新型干式風選工藝在昆鋼鐵礦山的應(yīng)用前景

供稿|王超，張鴻倫，王宏菊 / WANG Chao, ZHANG Hong-lun, WANG Hong-ju

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文章對干式風選工藝進行了簡單介紹。昆鋼馬鞍山鐵礦改造前后的技術(shù)指標、經(jīng)濟效益對比分析表明新型干式風選工藝較鐵礦山常見的傳統(tǒng)濕式磨選工藝確實有優(yōu)勢，但必須要對完整的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的成本費用進行優(yōu)化和調(diào)整，才能符合昆鋼鐵礦山的技術(shù)可行性，實現(xiàn)更優(yōu)的經(jīng)濟效益。

技術(shù)先進和經(jīng)濟合理的選礦工藝是選礦廠生產(chǎn)經(jīng)營的關(guān)鍵。行業(yè)內(nèi)各生產(chǎn)單位、設(shè)備廠家及科研院校均對選礦工藝予以重點關(guān)注和研究，以期獲得新的研究成果和應(yīng)用突破為礦山企業(yè)在低成本、經(jīng)濟高效的選礦技術(shù)等方面提供更多的選擇。

干式風選工藝是國內(nèi)近些年來出現(xiàn)的一種有別于傳統(tǒng)磨選工藝的新型選礦工藝，主要應(yīng)用在鐵礦山上。從該工藝在新疆哈密地區(qū)中天礦業(yè)的成功應(yīng)用和良好的運行工況來看，它具有流程簡短、工藝指標優(yōu)越、布置緊湊、占地合理、節(jié)約投資和降低生產(chǎn)成本等優(yōu)勢。對于水資源較為匱乏或用水成本較高的礦山而言，使用該工藝所體現(xiàn)出的適用性和優(yōu)越性將更為明顯，在未來具備大范圍的應(yīng)用可預(yù)期。

干式風選工藝技術(shù)特點

干式風選工藝由磨礦分級和磁選聯(lián)合組成一整套完整的鐵礦選礦工藝，其特點是礦石在風力作用下以干式狀態(tài)來進行磨礦選別作業(yè)。它可以替代傳統(tǒng)濕式球磨磁選工藝下的細碎、濕式磨礦分級、濕式磁選和產(chǎn)品濃縮脫水等流程作業(yè)，粒度滿足要求的礦石通過干式風選工藝處理后即可獲得干粉狀的合格精礦和尾礦。

在干式風選工藝的閉路磨礦分級作業(yè)中，細度合格的礦石或粉塵會在風力作用下克服自身重力進入干式磁選作業(yè)，細度不合格的礦石則在重力作用下返回磨礦進行再磨作業(yè)。磨礦分級作業(yè)由一段高壓輥磨和三級分離器組成，其中高壓輥磨是處理礦石的粉磨設(shè)備，分離器一、二、三是分級設(shè)備，礦石在分離器中的運動軌跡是隨風力或自身重力運動作用的結(jié)果。前兩級分離器的分級作業(yè)可有效保證所需達到的分級效果和效率，而第三級分離器作用主要是利用比重差異來分離細度同樣合格的礦石和粉塵。比重小的粉塵會隨著風力進入收塵系統(tǒng)的除塵器內(nèi)收集成尾礦，風則隨煙囪排入大氣；比重大的礦石則進入干式磁選作業(yè)，獲得最終的精礦和尾礦。

干式風選工藝的磨礦分級和磁選作業(yè)在風力作用下處于負壓工作狀態(tài)，風力由收塵裝置的風機提供。收塵裝置與常見的布袋式除塵工藝類似，由布袋除塵器本體、風機、煙囪和連接風管組成。收塵裝置的作用主要有兩個，一是為干式風選作業(yè)過程提供風力和負壓狀態(tài)，保證作業(yè)效果滿足要求；另外就是通過除塵器本體收集風中的粉塵后，保證達標排放。

