某大型铁矿选矿厂迁建工程工艺方案优化及节能设计

常亮亮, 徐小锋

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

1 前言

该铁矿选矿厂始建于20世纪50年代，原设计生产能力为每年处理原矿石150万t。2005年完成了选矿厂填平补齐改造设计并已实施，选矿厂生产铁精矿能力扩大到150万t/a。

该矿有40多年的生产和管理经验，选矿厂目前的生产流程经过不断完善和改进，通过生产实践证明是先进合理，符合该矿矿石性质。但由于投产时间早，生产时间长，又几经改造扩建形成了摊子大，设备规格小、能耗高、自动化程度较低的现状，加之选矿厂地处采矿塌陷区,存在较大的安全隐患,继续运转下去,将危及正常生产，因此需对选矿厂进行迁建。

通过本次迁建，将建成一座国内一流的现代化选矿厂，其特点是设备大型化、生产自动化、节能效果好，整个选厂的自动控制水平也将达到国内先进水平。建成后，选厂的劳动生产率、生产成本将降低、能效管理将达到较高水平。

2 原矿矿石结构

该铁矿属大冶式热液交代矽卡岩型磁铁矿矿床，全矿以15#勘探线为界，分为东西两矿区，东区主要以Ⅱ号矿体为主，西区以Ⅲ号矿体为主。矿石构造特征以致密块状的富磁铁矿为主，其次为浸染状、斑块状及条带状。

矿石中主要金属矿物为磁铁矿，次要金属矿物有赤铁矿、黄铁矿、黄铜矿，还有少量的穆磁铁矿、磁黄铁矿、斑铜矿、辉铜矿、镜铁矿、方铅矿、闪锌矿等。主要脉石矿物为方解石、绿泥石、金云母、石榴子石；次要矿物有硬石膏、石英、透辉石、阳起石、蛇纹石，还有少量的绿帘石、黝帘石、磷灰石、榍石、角闪石、长石等。

磁铁矿：它是矿石中的主要金属矿物，东区Ⅱ号矿体磁铁矿在矿石中占矿物组成的40%～55%，多为它形晶粒，粒径多为0.01～0.8mm。部分磁铁矿呈星点状分布于脉石中，粒径小于0.004mm。还有一些磁铁矿颗粒中包有粒径为0.004～0.05mm的黄铁矿和脉石矿物。西区Ⅲ号矿体磁铁矿占矿石中金属矿物的88%，大多为半自形至它形晶粒，少量具交代残余结构，常见的矿石构造为块状、浸染状及斑块状。磁铁矿结晶粒度细，粒径以0.05～0.09mm为主，结晶粒度小于0.074mm部分占93.13%。

黄铁矿：是矿石中主要硫化物。东区Ⅱ号矿体黄铁矿多为它形粒状和不规则脉状，呈它形粒状产出的颗粒多为0.02～0.3mm，主要产于磁铁矿与脉石矿物颗粒间隙中及脉石矿物中，部分产于磁铁矿颗粒中，在整个矿体中分布不均，约占矿石的2%～4.5%。西区Ⅲ号矿体中黄铁矿约占矿石的5%～15%,早期矿呈浸染状或斑点状，在磁铁矿中，结晶较好，自形、半自形粒径为0.2～1mm。晚期矿呈脉状，粒径1～3mm。

黄铜矿：东区Ⅱ号矿体中黄铜矿主要呈它形粒状，少量为不规则脉状，主要产于脉石矿物中，磁铁矿和黄铁矿颗粒接触处，粒径多为0.06～0.1mm。西区Ⅲ号矿体中黄铜矿含量较少，呈脉状、星点状，多与黄铁矿伴生。

3 现有工艺流程

选厂目前生产流程采用常规三段闭路碎矿、两段闭路磨矿流程，磁选选铁，在碎矿作业设有干式磁选抛尾，进行阶段磨矿、阶段选别，磁选尾矿采用浮选工艺选铜和硫。现有工艺流程如图1所示。

1)破碎、筛分和干式磁选

选矿厂碎矿系统采用三段闭路—干式磁选流程。粗碎作业设置在井下，将矿石破碎至0～300mm，用箕斗提升到地面，然后运至选矿厂。中碎作业将矿石破碎至0～65mm，采用圆振筛进行筛洗分级，将中碎产品筛分成-65～+13mm、-13～+3mm和-3mm三个粒级，-65mm～+13mm、-13mm～+3mm粒级分别采用永磁磁滑轮进行干选抛尾，-65mm～+13mm粒级经抛尾后进入细碎系统，-13mm～+3mm粒级经抛尾后运往粉矿仓。-3mm粒级的物料先经过逆流型永磁湿式磁选机进行磁选，磁选的尾矿经过直线筛分级脱水，筛上-3mm～+0.5mm粒级作为干尾矿送至尾矿堆，筛下-0.5mm粒级作为最终一部分尾矿产出。磁选精矿经过直线筛筛分为-3mm～+0.5mm和-0.5mm两个粒级，-3mm～+0.5mm粒级通过带式输送机输送至粉矿仓，-0.5mm粒级采用渣浆泵送至主厂房湿式磁选。细碎作业设预先检查闭路筛分，筛下合格产品进入粉矿仓，从而进入后续作业。

