安徽某選礦廠節能減排工藝技術改造與實踐

程傳麟 鄒宗彬 胡黃毛 鄧秀蘭 王本治

（安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業公司）

某選礦廠運行多年，一直存在磨礦介質消耗成本高、磨機電耗大、尾礦量大等問題，且尾礦利用率低［1］。為降低選礦廠生產成本及提高尾礦資源利用率，該選廠進行了磨礦介質、粗磁選尾礦及全尾礦利用研究實踐，以期降低能耗，減少污染物排放，獲得企業效益的最大化及環境友好化。

1 選礦廠概況

某選礦廠原設計規模500 萬t/a，經逐年技術改造，目前年處理鐵礦石550 萬t。該選礦廠主要處理礦石為采出原礦及近礦圍巖的干選粗精礦，綜合原礦全鐵品位20.85%，采用三段一閉路破碎篩分+高壓輥磨開路篩分+濕式粗粒磁選拋尾+階段磨礦階段磁選+淘洗機提精流程，年產全鐵品位65.5%的鐵精礦110 萬t，產品粒度為-0.074 mm90%。

2 磨礦介質對比試驗研究

磨礦介質是選礦生產過程中的主要消耗品，生產過程中需要不斷的向球磨機中補加一定量的磨礦介質。納米陶瓷球是一種新型磨礦介質，具有比重輕、硬度高、耐腐蝕、耐磨損等優點，并逐步應用于臥式球磨機，為金屬礦山選礦廠細磨作業的節能降耗及產品粒度改善開拓了新思路［2-3］。安徽某選礦廠為了節能降耗并提高企業經濟效益，在磨礦1系列、2系列進行了不同磨礦介質對比試驗，磨礦1系列添加鋼球介質，2 系列添加鋼球+陶瓷球介質，采用φ30 mm鋼球作為初裝球，鋼球占總裝球量的20%，陶瓷球φ30 mm、φ25 mm、φ20 mm配比為20%∶60%∶20%。

2.1 流程考察

在給礦量相同的條件下，對添加不同磨礦介質的1系列、2系列進行二段磨礦分級流程考察，試驗結果見表1。

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由表1 可知，除二段分級效率1 系列比2 系列稍低外，其余各項指標1 系列均優于2 系列，說明二段磨礦采用常規鋼球比采用鋼球+陶瓷球在磨礦分級指標上有優勢，但優勢不明顯；因二段旋流器溢流-0.074 mm 粒級含量指標要求為75%～80%，試驗1系列、2系列旋流器溢流-0.074 mm粒級含量分別為87.88%，86.06%，均大于工藝指標要求，說明添加陶瓷球介質后，磨礦分級指標下降，但未影響生產，故二段磨礦添加陶瓷球介質是可行的。

2.2 磨機運行數據考察

2個系列二段磨礦運行參數考察結果見表2。

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由表2 可知，2 系列比1 系列磨礦介質裝載量少67 t，充填率提高5.5%，磨機電流降低110.7 A，電耗減少2.64（kW·h）/t，磨礦介質單耗減少0.148 kg/t；使用陶瓷球磨礦，節能效果顯著，雖然磨礦分級指標降低，但能達到生產要求，并保證精礦產品質量。

3 粗磁選尾礦利用

3.1 尾礦濃縮系統現狀

選礦廠總尾礦經盤磁回收機后進入φ53 m 濃縮機濃縮，濃縮后尾礦經250spl-75 渣漿泵送至選硫廠選硫。原設計尾礦濃縮機干礦處理量400 t/h，底流濃度55%，現生產中濃縮機處理尾礦量達600 t/h，遠大于設計處理量。由于尾礦量大，尾礦濃縮系統存在底流濃度低（28%～32%）、溢流跑混、加藥量大及濃縮機壓死等問題。

