李宏建 袁國才

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司)

全球鐵礦資源豐富，主要分布在澳大利亞、巴西、俄羅斯、烏克蘭、哈薩克斯坦、印度、美國、加拿大、南非等國。從地域上看，歐洲、南美洲和北美洲的鐵礦資源最豐富，其次是大洋洲、亞洲和非洲的鐵礦資源貧乏。世界鐵礦石產(chǎn)量隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而迅速增加。2010年，全球鐵礦石貿(mào)易量首次突破10億t，達(dá)到10.81億t。從世界范圍來看，隨著全球經(jīng)濟(jì)的下行，鐵礦石供大于求，其價格呈下降趨勢。為合理開發(fā)國外某特大型鐵礦，結(jié)合礦石性質(zhì)，對該鐵礦的破碎、磨礦方案進(jìn)行了綜合對比，并確定了最優(yōu)的碎磨工藝。

1 礦石性質(zhì)

國外某鐵礦屬沉積－變質(zhì)型礦石，系蘇必利爾湖型含鐵燧石巖沉積建造。礦石中既有沉積巖的特征又有后期變質(zhì)巖的特征，通過對礦石的宏觀素描和微觀鑒定，礦石自然類型主要以碎屑狀鐵礦石為主，其次為紋層狀鐵礦石和球狀、環(huán)狀鐵礦石，同時含有少量微晶鐵礦石和浸染狀微晶鐵礦石。

礦石中鐵礦物主要為磁鐵礦，其次有少量菱鐵礦、赤鐵礦;礦石中脈石礦物主要為鐵白云石、石英、方解石、鐵閃石等。按礦石的構(gòu)造劃分，主要礦石類型為條帶狀構(gòu)造，其次為礫狀和鮞狀構(gòu)造。礦石的礦物組成見表1，化學(xué)多元素分析結(jié)果見表2，鐵物相分析結(jié)果見表3。

表1 礦石的礦物組成 %

表2 礦石化學(xué)多元素化學(xué)分析結(jié)果 %

由表2可知，礦石中主要有用元素是Fe，主要有害雜質(zhì)為 SiO2，其他有害組分 S、P、Zn、Cu、Pb、Al2O3、K2O、Na2O 的含量均較低。

表3 礦石鐵物相分析結(jié)果 %

2 碎磨工藝方案對比

國外某鐵礦通過選礦試驗表明，比較適宜的選礦工藝流程為階段磨礦階段磁選，由于1段磁選前的碎磨作業(yè)對整個選廠的投資、運營成本具有較大的影響，故將碎磨工藝選擇作為工藝流程選擇的重點。

在金屬礦山建設(shè)和生產(chǎn)中，碎磨設(shè)備投資占選礦廠全部設(shè)備投資的50%以上，能耗和鋼耗則占選礦廠生產(chǎn)成本的60% ～70%。在選礦廠設(shè)計中，碎磨工藝的選擇不僅對投資和成本影響很大，而且對流程的暢通、生產(chǎn)的穩(wěn)定性、設(shè)備利用率、精礦產(chǎn)品以及礦山的經(jīng)濟(jì)效益都有不同程度的影響。長期以來，國內(nèi)外大型礦山選礦廠碎磨工藝選擇，主要圍繞常規(guī)碎磨工藝，即3段(也有2段或4段)破碎(篩分)+球磨工藝，與自磨、半自磨工藝進(jìn)行比較。由于自磨、半自磨工藝有多種流程型式，因此往往要將不同的自磨、半自磨流程分別作為方案列入比較。按照通常的作法，并同時考慮到近年來高壓輥磨工藝在一些金屬礦山成功應(yīng)用，尤其在大型鐵礦中的可研與設(shè)計中得到高度重視的現(xiàn)狀，也將該工藝納入此次方案比較。

依據(jù)選礦試驗并參照類似鐵礦山長期生產(chǎn)實踐，1段磨礦適度放粗，有利于提高回收率，因此設(shè)計流程1段磨礦產(chǎn)品細(xì)度為－0.074 mm 50%，2段磨礦細(xì)度為－0.074 mm 95%，以此為統(tǒng)一條件進(jìn)行碎磨方案比較。為便于擬定參與比較的可選方案，先對幾種主要碎磨工藝的特點及適用條件進(jìn)行簡要論述。

2.1 常規(guī)碎磨工藝論述

在自磨工藝出現(xiàn)之前，礦山普遍采用的是3段(或2段、4段)碎礦+球磨工藝(以下簡稱“常規(guī)碎磨”工藝)。該工藝優(yōu)點是:技術(shù)成熟，容易達(dá)產(chǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)相對穩(wěn)定，電耗較低，設(shè)備作業(yè)率高。但對于含泥含水多的礦石容易出現(xiàn)設(shè)備及礦倉、漏斗堵塞，導(dǎo)致流程不暢通，因而需要增加洗礦系統(tǒng)。該工藝的明顯缺點是:流程復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，廠房占地面積大，粉塵污染嚴(yán)重，設(shè)備維修保養(yǎng)工作量大，操作人員多。對于大型選廠，由于該工藝的細(xì)碎設(shè)備和干式閉路篩分設(shè)備臺數(shù)太多，操作管理、設(shè)備維護(hù)及除塵難度大(如加上洗礦設(shè)施，更為復(fù)雜)，所以在近20 a來，國外大型礦山較少采用。

