智利某鐵礦干磨干選工藝研究

張 斌

（中鋼設備有限公司，北京 100080）

我國鐵礦資源儲量豐富，但其特點是“貧、細、雜”[1]，即原礦品位低、礦石成分復雜、有用礦物嵌布粒度細。傳統的磁鐵礦選礦工藝是“三段一閉路破碎、階段磨礦階段選別、濃縮脫水”工藝[2-3]，但對于干旱缺水地區來說，傳統選礦工藝存在很大的技術制約因素，且生產成本會明顯提高。然而，由于礦石的嵌布粒度比較細，不能通過現有的粗粒干選技術選出合格的鐵精礦。高壓輥磨機作為一種細碎設備，具有單臺處理量大、能耗低、作業率高、占地面積小和產品粒度細等特點，已廣泛應用于鐵礦石粉碎工藝流程[4-5]。21 世紀以來，高壓輥磨機在國內金屬礦山得到廣泛應用，特別是在馬鋼集團南山礦業有限公司凹山鐵礦進行高壓輥磨技術改造以后，首鋼集團曹妃甸選礦廠、河北鋼鐵集團研山鐵礦、撫順罕王礦業集團傲牛選礦廠、攀枝花地區白馬鐵礦等幾十個選礦廠相繼采用了高壓輥磨工藝。但是，高壓輥磨機應用于鐵礦選礦廠中，主要作用是礦石的破碎作業，然后進行干選拋尾或濕式預選作業。高壓輥磨的處理能力大、破碎比大、適合細粒級粉碎的特點并沒有完全發揮，本文主要研究了高壓輥磨機在干磨干選系統中的應用，通過對礦石進行細粒級磨礦，然后進行干選作業，最終選出合格鐵精礦[6-9]。

1 原礦性質

1.1 礦物成分

智利某鐵礦的礦樣主要是主礦體經風化、剝蝕、搬移至低洼之處的地表及淺部（含殘留在原地或半原地），形成的含鐵礦石礫石的黏土、砂土及巖屑膠結物。礦石主要由Fe、Si、Ca、Mg、Al、O 等元素組成。礦石中金屬礦物有磁赤鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦，脈石礦物主要有方解石、白云石、石榴子石、長石和石英等。

1.2 原礦性質分析

針對原礦樣進行主要元素的化學分析，并對礦石中Fe 的賦存進行物相分析，結果見表1 和表2。由表1 可知，礦石中可供利用的有價元素主要為Fe，其含量為25.40%；礦石中S 元素含量比較高，而P 元素含量比較低。由表2 可知，礦石中鐵主要賦存在磁性鐵礦物中，其分布率為69.09%；其次是賦存在赤（褐）鐵礦中，以及碳酸鹽和硅酸鹽等礦物中鐵，分布率分別為18.07%和12.84%。

表1 礦石化學分析Table 1 Chemical analysis of ore 單位：%

表2 鐵化學物相分析Table 2 Chemical phase analysis of Fe 單位：%

1.3 原礦嵌布特征

原礦中，以磁鐵礦和磁赤鐵礦為主的磁性鐵礦物與脈石礦物、褐鐵礦的共生關系較為密切，粗粒鐵礦物集合體中常常嵌布細粒的脈石礦物，典型嵌布特征如圖1 和圖2 所示。

圖1 礦石中磁性鐵礦物與脈石礦物的共生關系Fig.1 Symbiotic relationship between magnetic iron minerals and gangue minerals in ores

圖2 礦石中磁赤鐵礦與褐鐵礦、脈石礦物的共生關系Fig.2 Symbiotic relationship between maghematite, limonite and gangue minerals in ores

從礦石中鐵的賦存狀態以及重要鐵礦物的嵌布特征來看，因礦石中鐵主要以磁赤鐵礦和磁鐵礦的形式存在，其所組成的磁性鐵礦物集合體是選礦的目的礦物，故磁選作業時磁性鐵礦物的實際礦物成分及嵌布特征是影響鐵精礦品位的主要因素。對于干式磁選作業而言，磁性鐵礦物與脈石礦物常緊密共生，在礦石破碎時絕大部分磁性鐵礦物難以與脈石礦物解離，故磁選作業時磁選精礦中磁性鐵礦物的含量不會很高，難以生產高品位的鐵精礦；對于磨礦作業而言，該礦石中磁性鐵礦物集合體的嵌布粒度較粗，磨礦時容易實現單體解離。獲得高品位鐵精礦的途徑是在保證磁性鐵礦物具有較理想的單體解離效果的前提下，進行干式磁選或者濕式磁選[10-11]。