3.2 尾礦濃縮系統能力分析

選礦廠尾礦輸送至選硫廠選硫，合適的選別濃度為30%～35%。濃縮設備采用φ53 m 高效濃縮機，沉降面積2 486 m2。根據經驗，高效濃縮機生產率為0.2 t/（m2·h），則φ53 m高效濃縮機處理能力為497 t/h，按90%負荷率計算，濃縮機處理能力為447 t/h，即φ53 m濃縮機合理的給礦量為450～500 t/h。底流輸送采用250spl-75渣漿泵，輸送管道內徑300 mm，則合理的輸送體積量為1 000～1 120 m3/h，流速3.95～4.70 m/s。

按原礦650 萬t/a估算，尾礦量為662.88 t/h，現有尾礦濃縮池不能滿足全部尾礦濃縮要求，因此需對尾礦濃縮系統進行改進。

3.3 尾礦濃縮工藝技改方案

選礦廠產能提升至650 萬t/a 規模后，尾礦量為662.88 t/h。根據計算，φ53 m 濃縮機合理給礦量500 t/h 較為合理，則剩余尾礦量162.88 t/h 需處理。經分析研究，提出3 種技改方案。方案1 為改造已有的φ50 m 周邊傳動型濃縮機為高效濃縮機，提升濃縮機處理能力，利用原尾礦管線輸送至選硫廠綜合利用。方案2為新建泵池預沉降后，直接利用原有尾礦管線泵送至選硫廠綜合利用。方案3 為恢復原設計粗粒尾礦撈砂工藝，根據流程考察，+0.5 mm 粒級占56%，撈砂后現有尾礦濃縮大井基本能滿足濃縮要求。

根據前期研究，方案1 改造現有濃縮池方案，需投資950 萬元，投資較大。方案2 存在粗顆粒泵送過程中過流件磨損大及低濃度輸送能耗高等問題。方案3 能滿足650 萬t/a 原礦規模生產尾礦濃縮要求。綜合考慮，選擇方案3。

3.4 粗粒撈砂膠帶機校核

技改后恢復粗粒撈砂系統，計算得出+0.5 mm 粗砂量為162.97 t/h。原17#、18#膠帶機帶寬800 mm，設計運輸量為300 t/h。19#膠帶機為DG300 管狀膠帶機，輸送量達300～350 t/h，原有輸送膠帶機能滿足技改后要求。

3.5 尾礦濃縮設計技改

根據技改方案，恢復粗粒尾礦撈砂系統即可滿足尾礦濃縮要求，主要技改內容為更換原2 臺3073直線篩，更換原17#、18#及19#膠帶機。粗磁選尾礦撈砂系統設備聯系見圖1。

3.6 尾礦濃縮技改效果

（1）恢復高壓輥篩分閉路后，5 mm 干拋尾礦產率達40%，其中+0.5 mm 尾礦產率達20%，恢復粗粒撈砂后，細粒尾礦量估算為530 t/h，基本能滿足要求。

（2）粗磁選尾礦回收生產從2022年8月至2023年5月，累計外銷尾砂32.5 萬t，濕拋尾礦量365.6 萬t，粗磁尾資源利用率8.9%。通過技改減少了尾砂的排放量，環保效益和經濟效益顯著。

（3）通過技術改造，消除了φ53 m 高效濃縮機溢流跑混及濃縮機壓死現象的發生，減少了加藥量，保障了設備的正常運行，降低了維修成本，同時減少了污水的排放。

4 尾砂基材綜合利用

4.1 產品方案

為綜合利用選礦廠尾礦，根據尾礦性質進行大量的尾砂產品研發及市場調研工作，主要有2種產品方案。方案1將尾砂（0.045～3.00 mm）產品視作中間產品用作道路路基原料或混凝土配料，其產品直接用途較少，一般還需再分級加工，估算價格小于15元/t，價格較低。方案2 參照機制砂標準，將混合砂（0.15～3.00 mm）及超細砂（0.045～0.150 mm）用于建設工程原料［4-5］。混合砂及超細砂產品較精細，靠近國家機制砂標準，用途更廣泛，但估算價格較高，大于15 元/t。

由于暫未找到有效的尾礦脫硫途徑，選礦廠考慮到環保、安全等因素，規劃尾礦利用分期進行，前期將尾礦用于低等級道路路基材料及部分混凝土配料，后期繼續研制作為高附加值產品利用。

