某小型鐵礦選廠碎磨工藝方案對(duì)比研究

董一寧 趙宏慧

（1.中冶沈勘秦皇島工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司；2.河北省綠色智能礦山工程設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新中心）

近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展促進(jìn)了我國(guó)鋼鐵行業(yè)的迅猛發(fā)展，促使我國(guó)對(duì)鐵礦石的需求量大幅增加［1-2］。國(guó)內(nèi)鐵精礦產(chǎn)量只能滿足鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)小部分的鐵精礦需求，存在巨大的資源安全風(fēng)險(xiǎn)。為了提高鐵礦石自給率，開(kāi)發(fā)大規(guī)模、超大規(guī)模鐵礦外，小型鐵礦的建設(shè)與開(kāi)發(fā)意義重大。在金屬選礦領(lǐng)域，碎磨工藝和設(shè)備選型在選礦廠的投資、能耗和成本方面起到了至關(guān)重要的作用。一般情況下，碎磨設(shè)備投資占選礦廠全部設(shè)備投資的50%以上［3-4］，能耗和鋼耗占選礦廠生產(chǎn)成本的60%～70%。因此，在選礦廠的生產(chǎn)建設(shè)中，降低碎礦流程的投資、能耗和鋼耗，是選礦廠設(shè)計(jì)必須重視的問(wèn)題。

近年來(lái)，高壓輥磨+濕式（干式）預(yù)選工藝已在鐵礦石選礦中得到廣泛應(yīng)用，在預(yù)先拋廢、降低入磨礦量、降低入磨粒度等方面已得到廣泛認(rèn)可［5-8］。隨著高壓輥磨設(shè)備生產(chǎn)廠家越來(lái)越多，設(shè)備價(jià)格顯著降低，很多小型鐵礦石選礦廠在技術(shù)升級(jí)改造時(shí)，多會(huì)考慮高壓輥磨工藝，但高壓輥磨工藝存在著占地面積大、選礦車(chē)間數(shù)量增加、帶式輸送機(jī)數(shù)量增多等缺點(diǎn)，在小型選礦廠中發(fā)揮的作用尚需進(jìn)一步研究。本文以河北某小型鐵礦選礦廠的碎磨工藝為例，分析了高壓輥磨工藝與常規(guī)碎磨工藝在工藝流程、設(shè)備選型方面的差異，并通過(guò)2 種方案在投資、年經(jīng)營(yíng)費(fèi)及現(xiàn)值差額的對(duì)比，進(jìn)一步闡明了高壓輥磨工藝在小型選礦廠的適用性，同時(shí)為同類(lèi)型選礦廠的工藝選別提供參考依據(jù)。

1 礦山規(guī)模及礦石性質(zhì)

某小型鐵礦礦山采用地下開(kāi)采方式，采出礦石為貧磁鐵礦，經(jīng)破碎干選后礦石粒度300～0 mm，汽車(chē)運(yùn)輸至原礦堆場(chǎng)為選礦廠供礦，年處理合格原礦塊50 萬(wàn)t/a，礦石密度3.06 t/m3，礦石普氏硬度12，原礦TFe品位29%。

1.1 礦石礦物組成

礦石中的金屬礦物主要為磁鐵礦，含有少量閃鋅礦，微量褐鐵礦，偶見(jiàn)黃鐵礦、黃銅礦和磁黃鐵礦；非金屬礦物主要為蛇紋石，少見(jiàn)水鎂石、綠泥石、透輝石、白云母、碳酸鹽礦物等。礦石礦物組成及含量見(jiàn)表1。

?

1.2 礦石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)主要為半自形-他形晶粒狀結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)，少見(jiàn)自形晶粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)，構(gòu)造為塊狀構(gòu)造和斑雜狀構(gòu)造。

（1）半自形-他形晶粒狀結(jié)構(gòu)。礦石的主要結(jié)構(gòu)，礦石中金屬礦物的結(jié)晶形態(tài)不完整或結(jié)晶形態(tài)差，其中磁鐵礦多呈半自形-他形晶粒狀，閃鋅礦等呈他形晶粒狀。

（2）壓碎結(jié)構(gòu)。礦石中已結(jié)晶形成的礦物受動(dòng)力作用后，產(chǎn)生一定程度的碎裂或機(jī)械形變。礦石中見(jiàn)部分較大顆粒磁鐵礦發(fā)生碎裂，但還可以拼合，構(gòu)成壓碎結(jié)構(gòu)。

