興縣沉積型鋁土礦露天開采礦石質量控制分析

王 樂

(山西華興鋁業(yè)有限公司， 山西 呂梁 033601)

1 前言

我國鋁土礦儲量約為10億t，集中在山西(主要為呂梁和忻州)、廣西(主要為百色和貴港)、河南(主要為三門峽、洛陽、鄭州、平頂山等地)、貴州(主要為貴陽和遵義)，儲量世界占比僅為3.3%，然而氧化鋁和原鋁產量卻占世界總產能的56%，從而造成我國鋁土礦進口依賴度占比高達60%。因此提高國內鋁土礦資源開采回收率，降低采礦貧化率，提高鋁土礦礦石質量，對國家政治、經(jīng)濟戰(zhàn)略極其重要。

國內鋁土礦開采方式中主要以露天開采為主，占比高達90%以上，以往研究鋁土礦露天開采礦石質量控制多從開采工藝、采礦設備、現(xiàn)場管理等單一方面進行，多角度多方面分析研究的較少。本文從多方面對影響鋁土礦露天開采礦石質量控制的因素進行了分析，以興縣沉積型鋁土礦露天開采工程總承包項目為例，站在建設方角度分析并介紹4種礦石質量控制的方法。

興縣沉積型鋁土礦探明儲量1.08億t，分布面積254 km2，約占全國鋁土礦資源儲量的10.88%，是山西省五大鋁土礦區(qū)之一。礦體總體上呈層狀、似層狀、漏斗狀分布，平均傾角9°，平均厚度為1.9 m。礦石整體覆蓋層淺，民采老窿多，礦石品位高，且大部分礦體在奧灰水位標高以上，圖1所示為揭露老窿。受近些年環(huán)保、疫情、礦業(yè)權政策等影響，鋁土礦市場整體呈現(xiàn)漲價態(tài)勢，鋁土礦經(jīng)濟合理剝采比技術指標也隨之提高,深部賦存鋁土礦逐漸適合露天開采[1]。駐地有兩家從事鋁土礦開發(fā)、氧化鋁生產、電解鋁生產、鋁加工生產的大型央企。

圖1 揭露老窿

2 露天開采礦石質量控制方法

2.1 技術措施

1)明確重要質量技術參數(shù)

鋁土礦礦石質量為雙指標評價體系，鋁硅比值和氧化鋁含量共同構成了礦石質量最重要的兩項指標參數(shù),在鋁土礦中二者需要同時滿足最低指標參數(shù)要求,才能稱之為質量合格的鋁土礦。根據(jù)《礦產地質勘察規(guī)范鋁土礦》鋁土礦資源儲量技術標準，沉積型鋁土礦礦床一般工業(yè)指標要求：鋁硅比值(A/S)≥2.6，且氧化鋁(AO)含量≥40%。

其中鋁硅比值對氧化鋁企業(yè)生產成本影響最大，據(jù)當?shù)匮趸X生產企業(yè)實際驗證，礦石鋁硅比值每降低0.1，氧化鋁生產總成本升高約14元/t。鋁土礦開采過程中頂?shù)装鍑鷰r的混入厚度對礦石質量貧化影響極為顯著，是造成礦石鋁硅比值和氧化鋁含量降低的最重要的因素[2]。

2)設定基準品位

作為建設單位在工程總承包合同中，應結合礦區(qū)地質勘探報告、周邊井工礦開采情況補充勘探情況以及老窿開采情況，科學合理的確定礦石開采基準質量品位。綜合分析上述情況，該區(qū)域礦石基準質量品位設定要求：鋁硅比值為5.0，氧化鋁含量為60%，以此指導采礦生產作業(yè)。

3)二次礦體圈定

按照“先探后采，探采結合”的原則，在地質勘探報告標準鉆孔網(wǎng)度(70 m×70 m)的基礎上，進一步按照(35 m×35 m)的網(wǎng)度進行加密補勘。同時由于存在民采老窿、無礦天窗、薄礦體等不可預見影響礦石質量的因素，因此在采礦生產過程中需要定期進行二次礦體圈定工作，提前預知預判未生產區(qū)域礦石開采質量及時對采場頂?shù)装暹M行驗收，及時調整剝離作業(yè)區(qū)域[3]。

4)分析礦石貧化因素

鋁土礦露天開采頂?shù)装迩謇沓潭鹊那闆r直接影響礦石開采質量，從而影響鋁土礦冶煉加工生產總成本。該區(qū)域鋁土礦平均厚度1.85 m，賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組段中下部，奧陶系中統(tǒng)峰峰組之上，礦體從下而上為底板→鋁土礦→夾石(少部分區(qū)域存在)→鋁土礦→頂板[4]。經(jīng)大量取樣分析化驗，頂?shù)装濉A石、鋁土礦中平均氧化鋁和二氧化硅含量化驗結果如下。頂?shù)装濉A石參數(shù)見表1。

表1 頂?shù)装濉A石、鋁土礦參數(shù)

頂、底板不同混入厚度貧化率為式(1)，計算得出采出礦石質量品位和貧化率見表2。

A/S貧化率=

(1)

5)確定圍巖混入標準

該區(qū)域鋁土礦地質賦存特征為緩傾斜薄礦體，根據(jù)礦體賦存特征主要采用小型挖掘機配合后八輪自卸車進行采礦作業(yè)。由于采礦設備、采礦效率、民采老窿等的影響，實際采礦過程中頂?shù)装鍑鷰r以及夾石的混入是不可避免的。為保證最大限度的提高進廠礦石品位，確保入廠礦石品位不低于A/S=5.0，根據(jù)表2相關參數(shù)，考慮到礦石還會在礦石堆場堆存和鏟運階段存在貧化的情況。因此，要求小型挖掘機開采過程中嚴格控制頂?shù)装寤烊牒穸龋敯寤烊牒穸炔坏贸^30 cm，底板混入厚度不得超過50 cm。