4.2 工藝技術方案

4.2.1 選礦廠尾礦生產現狀

選礦廠生產的尾礦濃縮后，送至選硫廠進行硫回收，選硫后尾礦泵送至尾礦坑堆存。

4.2.2 選礦廠脫硫尾礦性質

選礦廠尾礦多元素分析結果見表3，選礦廠脫硫尾礦粒級分析結果見表4。

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由表3、表4 可知，選礦廠尾礦有害元素硫含量2.38%。選礦廠脫硫尾礦中+0.125 mm 占35.67%，從粒級級配看可作為機制砂利用，平均硫含量1.56%；+0.074 mm 微細粒泥砂含量較大，占42.80%，平均硫含量1.61%；+0.045 mm 占53.57%，平均硫含量1.72%；+0.03 mm 占58.78%，平均硫含量1.76%；硫含量較高，故選礦廠細粒級尾礦綜合利用前，還需提高選硫工藝的回收率，降低尾礦中的硫含量。

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4.3 生產規模及產品方案

尾砂基材綜合利用設計處理選硫尾礦生產規模500 萬t/a。目前，-0.045 mm細泥市場前景不明，選擇利用+0.045 mm 部分作為建設工程用尾砂，設計每年生產250 萬t，預留-0.045 mm 部分濃縮脫水場地堆放，同時推進細泥開發利用研究。

4.4 工藝技術方案

根據尾礦利用產品方案，一期僅回收+0.045 mm尾礦作為建設工程用尾砂，涉及主要工藝技術為分級、脫水。

粗粒尾砂分級脫水工藝主要有螺旋分級機分級+直線篩脫水、斗輪洗砂機分級+直線篩脫水、直線篩直接分級脫水、水力旋流器分級+直線篩脫水等工藝。螺旋分級機、斗輪洗砂機、直線篩適宜粗粒分級。分級設備中，螺旋分級機及斗輪洗砂機具有漂洗細泥性能，但回收率較篩子低，需配脫水設備；篩子回收率較高，兼有分級脫水性能，一般配較長篩面，前端噴水洗礦分級、后端脫水。水力旋流器較適宜細粒砂回收，但能耗較大。

細粒尾礦分級一般采用水力旋流器、高頻細篩等，高頻細篩由于處理量小、處理細粒尾礦時篩孔易堵塞等原因很少使用。細粒尾礦脫水設備主要有陶瓷過濾機、帶式過濾機及壓濾機等。帶式過濾機過濾效率為0.6～1.2 t/（m2·h），濾餅水分約18%，陶瓷過濾機過濾效率為0.2～0.6 t/（m2·h），濾餅水分約15%，壓濾機過濾效率為0.2～0.3 t/（m2·h），濾餅水分約16%。帶式過濾機及陶瓷過濾機一般處理較粗物料，壓濾機一般處理極細物料。過濾機過濾物料單位成本約8 元，壓濾機壓濾物料單位成本約12 元。

綜合考慮產品質量、生產成本及生產管理等因素，選礦廠尾砂基材綜合利用工藝流程可選擇2種方案。方案1為旋流器分級（-0.045 mm）濃縮+直線脫水篩脫水直接得到尾砂產品（圖2）。方案2為直線篩（或斗輪撈砂機）分級（-0.5 mm）、水力旋流器分級（-0.15 mm）+直線脫水篩脫水、水力旋流器分級（-0.045 mm）+過濾機脫水，各段產品可分別外銷或混合得到尾砂產品（圖3）。

方案1 估算投資3 000 萬元，運行成本1 200萬元/a，產品單價4.8 元/t。按建設工程用尾砂15元/t 計算，估算銷售收入3 750 萬元/a。方案2 估算投資7 000 萬元，運行成本2 250 萬元/a，產品單價9元/t，考慮產品分級銷售，估算銷售收入6 375 萬元/a。