（3）自形粒狀結(jié)構(gòu)。礦石中少見(jiàn)磁鐵礦具好的結(jié)晶形態(tài)，呈五角十二面體，為自形晶粒狀。

（4）交代結(jié)構(gòu)。礦石中多見(jiàn)褐鐵礦交代磁鐵礦，交代程度不一，偶見(jiàn)磁黃鐵礦沿磁鐵礦邊部進(jìn)行交代。

（5）填隙結(jié)構(gòu)。水鎂石、白云母、碳酸鹽礦物等填隙在磁鐵礦碎裂裂隙，構(gòu)成填隙結(jié)構(gòu)。

（6）包含結(jié)構(gòu)。礦石中的一些金屬礦物呈微粒狀包含于另一些礦物顆粒中，偶見(jiàn)閃鋅礦中包含黃鐵礦和磁黃鐵礦。

（7）固溶體分離結(jié)構(gòu)。偶見(jiàn)閃鋅礦中分布磁黃鐵礦顆粒，磁黃鐵礦粒度較小，形似乳滴雜亂分布。

（8）塊狀構(gòu)造。礦石中的金屬礦物含量多，在50%以上，礦物間鑲嵌，較致密，分布無(wú)方向性。

（9）斑雜狀構(gòu)造。礦石中的磁鐵礦、閃鋅礦等金屬礦物集合體形狀不規(guī)則，大小不一，且相差較大，構(gòu)成斑雜狀構(gòu)造。

1.3 礦石化學(xué)多元素及鐵物相分析

原礦化學(xué)多元素及鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

2 碎磨方案比較

碎磨方案主要有粗碎+中碎+階段球磨階段弱磁選流程（以下簡(jiǎn)稱常規(guī)碎磨方案），粗碎+中碎+高壓輥磨—濕式預(yù)選+階段球磨階段弱磁選流程（以下簡(jiǎn)稱高壓輥磨方案），一段粗碎+半自磨+階段球磨階段弱磁選流程（以下簡(jiǎn)稱半自磨方案）。

半自磨方案的優(yōu)點(diǎn)是流程短、占地小、投資省，缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用高、生產(chǎn)調(diào)試復(fù)雜［9-10］。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，半自磨方案在能耗、襯板及鋼球消耗方面顯著高于常規(guī)球磨流程和高壓輥磨流程。半自磨機(jī)的適用性、處理能力、是否需要頑石破碎等問(wèn)題需要半自磨專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)確定?？紤]到其缺點(diǎn)且此次研究尚未進(jìn)行半自磨專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中暫未采用半自磨方案。

高壓輥磨機(jī)是基于集合體粉碎原理的高效粉碎設(shè)備［11-14］，實(shí)施的是料層（或料床）準(zhǔn)靜壓粉碎，利用層壓破碎原理使物料在被擠壓過(guò)程中其顆粒表面和內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋，使輥磨產(chǎn)品的邦德功指數(shù)大幅降低，提高物料的可磨性。高壓輥磨方案可以進(jìn)行磨前拋尾，降低磨礦成本，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。高壓輥磨方案較常規(guī)碎磨方案其優(yōu)點(diǎn)是能耗低、球磨機(jī)設(shè)備處理能力大、運(yùn)行成本低，缺點(diǎn)是需要增加相應(yīng)的設(shè)備及廠房投資［15-17］。

2.1 常規(guī)碎磨方案

2.2.1 工藝流程

常規(guī)碎磨方案破碎擬采用兩段一閉路破碎流程，最終破碎產(chǎn)品粒度12～0 mm，較現(xiàn)場(chǎng)的25～0 mm 變細(xì)（圖1），磨選系統(tǒng)采用球磨—立磨—淘洗磁選的階段磨礦階段弱磁選流程（圖2）。

2.1.2 主要工藝設(shè)備

常規(guī)碎磨方案將現(xiàn)有破碎系統(tǒng)的落后設(shè)備進(jìn)行了更換，采用國(guó)產(chǎn)液壓圓錐破碎機(jī)和效率較高的篩分設(shè)備，降低了入磨礦石粒度。常規(guī)碎磨方案選礦工藝主要設(shè)備見(jiàn)表4。

?