1.4 原礦特性總結

原礦中鐵的品位為25.40%，其中磁性鐵礦物中鐵的分布率為69.09%（mFe 17.15%），以硅酸鹽為主的脈石礦物中鐵的分布率為12.84%，赤（褐）鐵礦中鐵的分布率為18.07%。礦石中鐵礦物集合體的嵌布粒度一般較粗（>0.25 mm），但多數鐵礦物集合體尤其是磁性鐵礦物集合體與脈石礦物共生密切，細碎條件下大多數磁性鐵礦物難以單體解離，這是影響最終干選鐵精礦品位的根本原因；對于礦石的選礦而言，在磨礦條件下絕大多數磁性鐵礦物可以實現單體解離，容易獲得較高品位的鐵精礦。因此，在保證礦石粒度盡可能細、提高磁選回收率的情況下，進行了干磨干選工藝的研究，并通過此工藝選出了合格的鐵精礦。

2 選礦試驗

2.1 原礦破碎至?3 mm 干選試驗

由于鐵礦物集合體嵌布粒度多數小于2 mm，按照多碎少磨的選礦理論，首先將原礦破碎至?3 mm，然后進行干選試驗（表3）。

表3 原礦破碎后粒級分析Table 3 Grain size analysis of raw ore after crushing

將破碎后的礦樣混勻縮分，采用兩段干式磁選進行選別，一段干選（使用CTG-4576 設備，磁選條件為：場強YZC-202，轉速為G105）；二段干選（使用高頻干式精選機LCGX-0507，磁選條件為：場強YRC-102，轉速G116，帶速D215）。試驗結果見表4，數質量流程圖如圖3 所示。

圖3 ?3 mm 干選試驗數質量流程圖Fig.3 Quantity and quality flow chart of ?3 mm dry separation test

表4 ?3 mm 干選試驗數據Table 4 Test data of ?3 mm dry separation

通過上述試驗可以得到：原礦品位25.40%的礦石，通過兩段干選作業，得到品位48.87%、產率39.03%，回收率75.10% 的精礦，取得了較好的試驗效果。

2.2 二次干選精礦破碎至?1 mm 干選試驗

將上述二次干選的精礦再次破碎至?1 mm。二次干選精礦破碎后粒級分布見表5。將?1 mm 的二次干選精礦混勻縮分，進行量恒式干選機干選試驗，量恒式磁選機的平板磁高度為25 mm，磁場強度為1 200 Gs，試驗結果見表6。

表5 二次干選精礦破碎后粒級分析Table 5 Grain size analysis of secondary dry concentrate after crushing

表6 ?1 mm 干選試驗數據Table 6 Test data of ?1 mm dry separation

試驗礦樣通過量恒式干選機進行干選試驗，在原礦品位48.87% 的情況下，可以得到品位58.46%、產率17.77%、回收率40.90%的精礦；同時產生了品位42.39%、產率20.01%、回收率29.21% 的中礦，這部分中礦需要在生產中進一步處理。

2.3 試驗結論

礦石經過干磨干選試驗可以得到合格的鐵精礦，主要結論如下所述。推薦的選別流程如圖4 所示。

圖4 試驗推薦選別工藝流程圖Fig.4 Process flow chart of recommended sorting

1）在原礦破碎至?3 mm 的情況下，經過兩段干選作業，在原礦品位25.40% 的情況下，可以得到品位48.87%、產率39.03%、回收率75.10%的精礦和品位10.37%、產率60.97%、回收率24.89%的尾礦。尾礦可以直接拋掉，不再處理。拋掉產率大于60%的尾礦，大幅降低了再次處理的礦石量。

