陸歡歡 劉賀民

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

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包鋼氧化礦工程選礦工藝設計

陸歡歡 劉賀民

(中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司)

包鋼氧化礦工程是國內(nèi)外建設中較復雜的金屬、非金屬多礦物綜合回收利用的選礦工程。通過對該工程進行設計總結(jié)，梳理了工藝設計的重點難點，指出了設計中采取的主要技術措施，提升了設計水平，積累了寶貴的設計經(jīng)驗。

氧化礦 多金屬礦 選礦工藝 工藝設計

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用是人類社會發(fā)展的前提和動力，與國民經(jīng)濟的各部門有著廣泛的關聯(lián)。隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展及金屬資源日趨貧、細、雜化，我國礦產(chǎn)資源的總體需求矛盾日益尖銳，開發(fā)和利用復雜多金屬礦山，對于保證我國礦業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。

包頭白云鄂博鐵礦氧化礦由于其礦石品位低、礦物成分復雜、共生關系密切、嵌布粒度細而不均、有用礦物和脈石礦物可選性差異小，是舉世聞名的難選礦。白云鄂博鈮礦資源儲量豐富，占全國總儲量的95%，居世界第2位，同時還伴生稀土、硫、螢石、鈧等多種有益元素。包鋼(集團)公司經(jīng)過多年的刻苦技術攻關，對其選礦工藝進行深入研究，在鈮特效捕收劑上有所突破。2008—2009年，包鋼(集團)公司在現(xiàn)有的稀土稀選四車間完成了10萬t級的工業(yè)試驗，并取得了較為理想的技術經(jīng)濟指標。2011年，包鋼(集團)公司委托中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司開展了《包鋼氧化礦選礦搬遷及白云鄂博礦資源綜合利用工程》的設計工作，實現(xiàn)了包鋼鐵、稀土、鈮及其他資源綜合回收的產(chǎn)業(yè)化道路。

1 包鋼氧化礦工程建設的重要意義

包鋼氧化礦選礦搬遷及白云鄂博礦資源綜合利用工程(以下簡稱包鋼氧化礦工程)是“白云鄂博礦資源綜合利用國家級示范基地”建設的關鍵項目之一，也是自治區(qū)政府立項的“包鋼尾礦庫綜合治理與保護”項目的重要組成部分。該項目建成后將顯著提升白云鄂博礦資源綜合利用水平，將形成全國規(guī)模最大的鈮精礦生產(chǎn)線，結(jié)束我國鈮鐵一直依賴從巴西進口的局面，打造全球最大的氧化鈧生產(chǎn)基地，使我國在鈮、鈧等重要戰(zhàn)略資源供應市場占據(jù)獨特的地位和優(yōu)勢。同時，該項目將大幅度減小尾礦庫負荷，并采用尾礦干堆、各工序獨立循環(huán)水系統(tǒng)等新技術，實現(xiàn)生產(chǎn)廢水的零排放，具有巨大的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

2 工程概況

2.1 工程規(guī)模

包鋼氧化礦工程是選礦工藝較為復雜的大型選礦廠工程，該工程自2012年底開工建設，至2014年底，已全部建成投入生產(chǎn)和調(diào)試。該工程年處理白云鄂博鐵礦主、東礦氧化礦石600萬t，由3座選礦廠及一座熱電廠組成。其中新建鐵選礦廠處理原礦600萬t/a，新建稀土選礦廠處理鐵選礦廠強磁尾礦342萬t/a，新建鈮選礦廠處理鐵選礦廠浮選尾礦和稀土選礦廠浮選尾礦386萬t/a[2]。

2.2 工藝流程

包鋼氧化礦工程破碎系統(tǒng)采用常規(guī)3段1閉路破碎工藝流程，最終破碎產(chǎn)品粒度12～0 mm，破碎系統(tǒng)工藝原則流程見圖1。

圖1 破碎系統(tǒng)原則流程

該工程磨選系統(tǒng)共由3部分組成：第1部分，新建鐵選礦廠，主要采用兩段連續(xù)磨礦—弱磁—強磁—磁選精礦再磨—反浮選工藝處理鐵礦石；第2部分，新建稀土選礦廠，主要采用浮選工藝處理鐵選礦廠強磁尾礦，并對得到的稀土精礦進行過濾—干燥—包裝；第3部分，新建鈮選礦廠，主要采用階段磨礦—階段磁選—鐵反浮選—稀土浮選—混合浮選—硫浮選—鐵正浮選—重選—脫硫脫鐵浮選—鈮浮選—螢石浮選工藝綜合回收選鐵、選稀土尾礦中的鐵、稀土、硫、螢石和鈮精礦產(chǎn)品，實現(xiàn)白云鄂博礦產(chǎn)資源的綜合利用。3部分磨選工藝原則流程分別見圖2～圖4。