干式風選工藝核心和關(guān)鍵

工藝 核心

干式風選工藝生產(chǎn)系統(tǒng)可分為磨選車間平臺、收塵裝置和輔助設(shè)施三個部分，其中磨選車間平臺是風選系統(tǒng)的工藝核心和主要作業(yè)過程。與傳統(tǒng)濕式磨選車間內(nèi)的設(shè)備配置完全不同，干式風選工藝是將設(shè)備按工藝和作業(yè)要求集中布置在一個緊湊的立式鋼結(jié)構(gòu)上，一般分為兩跨和四個平臺，分別是磨礦分級跨和選別跨，每跨長度、寬度和平臺高可以根據(jù)實際情況來設(shè)置。高壓輥磨、緩沖倉斗、分離器一和分離器二從低至高分別對應(yīng)布置在磨礦分級跨的各個標高的平臺上，而干式磁選設(shè)備、布料斗、分離器三從低至高分別對應(yīng)布置在選別跨的各個標高的平臺上。

工藝 關(guān)鍵

高壓輥磨是干式風選工藝的關(guān)鍵設(shè)備。高壓輥磨生產(chǎn)穩(wěn)定，節(jié)能高效，具有生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品粒度細、能量有效利用率高、占地面積小的特點[1]。實際作業(yè)中，高壓輥磨既可以使礦石礦物易于解理，又在一定程度上能避免礦石過粉碎造成的泥化現(xiàn)象[2]，選擇性磨礦效果好。目前冶金礦山普遍采用高壓輥磨替代細碎和第一段磨礦作業(yè)，干式風選工藝應(yīng)用的高壓輥磨也是這個應(yīng)用技術(shù)的推廣和深入。

三級分離器的組合作業(yè)避免了傳統(tǒng)水力旋流器分級效率不高，不能完全將合格的礦石分離出來的缺點。前兩級分級作業(yè)能將細度合格的礦石及時高效分離出來，第三級分級作業(yè)還可以起到一定的預(yù)選拋廢效果。

風力、風量和負壓工作狀態(tài)是具體作業(yè)的關(guān)鍵。為了保證作業(yè)效果，提供風力和風量的風機會進行詳細的核算，并通過實驗驗證。磨礦分級作業(yè)和磁選作業(yè)要求的風力負壓狀態(tài)不同，故會分別設(shè)置不同型號的風機。

干式風選工藝發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀

工藝 發(fā)展

干式風選工藝的磨礦分級作業(yè)是從風力選擇粉碎技術(shù)發(fā)展而來的，起初的風力選擇粉碎技術(shù)是20世紀70年代開發(fā)的煉焦煤預(yù)處理技術(shù)。它是根據(jù)洗精煤巖相組成的不同和礦物質(zhì)的不均勻性，進行選擇粉碎和分級，使煤料得到合理的粉碎，改善焦炭質(zhì)量[3]，為后續(xù)使用環(huán)節(jié)創(chuàng)造效益。后來這項技術(shù)又逐步推廣應(yīng)用在水泥行業(yè)的粉磨作業(yè)，并于近些年來從煤焦化和水泥行業(yè)發(fā)展應(yīng)用到干式風選工藝的磨礦分級作業(yè)，與干式磁選設(shè)備等選別作業(yè)配合形成了一套完整的磨礦選別工藝。隨著不斷的發(fā)展和完善，該工藝已經(jīng)趨于成熟，并獲得良好的應(yīng)用效果。

應(yīng)用 現(xiàn)狀

干式風選工藝主要應(yīng)用在國內(nèi)鐵礦山的選別工藝上，已有一些成功的應(yīng)用實踐，例如在新疆哈密地區(qū)中天礦業(yè)天湖東鐵礦生產(chǎn)兩年，運行穩(wěn)定，效益明顯。干式風選工藝在錫礦山上也有應(yīng)用，在緬甸一座錫礦山已經(jīng)投產(chǎn)，用于錫礦的初步富集。

由于目前鐵礦石市場不景氣，加之干式風選工藝是一個新工藝，故未得到大范圍的推廣應(yīng)用，但是并不妨礙干式風選工藝日后在鐵礦山的廣泛的應(yīng)用前景，這也是目前選礦技術(shù)發(fā)展的趨勢。