2）二次干選精礦再次破碎至?1 mm 后，經過量恒式干選機進行選別，得到品位58.46%、產率17.77%、回收率40.90%的合格精礦。

3）經過量恒式干選機干選，得到品位42.39%、產率20.01%、回收率29.21%的中礦，這部分中礦品位較高，具有回收的價值，需要考慮如何處理。

4）該礦石中磁性物料的結晶粒度相較于國內類似礦石粗，可以通過破碎至?1 mm 進行干選，得到合格的精礦，具有較好的經濟價值。

3 選礦工藝

3.1 工藝流程的確定

根據礦石性質及相關的干磨干選試驗，對于該礦石的工業選別流程討論如下所述[3-4,12-13]。

1）礦石自采場采出后，由于廢石的混入，需要增加大粒度磁滑輪干選作業，拋掉采礦過程中混入的廢石，減少后續破碎及選別作業的處理量。

2）根據原礦礦樣性質可知，礦石屬于地表氧化礦，粉化率較高，破碎作業建議通過二段一閉路破碎系統得到?30 mm 產品。

3）?30 mm 產品經過一段高壓輥磨和振動篩閉路作業，得到?3 mm 產品。

4）?3 mm 產品經過兩段干式磁選作業，拋出尾礦，得到的精礦進行后續作業。

5）?3 mm 精礦經過二段高壓輥磨作業，調整高壓輥磨機輥間間隙，保證產品在?1 mm 左右，然后進行量恒式干選機選別作業，量恒式干選機中礦返回二段高壓輥磨，形成閉路。既可以使中礦通過高壓輥作業再次降低粒度，使這部分中礦能夠充分解離，又解決了細粒級高壓輥磨產品干式篩分作業不穩定的問題。

6）量恒式干選機精礦作為最終精礦，進行外銷。量恒式干選機尾礦、?3 mm 干選尾礦以及大粒度磁滑輪尾礦作為最終尾礦，進行堆存。

通過上述結論，針對干旱缺水地區，擬定的工業開發工藝流程如圖5 所示。

圖5 干旱缺水地區適用的干磨干選工藝流程圖Fig.5 Process flow diagram of dry grinding and dry separation technology applicable to arid and water scarce areas

1）破碎作業：原礦通過汽車給入顎式破碎機經過粗碎后，將礦石粒度由0 ～1 000 mm，破碎至0～250 mm，粗碎后產品通過大粒度干選皮帶機進行磁滑輪拋尾（場強4 000 Gs），將采礦中混入的廢石進行拋出，拋廢比例占原礦的10%左右，具體根據采礦廢石混入率進行確定。大粒度干選精礦品位28%左右，尾礦品位10%以下，大粒度干選的廢石運至廢石場進行堆存，大粒度干選精礦通過皮帶機轉運至中碎礦倉，然后通過皮帶給料機給入圓錐破碎機進行中碎作業，中碎產品粒度為0～60 mm，中碎產品給入雙層振動篩，進行檢查分級，篩上產品返回中碎圓錐破碎機前礦倉，返回量約為原礦處理量的120%，篩下產品通過皮帶機運輸，進行一段高壓輥磨作業。檢查篩分的篩網尺寸為35 mm，控制中碎閉路篩分的產品粒度為?30 mm[4,14-15]。

2）一段高壓輥磨作業：中碎篩分后的成品（?30 mm），通過皮帶機給入一段高壓輥磨機礦倉，礦倉下設置皮帶給料機，將礦石給入一段高壓輥磨機，一段高壓輥磨機排料通過皮帶機轉運，給入雙層香蕉振動篩進行篩分，篩孔尺寸為3.5 mm，篩上產品+3 mm 部分返回一段高壓輥磨機礦倉，再次進行輥壓作業，返回量約為原礦處理能力的115%。篩下產品?3 mm 部分通過皮帶機運輸，給入一次粉礦干選機，進行磁選作業，粉礦干選機為LCGJ 型粉礦筒式干選機，場強為4 000 Gs。一次粉礦干選精礦品位38%左右，尾礦品位9%左右。一次粉礦干選尾礦進行拋尾，精礦通過給料機給入二次粉礦干選機，進行二次干選作業，二次粉礦干選機為LCGX 型粉礦筒式干選機，磁系為翻轉磁系，場強為4 000 Gs。二次粉礦干選精礦品位48% 左右，尾礦品位14% 左右。二次粉礦干選尾礦進行拋尾，精礦通過皮帶機運輸至二段高壓輥磨礦倉，進行二段高壓輥磨作業[16]。

3）二段高壓輥磨作業：將二次粉礦干選的精礦（?3 mm）給入二段高壓輥磨機礦倉，礦倉下設置皮帶給料機給入二段高壓輥磨機，進行輥壓作業，二段高壓輥磨機的排礦產品粒度約為?1 mm，通過皮帶機給入三次粉礦干選機，進行干式磁選作業，三次粉礦干選機為LHGX 型量恒式干選機，場強為1 200 Gs。經過三次粉礦干選作業，得到三種產品，其中，精礦品位58%以上，尾礦品位16% 左右，中礦品位43%左右。三次粉礦精礦為最終精礦進行銷售，尾礦為最終尾礦進行堆存，中礦產品與二段高壓輥磨作業形成閉路，重新返回高壓輥磨礦倉，進行再磨作業，中礦返回量為新給入二段高壓輥磨礦量的140%左右[17-18]。

