梅山铁矿含泥原矿洗矿工艺改造

时间：2024-07-28

衣德强

(南京宝地梅山产城发展有限公司矿业分公司,江苏南京 210041)

1 背景

梅山铁矿处理原矿500万t/a,已经进入地下-330 m以下深部开采,铁矿石资源性质变化,地质品位下降,磁性矿减少,浸染状低品位矿石和泥矿增加,采出入选矿中黏性大的粉矿增多,黏性大,沿途工序需要加水才能降低黏性,克服阻力和摩擦力,改善流动性。矿石中大部分泥矿经过倒运累积形成了含泥矿浆,和矿石混合在一起积聚于重选作业区露天储矿槽。储矿槽下方有承接矿石的6#运输皮带和通廊,通廊顶部装有12只液压调节放矿阀,放矿给入正下部的6#皮带,向后续筛洗工序送矿。由于含泥多,经常出现大量矿通过放矿口瞬间下泄而难以有效控制的现象,俗称冲矿。调节阀无法同步关闭到位,矿石夹带泥矿落入皮带,超过额定负荷导致6#皮带不能正常运行供矿,积矿瞬间淹没皮带并充满两侧通道,存在重大安全隐患。皮带通廊空间狭小,无法容纳反铲等大型机械,只有靠人工用锹清理,强度极大,效率极低,所以急需技术改造,解决影响供矿和危及安全的突出问题。

2 生产工艺

破碎工艺流程见图1。共四段破碎:井下一段粗破碎、井上两段中碎闭路筛分、一段细碎闭路筛分,总破碎比达到66.67倍。粗破碎置于井下447 m水平,经过两段中破碎后,65～0 mm矿石全部集中于容量10.5万t的储矿槽,经6#皮带输送进入预选工序,预选精矿进行细破碎,粒度降到12 mm以下,供给球磨磨矿分级后选别,废石销售作为建筑骨料。

图1 现有破碎工艺流程Fig.1 Existing crushing process

中碎筛分系统两个系列,一般一开一备,有时两个系列同时运行,其中两段中碎4台PYB2200液压圆锥破碎机、2台YAH2460圆振筛,细碎筛分3台HP500细碎机、1台H6800细碎机、13台1642双层振动筛。

3 泥矿性质和影响

3.1 泥矿性质

泥矿或细泥没有明显的粒度界限,与处理矿石性质、选矿方法、设备工艺技术条件有关,一般将<10 μm的矿粒群视为泥矿。

梅山铁矿属于接触变质矽卡岩矿床,原矿中碳酸盐矿物占23%,还有易泥化的高岭石[1]。井下提升泥矿矿主要是原生泥矿,所谓原生泥矿主要是由于矿床长期经受各种自然风化蚀变作用逐渐形成的泥质矿物,例如黏土、高岭土、绿泥石、绢云母等[2]。井下330 m以下深部开采,细粒级覆岩增加,来源有矿区上部第四系地层,地面堆土进入覆盖层,矿岩向下运动中撞击摩擦产生,危害有下降速度快、易混入矿石、减少纯矿石放出量、混入矿石后充填块状矿岩间隙、提高了放矿流动角、放出体减少;地质品位下降,难选矿、废石粉矿和泥矿增加,含泥量由15%增加到20%以上。2020年处理原矿干量5 108 891.2 t,767.45 t/h,其中2～0 mm产率28.48%,干矿量218.57 t/h。测定2～0 mm成分:w(TFe)为29.64%、w(S)为1.334%、w(P)为0.411%、w(SiO2)为23.33%;粒级分布中-400目产率61.13%,-200目产率65.37%,+400目以上粒级铁品位为31.54%～37.04%,w(SiO2)为16.40%～22.68%;-400目粒级铁品位26.96%,w(SiO2)为25.09%;-400目粒级呈现铁低硅高。

