劉　斌

(廈門紫金工程設(shè)計有限公司)

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福建某大型選礦廠主廠房設(shè)計方案的比選

劉斌

(廈門紫金工程設(shè)計有限公司)

摘要為合理設(shè)計福建某大型選礦廠主廠房，從工藝流程、廠房布置、設(shè)備配置、設(shè)備投資、施工條件等各方面進(jìn)行了綜合比選。經(jīng)分析比較：最終磨礦廠房選擇平行式配置，浮選廠房選擇雙系列配置，藥劑制備廠房和鼓風(fēng)機(jī)房靠近浮選廠房側(cè)布置；該建設(shè)方案廠房占地面積小、投資少、施工難度小、建設(shè)快，為同類型大型礦山的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞選礦廠設(shè)計磨礦浮選設(shè)備配置廠房布置

受全球和中國經(jīng)濟(jì)增速放緩的影響，銅金屬價格持續(xù)走低。福建某大型銅礦山隨著主井掘進(jìn)深度加大，采出礦石銅品位下降，礦石中硫、砷含量升高，生產(chǎn)成本隨礦石性質(zhì)變化而不斷攀升，逐漸削減了企業(yè)利潤。為提高自主創(chuàng)新能力、需要加快實施選廠技術(shù)升級、用規(guī)模效益來彌補(bǔ)較高的投資及成本費用。

福建某大型選礦廠設(shè)計規(guī)模為45 000 t/d，規(guī)模較大，通過現(xiàn)場考察內(nèi)蒙古烏努格吐山銅鉬礦二期選礦廠(規(guī)模35 000 t/d)、伊春鹿鳴鉬礦選礦廠(規(guī)模50 000 t/d)和江西德興銅礦大山選礦廠(規(guī)模67 500 t/d)，吸取他們的先進(jìn)設(shè)計理念和現(xiàn)場生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，對主廠房主要環(huán)節(jié)均進(jìn)行了方案比較，并確定了最佳的選廠設(shè)計方案。

1礦石性質(zhì)

福建某大型銅礦礦床類型屬上金下銅大型斑巖成礦系列-次火山高硫中低溫?zé)嵋旱V床。銅礦體賦存于潛水面以下原生帶中，西北礦段已控制銅礦達(dá)大型。礦石主要有價組分為銅，此外，還伴生有金、銀、硫、鐵、鎵、明礬石、地開石等多種有益組份，有害組份主要為砷。銅礦礦石自然類型簡單，主要為花崗巖型硫化銅礦石(占81%)，其次為隱爆碎屑巖型硫化銅礦石(占15%)和英安玢巖型硫化銅礦石(占4%)。工業(yè)類型屬含硫砷銅礦的單一硫化銅礦石。

礦石的礦物組成比較簡單，主要由圍巖、熱液沉淀礦物和熱交代蝕變礦物組成。礦石中金屬礦物中以硫化物為主，金屬硫化物除黃鐵礦外，主要為銅的硫化物，該礦段發(fā)現(xiàn)的銅的硫化物16種，其中藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)、塊硫砷銅礦、硫砷銅礦占99.26%以上，其次為輝銅礦、斑銅礦等，其他銅金屬硫化物量極少。非金屬礦物主要為石英，次為地開石、明礬石、絹云母，少量重晶石、長石、白云母、氯黃晶等。礦石中主要有害元素是砷。原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。

表1原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

%

注：Au、Ag含量單位為g/t。

2選礦廠設(shè)計

選礦廠設(shè)計中主廠房設(shè)計是選礦廠設(shè)計的核心，主要包括磨礦廠房、浮選廠房、藥劑制備廠房、鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)計等。選礦工藝流程為半自磨+球磨+浮選工藝，選礦最終得到的產(chǎn)品為銅精礦和硫精礦。礦山服務(wù)年限為15 a，年工作制度330 d，每天3班，每班8 h。

2.1廠房布置與設(shè)備配置的基本原則[1-2]

(1)廠房布置必須充分體現(xiàn)流程特點，在總體布置上應(yīng)做到投資省、建設(shè)快、指標(biāo)先進(jìn)、生產(chǎn)安全并符合環(huán)保要求。

(2)廠房布置應(yīng)合理利用地形并力爭緊湊，公用設(shè)施應(yīng)統(tǒng)一考慮，各種管線在技術(shù)允許條件下，應(yīng)采用共桿、共溝、共架布置。