昆鋼鐵礦山干式風選工藝應(yīng)用前景

降低生產(chǎn)成本、減少虧損是昆鋼各自營礦山目前生產(chǎn)經(jīng)營的首要任務(wù)。傳統(tǒng)的選礦工藝成本較高，所以尋找技術(shù)先進和成本低廉的選礦工藝技術(shù)成為最根本有效的途徑，干式風選工藝便是一個可以考慮的方案。干式風選工藝能否應(yīng)用在昆鋼的鐵礦山？應(yīng)用前景如何？主要應(yīng)該從技術(shù)和經(jīng)濟方面與生產(chǎn)現(xiàn)狀指標進行對比分析后才能得出結(jié)論。針對昆鋼馬鞍山選廠制定了一套干式風選工藝替代選廠現(xiàn)在生產(chǎn)工藝中的磨礦分級、磁選和精礦脫水作業(yè)的改造方案，通過改造前后的技術(shù)和經(jīng)濟對比，研究和確定新型干式風選能否在提高選別工藝指標，降低生產(chǎn)成本和管理成本等方面有優(yōu)勢，分析改造方案的可行性。

馬鞍 山鐵礦選廠

馬鞍山選廠隸屬于金平昆鋼金河有限責任公司，生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀為：破碎采用三段一閉路流程，原礦最大塊度500 mm，碎礦最終粒度小于12 mm；進入磨選作業(yè)先采用磁滑輪預(yù)先拋廢，合格礦石再進入磨選作業(yè)；磨礦工藝為一段閉路，磨礦細度為–0.074 mm占60%，磁選作業(yè)是“一粗一精一掃”，生產(chǎn)工藝流程見圖1。

馬鞍山選廠原礦處理能力為40萬 t /a，年生產(chǎn)鐵精礦5.90萬t，入選原礦品位為18.82%，鐵精礦品位59.02%，精礦產(chǎn)率14.74%，回收率為46.21%，綜合選礦比為6.79。根據(jù)馬鞍山選礦廠2014年1月—6月實際生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行匯總得出選別工藝技術(shù)指標，見表1。

圖1 馬鞍山選廠改造前的生產(chǎn)工藝流程圖

表1 改造前馬鞍山選廠生產(chǎn)工藝指標

相關(guān) 實驗及改造方案

◆ 干式風選實驗

2015年3月底由礦業(yè)開發(fā)部和金平昆鋼金河有限責任公司相關(guān)技術(shù)人員在馬鞍山礦區(qū)料場取樣，總重約為3 t，專門進行干式風選工藝實驗，實驗流程是先將礦樣進行破碎，破碎至25 mm以下后，進入小型干式風選實驗生產(chǎn)線的高壓輥磨，采用風力分級至–0.074 mm目占75%左右，然后進行干式磁選選別，實驗結(jié)果見表2。

從實驗結(jié)果可以看出，盡管實驗樣性質(zhì)較選廠生產(chǎn)原礦差等原因使得實驗的綜合選別指標并不高，但鐵精礦品位可達63.36%，回收率為34.88%，其中磁性鐵的回收作業(yè)率可達91.8%，選別效果非常好，如果使用同樣的原礦樣，干式風選工藝的指標將明顯優(yōu)于目前的生產(chǎn)工藝指標，可以說明，干式風選工藝適用于馬鞍山鐵礦石。

◆ 改造方案及產(chǎn)品方案

干式風選工藝擬整體布置在馬鞍山選廠的磁選平臺上，拆除磁選平臺的鋼結(jié)構(gòu)廠房和磁選機的操作平臺后，干式風選工藝的磨選車間平臺、收塵裝置和壓縮空氣及冷卻水輔助設(shè)施由外至內(nèi)一字排開布置，配電室布置在磨礦平臺進場道路旁空地上，兩個平臺有樓梯連接，場地滿足布置要求。而破碎系統(tǒng)可利用選廠已有的破碎生產(chǎn)流程，同時已有的粉礦堆場可作為破碎后合格粒度礦石堆場。

表2 馬鞍山鐵礦干式風選工藝實驗指標

改造后，干式風選工藝替代馬鞍山選廠的傳統(tǒng)濕式磨選工藝，碎礦系統(tǒng)則利用選廠原三段一閉路破碎流程，并在破碎工序中新增一套合理的拋廢工藝。原礦經(jīng)過三段一閉路破碎后，合格粒度的礦石進行拋廢作業(yè)，將廢石提前拋除。拋廢后的合格礦石則儲存在粉礦堆場待用，由鏟運機將礦石鏟運至堆場的排礦口通過給料機給入膠帶再輸送至干式風選工藝，礦石在干式風選工藝內(nèi)經(jīng)過各作業(yè)可獲得干粉狀的精礦和尾礦。干式風選工藝的方案改造后可獲得的產(chǎn)品及技術(shù)指標見表3。

