陳 諾
(本鋼歪頭山鐵礦,遼寧 本溪 117006)
歪頭山鐵礦是集采礦、運輸、選礦為一體的大型綜合礦山,是本鋼兩大鐵精礦原料基地之一,目前有兩個選礦車間,主選車間始建于上世紀(jì)70年代,是我國第一座采用濕式自磨工藝的最大鐵礦選礦廠,設(shè)計原礦處理量500萬t/a,生產(chǎn)品位68.50%的鐵精礦175萬t/a;馬選車間成立于2010年,設(shè)計原礦處理能力300萬t/a,生產(chǎn)鐵精礦100萬t/a。
由于馬選車間目前生產(chǎn)未進行系統(tǒng)的礦石預(yù)處理,礦石經(jīng)粗碎后直接進入磨選流程,同時磨選設(shè)備能力小、數(shù)量多,整個選礦工藝選比大、能耗高、效率低,檢修維護工作量大,并且隨著主采場的深度開采和土場回收礦石比例持續(xù)增大,原礦性質(zhì)發(fā)生了較大變化,原礦磁性率、品位均不同程度下降, 造成歪礦選礦運營成本居高不下,影響企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。因此,歪礦亟需升級改造現(xiàn)有選礦工藝,探索增加節(jié)能型預(yù)選拋廢工藝,實現(xiàn)礦石入磨前干式拋廢,同時多碎少磨,降低入磨粒度,提高入磨品位,提升精礦產(chǎn)能,降低生產(chǎn)運營成本,實現(xiàn)資源的高效利用,最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
馬選車間現(xiàn)有6臺自磨機與6臺球磨機組成的6個磨選系統(tǒng)及5個再磨深選系統(tǒng),全工藝流程為粗破碎-半自磨、球磨階段磨礦-弱磁選-細(xì)篩-磁選柱-中礦再磨、弱磁選工藝。全工藝流程見圖1。
圖1 馬選車間現(xiàn)狀工藝流程圖
鐵礦石原礦用電機車運至馬選車間,卸入粗破碎前原礦受礦倉,通過一臺2 400 mm×9 000 mm重型板式給料機,給入篩孔尺寸為200 mm、傾角為48°的棒條篩上預(yù)先篩分,篩上礦塊經(jīng)一臺C140型復(fù)擺式鄂式破碎機破碎至0~350 mm后,與篩下礦塊一同運送至1#皮帶機轉(zhuǎn)運至NO1轉(zhuǎn)運站,經(jīng)2#、3#皮帶機輸送至磨選主廠房的磨礦礦倉內(nèi)。
磨礦選別:磨礦倉內(nèi)的鐵礦石給入Φ5 500 mm×1 800 mm濕式自磨機進行磨礦作業(yè),排礦產(chǎn)物自流給入Φ3 000 mm一段磁力脫水槽,脫水槽底流用渣漿泵給入WDS500-4旋流器,旋流器的溢流給入二段Φ3 000 mm磁力脫水槽,旋流器的沉砂給入一段MQYΦ2 700 mm×4 000 mm球磨機形成閉路磨礦。二段脫水槽的底流自流給入一段BX1024磁選機,一段磁選機精礦用渣漿泵揚送至一段篩孔為0.15 mm的2SG48-60W-5STK德瑞克細(xì)篩,篩下產(chǎn)物給入二段BX1024磁選機,二段磁選機精礦用渣漿泵給入磁選柱。
再磨再選:磁選柱中礦與一段細(xì)篩篩上產(chǎn)物經(jīng)三段NCT1024濃縮磁選機進行濃縮選別后,精礦自流給入二段MQYΦ2 700 mm×4 000 mm球磨機進行再磨作業(yè),二段球磨機的排礦用渣漿泵給入二段篩孔為0.15 mm的2SG48-60W-5STK德瑞克細(xì)篩,二段細(xì)篩篩上產(chǎn)物自流給入三段濃縮磁選機,與二次球磨形成閉路磨礦循環(huán),二段細(xì)篩篩下產(chǎn)物自流給入磁選柱。
濃縮過濾:主廠房磁選柱精礦經(jīng)渣漿泵揚送至NCT1024濾前濃縮磁選機選別,精礦自流至ZPG-72/6盤式真空過濾機過濾,過濾機濾液和溢流用渣漿泵返回濾前磁選機再選,水分小于8.5%的精礦經(jīng)皮帶運輸機,直接轉(zhuǎn)運給馬耳嶺球團廠高壓輥磨,或轉(zhuǎn)運至精礦庫內(nèi)堆存。
1)隨著主采場深度開采以及土場回收低品位礦石比例不斷增加,礦石性質(zhì)發(fā)生了較大變化:礦石混巖大,結(jié)晶粒度細(xì)、硬度大,采場不具備配礦條件,礦源不穩(wěn)定,并且碎礦系統(tǒng)沒有礦石預(yù)處理工藝,廢石無法拋出直接進入磨礦流程,導(dǎo)致原礦磁性鐵占有率進一步下降,不但造成選比大、效率低,而且影響后續(xù)選別工序穩(wěn)定性,造成精礦質(zhì)量波動大,需要頻繁調(diào)整操作,增加崗位操作勞動強度,不利于選礦操作標(biāo)準(zhǔn)化制度化。
