劉塘坊鐵礦放粗磨礦細度試驗探索及運用

沈 清 陳國強 閻勝耀

(1.中鋼集團安徽劉塘坊礦業(yè)有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司)

目前鐵礦石市場景氣度較低，鐵精粉價格低迷，對于一些規(guī)模不大或資源一般的礦山而言，鐵精粉市場價格已低于其產(chǎn)品成本。降低鐵精粉生產(chǎn)成本是拓展礦山企業(yè)生存空間的一條可取之路。降低鐵精粉生產(chǎn)成本有多種途徑，如提高生產(chǎn)自動化、提高員工職業(yè)素質(zhì)、合理配置一線員工人數(shù)、提高設備利用系數(shù)、優(yōu)化生產(chǎn)指標等。為此，提出了如何在保證鐵精粉品位不低于65.5%的情況下，放粗最終磨礦細度的研究。放粗磨礦細度即意味著降低單位鋼球消耗和電耗及球磨機處理量的提高，從而可大幅度的降低鐵精粉選礦成本，對于企業(yè)而言，具有重要的意義。

1 礦石性質(zhì)[1]

劉塘坊鐵礦礦石中的主要金屬礦物為磁鐵礦，其次為赤鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦、黃銅礦等。脈石礦物主要為石英、角閃石、黑云母、斜長石、石榴石，及少量綠簾石、鐵閃石、碳酸鹽、綠泥石等。磁鐵礦以半自形粒狀變晶為主，粒徑多在0.02～0.50 mm，最小者0.01 mm，以0.1～0.3 mm占多數(shù)，其結(jié)構類型為自形-半自形粒狀結(jié)構；赤鐵礦呈葉片狀自形晶體，葉片長度多在0.05～0.15 mm，浸染狀分布于脈石中，其結(jié)構類型為自形葉片狀結(jié)構。原礦化學分析結(jié)果見表1，鐵礦物相分析結(jié)果見表2。

由表1、表2可知，礦石中主要的有用礦物為磁鐵礦和赤鐵礦，磁性鐵中鐵占19.96%，其分布率為71.57%。礦石中有害雜質(zhì)硫、磷含量較低，但硅含量較高，為形成脈石的主要成分。其TFe/FeO=1.744，亞鐵比<2.7，屬原生磁鐵礦，易磁選。

表1 原礦多元素分析結(jié)果 %

元素TFeSFeFeOFe2O3CuPbZn含量27.8923.6216.4522.090.00770.00820.0059元素SPAsV2O5TiO2CoMnO含量0.150.08150.0001640.00940.2290.001020.087元素Na2OK2OCaOMgOAl2O3SiO2燒失含量0.4990.6762.762.294.3146.462.19

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果 %

2 劉塘坊選廠生產(chǎn)現(xiàn)狀

劉塘坊選礦工藝采取三段一閉路破碎流程和二段閉路磨礦流程。其中，磨選作業(yè)采用階段磨礦階段磁選工藝。一段磨礦選用MQY3245球磨機與FXY660-GT-P×2旋流器形成閉路，溢流產(chǎn)品進入一段磁選；二段磨礦選用MQY2736球磨機與2SG48-60W-5STK高頻篩形成閉路，篩下產(chǎn)品進入二段磁選及三段磁選。磨選工序產(chǎn)生的尾礦由渣漿泵給入充填站的旋流器，底流進入井下充填，旋流器溢流自流到尾礦庫，尾礦庫的匯集水用水泵打回到選礦工藝中再用，工藝流程見圖1。

最終產(chǎn)品鐵精粉細度為-0.074mm占75%～76%，鐵精粉品位66%左右。由于2015年和2016年利用了一部分外來礦，鐵精粉品位與其所對應的細度有所變化。2014年月均鐵精粉品位及細度見表3。

圖1 劉塘坊選廠原工藝流程

月份123456平均鐵品位65.7365.9365.7765.8565.7865.6665.49細度74.5074.8174.2374.5275.1074.8474.67月份789101112平均鐵品位66.3666.8266.7366.3266.8666.6966.63細度77.0077.0177.2077.2177.5277.4877.24

注：表中細度均為-0.074mm粒級含量。

由表3可知，前6個月平均鐵品位為65.49%，平均細度為-0.074mm74.67%；后6個月平均鐵品位為66.63%，平均細度為-0.074mm77.24%。全年平均鐵品位為66.21%，平均細度為-0.074mm75.95%。

