王 濤

(安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，安徽 霍邱 237400)

0 引言

安徽霍邱礦區(qū)已探明鐵礦資源儲量近17億噸，安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司李樓鐵礦是中國五礦集團(tuán)邯邢礦業(yè)公司控股的礦山企業(yè)，成立于2003年7月，資源擁有量達(dá)3.81億噸[1,2]，服務(wù)年限44年，是華東地區(qū)儲量最大的地下黑色金屬礦山。該選廠設(shè)計規(guī)模為年處理鐵礦石750萬噸，其中鏡鐵礦500萬噸/年，磁鐵礦250萬噸/年，鐵精粉年生產(chǎn)能力270萬噸以上。鏡鐵礦系統(tǒng)原設(shè)計選礦工藝采用階段磨礦—強(qiáng)磁粗選拋尾—強(qiáng)磁提精—中礦反浮選的選別工藝。由于井下原礦性質(zhì)發(fā)生重大改變以及市場形勢的要求，鏡鐵礦工藝后經(jīng)過多次重大技術(shù)改造，引入重選螺旋溜槽選別工藝，現(xiàn)選礦工藝為階段磨礦—強(qiáng)磁粗選拋尾—重選螺旋溜槽提精—中礦反浮選的選別工藝。改造完成后，現(xiàn)生產(chǎn)工藝對原礦適應(yīng)性顯著增強(qiáng)，鏡鐵礦精礦品位達(dá)到64 %以上，尾礦品位11 %以下，工藝生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

同時，生產(chǎn)運(yùn)行模式得到顯著優(yōu)化，選礦加工費(fèi)用大幅度降低。

1 礦石性質(zhì)

李樓鐵礦礦石中的組成礦物種類較為簡單，鐵礦物嵌布粒度粗細(xì)不均，主要為鏡鐵礦，其次是假象赤鐵礦，偶見褐鐵礦零星分布；脈石礦物以石英為主，次為綠泥石、角閃石、云母(包括黑云母、白云母和絹云母)和方解石，還包括微量礦物鋯石、磷灰石、榍石和黃鐵礦等。由于綠泥石、角閃石、云母等含鐵硅酸鹽礦物的表面物理化學(xué)性質(zhì)與鏡鐵礦極其相近因而分選難度大。

對李樓鐵礦鏡鐵礦采集的兩批樣品(編號1#樣、2#樣)開展工藝礦物學(xué)研究。經(jīng)鏡下鑒定和X射線衍射分析綜合研究查明，兩樣品的主要組成礦物種類基本一致，鐵礦物主要是鏡鐵礦，次為假象赤鐵礦，偶見磁鐵礦和褐鐵礦零星分布；脈石礦物以石英居多，其次是綠泥石、絹云母、白云母、鐵白云石和透閃石，見表1。

表1 樣品中主要礦物的含量 /%

總體來看，李樓鏡鐵礦中對選礦指標(biāo)影響較為顯著的是綠泥石和微細(xì)粒假象赤鐵礦的存在，其主要散布在由綠泥石和絹云母組成的集合體中。生產(chǎn)中，這是影響浮選選別效果的主要原因。

2 工藝現(xiàn)狀及存在問題

2.1 工藝改造現(xiàn)狀

自2013年開始，隨著井下開采范圍的擴(kuò)大，井下采出礦石性質(zhì)發(fā)生變化，礦石中部分磁性較強(qiáng)的假象赤鐵礦以及含鐵硅酸類脈石礦物逐漸增多，使得鏡鐵礦工藝流程對井下生產(chǎn)礦石顯現(xiàn)出一定的不適應(yīng)性，并造成生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)大幅度波動。鐵精礦質(zhì)量嚴(yán)重不合格，低于外銷要求品位63.5%，遠(yuǎn)低于初設(shè)的65%；尾礦品位遠(yuǎn)高于初設(shè)的10.37%，達(dá)到12%左右，鐵回收率顯著降低[3]。2013～2019年間，該選廠經(jīng)過一系列工藝技術(shù)改造[4,5]，最終實現(xiàn)了以下效果：一是球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式由初設(shè)的3個一段加2個二段變?yōu)?個一段加1個二段，停運(yùn)一臺二段磨機(jī)，年節(jié)約鋼球和電費(fèi)1 000萬元以上，降本效果顯著；二是改造后工藝流程對礦石的適應(yīng)性大幅度增強(qiáng)，精礦可穩(wěn)定達(dá)到64.5%以上，尾礦降至11%左右；三是由于二段沉砂重選新工藝的應(yīng)用，二段球磨負(fù)荷大幅降低，入浮粒度由改造前的-0.074 mm(-200目)80%提高至90%以上，為常溫藥劑的應(yīng)用提供了必要條件；四是改造后系統(tǒng)臺時處理量達(dá)到750 t/h，較初設(shè)的630 t/h提高近20%，生產(chǎn)效率提升明顯[6,7]。