3.2 泥矿影响

3.2.1 漏斗下矿摩擦力大

提升机箕斗卸矿到井楼矿仓,由于块度最大为350 mm,尽管粉矿和泥矿较多,电振下矿仍然顺畅,矿石本色被泥矿包裹,一次中碎机1#皮带不加水,2#皮带加水点在尾轮和首轮两处共5根水管。因泥矿多,黏性大,如不加水,则极易粘住中碎机给矿漏斗底部衬板,引起堵塞,必须停机处理。

3.2.2 推矿作业困难

井下原矿提升破碎后粒度由350 mm降到65 mm以下,通过皮带运输卸到储矿槽。由于含泥含水多,卸料后堆积角变小,顶部积水无法向下渗透,形成的料堆不稳定,有时呈泥石流状态,矿浆向外围边部渗出流动;依靠重力下落到放矿斗,再卸到皮带过程缓慢,需要推土机辅助向皮带中心线推矿靠拢,配合下矿,高处推矿极不安全,容易坍塌,需要两台推土机同时发力对向推动,还会出现推土机陷落泥矿中无法自拔,依靠反铲牵引才能脱险。

3.2.3 影响球磨供矿

球磨机因重选选别供矿不足,多次停机待矿,6个系列磨机只能开4个系列,如20210116夜班因原矿含泥多、过稀,6#皮带放矿量偏少,2:30球磨一系列停,4:50二、四系列球磨停。原因是井下提升矿含泥多,破碎给矿漏斗被迫加水才能促进流动;泥矿黏附于矿石和下矿斗表面,阻力增大。6#皮带两只放矿斗,两名放矿工操作控制,必须时刻紧盯,操控调整下矿阀开关。有时矿瞬间下泄,冲击皮带溅入地坪;有时会卡住堵塞不下矿,下矿断断续续,输出矿不连续,运行效率极低。

3.2.4 影响岗位设备清洁

放矿经6#皮带运出,经7#皮带、8#皮带送入矿仓,给入直线筛洗矿。6#皮带首轮漏斗内侧和减速机外壳表面均粘满泥矿,首轮皮带附近有5根水管冲水,大水量冲洗皮带表面和通廊地坪;7#皮带首轮两处刮板,无法刮净黏附泥矿,加水冲洗皮带下表面泥矿,沿途通廊泥矿堆积,水流压力不足无法冲走;8#皮带和漏矿车工字钢轨道、托辊、皮带支架、转向滚筒均粘有泥矿,漏矿车两侧漏斗、矿仓横梁、钢盖板、控制柜、岗位房、通廊窗户均黏附了泥矿。

3.2.5 影响洗矿和选别

直线振动筛给矿电振下矿溜槽中,用两根水管冲,经直线筛筛面上方的水管喷水洗矿后,矿石表面仍有泥矿黏附,矿石本色显现不出。+20 mm筛上进入磁滑轮选别,选别皮带表面黏附泥矿,选出的干磁精矿矿石表面也黏附泥矿。

3.2.6 药剂消耗增加

一般开动4台直线振动筛洗矿筛分,处理量800 t/h。由于泥矿多,沉降难,絮凝剂聚丙烯酰胺用量由20 kg/12 h提高到40 kg/12 h,矿浆量大。1#φ50 m浓缩底流泵正常开1台,需要增开1台底流泵输送才能保证溢流不跑浑[3]。

4 工艺设备和投资

4.1 改造工艺

总体路线是增加湿式洗矿筛分工艺和矿浆输送工艺,脱除泥矿,改善皮带运行状况,提升6#皮带放矿效率,从源头消除冲矿带来的安全隐患。具体技术措施是:在中碎筛分场地拆除两台YAH2460单层圆振筛,安装两台3061双层振动筛,洗出的筛下矿浆通过胶泵输送到现有的φ5 m浓缩锥斗分级后入选。增加洗矿后工艺见图2。

图2 增加洗矿后工艺流程Fig.2 Process flow after ore washing

4.2 主要设备选型

(1) 洗矿筛。

中碎现有筛分为2460单层圆振筛干式筛分,筛孔φ65 mm,筛下粒度-65 mm占95%以上;改为湿式筛分采用双层筛,上层方型筛网50 mm×50 mm,下层条缝筛网2 mm,加水洗去-2 mm泥矿,筛分效率大于80%,筛上+65 mm含水量低于8%,仍给入二次中碎;50～2 mm矿石输送到储矿槽;总给矿处理量为1 150 t/h,根据公式计算需要筛分面积35 m2,选择2台高效3061筛机,筛分面积36 m2,同时最大起吊件满足中碎厂房现有20 t行车吊装要求。

