黃毅，張燕

(1.長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司， 湖南 長沙 410014；2.中鋁環(huán)保節(jié)能科技（湖南）有限公司， 湖南 長沙 410014)

鋁土礦是生產(chǎn)金屬鋁的主要礦石來源，在我國國民經(jīng)濟中起著重要作用[1]。根據(jù)USGS2017年發(fā)布的《2018—2024年中國鋁土礦行業(yè)市場深度調(diào)研及投資前景分析報告》，中國鋁土礦靜態(tài)可采年限僅為14 a，遠遠落后于全球的102 a。中國鋁土礦儲量約為10億t，僅占世界儲量的3.33%[2]。據(jù)中國海關(guān)統(tǒng)計，2019年中國鋁土礦進口量累計1.007億t，2019年中國產(chǎn)鋁土礦約8900萬t，鋁土礦海外依存度約為53%。為滿足我國鋁工業(yè)生產(chǎn)的需求，預(yù)計未來 2～5年，中國鋁土礦對外依存度將增至55%～60%[3]。

因此，開發(fā)利用海外鋁土礦，建設(shè)海外鋁土礦開發(fā)基地是我國企業(yè)滿足自身生存和可持續(xù)發(fā)展的必然之路，同時也是我國鋁工業(yè)持續(xù)發(fā)展和融入踐行“一帶一路”倡議的戰(zhàn)略需要。

1 項目概況

1.1 礦山基本情況

某礦山位于西非臨大西洋某國，礦區(qū)距離海岸線約24 km。沿海地區(qū)為熱帶季風(fēng)氣候，內(nèi)地為熱帶草原氣候，年平均氣溫為24℃～32℃，雨、旱兩季分明，每年的11 月至次年5 月為旱季，6月至10月為雨季，年平均降水量為2212 mm，年平均蒸發(fā)量為1473 mm。該國基礎(chǔ)設(shè)施落后，項目建設(shè)原材料除木頭砂石外，大部分均需依靠進口；該國電力嚴(yán)重缺乏，沒有大型國家電網(wǎng)，廠礦企業(yè)需自行建設(shè)發(fā)電廠。

該國鋁土資源儲量為 74 億 t，占世界總儲量的 26.4%，居世界第一，其礦石類型為三水鋁石和一水軟鋁石，特點是高鋁、高硅、中低鋁硅比、低鐵，礦石自然為含水率約 8%。項目礦權(quán)分布面積約1300 km2，礦體平面分布面積約98.55 km2，具有分布面積廣，體積大，埋藏淺，覆蓋層薄，礦體頂?shù)装迤骄彽忍攸c。

礦區(qū)鋁土礦剖面自上而下的巖性特征如下：

（1）表土層，厚度一般小于0.5 m，主要為沙土和粉砂巖；

（2）鐵帽層，厚度一般為 1.5 m，鐵質(zhì)含量較高；

（3）鋁土礦層，厚度約為13 m，分布有高品位鋁土礦和低品位鋁土礦；

（4）下紅土層，厚度一般為 3 m，鐵質(zhì)含量較高；

（5）黏土層。

鉆孔柱狀圖見圖1。

1.2 運回中國礦石要求

圖1 礦區(qū)鋁土礦鉆孔柱狀圖

根據(jù)中國出資方產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，該國開采鋁土礦主要通過礦山開采、汽車運輸、皮帶運輸、碼頭轉(zhuǎn)運、內(nèi)河駁船運輸、海上倒駁和遠洋海運等環(huán)節(jié)運至中國某沿海港口氧化鋁廠，總運輸距離約20 000 km。綜合考慮以上各環(huán)節(jié)生產(chǎn)及運營成本和氧化鋁市場價格，為確保項目較好的經(jīng)濟性，經(jīng)測算，運回中國的鋁土礦經(jīng)濟品位為39%（經(jīng)濟品位為有效氧化鋁，全鋁Al2O3品位約為42%～43%）。

同時，考慮到海運距離將近12 000 km，為降低海運費用，需對礦石的含水率進行嚴(yán)格控制。為滿足國內(nèi)氧化鋁廠供礦需求，礦山開采規(guī)模為1200萬t/a，即年產(chǎn)1200萬t鋁土品位≥39%原礦運回中國。

