魯中某鐵礦加工與砂石制備混用工藝實踐

陳少學 儲榮春 于強

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司；4.山東盛鑫礦業有限公司）

礦產資源是我國工業的主要原材料［1］，其中鐵礦為國家戰略資源，2021 年中國鐵礦石總需求量為14.22 億t，其中進口鐵礦石超過了11 億t。為了鞏固國家礦產資源安全，中鋼協推出了“基石計劃”，計劃用10～15 a，切實改變我國鐵資源來源構成，這一舉措將會加速推進國產鐵礦的開發。我國礦產資源的礦石成分復雜，難選礦、貧礦多，綜合利用率很低［2］，這一計劃的實施必將增加大量的尾礦，目前鐵尾礦用于制備綠色低碳建筑材料是綜合利用的主流方向［3］。安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司高村鐵礦通過確定合理干拋品位，通過多拋廢石加工成建筑骨料，同步優化了經濟與資源效益［4］。近些年，國家不斷推進生態文明建設，關停了大量安全環保不達標的采石場，導致砂石供需關系失衡，價格一漲再漲，以工信部牽頭的十五部門聯合發布了推進機制砂石產業高質量、健康有序發展的指導性文件，砂石行業的發展步入了“黃金時代”［5］。根據文獻顯示，2020年我國前十強砂石企業合計產能約4.9億t，產能集中度不到3%［6］，雖然這兩年央企和地方國企紛紛布局砂石行業，開啟了大型化、集約化、綠色化的砂石開發模式，但以鐵礦廢石綜合利用為大宗固廢資源綜合利用的前景依舊非常廣闊。

1 應用背景

魯中某鐵礦企業礦石類型為難選礦石，有用鐵礦物主要為磁鐵礦，其次為赤褐鐵礦，難以回收的鐵礦物硅酸鐵及碳酸鐵含量較高，且嵌布粒度細，通過試驗得出難以獲得高品位的鐵精粉，回收率也不高，且鐵礦為地下開采，采礦成本較高，通過經濟分析，該項目盈利困難，為此擱置多年。近幾年，鋼鐵行業由于周期疊加等多重因素，鐵精粉售價迅速回暖，同時隨著國家生態文明建設，關閉了大量小型、污染嚴重的采石場，導致局部地區砂石供應失衡，砂石價格水漲船高。企業根據市場環境和自身戰略目標，重啟了該鐵礦建設，欲建成原礦處理量為100 萬t/a 的綠色、高效、集約的現代化選礦廠。

傳統磁鐵礦選廠一般在粗碎或中碎后實施干式拋尾，再將干拋廢石通過新建一套砂石骨料破碎系統來實現副產品的綜合利用，傳統方案礦石破碎系統和砂石破碎系統并存，具有設備臺數多、廠房投資大、占地面積大、操作人員多等缺點。綜合考慮礦石特性、磁選機理、篩分原理、砂石產品需求等因素，該項目在設計過程中將鐵礦加工和砂石制備工藝流程進行了優化融合，實現了一個流程可同時滿足上述2種工藝需求的流程創新，有效地降低了項目投資及運營成本，進一步改善了項目投資收益。

2 原礦性質

魯中某鐵礦位于汶上—東平鐵礦成礦帶，礦床賦存于泰山巖群山草峪組上部含鐵巖系中，屬沉積變質型；含礦巖系為含鐵碎屑巖—變粒巖建造，屬于低級鐵鋁榴石角閃巖相；礦石類型主要為磁鐵角閃石英巖型；工業類型為需選弱磁性貧鐵礦石；礦體圍巖巖性較為簡單，主要為黑云變粒巖類。

礦石礦物主要為磁鐵礦，少量赤鐵礦、褐鐵礦等；脈石礦物主要為石英、普通角閃石，少量為鐵閃石、透閃石-陽起石、黑云母、石榴子石、透輝石、斜長石、綠泥石、綠簾石以及電氣石、磷灰石、金紅石、褐簾石、榍石、方解石等。原礦化學多元素、鐵物相及巖石力學測試結果見表1～表3。