(3)廠房布置必須處理好與總圖、尾礦、給排水、電力、暖通、土建等專業(yè)的關(guān)系。

(4)設(shè)備配置必須符合工藝流程的要求，對礦石性質(zhì)波動有足夠的適應(yīng)性，并應(yīng)具有改革流程和擴(kuò)大規(guī)模的可能性。根據(jù)實際需要在場地和高差上留有一定余地，輔助設(shè)施上留有一定的靈活性。

(5)設(shè)備配置必須充分考慮環(huán)保、安全、勞保的各種規(guī)定。在設(shè)備安全罩、安全欄桿、防毒、防火、通風(fēng)換氣、收塵、排污等方面應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。

(6)設(shè)備配置要合理緊湊，各設(shè)備機(jī)組的間距不宜過大，考慮到土建柱網(wǎng)模數(shù)關(guān)系來確定。確保操作維護(hù)、檢修有足夠的工作面積和空間，上下工序物料轉(zhuǎn)運、輸送順暢，防止物料外濺與堵塞，盡量實現(xiàn)自流輸送。

2.2磨礦廠房設(shè)計

設(shè)計的磨礦工藝流程為：原礦經(jīng)皮帶機(jī)輸送至φ11.0 m×5.4 m半自磨機(jī)，半自磨機(jī)排礦經(jīng)直線振動篩2ZKR3675篩分后，篩下物料進(jìn)入泵池，礦漿用泵揚送至水力旋流器分級；篩上物料(頑石)通過皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運返回半自磨機(jī)，旋流器分級底流進(jìn)入φ7.9 m×13.6 m球磨機(jī)，球磨機(jī)排礦進(jìn)入泵池，再泵送至旋流器分級，球磨機(jī)和半自磨機(jī)共用一個泵池，共用渣漿泵和分級設(shè)備，旋流器分級溢流產(chǎn)品自流進(jìn)入浮選廠房攪拌槽。設(shè)計磨礦工藝流程見圖1。

圖1　設(shè)計磨礦工藝流程

2.2.1磨礦廠房設(shè)備平行配置方案

磨機(jī)中心線與原礦堆中心線平行的配置形式。半自磨機(jī)排料端靠近球磨機(jī)排料端，泵池布置在兩磨機(jī)排料端中間，磨機(jī)與半自磨機(jī)共用泵池和渣漿泵，直線振動篩放在泵池正上方，篩下礦漿直接流入泵池，篩上物料(頑石)通過皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運返回半自磨機(jī)，球磨機(jī)排料用漏斗自流入泵池，水力旋流器布置在廠房內(nèi)靠近球磨機(jī)給料端側(cè)。檢修場地分布在磨礦廠房兩側(cè)，各占兩跨18 m，磨機(jī)檢修用起重機(jī)各配置1臺，半自磨機(jī)選用100/20 t橋式起重機(jī)，球磨機(jī)選用32/5 t橋式起重機(jī)。該配置方案廠房長度135 m，跨度33 m，高度30 m。

平行配置方案的優(yōu)點：①設(shè)備配置緊湊、排列整齊、操作方便；②旋流器布置于廠房內(nèi)，檢修方便；旋流器靠近浮選廠房側(cè)，溢流管道輸送距離短可減少磨浮廠房間高差。

平行配置方案的缺點：磨礦廠房長度大，高度大，廠房造價較高。

2.2.2磨礦廠房設(shè)備垂直配置方案

磨機(jī)中心線與原礦堆中心線垂直的配置形式。泵池設(shè)置在磨機(jī)排料端，直線振動篩放在泵池正上方，篩下礦漿直接流入泵池，篩上物料(頑石)通過皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運返回半自磨機(jī)，球磨機(jī)排料用漏斗自流入泵池，磨機(jī)與半自磨機(jī)共用泵池和渣漿泵，水力旋流器布置在廠房外靠近球磨機(jī)給料端側(cè)。檢修場地分布在磨礦廠房兩側(cè)，各占兩跨18 m，磨機(jī)檢修用起重機(jī)各配置1臺，半自磨機(jī)選用100/20 t橋式起重機(jī)，球磨機(jī)選用32/5 t橋式起重機(jī)。該配置方案廠房長度108 m，跨度42 m，高度27 m，廠房外的旋流器平臺長45 m，寬18 m。