圖2 新建鐵選礦廠磨選工藝原則流程

圖3 新建稀土選礦廠選別工藝原則流程

2.3 主要產(chǎn)品

(1)新建鐵選礦廠的主要產(chǎn)品為全鐵品位為64.5%的鐵精礦。

(2)新建稀土選礦廠的主要產(chǎn)品為ReO品位為50%的稀土精礦。

(3)新建鈮選礦廠的主要產(chǎn)品共有5種，分別是全鐵品位為64.5%的鐵精礦、ReO品位為50%的稀土精礦、S品位為30%的硫精礦、Nb2O5品位為5%的鈮精礦和CaF2品位為95%的螢石精礦。

3 廠區(qū)布置

整個氧化礦工程由新建鐵選礦廠、新建稀土選礦廠、新建鈮選礦廠和新建熱電廠4部分組成。供礦系統(tǒng)位于白云鐵礦破碎區(qū)，礦石經(jīng)中碎后通過一條5.3 km長的膠帶運輸至氧化礦主廠區(qū)，主廠區(qū)北側(cè)自東向西依次布置熱電廠、鐵選礦廠、稀土選礦廠和鈮選礦廠，公輔及辦公設施位于鐵選礦廠南側(cè)。氧化礦主廠區(qū)東西長1 750 m，南北寬970 m，總占地面積約99 hm2。廠區(qū)總體布置見圖5[2]。

圖4 新建鈮選礦廠選別工藝原則流程[3]

4 設計重點、難點及采取的措施

(1)該工程為金屬、非金屬多礦物選礦，工藝流程復雜，是國內(nèi)外建設的較復雜的選礦工程。包鋼氧化礦工程年處理氧化礦石600萬t，除含磁、赤鐵礦外，還含有稀土、硫、鈮、螢石等多種有價元素，既有金屬礦、又有非金屬礦和稀有礦物，產(chǎn)品種類多，選別工藝流程復雜。

從設計角度，要充分考慮選礦廠建成后在調(diào)試和生產(chǎn)階段發(fā)生問題的各種可能性。對于工藝流程如此復雜的選礦廠，系統(tǒng)間或系統(tǒng)內(nèi)的事故停車是不可避免的，為避免下游作業(yè)事故狀態(tài)影響上游作業(yè)生產(chǎn)和調(diào)試，設計在系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)均設置了事故排放點，保障下游作業(yè)部分運行或不運行時，上游作業(yè)的調(diào)試和生產(chǎn)可以順利進行。

圖5 包鋼氧化礦工程廠區(qū)總體布置

從現(xiàn)場投產(chǎn)后的調(diào)試和生產(chǎn)情況看，事故點位的設置是非常必要的，通過設置事故點位，實現(xiàn)了復雜流程分段調(diào)試、分段生產(chǎn)的可能，對選鈮廠的調(diào)試和生產(chǎn)起到了非常重要的作用。

(2)外部綜合管網(wǎng)復雜，設計難度大。該工程工藝流程復雜，生產(chǎn)設施較多，根據(jù)統(tǒng)計，整個廠區(qū)工藝主廠房共23座、濃縮池24座、砂泵站21座，另外還有供水、消防、供暖、供電等建筑設施。通過對已完工程外部工藝管線進行統(tǒng)計對比，包鋼氧化礦工程工藝管線長度是其他工程的10倍以上，再加上水、電、暖、熱力管線的相互交錯，整個綜合管網(wǎng)設計非常復雜。

鑒于該工程管網(wǎng)的復雜性，在規(guī)劃和設計方面采取了一系列有效措施，包括工藝礦漿管道與熱力管道共架布置、密集管網(wǎng)處多層錯位布置、直埋敷設和地表架空敷設聯(lián)合布置、地上管架基礎間隙布置電纜溝等方式，不僅順利完成了該工程的綜合管網(wǎng)設計工作，同時也節(jié)省了管架的鋼結(jié)構(gòu)工程量、節(jié)省了管網(wǎng)占地空間。