3 試驗研究

在保證鐵精粉品位不低于65.5%的情況下，試驗探索劉塘坊選廠磨礦細度放粗的程度和可行性。為了更貼近生產(chǎn)工藝，試驗原料取自其生產(chǎn)工藝中的旋流器溢流或一段磁選精礦。

3.1 試驗樣品

為了保證試驗樣品的代表性，對選礦工藝中旋流器溢流每隔1h取樣1次，共取樣6次。取樣后將礦漿澄清，去掉上面澄清水，將剩余漿狀樣品烘干，用四分法縮分，用縮分后的樣品再縮分進行粒級分析和品位分析，分析結(jié)果見表4。

由表4可知，旋流器溢流-0.074mm粒級及-0.1mm粒級含量較高，0.074～0.1mm粒級含量較低；其中，-0.074mm粒級含量最高，達到45.20%，溢流細度滿足設計要求。

表4 試樣粒級及鐵品位分析結(jié)果

3.2 試驗1

在生產(chǎn)工藝流程的基礎上，只將篩分分級粒度調(diào)整為80目，試驗工藝流程見圖2。取旋流器溢流分樣，首先通過磁選拋尾提品位，中礦過80目篩，篩下物料再通過磁場強度為175kA/m和111kA/m的二級磁選得到最終精礦；篩上物料磨至全部通過80目篩，再經(jīng)過磁場強度為175kA/m和111kA/m的二級磁選。試驗1數(shù)據(jù)見表5。

圖2 試驗1工藝流程

產(chǎn)品名稱產(chǎn)率TFe品位mFe品位粒度(-0.074mm)給料100.0032.9427.68精礦37.8865.0364.0560.00尾礦30.4713.4611.04尾礦21.1111.881.87中礦4.6048.4846.78尾礦51.4427.6126.21尾礦47.916.800.68尾礦146.5810.520.85

由表5可知：①溢流直接磁選可拋出產(chǎn)率為46.58%、TFe品位為10.52% 、mFe品位為0.85%的合格尾礦；② 磁選中礦通過80目篩分級，-80目產(chǎn)率約為39.47%，經(jīng)過二級磁選后，合計拋尾產(chǎn)率僅約1.58%，而且尾礦鐵品位高，最終精礦全鐵品位為65.03%；③ +80目物料經(jīng)研磨至-80目后的第1次磁選可拋出產(chǎn)率為7.91%、TFe品位為6.80%、mFe品位為0.68%的合格尾礦，但1次磁選中礦降低磁場強度再選時，拋尾品位高、尾礦量也少；試驗過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過磁選后的中礦再選時磁團聚嚴重，這是再選提品困難的原因之一。

3.3 試驗2

試驗2在試驗1的基礎上，將篩下增加到3級磁選，而且將篩分粒級由80目調(diào)整為100目，試驗工藝流程見圖3。取旋流器溢流分樣，首先通過175kA/m磁選拋尾提品，中礦過100目篩，篩上物料研磨至全部通過100目篩網(wǎng)，并與第1次過篩的-100目物料合并。再經(jīng)過場強分別為175，111，80kA/m的3級磁選得到最終精礦和各級尾礦。試驗數(shù)據(jù)見表6。

圖3 試驗2工藝流程

產(chǎn)品名稱產(chǎn)率TFe品位mFe品位粒度(-0.074mm)給料100.0032.9427.68精礦37.7465.0362尾礦40.5439.22尾礦30.6822.07尾礦29.528.662.21尾礦147.2210.860.92

由表6可知：試驗2與試驗1結(jié)果類似；① 溢流直接磁選可拋出產(chǎn)率為47.22%、TFe品位為10.86%、mFe品位為0.92%的尾礦，磁選中礦產(chǎn)率為52.78%；② 中礦用100目篩分級，篩上物料研磨至-100目，并與一次分級的篩下物料合并，再經(jīng)過3級磁選，最終精礦TFe品位為65.03%、-0.074mm粒級含量約為62%；3級磁選中的第2、第3級磁選合計拋尾率為1.22%，拋出尾礦很少，主要原因是經(jīng)過磁選后的中礦再選時磁團聚嚴重，很大程度制約了再選效果，一方面導致精礦品位難以提高，另一方面尾礦難以拋出。