表2 頂、底板混入后采出礦石質量及貧化率參數(shù)

2.2 組織措施

1)“三全”質量管理理念

首先，在項目開工伊始提倡預防為主、科學管理、用數(shù)據(jù)說話的礦石質量控制理念。要求參與項目建設的全體工程人員樹立：全員參與質量管理、全面質量管理、全過程質量管理的“三全”質量管理理念。具體內容見表3。對工程中所有參與人員宣傳礦石質量控制的重要性，灌輸?shù)V石質量控制的理念。

表3 “三全”質量管理理念

2)分析質量控制點

召集項目各參建單位，從項目的“人、機、料、法、環(huán)”五方面，按照“頭腦風暴法”的方式，暢所欲言的研究分析影響礦石質量的因素，查找并分析質量控制點，提煉其中關鍵影響質量控制的因素，對能夠造成礦石質量降低的因素進行改進，對能夠提升礦石質量的因素繼續(xù)保持，把“人”的因素作為影響礦石質量的最重要因素進行分析。主要因素見表4。

表4 “人機料法環(huán)”因素分析

3)明確質量責任

組織各參建單位通過分析研究，確定質量管控原則、溝通機制和工序銜接方式，進一步劃分質量責任，明確各參建單位質量管控責任人員和職責。建立礦石質量化驗室，配備齊全化驗設備和工作人員，規(guī)范化驗室取樣化驗制度。對取樣人員進行專業(yè)培訓，安排經(jīng)驗豐富的取樣人員進行取樣，要求取樣人員按照“平鋪直取”的方式進行取樣后對樣品進行加密編碼，取樣和化驗人員不得由同一人擔任。

2.3 管理措施

1)PDCA循環(huán)

按照PDCA(計劃、實施、檢查、處置)循環(huán)流程進行質量管控，每一循環(huán)都圍繞著實現(xiàn)預期礦石質量目標(鋁硅比值≥5.0，氧化鋁含量≥60%)進行，具體流程圖如圖2所示。其中計劃主要包括合理設定氧化鋁含量和鋁硅比值質量指標。實施主要包括施工交底和礦石開采。檢查主要包括及時對所采礦石進行化驗分析。處置主要包括及時改進礦石開采工藝。為了進一步提升礦石質量，可與總承包方協(xié)商共同減少PDCA循環(huán)周期，隨著對存在質量問題的解決和改進，在不斷的滾動循環(huán)過程中，逐步增強質量管理能力，不斷提高礦石品位。

圖2 PDCA循環(huán)管控流程圖

2)分級堆存配礦

按照采出礦石五級堆存的原則進行分級堆存，一級礦石(A/S≥7)、二級礦石(5.5≤A/S<7)、三級礦石(4.5≤A/S<5.5)、四級礦石(3.5≤A/S<4.5)、五級礦石(2.6≤A/S<3.5)。

在破碎和堆場配礦階段，按照基準品位標準及時調整入料礦石的配礦比例。配礦流程按照“一級配五級，二級配四級，三級直接入料口”的原則進行堆場配礦，最大程度保證入廠(氧化鋁廠)礦石質量品位保持在A/S=5.0附近，形成最佳經(jīng)濟入廠礦石品位。當“塊面分離”破碎時，按照粒度約定及時調整除土篩、顎式破碎機、圓錐破碎機的流程和網(wǎng)度。

3)強化質量管理

在采礦過程中進行精細化管理，每一部小型挖掘機前安排專人指揮采礦作業(yè)。每日所生產和運輸?shù)牡V石，必須提前取樣化驗，質量和粒度達標后，經(jīng)相關參與方現(xiàn)場負責人員簽字確認后方可裝車發(fā)運至氧化鋁廠，極個別“保質與保量”沖突時間段，按照保質優(yōu)先原則進行處理[5]。與此同時圍繞礦石質量中心目標，按照事前、事中、事后質量控制的原則，建立質量管理記錄文件，形成有效的反饋機制和持續(xù)改進機制。

2.4 經(jīng)濟措施

1)科學設定礦石階梯價格

按照“貧富兼采”的原則，為了激勵總承包單位提升礦石質量，減少二次配礦的工序和成本，盡量生產可以直接進入氧化鋁廠的礦石。礦石價款合同需根據(jù)礦石質量基準品位盡量按照“正態(tài)分布”的形狀確定相應的合同單價。鋁硅比值按照最小單位0.1，氧化鋁含量按照最小單位1%進行合同價差約定，不同礦石質量(鋁硅比值和氧化鋁含量雙指標)對應不同結算價格。同時，進一步拉大邊界品位以上和最低工業(yè)品位以下礦石結算款的階梯單價。

圖3 正態(tài)分布形狀的礦石階梯單價示意圖

2)合理使用結算方法

充分利用質量保證金、節(jié)日獎勵、礦石款結算掛賬(現(xiàn)金付款和承兌付款的比例及周期)、等經(jīng)濟獎懲措施，調動總承包單位質量工作積極性。關于對總承包方的質量考核，必須及時在礦石結算款項中落實到位，做到有獎有罰，獎罰分明。

3 結論

礦產資源開發(fā)過程中前期勘探和設計階段、中期采礦生產(含各個工序)階段、后期破碎配礦階段等，都會對礦石質量造成影響，從而影響礦石冶煉加工總成本。因此，礦石質量控制工作是一個涉及范圍廣的系統(tǒng)工程。