(3)藥劑種類多，加藥系統(tǒng)復雜。該工程選鐵廠藥劑種類3種，選稀土廠藥劑種類2種，選鈮廠藥劑種類13種，選別工藝復雜，共有9道浮選作業(yè)，且每道浮選作業(yè)內(nèi)又有多道精選和掃選作業(yè)，浮選藥劑性質(zhì)多樣，強酸、強堿、易燃、易爆藥品均有應用，藥劑制備和添加系統(tǒng)復雜。

選鐵廠和選稀土廠藥劑制度比較簡單，選鈮廠藥劑制度復雜，藥劑種類較多。因此，設計在選鈮廠區(qū)單獨設置藥劑制備車間，藥劑制備車間長150 m、寬60.8 m，制備完成后的藥劑通過藥劑輸送泵輸送至浮選車間儲罐內(nèi)，再通過螺桿泵輸送至各個加藥點?？紤]冬季白云地區(qū)環(huán)境惡劣，大雪封山情況時有發(fā)生，設計設置了大用量藥劑的儲存和保管設施，避免因藥劑短缺影響生產(chǎn)。

(4)冬季寒冷天氣對生產(chǎn)的影響。白云鄂博地區(qū)地處陰山山脈，大青山山脈北部達茂旗草原，海拔1 600～1 696 m，冬季氣候寒冷，極端最低氣溫-35.5 ℃，因天氣寒冷影響生產(chǎn)的情況經(jīng)常發(fā)生，因此設計應充分考慮寒冷天氣對設備設施的影響。

該工程鑒于當?shù)貧夂驐l件，對設計中應重點關注的問題如：外部礦漿管線設計問題、地埋管線埋深問題、藥劑管線過長凍結(jié)問題、礦石濕度過大凍結(jié)礦倉下料口等問題均給予了充分的考慮，并提出了具體的解決方案。

(5)干燥、包裝工藝在選礦設計中的首次應用。傳統(tǒng)的選礦工藝設計節(jié)點一般為過濾產(chǎn)出合格精礦，精礦含有一定的水份。為滿足冶煉要求，設計在稀土精礦過濾后增加了干燥和包裝工藝，同時螢石精礦壓濾后也增設了干燥和包裝工藝。

通過與廠家的多次交流和現(xiàn)場考察，對精礦干燥和包裝工藝有了更深入的了解，通過對各種干燥工藝的分析和比較，最終確定采用蒸汽干燥更適合該工程的特點，既可以充分利用已有蒸汽輸送管道節(jié)省投資，又可以避免單獨燃燒煤粉干燥對環(huán)境的污染。

5 目前選礦廠生產(chǎn)情況

經(jīng)現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)試，目前鐵選礦廠和稀土選礦廠均已順利投產(chǎn)，各項生產(chǎn)指標均達到了設計指標。由于鈮選礦廠工藝流程非常復雜，為國內(nèi)外罕見，因此目前正在分段調(diào)試分段生產(chǎn)階段，為完成整個鈮選礦廠的生產(chǎn)調(diào)試，可能仍需對工藝流程進行適當?shù)恼{(diào)整。

6 結(jié) 語

包鋼氧化礦工程是目前國內(nèi)外建設中較復雜的金屬、非金屬礦選礦工程，通過對該工程的工作設計，實現(xiàn)了資源的綜合回收，促進了包鋼的發(fā)展，為國家重要戰(zhàn)略資源鈮礦的開發(fā)利用做出了重要的貢獻。同時，為其他復雜多金屬礦山工程的設計提供了經(jīng)驗借鑒。

[1] 魏德洲，劉文剛，崔寶玉，等.復雜多金屬礦綜合利用技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[C]∥復雜難處理礦石選礦技術-全國選礦學術會議論文集.北京：冶金工業(yè)出版社，2009:3-7.

[2] 劉賀民，魏明華，桂 富，等.包鋼氧化礦選礦搬遷及白云鄂博礦資源綜合利用工程初步設計[R].秦皇島：中冶京誠(秦皇島)工程技術有限公司，2013.

[3] 宋常青.包鋼稀土鈮資源綜合利用關鍵技術研究報告[R].包頭：包鋼(集團)礦山研究院，2010.

2016-11-01)

陸歡歡(1984—)，男，工程師，066004 河北省秦皇島市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)龍海道71號。