3.4 試驗3

試驗3探索如下：①利用劉塘坊鐵礦石生產(chǎn)合格鐵精粉，其細度要求達到-0.074mm粒級占63%左右；②在滿足①條件下，經(jīng)過磁場強度為80kA/m1次磁選即可生產(chǎn)出合格的鐵精粉；③只用1次磁選生產(chǎn)合格精礦，產(chǎn)生的尾礦品位是否偏高；④有無磁團聚是影響磁選效果的重要因素。

試驗3工藝流程見圖4。取溢流分樣，過100目篩，篩上物料再研磨至-100目，并與1次篩下物料合并后過80kA/m磁選，得精礦和尾礦。

圖4 試驗3工藝流程

試驗3獲得的精礦產(chǎn)率為38.4%、細度為-0.074mm63%、TFe品位為65.71%、mFe品位為65.03%，尾礦TFe品位為10.87%、mFe品位為1.70%。

3.5 試驗4

取一段磁選精礦分樣，過100目篩進行分級得篩上物料和篩下物料。篩上物料先通過175kA/m磁選進行拋尾，拋尾后磁選產(chǎn)品分磨至全部過100目篩，與原篩下物料合并，再經(jīng)過175kA/m和80kA/m2級磁選得到合格精礦。試驗4工藝流程見圖5。試驗數(shù)據(jù)見表7。

圖5 試驗4工藝流程

由表7可知：①先對一磁精礦進行100目篩分級有利于較粗粒度產(chǎn)品的磁選拋尾；②分級后粗粒級物料需再磨至全部通過100目篩，再與篩下細粒級產(chǎn)品合并后再選，精礦品位滿足要求，細度為-0.074mm粒級含量占60%以上。

表7 試驗4數(shù)據(jù) %

產(chǎn)品名稱產(chǎn)率TFe品位mFe品位粒度(-0.074mm)給料100.0045.6845.17尾礦16.0011.890.85尾礦229.008.570.51中礦15.7560.4558.92精礦47.5065.7160.00

3.6 試驗結(jié)論

通過以上4組試驗數(shù)據(jù)及試驗現(xiàn)象，可以得出如下分析：

(1)利用劉塘坊一段閉路產(chǎn)品或一磁精礦，通過一定生產(chǎn)工藝可在降低磨礦細度的情況下生產(chǎn)出合格鐵精粉。

(2)如果有效解決磁團聚，生產(chǎn)合格的鐵精粉，其細度可降低到-0.074mm約占60%。

(3)閉路磨礦產(chǎn)品的第1級磁選主要用于拋尾提品，要保證尾礦品位滿足要求，所以第1級磁選的磁場強度不低于175kA/m。

(4)最后一級磁選尾礦必須返回工藝，以回收尾礦中的磁性鐵。

4 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

根據(jù)試驗結(jié)論，在實際生產(chǎn)工藝中通過增加必要的設備和優(yōu)化工藝參數(shù)相結(jié)合的方法實現(xiàn)降低產(chǎn)品細度的目的。具體措施如下：

(1)在高頻篩的進料管道上安裝脫磁器。通過試驗發(fā)現(xiàn)，工藝過程中產(chǎn)品的磁團聚對磁選效果影響很大，首先應解決磁團聚問題。為此，在高頻篩的進料管道上安裝了脫磁器，一方面用以改善高頻篩的分級效果，另一方面有利于分級后產(chǎn)品的進一步磁選。

(2)優(yōu)化高頻篩的篩網(wǎng)配置。要放粗細度，應對工藝中控制粒度的高頻篩篩網(wǎng)進行優(yōu)化配置，對篩網(wǎng)孔徑相應放粗。主要在原來的基礎上，將原來部分孔徑小一點的篩網(wǎng)調(diào)整為孔徑大一點的篩網(wǎng)，達到產(chǎn)品品位合格、細度放粗、處理量增大的目的。具體的篩網(wǎng)優(yōu)化配置方案應根據(jù)不同的篩網(wǎng)廠家和不同原礦性質(zhì)有所變化，非一個定數(shù)。

5 生產(chǎn)運用及結(jié)果對比

由于試驗室條件與生產(chǎn)工藝差別較大，要在生產(chǎn)中實現(xiàn)與試驗相同的效果，難度較大。通過生產(chǎn)工藝的優(yōu)化及逐步改進，生產(chǎn)的鐵精粉細度較原先降低了約4～6個百分點。優(yōu)化后鐵精粉品位和細度數(shù)據(jù)見表8。

