淮北某鐵礦選礦廠設計及尾砂綜合利用

薛晨

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.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；3.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室）

鐵礦石是鋼鐵冶煉的重要原材料，鋼鐵行業作為國民經濟的重要支柱產業，為經濟發展起到“加速器”“壓艙石”的作用。我國鐵礦石資源豐富且特點顯著，一是貧礦多，約占總儲量的80%；二是資源分布較為分散且礦體復雜［1］。因此，鐵礦石選礦通常工藝流程復雜［2］、選礦成本較高。地域錯配格局下，我國鐵礦石面臨著較高的供應風險，對外依賴度高［3］，進口來源國也相對集中，這種資源博弈下的貿易格局使得中國較為被動。中國在積極推動海外權益礦的同時，也開始增大國內鐵礦石的內挖潛力。2022年1月，由中鋼協提出旨在加強鐵礦石資源保障的“基石計劃”獲得推進，該計劃旨在用2～3個“五年規劃”時間，改變中國鐵資源來源構成，從根本上解決鋼鐵產業鏈資源短板問題，降低鐵礦石對外依存度［4］，已初步明確提升國內礦產量、支持國內廢鋼回收和利用、在防風險前提下加快海外礦開發三大舉措。

淮北某鐵礦位于淮北平原北部，礦床為厚層第四系松散巖層所覆蓋，為熱液型礦床，礦床內的礦石礦物成分主要包括磁鐵礦、黃鐵礦等金屬礦物和透輝石等脈石礦物，擬設計新建1 座年處理原礦45 萬t規模的選礦廠。

1 供礦條件及礦石性質

該鐵礦采用地下開采方式，每年可供選廠原礦45萬t，原礦從主井提升后通過有軌小車卸至粗破碎車間的原礦倉，從而進入選礦作業。原礦倉附近設有堆場，原礦最大塊度350 mm，礦石真密度3.691 t/m3。

礦石的結構包括他形粒狀結構、自形-半自形粒狀結構、交代殘留結構、包含結構、周邊結構、脈狀結構、壓碎結構等，礦石構造主要有致密塊狀、浸染狀、條帶狀、團塊狀構造等，前三者比較發育。原礦化學多元素及鐵物相分析結果見表1、表2。

由表1、表2可知，在礦石自然類型中其主要化學成分為Fe、SiO2、Al2O3、CaO、MgO，五者總量占70%以上，其次為S，少量Cu、Zn、P等，雖分布普遍，但含量較少，均不能構成工業礦體，僅對鐵礦石的質量產生影響；礦石中的主要金屬礦物為磁鐵礦，磁性鐵占有率91.73%；礦石有害雜質中磷含量較低，硫含量較高。

2 選礦試驗流程及指標

根據原礦性質，礦石中磁性鐵占有率較高，選別工藝主要采用弱磁選方法；赤褐鐵礦的含量僅占鐵分布率的2.23%，回收該類礦物的投資、成本均較高，試驗暫不考慮對該類礦石的回收；碳酸鐵和硅酸鐵分布率合計3.94%，這部分鐵在目前的工藝水平下，采用常規的選礦工藝較難以回收。

從單一弱磁選工藝流程來看，階段磨選與連續磨選相比，具有提前拋尾、節能降耗等顯著特點。因此，結合國內外同類鐵礦石選礦實踐，選礦試驗采用階段磨礦—弱磁選工藝流程回收磁性礦物，當一段磨礦細度為-0.074 mm 55%進行弱磁選拋尾，粗精礦進行二段磨礦，細度磨至-0.074 mm 90%時，進行二段磁選和三段磁選，可得到產率53.51%、鐵品位65.79%、回收率為93.55%的鐵精礦。試驗數質量流程見圖1。

3 設計流程及指標

3.1 設計流程

（1）破碎流程設計。根據該選礦廠破碎系統的建設規模、國內外破碎設備生產發展現狀、采礦供礦塊度等因素，以“多碎少磨”為原則，盡量降低最終破碎產品粒度，設計采用兩段一閉路破碎流程，原礦粒度-350 mm，設計最終破碎粒度-12 mm。

（2）磨選流程設計。根據該鐵礦的原礦性質、選礦試驗結果及項目擬建地實際情況，參考國內同類礦山選礦生產實踐，確定選別流程為濕式預選—兩段磨礦、階段磨選流程。一段磨礦細度-0.074 mm55%，二段磨礦細度-0.074 mm90%，選別作業為三段磁選。

（3）脫水流程設計。鐵精礦礦漿濃度約45%，經濃縮磁選至約65%送至陶瓷過濾機過濾。濕式預選后拋尾得尾礦1，磁選后尾礦合并成為尾礦2，對2 種尾礦考慮進行綜合利用。