2.2 存在問題及解決方案

系列改造完成后，對礦石性質(zhì)變化適應(yīng)性和穩(wěn)定性更強(qiáng)的浮選工藝提精所占比例由改造前的21%提高至近50%。在指標(biāo)改善的同時，浮選工序也嚴(yán)重超負(fù)荷。從2018年10月長沙礦業(yè)研究院對該選廠進(jìn)行的《李樓鐵礦鏡鐵礦選礦廠全流程考查試驗研究報告》中可看出，現(xiàn)階段入浮干礦量為初設(shè)的2.76倍，浮選尾礦中鐵礦物主要損失在細(xì)粒級，且主要以單體形式損失在該尾礦中，其次為連生體。針對該問題，需要通過對浮選系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)能或者設(shè)備改造來緩解浮選超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的瓶頸，進(jìn)而解決浮選藥劑消耗量大、浮選尾礦金屬量流失嚴(yán)重等問題。由此，引入節(jié)省空間且高效的浮選設(shè)備，替代原工藝中三次掃選作業(yè)，優(yōu)化掃選作業(yè)，同時替代下來的掃選作業(yè)改造后作為一粗一精的提精作業(yè)，浮選處理能力可翻倍[8]。

3 實驗室浮選柱試驗

3.1 李樓鐵礦浮選流程

本試驗旨在利用浮選柱替代流程中的浮選機(jī)掃選作業(yè)，考查該作業(yè)的降尾效果，同時對比其產(chǎn)生精礦與原流程掃選作業(yè)精礦，見圖1。

圖1 李樓鐵礦鏡鐵礦反浮選工藝流程圖

3.2 實驗室浮選柱試驗

在實驗室對浮選柱進(jìn)行最佳條件的開路試驗，質(zhì)量流程見圖2。從實驗室浮選柱試驗數(shù)據(jù)來看，浮選柱掃選兩次的指標(biāo)優(yōu)于現(xiàn)場浮選機(jī)三次掃選的技術(shù)指標(biāo)，浮選柱尾礦品位均在20%以內(nèi)，優(yōu)于現(xiàn)場的24%左右。產(chǎn)品篩析結(jié)果驗證浮選柱-0.019 mm(-800目)產(chǎn)率降低明顯，鐵精礦回收率明顯增加。

圖2 藥劑條件1的開路試驗數(shù)質(zhì)量流程圖

從實驗室浮選柱試驗數(shù)據(jù)來看，浮選柱掃選兩次的指標(biāo)優(yōu)于現(xiàn)場浮選機(jī)三次掃選的技術(shù)指標(biāo)，浮選柱尾礦品位均在20%以內(nèi)，優(yōu)于現(xiàn)場的24%左右。產(chǎn)品篩析結(jié)果驗證浮選柱-0.019 mm(-800目)產(chǎn)率降低明顯，鐵精礦回收率明顯增加。

4 李樓鐵礦現(xiàn)場工業(yè)分流試驗

4.1 工業(yè)分流試驗背景

在安徽開發(fā)礦業(yè)公司浮選北系列北側(cè)安裝的兩臺長沙礦業(yè)研究院生產(chǎn)的直徑1 000 mm的短高/徑比的浮選柱，采用壓力為1.0～1.5 kg/cm2的流體射流形成微氣泡，礦漿與亞微米粒徑氣泡在氣泡發(fā)生器強(qiáng)紊流高效礦化，礦化礦漿分布在分選區(qū)靜態(tài)分選，有效實現(xiàn)了粗顆粒的脈石礦物快速上浮，又有效減少了細(xì)粒鐵礦物的泡沫夾帶，從而實現(xiàn)了浮選泡沫產(chǎn)品鐵品位的降低。根據(jù)現(xiàn)場流程，掃選作業(yè)的中礦最終均要返回到浮選給礦濃縮池，因此，浮選柱中礦也要最終返回浮選給礦濃縮池。返回方式分為集中返回和順序返回，見圖3、圖4。

圖3 工業(yè)分流試驗中礦集中返回流程圖

圖4 工業(yè)分流試驗中礦順序返回流程圖

4.2 浮選柱中礦集中返回的工業(yè)分流試驗

按圖3流程進(jìn)行工業(yè)分流試驗，柱精礦K1和柱精礦K2合并(即中礦)與浮選機(jī)粗選泡沫混合返回主流程。分流試驗時干礦量為4.13～5.10 t/h，礦漿濃度為36%，礦漿流量分別為8.50 m3/h、10.5 m3/h，使用常溫藥劑，礦漿溫度為浮選柱1為28 ℃～30 ℃，浮選柱2為24 ℃～26 ℃。從中礦集中返回的分流試驗結(jié)果分析，在干礦量處理為4.13～5.10 t/h條件下，每一次浮選柱作業(yè)都可以使精礦品位提升9%以上，泡沫2的全鐵品位低于現(xiàn)場浮選機(jī)掃選三的泡沫品位。浮選柱的回收效率較高為86.39%～92.03%[8]。2018年11月9日浮選柱集中返回試驗數(shù)據(jù),見表2。