方案1工藝流程簡單、產品單一、管理方便、投資較少、建設周期短，缺點是分級粒度范圍寬、分級不精細，壓力分級能耗大、磨損大，產品質量低，直線篩脫水易堵塞、水分高。方案2不同粒徑尾礦采用不同分級脫水設備，可實現產品精細分級，產品質量較高；但工藝流程復雜、產品多、管理環節多，占地大、投資大，建設周期長。方案2 對尾礦的利用率高，但目前-0.045 mm 細泥市場前景不明，綜合考慮，采用方案1。

4.5 主要設備選型方案

4.5.1 旋流器與脫水篩的選擇

根據方案1工藝流程，主要設備選用分級用水力旋流器及脫水用直線篩。系統物料主要參數見表5。

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該選礦廠細粒級礦漿分級采用FX350型旋流器，由表5可知，旋流器給入礦漿流量為2 750.71 m3/h，故現有FX350 型旋流器可滿足分級濃縮要求；單臺旋流器處理量100～120 m3/h，設計運行壓力0.10～0.15 MPa，共需24 臺，按4 組設計，每組工作6 臺，不設備用設備；脫水篩一般選擇0.3～0.5 mm篩孔，為保證脫水效果，根據經驗選擇3 060 負傾角直線脫水篩，與旋流器組1對1配置。

根據廠家計算，參照其他選礦廠等應用實例，設計將旋流器和篩子組合為一體，選擇4組撈砂一體機（旋流器FX350×6+直線脫水篩3060）。

4.5.2 渣漿泵計算

（1）旋流器給礦渣漿泵。撈砂一體機旋流器采用渣漿泵給礦，設計4個旋流器組采用1臺渣漿泵給礦。設計輸送干礦量631.31 t/h，礦漿質量濃度20%，礦漿體積2 750.71 m3/h。根據尾礦輸送現狀（2 臺250ZJ-Ⅰ-A75 型渣漿泵并聯，同一根管道輸送），選擇2 臺300ZJ-Ⅰ-A96 渣漿泵并聯輸送，單臺輸送流量1 500 m3，清水揚程50 m，配套變頻電機功率355 kW，另備用1臺。

（2）篩下尾礦輸送泵。由表5 可知，脫水篩下干礦量94.70 t/h，礦漿質量濃度為38.44%，礦漿體積為185.49 m3/h，選擇2臺150ZJ-Ⅰ-A60型液下渣漿泵，單臺泵最大流量300 m3/h，清水揚程23 m，配套變頻電機功率55 kW。

4.5.3 產品輸送膠帶機

產品輸送采用膠帶機，按400 t/h 礦量進行膠帶機輸送量選型計算，選擇1 000 mm膠帶機。

4.6 主要選礦工藝過程

尾砂基材綜合利用設備形象聯系見圖4。

由圖4 可見，選硫后尾礦經溜槽匯集，可自流至原接力泵站，經2臺渣漿泵并聯一根管道泵送至撈砂廠房恒壓分配器，進入撈砂一體機分級脫水。篩上脫水尾砂產品經膠帶運至尾砂堆棚儲存外銷，脫水篩篩下渣漿泵輸送到旋流器溢流溜槽，自流至原有接力泵站，經原有輸送管線輸送至尾礦坑堆存。

4.7 應用效果

尾礦撈砂于2023 年3月1日開始生產，目前尾礦資源利用率為48.7%，撈出尾礦可進行銷售，減少了尾礦輸送及堆存成本，經濟效益和環境效益顯著。

5 結 論

（1）某選廠使用陶瓷球磨礦比采用常規鋼球磨礦裝載量減少67 t，充填率提高5.5%，磨機電流下降110.7 A，電耗減少2.64（kW·h）/t，磨礦介質消耗減少0.148 kg/t，節能效果顯著。

（2）通過更換原2 臺3073 直線篩及原17#、18#及19#膠帶機，濕拋尾礦資源綜合利用率提高至57.6%，消除了φ53 m 高效濃縮機溢流跑混及濃縮機壓死現象，降低了維修成本，保障了設備的正常運行，為選礦生產的穩定順行提供了保障。

（3）采用旋流器分級濃縮+直線脫水篩脫水回收全尾礦，可將撈出尾礦進行銷售，減少了尾礦輸送及堆存成本，經濟和環境效益顯著。