(2) 筛下矿浆输送泵。

筛下-2 mm矿石量160 t/h,矿浆浓度16.16%,矿浆体积流量1 215 m3/h。考虑15%波动系数,输送管路几何高程8 m,管长270 m,选用适于粗颗粒输送的耐磨橡胶泵,200CZJ-65胶泵,流量500～700 m3/h,扬程48～55 m,配套电动机为200 kW变频电动机,泵转速880 r/min。选用3台,2用1备,考虑胶泵检修起吊,新增1台起吊高度9 m的5 t电动葫芦。

4.3 应急工艺

生产中重选与中碎作业制度有时不一致,当重选停车维修时,洗矿矿浆不能输送到φ5 m锥斗。设计输送到已有的1台φ1 200 mm双螺旋分级机,返砂输送为宽度650 mm皮带机,溢流用150ZJ-I-A60渣浆泵输送至φ45 m中矿浓密机,管径φ219 mm。核算返砂处理量150 t/h,溢流量处理量45 t/h,螺旋分级机处理能力达到195 t/h;渣浆泵流量500 m3/h,扬程55 m,需要两台同时运行。

4.4 投资和工程量

建设费用不含税1 104.85万元,其中建筑工程146.62万元,设备490万元,安装335.79万元,设计监理等其他132.44万元。安装1台3061高效节能双层筛,3台200CZJ-65R胶泵,胶泵DN300进浆管液压控制站,3只DN300液压耐磨阀,3条φ273 mm耐磨管道900 m,架空高度13 m的3根管道支撑桥架300 m,混凝土泵池1座,φ400 mm环水管道70 m。

5 应用实施

项目经过方案比选、可行性研究、初步设计、施工图设计、评审决策、设备采购、安装招标、施工建设、流程调试,于2021年10月10日正式投入运行。

5.1 实施情况

在中碎厂房AB跨7～8柱之间的3.0～5.8 m平台,先拆除1台YAH2460圆振筛,在此位置安装1台3061双层洗矿筛,聚氨酯筛网上层筛孔50 mm×80 mm,下层8 mm×2 mm;安装DN400环水水管,分成与筛面平行的3根φ108 mm水管,抵近筛面喷水洗矿,洗出的-2 mm筛下矿浆通过溜槽流入泵池,通过渣浆泵输送到重选φ5 m锥斗浓缩分选。一段中碎机主机电流19.29 A,二段中碎机主机电流22.13 A,开1#3061洗矿筛和2#2460圆振筛,筛下开2#200CJ泵频率40.53 Hz。形成了1台筛子喷水洗矿,另1台筛子运行不洗矿的模式。

5.2 应用效果

项目投用后,设备运行平稳,分出的三种物料进出顺畅,工序保障水平提高。当两个主井同时提矿,矿源含泥杂物多,经过1台筛洗矿后,6#皮带液压调节阀放矿顺利,效率提高,不需人工一直在机旁操作按钮,远程操作即可。供矿量稳定在800 t/h左右,保证了预选作业稳定,得到预选精矿,保证了球磨供矿不断,明显减小了因泥矿引起的后续系统停车待矿时间。

5.3 洗矿筛下矿浆测定

洗矿筛下取样实测浓度35.92%,粒度分布见表1,铁物相分析见表2。

表1 洗矿筛下粒度分布Table 1 Particle size distribution under washing screen

表2 筛下矿浆铁物相分析Table 2 Iron phase analysis of pulp under sieve %

表1显示,洗矿筛下成分检测铁品位29.470%、硫品位0.876%;+2.5 mm占16.54%,+0.15 mm占48.82%,-0.074 mm占37.01%,-0.074 mm铁品位23.360%,硫品位1.075%。在7个粒级中铁品位最低,硫品位最高,说明洗出的筛下矿浆以细粒级为主,尤其-0.074 mm以下粒级主要以泥矿居多,泥矿黏附在矿石表面,是影响放矿顺畅的重要因素。