表3 改造后干式風選工藝的產(chǎn)品方案表

干式風選工藝應(yīng)用于馬鞍山選廠的改造方案估算投資約為2846.27萬元，其中建筑費用為73.68萬元，安裝費為38.43萬元，設(shè)備費用2549.40萬元，其他費用101.86萬元，基本預(yù)備費為82.90萬元。

改造 前后技術(shù)指標比較及分析

應(yīng)用干式風選工藝改造前后的技術(shù)指標對比主要從處理規(guī)模、精礦品位和產(chǎn)量等進行比較，見表4。

從表4中可以看出，干式風選工藝的技術(shù)指標優(yōu)于目前生產(chǎn)現(xiàn)狀，優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：

1) 目前馬鞍山選廠只有一段磨礦作業(yè)，磨礦細度也僅為–0.074 mm占60%，達不到鐵礦物的解離細度，選別指標自然不高。而干式風選工藝應(yīng)用高壓輥磨配合風力分級進行選擇性磨礦，雖然只有一段磨礦作業(yè)，但磨礦細度可達–0.074 mm占75%，同時磨礦產(chǎn)品的可選性更好。

2) 目前馬鞍山選廠的磁選作業(yè)雖有“一粗一精一掃”三組作業(yè)，但是受濕式作業(yè)的局限和傳統(tǒng)磁選設(shè)備的限制，選別工作中極易出現(xiàn)強磁性礦物形成“磁鏈”包夾雜質(zhì)、細度過細的礦石隨水力流失、生產(chǎn)波動漫礦及溢流損失礦量等問題。而干式風選工藝的選礦作業(yè)是在負壓狀態(tài)下進行，干粉狀的礦石會受到磁力、風力和自身重力的聯(lián)合作用，選別作業(yè)效果更佳。

3) 雖然干式風選工藝在流程結(jié)構(gòu)和選礦原理與和選廠目前的濕式磨磁選礦工藝一致，但在選礦方式和方法上有明顯的不同和差異，其磨礦分級和磁選作業(yè)的技術(shù)特點、生產(chǎn)關(guān)鍵均有優(yōu)勢，故獲得的選礦技術(shù)指標更好，同時選礦作業(yè)效率更高。

表4 改造前后工藝技術(shù)指標對比表

改造 前后經(jīng)濟效益比較及分析

雖然此次改造要增加投資費用，但改造后馬鞍山選廠精礦產(chǎn)品質(zhì)量(品位可提高至62%)和產(chǎn)量均有所提高。改造前后的經(jīng)濟效益比較分析從兩個層次方面進行：第一層次需要分析此次工藝改造增加的投資的經(jīng)濟性和可行性；第二層次要分析此次改造能否使得整個選廠生產(chǎn)經(jīng)營狀況得到改善。

◆ 改造增量投資收益分析

利用“增量投資收益率”法可以判斷通過工藝改造后增加的投資費用是否合理經(jīng)濟可行，所謂增量投資收益率R就是增量投資所帶來的經(jīng)營成本上的節(jié)約與增量投資之比。該方法通過對增量投資的收益率R與行業(yè)基準收益率Rc進行比較，來判斷增量投資所帶來經(jīng)營成本(或生產(chǎn)成本)上的降低與節(jié)約，是否能通過合理年限內(nèi)將增量投資收回并有一定的經(jīng)濟效益。如計算結(jié)果大于行業(yè)基準收益率Rc，則增加的投資費用是可行的；如果小于行業(yè)基準收益率Rc，則不可行。

本次比較將選廠原濕式磨選工藝生產(chǎn)方案做為基準方案，改造后的干式風選工藝生產(chǎn)方案做為比較方案，年處理規(guī)模為40萬t/a，兩個方案的投資之差為增加的改造投資2846.27萬元，兩個方案的年經(jīng)營費用分別為1983.60萬元和1663.43萬元，計算得：