表8 2017年月均鐵精粉品位及細度結(jié)果 %

月份1234平均鐵品位66.0966.3566.2566.1166.20細度(-0.074mm)78.1777.1875.9477.5277.20月份5678910平均鐵品位65.7665.9565.9766.0866.2066.2066.03細度(-0.074mm)70.3071.3072.173.8071.7572.0071.88

由表8可知，優(yōu)化前的4個月平均鐵品位為66.20%，平均細度為-0.074mm77.20%；優(yōu)化后的平均鐵品位為66.03%，平均細度為-0.074mm71.88%；優(yōu)化前后鐵品位相近，但細度相差5.32個百分點。

6 經(jīng)濟效益分析

就選礦成本而言，細度放粗，可提高選礦處理量和鐵精粉產(chǎn)量，或可節(jié)約單位鋼球消耗、電耗及人工費用。

(1)產(chǎn)品增加的經(jīng)濟效益分析。根據(jù)球磨機生產(chǎn)率公式Q=qv/(β排-β給)可以估算出降低磨礦細度后增加的產(chǎn)量[2]。優(yōu)化前，一段磨礦排礦細度為-0.074 mm 45%，給礦中-0.074 mm粒級占5%，處理礦量為Q0；優(yōu)化后，一段磨礦排礦細度為β1，處理礦量為Q1，則：

Q1/Q0=(45-5)/(β1-5)=40/(β1-5) .

(1)

二段磨礦生產(chǎn)能力計算尚無完善的方法，暫按Q=qv/(β排-β給)公式近似計算。優(yōu)化前，二段磨礦排礦細度為-0.074 mm 77.2%，給礦中-0.074 mm占45%，處理礦量為Qt；優(yōu)化后，二段磨礦排礦細度為71.88%，處理礦量為Q2，則：

Q2/Qt=32.2/(71.88-β1) .

(2)

等式(1)與(2)相等，即40/(β1-5)=32.2/(71.88-β1)，由此計算得到β1=42.05%，Q1/Q0=Q2/Qt=1.08，即，優(yōu)化后，不改變其他指標，可提高礦石處理量1.08倍。

按目前原礦處理能力180萬t計算，優(yōu)化后每年將增加原礦處理量14.40萬t或提高鐵精粉產(chǎn)量約3.17萬t。鐵精粉銷售價格按600元/t計，每年將增加產(chǎn)值約1 902萬元。

(2)由于正常生產(chǎn)中，單位時間內(nèi)電耗、人工及鋼球消耗基本不變。因此，由于細度放粗而節(jié)約球耗、電耗及人工費用可按照每噸精粉費用大約計算。每噸鐵精粉消耗鋼球約3.1kg，3.17萬t鐵精粉消耗鋼球約98.3t，合計費用41.17元。每噸鐵精粉電耗約74.74kWh，電單耗約44.65元/t，3.17萬t鐵精粉消耗電費用約141.54萬元。每噸鐵精粉人工費用約12.28元/t，3.17萬t鐵精粉需要人工費約38.93萬元。

以上三項合計費用為221.64萬元。即，僅選礦費用中電耗、球耗、人工費用三項費用，由于細度放粗，每年可節(jié)約221.64萬元。

7 結(jié) 語

中鋼劉塘坊鐵礦為了降低生產(chǎn)成本，通過試驗探索，在磨礦細度僅為60%的條件下獲得了鐵品位為65.5%的鐵精粉，并依據(jù)試驗結(jié)果對生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，優(yōu)化后產(chǎn)出了鐵品位為66%的鐵精粉，磨礦細度約-0.074mm72%，比較優(yōu)化前放粗了約5個百分點，經(jīng)濟效益顯著。但實際生產(chǎn)與試驗存在一定差距，在目前的生產(chǎn)工藝中仍存在未完善的地方，這是今后需要進一步探索研究的內(nèi)容。

[1] 張傳信，胡永泉，黃 新，等.中鋼集團安徽劉塘坊礦業(yè)公司劉塘坊鐵礦150萬t/a采選工程初步設計[R].馬鞍山：中鋼集團馬鞍山礦院工程勘察設計有限公司，2009.

[2] 陸冠偉，王士源，肖家燁，等.選礦設計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988.