李佳興 于 浩

（河鋼集團礦業公司承德柏泉鐵礦）

礦產資源是礦山企業賴以生存和長遠發展的基礎條件，全世界90%的工業產品是用礦物原料制成的，中國85%的原材料和95%的能源依賴于礦產資源的開發利用［1］。如何充分利用好可開發資源是礦山開采和選礦的重要研究方向。某超貧磁鐵礦山礦石浸染致密，多以片狀、條狀、層紋狀構造分布［2］，也有一定數量的礦石呈散點、斑點、斑塊狀構造。原礦品位低，貧化率高，在礦石加工過程中產生大量的廢石。對于超貧礦山來說，廢石資源直接棄置堆存，不僅產生占地費用、影響場地空間，還造成其中鐵、磷等資源的浪費［3］。我國常見的廢石綜合利用主要是廢石再選、廢石充填、生產建筑材料以及用作水泥原料等［4］。因此，如何將廢石資源進行充分的回收再利用，提高資源利用率，是礦山急需解決的重要問題。

該礦通過試驗研究，采取再選+生產建筑材料的雙重途徑，將干選廢石依次進行篩分、磁選、浮選處理，不僅得到了不同粒級的砼用砂，而且回收了其中一部分鐵和磷等有價元素，有效提高了資源的綜合利用率。

1 廢石資源屬性及特點

某超貧礦為低品位釩鈦磁鐵礦，礦石中主要含鐵礦物是磁鐵礦、鈦鐵礦及少量赤鐵礦、褐鐵礦，主要非金屬礦物為斜長石、角閃石、磷灰石、石英、云母等。原礦中的全鐵品位為9%～12%，磁性鐵品位為4.2%～5.5%，可回收的有價元素為鐵和磷。

該礦廢石資源主要來自三段閉路破碎后又經懸浮式干選機預先選別的尾礦，其中鐵、釩、鈦等元素含量較低，但磷含量較高，年產廢石量約80萬t，故造成伴生磷資源的浪費。廢石化學成分分析結果見表1，廢石電鏡照片見圖1。

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由圖1可見，廢石中主要金屬礦物為少量的磁鐵礦及弱磁性的黃鐵礦，非金屬礦物為磷灰石及長石，磷灰石的粒徑約0.5 mm，且嵌布較細、不均勻。

2 工藝方案及優化實踐

2.1 工藝簡介

2020年通過多次系統化的小型試驗，最終確定采用選擇性篩分—磁選工藝回收該部分廢石資源，振動篩選用LKB2448型香蕉篩，將廢石與水進行混漿后篩分，采用3 mm×12 mm篩孔，篩上3～12 mm物料作為砼用砂直接銷售，篩下物進入磁選工序，磁選磁場強度初步定為318.47 kA/m，磁選所得粗精礦堆存至沉淀池，磁選尾礦進入浮選系統選磷。

2.2 試運行情況

本著試驗與試生產相結合的原則，選擇性篩分—磁選回收利用廢石項目建成后進入試生產階段，生產指標廢石量約60 t/h，廢石全鐵品位4.99%，磁性鐵品位1.12%，篩上物（3～12 mm粗砂）產率30.56%，與設計相差8.2個百分點。磁選所得粗精礦全鐵品位19%，磁性鐵品位11.56%，粒度（-0.074mm）為14.4%。經測定，粗精礦產率為4.46%。

試運行存在的問題:①由于仍處于試生產狀態，粗精礦產量較大，以此推算正常運行后，堆存至沉淀池的粗精礦將無形中增加了大量的倒運清理成本，且極易形成環保隱患。②3～12 mm粗砂的細度模數約為3.6，已超出“粗砂”的模數定義范圍，不宜作為砼用砂。而據研究顯示，拌制混凝土的砂最好選用II級中砂，細度模數為3.0～2.3。模數太大，混凝土保水性差，易泌水、離析，顯得粗糙，和易性及黏性差［5-7］，影響施工質量。因此，產品銷售價格和競爭力差。③粗精礦中的粗顆粒含量較多，不僅出現選別不充分現象，而且頻繁堵塞管路。④篩分和磁選工藝增加了大量的新水，嚴重擾亂了現用的水平衡系統。

2.3 優化實踐及實施效果

為解決上述問題，該礦對現有工藝和設備進行了不斷地探索和優化。

（1）結合篩板結構與篩分效率間的關系［8］，經現場試驗對比，確定了最優的篩板結構為組合型篩板。其特點是振動篩縱向兩側各采用1排2 mm×8 mm篩孔篩板，其他排采用3 mm×12 mm篩孔篩板。在長孔篩板條件下，處理量越高、錯配率越低、篩分效率越高［9］。采用2種尺寸篩板組合使用的方式，既能提升振動篩的篩分效率，合理控制后道工序的物料負荷，又能調整錯配率，改善篩上物的級配組成，降低砂的細度模數。

（2）將混漿水和沖洗水均改用回水，僅保留泵的水封水采用新水，合理控制新水用量，增加環水泵電機功率，提高環水效率。

（3）針對沉淀池中的粗精礦，利用泵打入磨選系統的球磨機排礦溜槽，通過螺旋分級機分級后，進入后道磁選工序，最終實現粗精礦再選再磨回收。

（4）將粗精礦管道加寬至325 mm，并在管道上部開槽孔，增設沖洗水，加速粗精礦的流動。改造前后工序指標見表2。

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由表2可知，改造實施后，篩上粗砂的細度模數由3.6降到了2.9，基本滿足混凝土用中砂的要求；粗砂產率由30.56%提高至34.80%，更接近設計水平，可增加銷售收入；粗精礦產率略有降低，但變化幅度不大，粗精礦細度更細，可見磁選選別效果更好、更充分。

3 結論

（1）對某超貧礦干選甩廢廢石運用選擇性篩分—磁選—浮選聯合工藝，不僅能夠生產符合標準的砼用砂，而且進一步回收了其中的鐵、磷有價元素，顯著提高了資源的綜合利用率。

（2）針對該礦的特殊工藝要求，采用3 mm×12 mm和2 mm×8 mm2種不同篩孔尺寸篩板組合使用的方法，能夠充分發揮篩分效率和篩板尺寸的作用，得到滿足客戶需求的篩上產品，并保證篩分效率在合理的范圍內。

（3）該項目的實踐應用不但具有當前效益，而且在礦山服務期內，經濟效益、社會效益和環境效益顯著；同時能夠減少固體廢棄物的排放，緩解礦山企業排土場的壓力，有利于礦山的生存和長遠發展，為周邊相似礦山提供了良好的技術指導和應用借鑒。