表2显示,全铁29.730%,铁物相中以磁性铁、碳酸铁、赤铁矿为主,三者品位合计28.242%,其中磁性铁16.100%,占比54.15%。具有较好的可选性,必须通过后续选别流程选出铁矿物予以回收。

5.4 需要完善的环节

(1) 筛面倾角偏大。

在6 000 mm×6 000 mm×3 614 mm空间内安装3061双层直线筛,为了确保强度,在底部楼板上表面垫高度400 mm的H型钢作为筛子底座,支撑整个筛子质量,所以筛子空间高度只有3 214 mm,筛面倾角12°,筛面给矿端高出排矿端1 268 mm。洗矿用喷水管道置于给矿端筛面之上,筛面上安装DN300环形喷水管道。由于行车行进时驾驶室位于筛面给矿端,底部距离筛框只有900 mm,距离φ108 mm喷水水管500 mm,检修空间偏小;喷水管底部距离筛面400 mm左右,矿量稍大,矿堆顶部就会触碰水管,导致水管磨损。建议底部支撑H型钢缩短到200 mm,筛面倾角调整到8°,可以腾出高度空间200+400=600 mm,增加行车行进空间,减少安全隐患。

(2) 筛网质量。

运行5天时,洗矿直线筛上筛面骨架出现塌陷。观察到靠近给矿端的5块610 mm×610 mm筛板完好,原因上表面有高出的凸起聚氨酯;从第二排起有20组筛板塌陷,聚氨酯脱离骨架下陷,同时部分大块严重堵塞筛孔,牢牢卡在筛孔中;聚氨酯筛板和支撑钢板连接情况:支撑钢板厚度3 mm,高度30 mm,规格200 mm×140 mm框架内有4组50 mm×80 mm筛孔,上部为筛板,下部为支撑钢板,整个筛板卡在支撑钢板上,没有全部包裹住支撑钢板,因此筛板与钢板连接不牢固;在振动下筛板与钢板脱离,4组筛孔面塌陷。建议规格610 mm×610 mm的上筛板,采用φ60 mm圆孔,聚氨酯材质,钢骨架包裹在内部,避免骨架与筛面连接不牢而出现脱落塌陷。

6 成本和效益

6.1 增加的成本

年运行6 500 h,处理矿量507万t。

用水量:泵输送矿浆量527 m3/h,下料浓度35.92%,稀释后浓度32.50%,水量462 m3/h,水费462 m3/h×0.35元/m3=161.7元/h,年用水费105.1万元。

电耗:新增渣浆泵功率200 kW,3061洗矿筛55 kW,2460圆振筛15 kW,电价0.6元/kWh,新增电耗(200+55-15)×0.6×0.85=122.4元/h,年电费79.56万元。

筛板消耗:双层筛筛板与单层筛板使用比较消耗增加,预估每年增加1套,价格20万元;泵叶轮、闸阀、管道等过流件消耗50万元/a;维修工时费用25万元/a。

合计增加总成本279.66万元/a。

6.2 减少的费用

项目实施后提前洗矿,减少了已有洗矿筛-2 mm泥矿至φ5 m锥斗的输送成本,按140万t/a计算,估算减少输送成本110万元;中碎堆场铲车作业时间年减少30 d,减少倒运矿石40万t,节省倒运成本150万元;6#皮带泥矿放矿安全隐患彻底消除,估算降低人工清矿费用30万元;降低安全风险估值50万元;洗矿后减少7#、8#、9#皮带通廊冲洗水费用20万元;降低φ1 200 mm螺旋分级机溢流泵输送费用65万元,合计减少生产费用425万元。

产生效益425-279.66=145.34万元/a,同时经过洗矿,+65 mm矿石表面黏附泥矿大幅度减少,为二次中碎设备更新换型创造了条件。