某超貧礦廢石綜合利用探索及實(shí)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(tuán)礦業(yè)公司承德柏泉鐵礦）

礦產(chǎn)資源是礦山企業(yè)賴以生存和長遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，全世界90%的工業(yè)產(chǎn)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(chǎn)資源的開發(fā)利用［1］。如何充分利用好可開發(fā)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(gòu)造分布［2］，也有一定數(shù)量的礦石呈散點(diǎn)、斑點(diǎn)、斑塊狀構(gòu)造。原礦品位低，貧化率高，在礦石加工過程中產(chǎn)生大量的廢石。對(duì)于超貧礦山來說，廢石資源直接棄置堆存，不僅產(chǎn)生占地費(fèi)用、影響場地空間，還造成其中鐵、磷等資源的浪費(fèi)［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(chǎn)建筑材料以及用作水泥原料等［4］。因此，如何將廢石資源進(jìn)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(yàn)研究，采取再選+生產(chǎn)建筑材料的雙重途徑，將干選廢石依次進(jìn)行篩分、磁選、浮選處理，不僅得到了不同粒級(jí)的砼用砂，而且回收了其中一部分鐵和磷等有價(jià)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(diǎn)

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(jià)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(jīng)懸浮式干選機(jī)預(yù)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(chǎn)廢石量約80萬t，故造成伴生磷資源的浪費(fèi)。廢石化學(xué)成分分析結(jié)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(xì)、不均勻。

2 工藝方案及優(yōu)化實(shí)踐

2.1 工藝簡介

2020年通過多次系統(tǒng)化的小型試驗(yàn)，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(dòng)篩選用LKB2448型香蕉篩，將廢石與水進(jìn)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(jìn)入磁選工序，磁選磁場強(qiáng)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(jìn)入浮選系統(tǒng)選磷。

2.2 試運(yùn)行情況

本著試驗(yàn)與試生產(chǎn)相結(jié)合的原則，選擇性篩分—磁選回收利用廢石項(xiàng)目建成后進(jìn)入試生產(chǎn)階段，生產(chǎn)指標(biāo)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(chǎn)率30.56%，與設(shè)計(jì)相差8.2個(gè)百分點(diǎn)。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(jīng)測(cè)定，粗精礦產(chǎn)率為4.46%。

試運(yùn)行存在的問題:①由于仍處于試生產(chǎn)狀態(tài)，粗精礦產(chǎn)量較大，以此推算正常運(yùn)行后，堆存至沉淀池的粗精礦將無形中增加了大量的倒運(yùn)清理成本，且極易形成環(huán)保隱患。②3～12 mm粗砂的細(xì)度模數(shù)約為3.6，已超出“粗砂”的模數(shù)定義范圍，不宜作為砼用砂。而據(jù)研究顯示，拌制混凝土的砂最好選用II級(jí)中砂，細(xì)度模數(shù)為3.0～2.3。模數(shù)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(zhì)量。因此，產(chǎn)品銷售價(jià)格和競爭力差。③粗精礦中的粗顆粒含量較多，不僅出現(xiàn)選別不充分現(xiàn)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(yán)重?cái)_亂了現(xiàn)用的水平衡系統(tǒng)。

2.3 優(yōu)化實(shí)踐及實(shí)施效果

為解決上述問題，該礦對(duì)現(xiàn)有工藝和設(shè)備進(jìn)行了不斷地探索和優(yōu)化。

（1）結(jié)合篩板結(jié)構(gòu)與篩分效率間的關(guān)系［8］，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)對(duì)比，確定了最優(yōu)的篩板結(jié)構(gòu)為組合型篩板。其特點(diǎn)是振動(dòng)篩縱向兩側(cè)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(cuò)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(dòng)篩的篩分效率，合理控制后道工序的物料負(fù)荷，又能調(diào)整錯(cuò)配率，改善篩上物的級(jí)配組成，降低砂的細(xì)度模數(shù)。

（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(huán)水泵電機(jī)功率，提高環(huán)水效率。

（3）針對(duì)沉淀池中的粗精礦，利用泵打入磨選系統(tǒng)的球磨機(jī)排礦溜槽，通過螺旋分級(jí)機(jī)分級(jí)后，進(jìn)入后道磁選工序，最終實(shí)現(xiàn)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(shè)沖洗水，加速粗精礦的流動(dòng)。改造前后工序指標(biāo)見表2。

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

3 結(jié)論

（1）對(duì)某超貧礦干選甩廢廢石運(yùn)用選擇性篩分—磁選—浮選聯(lián)合工藝，不僅能夠生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的砼用砂，而且進(jìn)一步回收了其中的鐵、磷有價(jià)元素，顯著提高了資源的綜合利用率。

（2）針對(duì)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(fā)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(chǎn)品，并保證篩分效率在合理的范圍內(nèi)。

（3）該項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用不但具有當(dāng)前效益，而且在礦山服務(wù)期內(nèi)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益顯著；同時(shí)能夠減少固體廢棄物的排放，緩解礦山企業(yè)排土場的壓力，有利于礦山的生存和長遠(yuǎn)發(fā)展，為周邊相似礦山提供了良好的技術(shù)指導(dǎo)和應(yīng)用借鑒。