選礦設計工藝流程見圖2［5］。

3.2 設計指標

選礦設計技術指標符合國土資源部鐵礦資源合理開發利用“三率”最低指標要求（表3）。

4 干選廢石及尾砂綜合利用

4.1 尾礦撈砂設計流程及指標

該礦石選礦過程中產生的尾礦可撈出不同粒度的尾砂，可作為建筑石料綜合利用，最終尾礦可用于井下充填。

（1）粗粒尾砂。破碎后礦石經濕式預選作業拋尾，預選尾礦經直線篩脫水撈出粗粒尾砂，選廠正常生產后，年產粗粒尾砂達2.16 萬t。

（2）細粒尾砂。三段磁選尾礦與濕式預選尾礦撈砂后的篩下產品一起送至尾礦脫水作業；尾礦經旋流器濃縮、直線篩脫水可分離出細粒尾砂。選廠正常生產后，年產細粒尾砂達9 萬t。

（3）最終尾礦。經旋流器濃縮、直線篩脫水分離出細粒尾砂后，旋流器溢流即為最終尾礦礦漿，經濃密機濃縮至約40%，再泵入壓濾機壓濾至約85%，壓濾產品即為最終尾礦，濃縮、壓濾回水經泵送回選礦廠做回水用。選廠正常生產后，年產尾礦量9.27 萬t。

尾礦綜合利用設計工藝流程見圖3，尾砂綜合指標及用途見表4。

4.2 廢石及尾礦綜合利用

按照國家循環經濟、環保經濟的發展政策和要求，鼓勵對資源進行綜合開發利用。該鐵礦在選礦過程中，每年產生大量的干拋廢石及粗、細粒尾砂，該設計對鐵礦干選廢石及尾礦這類傳統固廢進行資源化利用，既可實現尾礦的大宗消納，也可固化、穩定化尾礦中的有害物質，阻止有害物質的遷移使用，同時實現尾礦的高值化利用，促進選廠利潤更大化，實現傳統鐵加工產業的優化升級，推動項目所在地區高質量發展。

（1）干選廢石。經粗破碎后的礦石送至篩分機，篩上物料運至干式磁選，干選拋尾廢石經轉運站后運至廢石倉，干選廢石粒度為12～45 mm。選廠正常生產后，年產干選廢石達1.80 萬t。該部分廢石可作為建筑用料直接外售或再加工成優質的砂石骨料外售，使干選廢石作為資源實現回收利用，且市場行情較好。

（2）粗粒尾砂。粗粒尾砂粒度較粗，平均在0.5 mm 以上，尾礦中硅含量較高，適合用作商品砂外售，替代天然砂石，市場前景廣闊。近年，隨著我國城市化進程的不斷加快；由于國家對天然砂石資源的限采和環境治理力度的加大，使得商品砂石在替代天然砂石骨料方面顯示出無可比擬的優勢。研究表明，與僅使用碎石、土壤和沙子等傳統材料鋪設的道路相比，在道路各鋪砌層中添加從高硅鐵礦石尾礦中提取的砂產品，可使道路壽命延長50%，并使道路鋪設成本降低20%。將粗粒鐵尾礦作為商品砂石外售不僅其產量大，對資源保護有利，而且符合建筑工程建設用砂石骨料的質量標準，可有效緩解天然砂石的枯竭壓力。

（3）細粒尾砂。細粒尾砂相對粒度較細，可被用作混凝土和陶瓷等建材的原料，也可代替天然砂成為混凝土的細骨料。在公路建設過程中需消耗大量碎石、砂粒等，可探索將鐵尾礦加入無機材料后作為底基層填料使用。因其所含成分可以滿足建材制造的要求，只需經過一些簡單工藝處理，如燒結、養護等，就可以獲得符合國家相關標準的高附加值建筑材料。

5 結論

（1）淮北某鐵礦中主要金屬鐵礦物為磁鐵礦，占有率為91.73%，選別工藝主要采用弱磁選別方法。礦石中赤褐鐵礦、碳酸鐵以及硅酸鐵含量較低，且采用常規選礦工藝較難回收，暫不考慮。

（2）選礦試驗推薦階段磨礦—弱磁選工藝流程，一段磨礦細度為-0.074 mm 50%進行弱磁選拋尾，粗精礦進行二段磨礦，磨至-0.074 mm90%時，再進行1粗1 精弱磁選別，可得到品位65.79%、回收率93.55%的鐵精礦。

（3）選礦廠設計流程采用兩段一閉路破碎、濕式預選—兩段磨礦、階段磨選流程。在一段磨礦細度-0.074 mm55%、二段磨礦細度-0.074 mm90%的情況下，通過三段磁選作業可獲得品位65.00%、回收率93.55%的鐵精礦。

（4）設計對鐵礦干選廢石及尾砂進行綜合利用，最終尾礦用于井下充填，可有效提高該鐵礦石的全資源利用率；將廢石及尾砂外售，用于加工生產建筑骨料、機制砂等，實現變廢為寶，物盡其用，為無廢綠色礦山的建設與發展提供了條件，符合循環經濟要求。