行業(yè)基準收益率Rc=10%，本次改造的增量投資收益率R＞Rc，說明增加的投資合理可行，并有良好的經(jīng)濟效益。能在項目的生產(chǎn)年限內(nèi)，僅通過生產(chǎn)成本的降低收回投資并取得一定的經(jīng)濟效益。如再考慮增量投資帶來的精礦產(chǎn)品品位和產(chǎn)量的提高而增加的收入，效益更加明顯。

為了更全面的說明此次改造應(yīng)用干式風選工藝其他優(yōu)越性，采用定量和定性相結(jié)合的方法，綜合全面地比較兩者生產(chǎn)工藝的優(yōu)缺點，具體數(shù)值見表5。

表5 改造前后綜合分析對比表

通過比較可以看出，增加投資后，不僅在生產(chǎn)成本上有降低，并且能提高精礦產(chǎn)品的質(zhì)量。同時因設(shè)備穩(wěn)定、易于檢修等方面更能降低生產(chǎn)管理難度，提高選廠的生產(chǎn)效率?？偟亩裕墒斤L選工藝在工藝技術(shù)指標、總成本費用、銷售收入和生產(chǎn)管理上均比選廠現(xiàn)在的濕式磨選工藝優(yōu)越。

◆ 改造后選廠經(jīng)濟效益分析

前文分析了干式風選工藝改造增量投資的合理性和可行性，但是沒有從改造后整個選廠的生產(chǎn)方案來進行分析，無法判定改造后馬鞍山選廠的整體效益。本項目是屬于技術(shù)改造類型，應(yīng)按獨立完整的項目進行經(jīng)濟分析，如按改擴建項目進行技經(jīng)分析，由于有些數(shù)據(jù)難于取得，或即使得到也難以保證可靠性，且該模式下的技經(jīng)評價較為復(fù)雜，故結(jié)合本項目的特點，可簡化為新建項目來進行技經(jīng)分析。通過這個層次的分析，可得到改造后選廠的各項經(jīng)濟指標，能否恢復(fù)生產(chǎn)，扭虧為盈。

對改造后整個選廠的經(jīng)濟分析后，獲得的財務(wù)指標較差，經(jīng)濟效益處于較差水平。分析原因，主要還是因為目前精礦價格處于低位，項目銷售收入較低，而選廠總成本費用較高，使得總成本費用高于銷售收入?？梢娫谀壳皣谰蔫F礦石市場形勢下，僅通過改造并應(yīng)用干式風選工藝后降低生產(chǎn)成本可能不足以改善馬鞍山選廠的生產(chǎn)經(jīng)營狀況。

結(jié)論與建議

從干式風選工藝在昆鋼馬鞍山選廠的應(yīng)用前景分析來看，單從選別工藝這一個環(huán)節(jié)上降低成本已不能帶動整個選廠的整體經(jīng)營水平，必須要對完整的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的成本費用進行優(yōu)化和調(diào)整。同時還要從建設(shè)規(guī)模、市場價格，技術(shù)條件等問題和環(huán)節(jié)上進一步分析和優(yōu)化，才能使馬鞍山選廠在目前的市場條件下有良好的經(jīng)濟效益。

同時還可以看出，即使通過改造還暫不能恢復(fù)馬鞍山選廠的生產(chǎn)，但是干式風選工藝還是比馬鞍山選廠現(xiàn)在的磨選工藝具有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，可見新型干式風選工藝較鐵礦山常見的傳統(tǒng)濕式磨選工藝確實有優(yōu)勢。但是優(yōu)勢差異的大小不能一概而論，需要根據(jù)不同的礦山企業(yè)的具體情況來判斷，這些優(yōu)勢對于目前急需提質(zhì)降本增效的礦山企業(yè)而言，無疑是多了一項更好的選擇。

攝影 左文燕

[1] 趙昱東. 高壓輥磨機在國內(nèi)外金屬礦山的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景. 礦山機械，2011，39(9)：65

[2] 李皊值. 高壓輥磨技術(shù)-節(jié)能降耗的有效途徑. 金屬礦山，2004(增刊)：248

[3] 劉淑萍. 風力選擇粉碎工藝的應(yīng)用前景. 潔凈與空調(diào)技術(shù)，1995(2)：25