垂直配置方案的優(yōu)點：①操作平臺整齊美觀，便于操作管理；②磨礦設(shè)備集中，便于礦漿自流及礦漿分配，起重機(jī)利用率高。

垂直配置方案的缺點：①磨礦廠房跨度大，廠房空間利用率低；②旋流器分級溢流進(jìn)浮選廠房管道需橫跨整個磨礦廠房，影響廠房美觀；③頑石轉(zhuǎn)運需增加一條皮帶，旋流器布置于廠房外需增加一個平臺，同時考慮到機(jī)械手拖車位置，磨礦廠房總占地面積較大。

經(jīng)過方案比較，方案1配置緊湊、占地面積小、填挖方量小、施工難度小、投資少、磨礦廠房長度與浮選廠房長度相適應(yīng)。因此，最終確定選擇平行式配置方案。

2.3浮選廠房設(shè)計

水力旋流器分級溢流產(chǎn)品粒度為-0.074 mm 62%，設(shè)計選別工藝流程為：分級溢流自流進(jìn)入浮選廠房銅浮選攪拌槽，經(jīng)攪拌調(diào)漿后進(jìn)入銅粗選1，銅粗選1精礦自流進(jìn)入銅精選1，銅粗選1尾礦進(jìn)入銅粗選2作業(yè)；銅精選1精礦用泡沫泵揚送至銅精選2；銅精選2精礦泵送至銅精礦濃密機(jī)，銅精選2尾礦返回銅精選1；銅粗選2精礦自流進(jìn)入銅精選1，銅粗選2尾礦進(jìn)入銅掃選1作業(yè)；銅掃選1精礦和銅精選1尾礦合并后一起用泡沫泵返回銅粗選2作業(yè)，銅掃選1尾礦進(jìn)入銅掃選2作業(yè)；銅掃選2精礦用泡沫泵返回銅掃選1作業(yè)，銅掃選2尾礦進(jìn)入硫浮選攪拌槽；經(jīng)攪拌調(diào)漿后進(jìn)入硫粗選，硫粗選精礦自流進(jìn)入硫精選1，硫粗選尾礦進(jìn)入硫掃選作業(yè)；硫精選1精礦用泡沫泵揚送至硫精選2，硫精選1尾礦和硫掃選精礦合并后一起用泡沫泵返回硫粗選作業(yè)；硫精選2精礦泵送至硫精礦濃密機(jī)，硫精選2尾礦返回硫精選1；硫掃選尾礦經(jīng)溜槽自流至尾礦濃密機(jī)。銅硫粗、掃選采用KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，銅硫精選采用KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)。設(shè)計選別工藝流程見圖2。

圖2　浮選設(shè)計選別工藝流程

2.3.1浮選廠房設(shè)備單系列配置方案

單系列配置。銅浮選：選擇1臺φ7.5 m×7.5 m攪拌槽，設(shè)計攪拌時間4 min，實際攪拌時間5 min；銅粗掃選選擇13臺KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，設(shè)計浮選時間36 min，實際浮選時間42 min；銅精選選擇5臺KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，設(shè)計浮選時間20 min，實際浮選時間26 min。硫浮選：選擇1臺φ7.5 m×7.5 m攪拌槽，設(shè)計攪拌時間3 min，實際攪拌時間4 min；硫粗掃選選擇7臺KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，設(shè)計浮選時間18 min，實際浮選時間21 min；硫精選選擇7臺KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，設(shè)計浮選時間22 min，實際浮選時間27 min。

銅硫粗掃選浮選機(jī)間呈階梯布置，自流高差800 mm，同一作業(yè)可2臺一個階梯，銅硫精選浮選機(jī)間呈階梯布置，自流高差600 mm，同一作業(yè)可2臺一個階梯，操作平臺的高差也隨之相應(yīng)地變化，按此設(shè)計銅硫粗掃選設(shè)備配置總高差12 m，銅精選設(shè)備配置總高差1.2 m，硫精選設(shè)備配置總高差1.8 m，檢修場地分布在浮選廠房兩側(cè)，各占兩跨18 m，因浮選廠房較長，浮選機(jī)檢修選用2臺20 t電動單梁起重機(jī)，起重機(jī)平時?？吭诟∵x廠房兩側(cè)。該配置方案浮選廠房長度189 m，跨度30 m，高度36 m。

單系列配置方案的優(yōu)點：①設(shè)備配置連續(xù)緊湊、礦漿流動順暢；②可減少各浮選作業(yè)組之間的管道連接長度，減少浮選廠房的長度，廠房占地面積較小。