2)磨矿、分级和磁选

磨矿系统采用两段闭路磨矿流程，进行阶段磨矿、阶段选别。一段磨矿共采用6台溢流型球磨机，分别与4台双螺旋分级机和2台水力旋流器组构成闭路，一段磨矿产品细度为-0.074mm占55%左右。一段磨矿分级溢流经过两段磁选，精矿产品进入再磨回路，再磨回路设有预先分级(一段细筛)和检查分级(二段细筛)，分级设备均为细筛，再磨产品细度为-0.074mm占65%左右。磁选精矿经过一段细筛分级，筛上物料经过再磨、再磁选后精矿进入二段细筛。细筛筛下物料进入三段磁选，其精矿经过滤机脱水后得到最终铁精矿。

3)浮选

磁选尾矿经浓缩机脱水后采用浮选工艺选铜和硫。铜硫浮选流程为混合浮选，进行一次粗选和一次精选得到铜硫混合精矿，铜硫混合精矿再进行铜硫分离，浮选流程结构为一次粗选、一次扫选和二次精选，最终得到品位17%左右的铜精矿和品位42%左右的硫精矿。

选矿厂近年生产指标见表1。

4 工艺方案优化

该选矿厂自建成投产以来，经过多年的生产实践，生产流程不断完善和改进，现行生产流程基本上先进合理，特别是磁选流程完全适应该矿矿石可选性要求。因此，迁建设计的工艺流程基本上沿用现行生产流程，但对流程中存在的不合理、不完善之处进行了改进。

图1 某铁矿选矿厂现有生产工艺流程图

年份原矿铁精矿铜精矿硫精矿处理量/(kt·a-1)铁品位/%硫品位/%精矿量/(kt·a-1)铁品位/%铁回收率/%精矿量/(t·a-1)铜品位/%精矿量/(t·a-1)硫品位/%硫回收率/%20143461.930.892.441345.766.8683.74957.7911.873272138.4037.4120153497.131.342.391380.366.7883.84906.1512.033526437.9340.2420163104.730.792.431204.866.7483.86873.6612.493169437.7142.84

4.1 铁精矿提铁降硫试验研究

“提铁降硫研究”主要是为了使选厂铁精矿原料中铁、硫等含量满足生产及对环保的要求。试验研究工作共分为3个阶段进行，分别为小型试验、半工业试验和工业试验，以下主要就工业试验情况进行介绍。

选厂连续两天对提铁降硫反浮选系统分别进行了开与不开生产流程对比工业试验，对比试验结果表明：开反浮选生产流程，铁精矿质量较稳定(铁精矿品位≥67.0%, 硫含量≤0.15%)，而未开反浮选生产流程，产品质量波动较大，生产铁精矿品位最高为65%～66%，硫含量大于0.4%。开与未开反浮选系统流程考查数质量图分别如图2和图3所示。

图2 开反浮选系统流程考查数质量图

图3 未开反浮选系统流程考查数质量图

在小型试验的基础上进行了半工业试验和工业试验，试验数据的可靠性较高。通过上述一系列试验，可得出以下结论：

(1)铁精矿的细度是影响铁精矿降硫的关键。铁精矿的细度小于70%- 0.076mm时，从取得的试验结果来看，铁精矿含硫难以降至0.1%以下。

(2)当铁精矿细度大于75%- 0.076mm时，采用反浮选脱硫——磁选工艺，可获得铁精矿品位>68.00%、含硫<0.1%的优质球团原料。

(3)脱硫浮选所获得的泡沫产品(浮选精矿)，可直接并入生产流程予以回收铁、硫。

(4)生产中回水水质差, 使得铁精矿含硫难以降至0.1%以下，在浮选脱硫与磁选提铁过程中，宜使用新水。

4.2 工艺方案优化措施

本次迁建工程设计在沿用现行生产流程的基础上主要根据“提铁降硫研究”的试验结果在三段磁选后增设了脱硫浮选工序，脱硫浮选后得到合格铁精矿，铁精矿品位为67.5%，铁精矿含硫0.10%。