1.3 礦區(qū)及首采區(qū)資源情況

礦山含南北2個礦區(qū)，礦山資源圈定采用的工業(yè)指標(biāo)為邊界品位35%（比全鋁Al2O3品位低4個百分點），最小可采厚度為1 m，夾石剔除厚度為1 m。經(jīng)資源圈定，南北礦區(qū)設(shè)計利用礦量總資源量為17.5億t，有效鋁平均品位AAl2O339.13%，RSiO2（可反應(yīng)硅）1.12%。其中外運回國的高品位礦（AAl2O3≥39%）設(shè)計利用礦量為7.6億t，平均品位AAl2O341.57%，RSiO21.06%；低品位礦（35%≤AAl2O3≤39%）設(shè)計利用礦量為9.9億t，平均品位AAl2O337.23%，RSiO21.16%。

根據(jù)南北礦區(qū)建設(shè)條件，設(shè)計選擇南礦區(qū) 38號礦體作為首采區(qū)。首采區(qū)設(shè)計利用資源量約為1.43億t，其中高品位礦約7400萬t，平均品位AAl2O342.14%，RSiO21.28%；低品位礦約6900萬t，平均品位AAl2O337.25%，RSiO21.41%。首采區(qū)排產(chǎn)服務(wù)年限為7 a。

1.4 開采對象及工藝要求

根據(jù)國內(nèi)氧化鋁廠對礦石品質(zhì)的需求和礦體賦存條件，設(shè)計開采對象為賦存在中部的高品位礦，其上部還有表土、鐵帽及低品位礦，故設(shè)計上部表土、鐵帽及低品位礦均計入剝離并分開堆存，其中表土用于采后礦區(qū)復(fù)墾，鐵帽用于礦區(qū)道路修建，低品位礦堆存于低品位堆場供后期建設(shè)的當(dāng)?shù)匮趸X廠使用。

因此，在開采工藝設(shè)計上應(yīng)對不同品質(zhì)礦石進行分采和分裝分運，并加強在開采過程中系統(tǒng)除塵對礦石含水的控制，以確保外運高品位礦石的經(jīng)濟性。同時考慮到采場內(nèi)汽車運輸及汽車卸礦至礦倉后轉(zhuǎn)越野皮帶運輸，開采礦石塊度要求小于 350 mm，以減少在卸礦或轉(zhuǎn)運過程中造成堵料或皮帶損傷。

2 開采工藝選擇

根據(jù)礦床的開采技術(shù)條件，開采范圍內(nèi)的礦體埋藏淺，部分礦體出露地表，表土覆蓋層薄，適用露天開采方式。根據(jù)其賦存狀況，該類型的礦體露天開采時存在2種開采工藝：常規(guī)爆破開采工藝和非爆破（露天采礦機）開采工藝。

2.1 常規(guī)爆破開采工藝

采用露天鉆機穿孔+松動爆破+液壓挖掘鏟裝+汽車運輸采礦工藝，該工藝最小工作平臺寬度為20 m～30 m，為提高挖掘機效率，采場內(nèi)遇到堅硬巖體時，采用露天穿孔鉆機穿孔進行松動爆破，液壓挖掘機在工作平臺上進行采挖、裝載，采挖后卸至運礦汽車?yán)锩?，運至破碎站進行初碎，經(jīng)初碎后再用汽車轉(zhuǎn)運至礦山堆場或卸礦倉。選用孔徑 Φ100 mm穿孔鉆機鉆鑿3 m×3 m梅花孔、7 m3液壓挖掘機（配移動式破碎錘）、60 t雙后橋自卸汽車和CR810/12-20對輥破碎機。