單系列配置方案的缺點：①設(shè)備配置高差較大，易形成高大擋墻，施工難度較大，基建投資較高；②廠房內(nèi)管道交錯，對自動化及操作不利。

2.3.2浮選廠房設(shè)備雙系列配置方案

雙系列配置。每個系列銅浮選：選擇1臺φ6.0 m×6.0 m攪拌槽，設(shè)計攪拌時間4 min，實際攪拌時間5 min；銅粗掃選選擇7臺KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，設(shè)計浮選時間36 min，實際浮選時間45 min；銅精選選擇3臺KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，設(shè)計浮選時間20 min，實際浮選時間30 min。每個系列硫浮選：選擇1臺φ6.0 m×6.0 m攪拌槽，設(shè)計攪拌時間3 min，實際攪拌時間4 min；硫粗掃選選擇4臺KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，設(shè)計浮選時間18 min，實際浮選時間24 min；硫精選選擇4臺KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)，設(shè)計浮選時間22 min，實際浮選時間32 min。

銅硫粗掃選浮選機(jī)間呈階梯布置，自流高差800 mm，同一作業(yè)可2臺一個階梯，銅硫精選浮選機(jī)間呈階梯布置，自流高差600 mm，同一作業(yè)可2臺一個階梯，操作平臺的高差也隨之相應(yīng)地變化，按此設(shè)計銅硫粗掃選設(shè)備配置總高差7.6 m，銅精選設(shè)備配置總高差0.6 m，硫精選設(shè)備配置總高差0.6 m，檢修場地分布在浮選廠房兩側(cè)，各占兩跨18 m，因浮選廠房較長，浮選機(jī)檢修選用2臺20 t電動單梁起重機(jī)，起重機(jī)平時?？吭诟∵x廠房兩側(cè)。該配置方案浮選廠房長度216 m，跨度30 m，高度31 m。

雙系列配置方案的優(yōu)點：①設(shè)備配置整齊美觀、生產(chǎn)調(diào)節(jié)靈活方便，若生產(chǎn)技術(shù)條件發(fā)生變化如礦石性質(zhì)改變、藥劑種類變更等便于比較雙系列各自的選別指標(biāo)；②設(shè)備配置高差較小，可降低廠房高度，磨浮廠房間及浮選廠房內(nèi)不會形成高大擋墻，施工難度較小。

雙系列配置方案的缺點：①浮選設(shè)備較多，比方案1增加2臺KYF-320浮選機(jī)和2臺KYF-70浮選機(jī)，精礦返回泡沫泵數(shù)量多，設(shè)備投資大，運營成本高；②礦漿分配需設(shè)計專業(yè)的分配器，礦漿等量控制難度較大。

經(jīng)過方案比較，雙系列配置方案整齊美觀、生產(chǎn)調(diào)節(jié)靈活方便、填挖方量小、施工難度小、基建投資少。因此，最終確定選擇雙系列配置方案。

2.4藥劑制備廠房設(shè)計

藥劑儲存于藥劑倉庫，經(jīng)叉車運輸至藥劑制備廠房。藥劑制備廠房負(fù)責(zé)浮選作業(yè)的藥劑制備和添加工作，是浮選廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，在浮選過程中有必要精確添加各種浮選藥劑，藥劑添加精度將決定浮選的效果[3]。

2.4.1計量泵方案

藥劑通過廠房內(nèi)的2 t電動單梁起重機(jī)加入藥劑攪拌槽，經(jīng)過藥劑攪拌槽加水?dāng)嚢柚苽涑梢欢舛鹊乃幰?，然后自流進(jìn)儲藥槽，再用計量泵添加到各給藥點。水玻璃、丁黃藥、丁胺黑藥、2#油4種藥劑共24個添加點，備用6個，共需30臺計量泵，計量泵單價大約4萬元/臺，設(shè)備投資估算120萬元。

計量泵方案的優(yōu)點：①藥劑添加可通過變頻控制，計量準(zhǔn)確；②便于自動化控制。

計量泵方案的缺點：①計量泵非金屬膜片在高壓工況下性能不穩(wěn)定、容易破損；②計量泵停機(jī)時間稍長，進(jìn)出口容易堵塞。

2.4.2自動加藥機(jī)方案

藥劑通過廠房內(nèi)的2 t電動單梁起重機(jī)加入藥劑攪拌槽，經(jīng)過藥劑攪拌槽加水?dāng)嚢柚苽涑梢欢舛鹊乃幰?，然后自流進(jìn)儲藥槽，再用自動加藥機(jī)添加到各給藥點。自動加藥機(jī)可設(shè)置30個加藥點，設(shè)備價格大約30萬元/臺。