2.2 自磨、半自磨工藝論述

自磨技術(shù)在20世紀(jì)60年代逐漸成長起來，20世紀(jì)70年代發(fā)展迅速，并走向成熟。尤其是自磨設(shè)備實現(xiàn)大型化后，為降低基建投資和生產(chǎn)費用，提高勞動生產(chǎn)率創(chuàng)造了條件，使得自磨工藝在大型礦山選礦廠得以普遍采用。自磨工藝的優(yōu)點主要有:流程簡單，生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，設(shè)備數(shù)量少，廠房占地面積小，操作人員少;對含泥含水多的礦石有較強(qiáng)的適應(yīng)性，不會出現(xiàn)常規(guī)碎磨工藝流程在雨季不暢通的問題;對環(huán)境友好，污染小;對大多數(shù)礦石具有選擇性碎磨特點，有利于有用礦物與脈石的解離。其缺點主要有:對給礦粒度組成變化和礦石可磨度變化比較敏感，處理量波動大;生產(chǎn)調(diào)試時間較長，單位礦石耗電量一般偏高;襯板更換比較頻繁，設(shè)備利用率一般比“常規(guī)碎磨”低。

自磨工藝在近幾十年發(fā)展中，為解決礫石問題，逐漸派生出多種流程形式。從世界范圍來看，目前應(yīng)用較多的流程有ABC(自磨+球磨+礫破)流程、AB(自磨+球磨)流程、SAB(半自磨+球磨)流程和SABC(半自磨+球磨+礫破)流程。

近十多年來，單段自磨流程也在一些礦山推廣采用。單段自磨又有自磨加礫破(AC)與半自磨加礫破(SAC)以及單段半自磨(SA)3種形式，它們大多與水力旋流器閉路作業(yè)，獲得磨礦產(chǎn)品。這種流程主要適用于要求磨礦產(chǎn)品粒度粗，后續(xù)作業(yè)為重選或磁選的場合，南非近百家中小型礦山，澳大利亞二十多家礦山采用了此類流程。有的大型礦山如加拿大的Bloom Lake鐵礦、澳大利亞的Sino鐵礦、Lefrog金礦以及中國某些鐵礦、金礦也采用了此類流程。

單段自磨、半自磨流程的應(yīng)用雖然遠(yuǎn)沒有自磨、半自磨+球磨流程應(yīng)用廣泛，但對于需要1段粗磨的礦石，有一定的優(yōu)勢。單段自磨、半自磨流程與自磨、半自磨+球磨流程相比，具有明顯的優(yōu)點:其流程更加簡單、環(huán)節(jié)更少，基建投資低，鋼球消耗量少，總的生產(chǎn)成本低。但也有相應(yīng)的不足:其系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定性較差，回路操作不太靈活，當(dāng)給料粒度變化時，適應(yīng)性差;回路循環(huán)負(fù)荷率高，旋流器閉路作業(yè)易出現(xiàn)沉淀問題，最終產(chǎn)品粒度難以控制。在世界范圍內(nèi)，鐵礦采用自磨、半自磨工藝比較普遍。但是以磁鐵礦為主的鐵礦在采用自磨工藝時，不能既采用半自磨，又采用礫石破碎，這是因為鐵礦石磨機(jī)排出的礫石中不可避免地含有一定比例的廢鋼球，為了保證礫石破碎機(jī)正常工作，需要用除鐵裝置除去這些廢鋼球，但由于磁鐵礦屬強(qiáng)磁性礦物，很難將其中的廢鋼球除去，目前國內(nèi)外尚無這方面的成熟技術(shù)。因此，對磁鐵礦石，如需考慮單段自磨、半自磨，一般不宜采用SABC流程與SAC流程，而是在SAB與SA兩種流程中選擇。依目前趨勢，半自磨比自磨應(yīng)用較廣，因為半自磨流程雖然鋼耗高，但對礦石的適應(yīng)性和可調(diào)性較強(qiáng)。

2.3 高壓輥磨工藝論述

高壓輥磨工藝是從常規(guī)碎磨工藝演變過來的。近年來，隨著輥面材料及固定技術(shù)難題的解決，該工藝在金屬礦山領(lǐng)域的應(yīng)用也在迅速推廣。迄今為止，中國國內(nèi)已有幾十家礦山選廠采用了高壓輥磨工藝。國外一些大型礦山如智利CMH公司的Los Colorados鐵礦、秘魯Freeport公司的Cerro Verde銅礦，英國Anglo Platinum集團(tuán)的Mogalakwena鉑金礦、澳大利亞Newmont公司的Boddington金礦等采用該工藝先后，均獲得了其他工藝不可比擬的良好效益，為金屬礦展示了一個新的工藝方向。目前，世界上一些著名的工程公司，在規(guī)劃設(shè)計大型鐵礦山和銅金礦山時(尤其是對硬性礦石)已將其作為重要的碎磨方案或首選方案。