通過上述工藝流程對礦石的處理，在原礦品位25.40%的情況下，可以得到精礦品位58%以上的精礦，精礦回收率在70%左右，使此類礦石在缺水條件下能夠取得良好的經濟效益，能夠保證礦山穩定高效的運行。

3.2 主要設計指標

根據相關技術要求的確定，礦山設計規模為500 萬t/a，干磨干選系統全年運行5 940 h，即每天工作18 h，全年工作330 d，設備作業率為67.80%。主要設計指標見表7[1-3]。

表7 主要設計指標Table 7 Main design index

3.3 主要工藝設備的選擇

選礦工藝設備選擇原則如下所述。主要設備選型見表8。

表8 主要設備選型Table 8 Selection of main equipment

1）所選設備的型號、規格、數量滿足規模的需要，并適合礦石的物理、化學性質及產品要求。

2）關鍵大型設備選擇世界上性能先進、成熟可靠的產品，其余設備盡量選用中國生產、先進、可靠、優質、高效、節能的產品，既努力使新建選廠達到國際較先進水平，又盡量節省投資，降低經營費用，確保完成生產指標。

3）在進行設備選型時，根據當地的運輸條件和供電條件，盡量選擇與建廠規模相適應的大型設備，減少設備系列與臺數，以降低建設投資和生產費用，便于實現自動控制與生產管理。

4）由于生產中礦量、品位等指標有一定的波動性，考慮上、下工序所選用的設備負荷率協調性、均衡性，且設備能力有一定富余量。

5）為保證主要設備的作業率，配套設備具有適當的備用量。

4 技術優勢與特點

與傳統選礦工藝技術相比，該選礦工藝的特點和有益效果如下所述[10,12,16]。

1）微細粒磁鐵礦的干磨干選工藝經過兩段破碎-兩段高壓輥磨-三段粉礦干選作業后，得到了鐵精礦品位大于58%，回收率70%左右的合格產品。相較于傳統的三段破碎-階段磨礦階段選別-濃縮脫水的工藝，大大簡化了工藝流程，節約了選礦工藝生產成本。

2）微細粒磁鐵礦的干磨干選工藝，利用兩段高壓輥磨機進行礦石的粉磨作業，取消了傳統選礦工藝中的球磨機細磨作業，體現了高壓輥磨機處理量大、能耗低、作業率高、破碎比大、適合粉磨的技術優勢，使選礦廠的勞動定員、能源消耗、水資源消耗相應減少，減少了選礦工藝生產成本。

3）微細粒磁鐵礦的干磨干選工藝，相較于傳統的選礦工藝，節約了大量的水資源，并且不需要建立濕式尾礦庫，節省了建設投資，減少了選礦廠的安全隱患。

4）微細粒磁鐵礦的干磨干選工藝，相較于傳統的高壓輥磨與振動篩閉路的工藝，在二段高壓輥磨作業后創新地采用高壓輥磨與量恒式干選機進行閉路作業，克服了干式篩分工藝對于粉料適用性差、效率低的缺點，同時也避免了采用風力分級能耗大、管路磨損嚴重的問題。

5）微細粒磁鐵礦的干磨干選工藝，能夠解決?1 mm 礦石的干式選別工藝，根據礦石性質的差別及產品要求，可以進行更細粒級的選別，相應的需要增加粉礦干選段數，并調整粉礦干選機中礦返回高壓輥磨機的礦量。

5 結 語

通過對智利某鐵礦的工藝礦物學及相關試驗的研究，確定了干磨干選的工藝開發方案，礦石通過兩段破碎-兩段高壓輥磨-三段干式磁選作業，最終得到精礦品位大于58%的合格產品。通過上述研究可知，針對特定地區特定情況下的礦石性質，需要進行傳統選礦工藝流程的優化，在盡可能低風險、少投入的情況下，選擇適應于當時當地情況的選別方法。該工藝摒棄了傳統選礦概念中的把脈石與礦石磨細充分解離，保證有用礦物盡可能全部回收的理念，選擇舍棄一定的回收率，保證精礦產品能夠銷售的干磨干選工藝，既解決了干旱缺水地區無法采用傳統選礦方法的問題，又提高了礦山的經濟效益。