结合目前选厂生产中的问题并根据本次迁建工程的实际情况，还对现有流程采取了以下优化措施。

(1)将粗碎作业的产品粒度由目前的0～300mm调整为0～250mm。

降低给矿粒度，中碎机的排矿口可以调到较小的位置，可使排矿产品粒度下降，而中碎产品粒度的降低将带来干式磁选抛尾效果的明显改善、细碎回路产品粒度的降低、闭路筛分循环负荷降低等一系列的连锁效应。

(2)将细碎的闭路筛分由预先和检查筛分调整为检查筛分。

细碎闭路筛的筛孔是10mm，中碎筛分后-65mm～±12mm粒级产品经干选抛尾后的物料中-10mm合格粒级含量较少，设置细碎预先筛分意义不大；此外仅设置检查筛分，筛分作业的处理量减少，所需筛分设备数量少、占地面积小、检修维护量少；同时，仅设置检查筛分作业，有利于筛分干选设备的集中布置，使物料走向更流畅、厂房布局更合理，有利减少建设投资和运行成本。

(3)将一段磨矿的产品粒度由实际生产的-0.074mm占55%调整到-0.074mm占55%～60%，将再磨回路的产品(细筛筛下产物)粒度由实际生产的-0.074mm占65%左右调整为-0.074mm占80%～85%。由于一段磨矿产品粒度的降低，一段磁选、二段磁选的抛尾效果大大改善，精矿铁品位提高、精矿含硫降低，细筛的筛上产率将降低，有利于减轻再磨机的负荷；而细筛筛下产物粒度的降低，更有利于三段磁选精矿品位的提高和精矿含硫的降低。

(4)将再磨系统一段细筛(预先筛分)+脱水磁选+再磁选+二段细筛(检查筛分)工序简化为细筛预先检查筛分+再磨前再磁选(即脱水磁选)作业。在不影响选矿指标的前提下有效简化了流程，使生产和操作更简便，管线更易于布置，过程控制更易于实现。

(5)铁精矿的脱硫浮选设备由浮选机改为浮选柱，工艺过程简单，布置紧凑、便于管理，并且设备占地面积减少、电耗大幅度降低。

优化后的工艺流程如图4所示。

图4 某铁矿选矿厂迁建工程优化后生产工艺流程图

5 节能设计

5.1 主要节能措施

为了节能,本次设计针对生产过程的各个环节均采取了相关技术措施。

1)工艺流程节能

中碎后的矿石，采用干选、预先丢尾，使进入磨、选作业的矿石量减少约35%，不但降低了能耗，还减少了后续磨、选设备。

充分发挥破碎机的潜能，降低各段破碎产品的粒度，最终实现“多碎少磨”，有利于减少碎磨系统的综合能耗[1-2]。

强化筛分作业，适当增大筛分设备的规格，提高筛分效率，提高湿式筛分的分级效果并降低闭路筛分循环负荷。

采用阶段磨矿、阶段选别生产工艺，能耗指标低。

2)设备选择节能

主要设备规格大型化、高效化，减少生产系统系列数。

采用节能型设备，例如德瑞克高频细筛、浮选柱，自吸式浮选机及陶瓷过滤机等。

主要矿浆输送渣浆泵采用变频调速，使泵在较佳的工况条件下工作，延长泵的使用寿命，并节省能耗。

采用节能型低损耗变压器及节能照明灯具。

3)节水

充分利用采矿井下排水，节省大量外部供水；尾矿通过厂区浓密回水，减少输送量，既减低了能耗又节约了水资源；工业用水循环使用，一水多用。

4)设备及设施布置节能

设备配置，充分利用地形，使主矿浆自流，减少砂泵输送，节省电耗。

在破碎作业前设置缓冲矿仓，以保证破碎机处于满负荷均衡运行。

5)生产自动控制和能效管理

选矿厂的自动控制水平应与选厂规模相适应，在选矿全流程采用先进的自动检测和控制系统；设置能效管理系统，注重能效管理水平。

5.2 综合能耗指标

由于采取了以上节能措施，使本工程新建选厂能耗指标与该选厂现有选厂能耗指标相比由14.4kW·h/t降至13.48kW·h/t，下降了6.4%，节能效果良好。

6 结论

(1)根据“提铁降硫研究”的试验结果在现行生产流程三段磁选后增设了脱硫浮选工序，脱硫浮选后可得到高品质铁精矿，铁精矿品位为67.5%，铁精矿含硫0.10%。

(2)结合目前选厂生产中的问题并根据本次迁建工程的实际情况，对粗碎产品粒度、细碎闭路筛分工艺、一段磨矿产品粒度、再磨分级系统以及铁精矿脱硫浮选设备等方面进行了优化设计，使选矿流程更简单、高效。

(3)设计中注重节能设计，使设计新选厂能耗指标相比现有选厂由14.4kW·h/t降至13.48kW·h/t，下降了6.4%，取得了较好的节能效果。