2.2 非爆破開采工藝

非爆破開采工藝主要利用的露天采礦機是一種采用分層銑削方法開采的連續(xù)式采礦設(shè)備[4]，具有強大的切削能力，相對于常規(guī)爆破開采及鏟裝運輸方式，其具有以下特點：非爆破綠色開采，避免了爆破震動及飛石帶來的不利影響；采出礦石塊度≤150 mm占90%以上，塊度小且均勻，易于汽車及皮帶運輸，也易于裝船和倒駁；不同類型采礦機采深在0～1.5 m之間，采幅寬度在2～4.5 m之間，能夠較好地分采不同品質(zhì)的礦石和剝離表土，具有較好的分采性能；采礦機作業(yè)最大可適應(yīng)縱向坡度為20%，橫向坡度為8%的地形，外部工作條件的適應(yīng)力強；可連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)能力大[5]。

3 露天采礦機開采工藝

3.1 S型露天采礦機工藝

S型露天采礦機在該國鋁土礦開采中使用較廣，該露天采礦機在自身切削形成的平臺上進行采剝作業(yè)，多個工作平臺最終形成一個采場，采挖破碎后的細料通過皮帶直接卸至運礦汽車?yán)锩?。其最大工作平臺寬度為2.3 m～2.5 m，切削深度最大為0.6 m，采礦機上的卸料皮帶具有后卸料和側(cè)甩料功能（采礦機作業(yè)示意如圖 2所示）。結(jié)合本礦礦巖性質(zhì)，S型采礦機生產(chǎn)能力約為550 t/h～600 t/h。

圖2 S型露天采礦機工作示意

3.2 L型露天采礦機工藝

該工藝露天采礦工作平臺寬度為3.74 m，最大切割深度為0.68 m，設(shè)計切割深度為0.4 m，多個工作平臺最終形成一個采場，采礦機在平臺上進行開挖，開采出來的松散礦體自然堆存在采礦機后方，經(jīng)推土機集礦后直接通過裝載機轉(zhuǎn)運至自卸汽車。其動力傳動為液壓傳動+鏈條式的液壓傳動方式。經(jīng)計算及類似項目經(jīng)驗，L型采礦機生產(chǎn)能力約為600 t/h。

3.3 T型露天采礦機工藝

該系列采礦機工作原理和L型采礦機類似，開采后的松散礦體經(jīng)推土機集礦或直接通過裝載機轉(zhuǎn)運至運礦自卸汽車。不同的是其動力傳動為機械傳動+鏈條式的機械傳動方式。其最大切割深度可達1.1 m。采礦機生產(chǎn)能力約為800 t/h。

3.4 不同工藝經(jīng)濟比較

針對該海外大型鋁土礦山，根據(jù)上述不同開采工藝、不同類型采礦機的作業(yè)模式，綜合考慮其生產(chǎn)能力、油料消耗、道具消耗、人員配備、開采出來的礦石塊度要求及其與汽車運輸和皮帶運輸?shù)钠ヅ涞纫蛩?，對各開采工藝方案進行經(jīng)濟比較（見表 1）。

表1 各開采工藝方案經(jīng)濟對比

4 結(jié)論

（1）爆破開采雖工藝較為成熟，但其總投資均明顯高于露天采礦機開采工藝。3種露天采礦機方案總投資相差不大，但綜合考慮該西非地區(qū)其他鋁土礦山的使用情況，認(rèn)為S型露天采礦機開采是較高效成熟的工藝，這種低粉塵、低噪音、無飛石的環(huán)境友好型采礦工藝與L型和T型露天采礦機工藝相比，集采裝于一體，工藝環(huán)節(jié)少、設(shè)備數(shù)量少、設(shè)備定員少，對環(huán)境影響小，具有明顯優(yōu)勢。

（2）根據(jù)對類似礦山采礦機考察情況，S型露天采礦機具有切削深度大，前進速度快，生產(chǎn)能力大，配套設(shè)備數(shù)量少，易于管理和調(diào)度等優(yōu)點，是一種開采能力大，能較好地適用于大型露天平面分布型鋁土礦的開采。

（3）鑒于國內(nèi)露天礦山開采越來越高的環(huán)保要求，同時考慮該類型鋁土礦與國內(nèi)大型煤礦的礦巖性質(zhì)和礦體分布特性類似，S型露天采礦機在國內(nèi)大型露天煤礦開采有較高的推廣應(yīng)用價值。