表2 20181109浮選柱中礦集中返回試驗數(shù)據(jù) /%

在實際生產(chǎn)中，為避免浮選過程中粗顆粒中礦在浮選系統(tǒng)的累計現(xiàn)象，主要開展中礦的順序返回的分流試驗。

4.3 浮選柱中礦順序返回的工業(yè)分流試驗

按圖4流程進(jìn)行工業(yè)分流試驗，柱掃選二作業(yè)的精礦直接返回柱掃選一作業(yè)，柱掃選一作業(yè)的精礦浮選機(jī)粗選泡沫混合返回主流程。試驗藥劑類型和試驗溫度中礦集中返回試驗相同，當(dāng)試驗給礦量較小(3.56 t/h)，浮選濃度36%時，泡沫2的產(chǎn)率可達(dá)20%以上，浮選柱精礦比粗選尾礦(浮選柱給礦)品位可以提高7%～8%，回收率較高。為研究浮選柱的處理能力與選別指標(biāo)的關(guān)系，將試驗給礦量從5.13 t/h增加至7.18 t/h，浮選濃度38%，試驗數(shù)據(jù)如表3。

表3 20181116浮選柱中礦順序返回試驗數(shù)據(jù) /%

從表3可看出，隨著給礦量增加，精礦品位提升幅度有限，泡沫2對給礦的產(chǎn)率也下降，設(shè)備的分選效率下降，因此直徑為1 000 mm的浮選柱順序返回的干礦量適宜處理能力區(qū)間3.56～5.13 t/h。

對浮選柱作業(yè)與現(xiàn)場浮選機(jī)作業(yè)進(jìn)行了對比。浮選柱試驗條件為：給礦量5 t/h、作業(yè)濃度38%、作業(yè)溫度為常溫(25 ℃)；現(xiàn)場運(yùn)轉(zhuǎn)的BF-20型機(jī)械攪拌式浮選機(jī)作業(yè)條件為：給礦量和作業(yè)濃度適宜，作業(yè)溫度為常溫(25 ℃).由表4可知，針對浮選機(jī)粗選作業(yè)的尾礦產(chǎn)品，在兩種設(shè)備最佳運(yùn)行條件選別，在精礦品位40%～45%(滿足現(xiàn)場生產(chǎn))時，浮選柱相對于浮選機(jī)降低尾礦品位有明顯的優(yōu)勢，作業(yè)回收率大幅度提高。

表4 20181125浮選柱分流試驗數(shù)據(jù)(與浮選機(jī)對比) /%

表5 20181124-20181203浮選柱與浮選機(jī)產(chǎn)品指標(biāo)對比統(tǒng)計數(shù)據(jù) /%

由表5可知，浮選柱與浮選機(jī)相比，在精礦品位低0.56個品位的前提下，尾礦品位降低5.19個品位，但回收率提高了10.04個百分點(diǎn)，因此，采用浮選柱可以有效提高微細(xì)粒鐵精礦回收率。

5 浮選柱工業(yè)分流試驗產(chǎn)品粒級分析

為了避免機(jī)械攪拌浮選機(jī)在工程化過程中出現(xiàn)的粗顆粒存槽累積現(xiàn)象，對浮選柱作業(yè)過程中各作業(yè)樣品進(jìn)行了-0.074 mm的粒級篩析。表中編號為1107-1600的試驗數(shù)據(jù)就是粗顆粒脈石礦石礦物沒有上浮的呈現(xiàn)；其它三組數(shù)據(jù)都是實現(xiàn)了粗顆粒脈石礦物的有效上浮，而得到較好技術(shù)指標(biāo)。

表6 浮選柱產(chǎn)品的粒級篩析數(shù)據(jù) /%

從表6中的-0.074 mm篩析結(jié)果可以得知，要實現(xiàn)浮選柱精礦品位有一定幅度的提升，泡沫2中+0.074 mm粒級含量要上升，即實現(xiàn)粗顆粒脈石礦物的有效上??；而柱精礦-0.074 mm含量要低于給礦中-0.074 mm粒級含量，這樣就可以保證柱精礦返回粗選段后，不會在體系中形成所謂的粗顆粒存槽現(xiàn)象，造成浮選機(jī)壓槽現(xiàn)場，導(dǎo)致浮選分選系統(tǒng)的分選效率下降。

6 結(jié)語及建議

1)安徽開發(fā)礦業(yè)李樓鐵礦選礦廠浮選作業(yè)可以用浮選柱二次掃選代替現(xiàn)場機(jī)械攪拌浮選機(jī)三次掃選，且浮選柱單位體積的處理能力>機(jī)械攪拌浮選機(jī)。

2)浮選柱可以在精礦品位與機(jī)浮選接近的前提下，尾礦品位較浮選機(jī)降低3～5個品位，提升掃選段的作業(yè)回收率2%～5%。

3)替代兩個系列的三次掃選系統(tǒng)，需要增加兩臺直徑為5 000 mm，高度為5 000～7 000 mm浮選柱，兩臺浮選機(jī)的裝機(jī)功率也低于機(jī)械攪拌浮選機(jī)的裝機(jī)功率，可以有效減少空間占用和基建投資，該工業(yè)分流試驗為該選廠后續(xù)改造奠定了基礎(chǔ)。