高壓輥磨工藝的主要優(yōu)點有:設(shè)備破碎比大，單臺設(shè)備處理能力大，外型尺寸小，所需空間小;工藝配置簡單，設(shè)備基礎(chǔ)工程量小;能實現(xiàn)多碎少磨，有較好的選擇性破碎效果，對礦石的裂隙解離效果好，有利于保證精礦質(zhì)量;設(shè)備作業(yè)率高，工作平穩(wěn)、安全、可靠;能耗利用率高，對硬巖性礦石節(jié)能效果明顯，材料消耗少，可降低后續(xù)球磨的功耗;對常規(guī)破碎工藝細(xì)碎作業(yè)難以通過的含泥含水偏高的黏性礦物一般也能處理。但與自磨工藝相比，也存在一些缺陷，如工藝流程長，環(huán)節(jié)多;廠房占地面積大;操作人員多，對某些含泥含黏土礦物多的礦石不如自磨工藝適應(yīng)性強(qiáng)。

2.4 碎磨方案(可比部分)綜合比較

國外某鐵礦碎磨方案的比較，重點是半自磨+球磨、單段半自磨和高壓輥磨工藝的比較，但為了考察這3種工藝與常規(guī)碎磨工藝的差別，將常規(guī)碎磨工藝列入比較范圍。因此，擬定以下四個流程方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較:

(1)方案1。2段碎礦(篩分)+高壓輥磨+球磨(以下簡稱高壓輥磨+球磨)。

(2)方案2。粗碎+半自磨+球磨(以下簡稱半自磨+球磨)。

(3)方案3。粗碎+單段半自磨(以下簡稱單段半自磨)。

(4)方案4。3段破碎(篩分)+球磨(以下簡稱常規(guī)碎磨)。

各方案設(shè)備與建構(gòu)筑物投資比較見表4，各方案碎磨工程投資和碎磨成本比較見表5、表6，各方案費用現(xiàn)值比較見表7，各表內(nèi)容均限于各碎磨方案的可比部分。

表4 各方案設(shè)備與建構(gòu)筑物投資對比

表5 各方案碎磨工程基建投資對比 萬元

表6 各方案碎磨生產(chǎn)成本對比

表7 各方案費用現(xiàn)值對比 萬美元

由表4～表7的方案對比可知:

(1)從投資來看，常規(guī)碎磨工藝最高，高壓輥磨+球磨工藝次之，半自磨+球磨工藝第三，單段半自磨工藝最低。各方案投資差距不大，對項目優(yōu)劣影響不大。

(2)從生產(chǎn)成本來看，半自磨+球磨工藝與常規(guī)碎磨工藝相近，均較高;高壓輥磨工藝與單段半自磨工藝相近，均較低。

(3)從投資、成本的費用現(xiàn)值來看，高壓輥磨+球磨工藝和單段半自磨工藝優(yōu)勢明顯。

上述方案的比較結(jié)果，符合一般性規(guī)律，也與國外一些大公司所做的類似礦山方案比選的結(jié)論有相同的趨勢。在大型礦山碎磨方案的評判中除了考察各方案的投資與成本，還應(yīng)對各方案所能達(dá)到的設(shè)備利用率、生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、設(shè)備操作、維修和管理的難易等進(jìn)行分析、評價。需要強(qiáng)調(diào)的是，該鐵礦由于規(guī)模特大，提高設(shè)備作業(yè)率、保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯得尤為重要。

由于“高壓輥磨+球磨”流程是從“常規(guī)碎磨流程”演變形成的，與常規(guī)碎磨流程相比有如下優(yōu)勢:系統(tǒng)能力可調(diào)，生產(chǎn)穩(wěn)定;設(shè)備制造安裝周期短，調(diào)試時間短;設(shè)備維護(hù)管理工作量雖然比較大，所需的人員多，但維修難度并不大。并且碎礦系統(tǒng)每天尚有幾個小時處于休閑狀態(tài)。因此，總體上對作業(yè)率不會造成影響。

綜上所述，方案1投資居中，生產(chǎn)成本低，在設(shè)備利用率、生產(chǎn)穩(wěn)定性以及設(shè)備維護(hù)等方面，均比方案2、方案3有明顯的優(yōu)越性。但方案1生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，管理比較復(fù)雜，用地面積大，生產(chǎn)人員較多。經(jīng)綜合比選，可選擇高壓輥磨+球磨方案。

3 結(jié)語

國外某特大型磁鐵礦通過常規(guī)碎磨工藝、半自磨藝4種方案在設(shè)備與建構(gòu)筑物投資、基建投資、生產(chǎn)成本及費用現(xiàn)值等方面的綜合比較，最終確定了高壓輥磨+球磨工藝方案為該鐵礦山的最適宜碎磨流程，并為此類大型磁鐵礦的開發(fā)利用提供了經(jīng)驗借鑒。