自動加藥機(jī)方案的優(yōu)點：①不需要藥劑泵提升藥劑，可實現(xiàn)藥液低位向高位添加；②加藥機(jī)本身具有自吸功能，可直接從儲藥槽吸藥，不需要恒位加藥箱，安裝靈活、簡便；③藥罐容積固定，罐數(shù)計量法準(zhǔn)確度高，不受液位及黏度變化影響。

自動加藥機(jī)方案的缺點：①使用一段時間后，由于藥劑在管道內(nèi)淤積，造成藥劑添加失準(zhǔn)，尤其是低劑量藥劑的添加；②電磁閥磨損較快[4]。

經(jīng)過方案比較，采用自動加藥機(jī)方案投資較小、操作簡單、安裝靈活、檢修方便。因此，最終確定選擇自動加藥機(jī)方案。

2.5鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)計

鼓風(fēng)機(jī)房負(fù)責(zé)為浮選作業(yè)供氣，經(jīng)過計算，按照1.1 m3/(m2·min)的氣量要求，22臺320 m3浮選機(jī)需要氣量1 278 m3/min，14臺70 m3浮選機(jī)需要氣量302 m3/min，共計需氣量1 580 m3/min。

2.5.1鼓風(fēng)機(jī)同型號方案

選擇3臺C850浮選機(jī)專用離心鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量850 m3/min，浮選機(jī)進(jìn)口升壓65 kPa，電機(jī)功率 1 400 kW，2用1備。鼓風(fēng)機(jī)檢修選用1臺16 t電動單梁起重機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)廠房長度36 m，跨度9 m，高度12 m。

2.5.2鼓風(fēng)機(jī)不同型號方案

320 m3的浮選機(jī)選用一種風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量700 m3/min，浮選機(jī)進(jìn)口升壓65 kPa，電機(jī)功率1 250 kW，2用1備；70 m3的浮選機(jī)用一種風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量180 m3/min，浮選機(jī)進(jìn)口升壓40 kPa，電機(jī)功率200 kW，2用1備。鼓風(fēng)機(jī)檢修選用1臺16 t電動單梁起重機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)廠房長度45 m，跨度9 m，高度12 m。

經(jīng)過方案比較，鼓風(fēng)機(jī)采用同型號方案投資少、運營費用低、廠房占地面積小、備品備件便于采購管理、檢修維護(hù)方便。因此，最終確定選擇同型號方案。

3結(jié)語

(1)福建某大型選礦廠主廠房經(jīng)過方案比較，磨礦廠房選擇平行式配置，廠房占地面積小、填挖方量小、施工難度小、投資少、磨礦廠房長度與浮選廠房長度相適應(yīng)；浮選廠房選擇雙系列配置，廠房整齊美觀、生產(chǎn)調(diào)節(jié)靈活方便、填挖方量小、施工難度小、基建投資少；藥劑制備廠房和鼓風(fēng)機(jī)房靠近浮選廠房側(cè)布置，可縮短輸送距離，同時便于管道布置。

(2)選礦廠主廠房設(shè)計過程中應(yīng)密切結(jié)合工程實際，確定合適的工藝流程，選擇適宜的選礦設(shè)備，進(jìn)行合理的設(shè)備配置，對輔助設(shè)施、綜合回收、環(huán)境保護(hù)等都要進(jìn)行精心設(shè)計，并對方案進(jìn)行充分比較，力求投資少，建設(shè)快，使選礦廠基建投資發(fā)揮最大的效益，同時為未來生產(chǎn)獲得較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)創(chuàng)造條件。

參考文獻(xiàn)

[1]馮守本.選礦廠設(shè)計[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[2]《選礦設(shè)計手冊》編委會.選礦設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[3]李思,李世厚.浮選自動加藥機(jī)的研究概況[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2011(3)：54-58.

[4]黃斌,黃宋魏,韓中園.一種新型自動加藥控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].有色金屬：選礦部分，2014(6)：80-83.

(收稿日期2015-12-02)

劉斌(1980—)，男，工程師，碩士研究生，361006 福建省廈門市湖里區(qū)翔云三路128號。