2.2 高壓輥磨方案

2.2.1 工藝流程

高壓輥磨方案破碎擬采用粗碎+中碎兩段一閉路破碎流程，破碎產(chǎn)品粒度30～0 mm，較現(xiàn)場(chǎng)的25～0 mm 進(jìn)行放粗（圖3）。磨選系統(tǒng)采用高壓輥磨—濕式篩分—濕式預(yù)選—球磨—立磨—淘洗磁選的階段磨礦階段弱磁選流程（圖4）。

2.2.2 主要工藝設(shè)備

高壓輥磨方案選擇國(guó)產(chǎn)先進(jìn)、高效、低耗、自動(dòng)化程度較高的設(shè)備，以降低生產(chǎn)成本，減少設(shè)備投資，提高選礦廠綜合效益。高壓輥磨方案選礦工藝主要設(shè)備見(jiàn)表5。

2.3 方案比較

2.3.1 投資對(duì)比

常規(guī)碎磨方案估算總投資4 847.2 萬(wàn)元，其中第一部分工程費(fèi)用4 082.9 萬(wàn)元（表6）。高壓輥磨方案估算總投資5 892.7 萬(wàn)元，其中第一部分工程費(fèi)用5 039.3 萬(wàn)元（表7），僅考慮第一部分投資，常規(guī)碎磨方案較高壓輥磨方案投資低956.4 萬(wàn)元。高壓輥磨方案較常規(guī)碎磨方案新增2 座轉(zhuǎn)運(yùn)站、3 條皮帶機(jī)通廊和1 座高壓輥磨車(chē)間，2 個(gè)方案的車(chē)間組成對(duì)比見(jiàn)表8。

?

2.3.2 可比年經(jīng)營(yíng)費(fèi)對(duì)比

為了對(duì)比年經(jīng)營(yíng)費(fèi)，進(jìn)行了常規(guī)碎磨方案與高壓輥磨方案可比設(shè)備裝機(jī)功率比較（表9），高壓輥磨方案較常規(guī)方案設(shè)備裝機(jī)功率高270 kW，考慮破碎襯板、鋼球消耗等因素，常規(guī)破碎方案可比年經(jīng)營(yíng)費(fèi)較高壓輥磨方案高35.82 萬(wàn)元（表10）。

2.3.3 可比費(fèi)用現(xiàn)值對(duì)比

因該礦山服務(wù)剩余年限較短，僅比較前10 a的費(fèi)用現(xiàn)值，常規(guī)破碎方案較高壓輥磨方案低750 萬(wàn)元（表11）。

?

2.4 方案對(duì)比結(jié)果及分析

在投資費(fèi)用上，常規(guī)破碎方案較高壓輥磨方案低956 萬(wàn)元，主要原因是高壓輥磨方案需新增建筑物，設(shè)備購(gòu)置安裝費(fèi)高。在運(yùn)營(yíng)成本上，常規(guī)破碎方案可比年經(jīng)營(yíng)費(fèi)較高壓輥磨方案高35.82 萬(wàn)元，但考慮到投資差別，費(fèi)用現(xiàn)值常規(guī)破碎方案較高壓輥磨方案低750 萬(wàn)元。

?

通過(guò)方案對(duì)比表明，該小型鐵礦選礦廠采用高壓輥磨方案優(yōu)勢(shì)不明顯，主要原因如下。

（1）高壓輥磨方案投資較高。小型選礦廠總體投資較低，高壓輥磨設(shè)備購(gòu)置費(fèi)所占比例較大型選礦廠更高，是影響選廠方案選擇的制約因素之一。

（2）高壓輥磨方案運(yùn)行費(fèi)用較低但不明顯。在小型選廠中，高壓輥磨方案依然可體現(xiàn)出其成本較低，但由于該礦品位相對(duì)較高，濕式預(yù)選拋尾及降低入磨粒度帶來(lái)的球磨機(jī)功率下降不足以抵消新增設(shè)備的功耗，節(jié)能降耗效果遠(yuǎn)不如大型超貧礦選礦廠。

（3）高壓輥磨方案占地大。該小型礦山處于技術(shù)升級(jí)改造階段，新增車(chē)間均需布置在現(xiàn)有場(chǎng)地內(nèi)，造成場(chǎng)地過(guò)于狹小，不利于選礦廠生產(chǎn)及管理。

3 結(jié) 論

（1）小型鐵礦選礦廠是否適用高壓輥磨工藝，需經(jīng)過(guò)詳細(xì)的方案對(duì)比，不能簡(jiǎn)單地確定高壓輥磨工藝一定為最優(yōu)方案。

（2）小型鐵礦選礦廠投資總額較低，高壓輥磨機(jī)較高的設(shè)備費(fèi)所占比例較大型選礦廠更高。

（3）高壓輥磨—濕式（干式）預(yù)選工藝的節(jié)能降耗效果在品位較低的鐵礦中更顯著。

（4）建議后續(xù)開(kāi)展大傾角皮帶機(jī)配置、優(yōu)化工藝礦倉(cāng)設(shè)置、替代一段磨礦等研究，以進(jìn)一步推進(jìn)高壓輥磨工藝在小型鐵礦選礦廠中的應(yīng)用。