由表1 可知，計算原礦堿比為0.09，屬酸性鐵礦石；原礦中SiO2含量較高，達54.18%，有害雜質S、P含量較低。

由表2 可知，原礦中有用鐵礦物主要為磁鐵礦，其次為難以回收利用的赤褐鐵礦和碳酸鐵，暫無經濟價值的鐵礦物硅酸鐵含量較高，分布率為20.78%。

由表3 可知，礦石硬度偏硬，選礦廢石和采礦混入圍巖通過破碎和選礦可制備成砂石骨料，通過檢測分析，符合砂石行業標準。

3 工藝方案

原礦在采礦時會混入部分圍巖導致貧化，根據礦體形態、采礦方法、爆破參數等條件，貧化率各有不同。根據地質資料，該礦山采礦方法為淺孔留礦采礦法和上向水平分層膠結充填采礦法，貧化率8%。同時，礦石在破碎和磨礦過程中部分礦石和脈石實現了單體解離，通過干式拋尾和濕式預選可將脈石拋出，根據試驗報告和類似實踐經驗，設計中合計可制備出33.66%的不同規格的建筑用骨料和水洗砂。結合鐵礦加工和砂石制備工藝，綜合考慮，設計工藝原則流程見圖1，主要工藝設備選擇結果見表4。

采出原礦（-600 mm）經井下顎式破碎機（C100）粗碎后，再由主井箕斗提升至地表箕斗礦倉，從而進入選廠作業。礦石經1#帶式輸送機運至中細碎車間圓錐破碎機（CH440C）進行中碎作業，中碎作業產品再由5#帶式輸送機運往篩分車間雙層香蕉振動篩（2LKBB3661）進行預先檢查篩分作業，篩中物料（10～30 mm）經7#帶式輸送機送至中細碎車間進行干式磁選作業，7#帶式輸送機頭部設有干式磁選機（CTDG1012N），干選精礦落入細碎礦倉，篩上物料（+30 mm）由8#帶式輸送機送回中細碎車間的細碎礦倉，干選精礦和篩上物料（+30 mm）一同進入中細碎車間圓錐破碎機（CH440MF）進行細碎作業，中碎作業和細碎作業產品共用5#帶式輸送機，圓錐破碎機（CH440MF）與雙層香蕉振動篩（2LKBB3661）形成閉路細碎，篩下物料（-10 mm）為最終破碎產品，由6#、12#帶式輸送機聯合送入粉礦倉儲存，干式磁選作業的尾礦由9#帶式輸送機送入骨料廠房，再經圓振篩（YA1536）分成10～20 mm和20～30 mm 2種骨料產品。

粉礦倉的粉礦（-10 mm）由13#、14#帶式輸送機協同運至主廠房的濕式粗粒預選磁選機（CCTS1236）進行濕式粗粒預選作業，濕式粗粒預選作業尾礦經直線脫水篩（ZKX1836）脫水分級后的篩上產品（+3 mm）即為米石產品，由15#帶式輸送機運至骨料廠房堆存。濕式粗粒預選作業的精礦自流至溢流型球磨機（MQY4060）進行一段球磨作業，經一段球磨作業的礦漿由渣漿泵送至水力旋流器（FX500TGVII×4）進行檢查分級，水力旋流器（FX500TGVII×4）的底流自流至一段球磨作業形成閉路磨礦，水力旋流器（FX500TGVII×4）的溢流為一段磨礦產品，粒度控制在-0.074 mm55%，溢流自流進入筒式磁選機（XCTB1236）進行一段磁選作業，一段磁選作業精礦進入下一選礦作業，一段磁選作業尾礦與直線脫水篩（ZKX1836）的篩下（-3 mm）合并后由渣漿泵送至水力旋流器（FX500TGVII）分級，底流自流至脫水篩（ZKJ1845）經分級脫水作業后為水洗砂產品，再由帶式輸送機送至骨料廠房堆存，水力旋流器（FX500TGVII）溢流、脫水篩（ZKJ1845）的篩下與其他尾礦一同由渣漿泵送至尾礦濃縮作業。

4 結語

（1）依據磁鐵礦礦石特性和砂石市場需求，將鐵礦加工和砂石制備工藝深度融合，實現了一套系統可同時兼顧鐵礦加工和砂石制備的生產，簡化了工藝流程，即使采礦貧化率有一定的變化，流程均具有較強的適用性。

（2）通過實施該優化融合混選新工藝，有效降低了建設投資300 萬元以上，每年可降低人員工資39萬元，減少了備品備件種類，降低了管理難度。

（3）設計采用干式磁選、濕式預選與尾礦綜合利用組合工藝，在一段磁選后可拋出產率57%的尾礦，大大降低了后續運行成本，實現了梯級拋尾、物盡其才的集約資源開發理念。

（4）將拋出的尾礦通過簡單的篩分或分級即可實現綜合利用，每年可產生33.66 萬t 不同規格建筑用骨料和水洗砂，按現有市場行情，可增加銷售收入超1 000 萬元，大幅改善了企業經營狀況。

（5）采用該優化融合混選新工藝，有利于進一步降低生產能耗，實現固廢減量化、資源化的可持續綠色發展道路，符合國家“碳達峰、碳中和”的戰略目標。