2)馬選車間現(xiàn)有一個粗碎系統(tǒng)、6個粗磨系統(tǒng)、5個再磨系統(tǒng),其中Φ5.5 m×1.8 m濕式自磨機 6 臺,MQY2.7 m×4.0 m 球磨機 11 臺,CXZ60 磁選柱 12臺,各種小型號磁選機35臺,設(shè)備臺數(shù)多、能力小、檢修維護工作量大,實現(xiàn)自動控制成本高,影響生產(chǎn)指標(biāo)的進一步提升。且經(jīng)過多年運行,設(shè)備老化嚴(yán)重,與目前國外大型冶金礦山裝備水平有較大差距,與國內(nèi)新建大型黑色選廠相比也存在一定差距,不符合國家節(jié)能減排“約束性”指標(biāo)的要求。
碎磨作業(yè)是選礦廠基建投資、生產(chǎn)能源及鋼材消耗最多的生產(chǎn)工序,對于新建特大型選礦廠,優(yōu)化選擇節(jié)能低耗的碎磨工藝技術(shù)極為重要,是實現(xiàn)選礦節(jié)能降耗先進目標(biāo)的關(guān)鍵。國內(nèi)外大型、超大型礦山的碎磨工藝主要有三種:以(半)自磨為核心設(shè)備且流程最短的“(半) 自磨+頑石破碎+球磨”的 ABC(SABC)碎磨工藝、以單缸或多缸液壓圓錐破碎機為代表的“三段一閉路”常規(guī)碎磨工藝、以高壓輥磨機為核心設(shè)備且節(jié)能效果最好的“圓錐中碎+高壓輥磨機細(xì)碎+球磨閉路磨礦” 或“圓錐中細(xì)碎+高壓輥磨機超細(xì)碎+球磨閉路磨礦”的碎磨工藝。
(半)自磨工藝以其生產(chǎn)流程簡單等優(yōu)點在國外大型選礦廠得到了廣泛的應(yīng)用。近年來隨著國內(nèi)大型半自磨機加工制造水平的快速提升,在大型選礦廠中應(yīng)用能充發(fā)揮生產(chǎn)效率高、自動化控制成本低等優(yōu)勢,且該工藝粉塵污染小、建設(shè)用地少,國內(nèi)外大型選礦廠正越來越多地采用半自磨工藝。該工藝的主要優(yōu)點為:能接受較大的給礦粒度(最大粒度一般為 200~350 mm),取代中、細(xì)碎及篩分作業(yè),簡化了工藝流程,占地面積小,減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)和粉塵污染。主要缺點是:電耗一般比常規(guī)碎磨工藝高,對給礦性質(zhì)(包括粒度組成、礦石硬度及可磨性等)變化比較敏感,生產(chǎn)易波動,操作及控制相對復(fù)雜,自動化程度要求高。歪礦主選車間和馬選車間現(xiàn)均采用半自磨工藝[1]。
常規(guī)碎磨工藝是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的工藝。近二十年來,世界上很多選礦廠,為達(dá)到節(jié)能降耗,普遍實行多碎少磨工藝,并選用高性能圓錐破碎機來最大限度地減小入磨礦石粒度。
高壓輥磨機能夠充分體現(xiàn)多碎少磨的節(jié)能理念,目前已成功地應(yīng)用于鐵礦、銅礦、金礦、金剛石、水泥和石灰石等礦山。國內(nèi)外多個礦山已采用或即將采用高壓輥磨機作為細(xì)碎或超細(xì)碎設(shè)備[2]。高壓輥磨機開路破碎 P80=7~8 mm,閉路 P80 可達(dá)3 mm。目前高壓輥磨機3 mm 閉路篩多為濕篩,近年來隨著弛張篩或微粉篩分等干式篩分技術(shù)的發(fā)展,高壓輥3 mm 閉路干篩的應(yīng)用日益增多,尤其是在采用干選拋廢工藝的鐵礦上。高壓輥磨機作細(xì)碎或超細(xì)碎設(shè)備的碎磨工藝的主要優(yōu)點為:碎礦產(chǎn)品粒度細(xì)、單位礦石(碎磨系統(tǒng))耗電量低(單位礦石能耗低、磨礦功指數(shù)降低)、設(shè)備處理能力大、設(shè)備運轉(zhuǎn)率高。主要缺點是:處理含泥含水量高的礦石時,可能會對破碎效果產(chǎn)生不利影響,流程較復(fù)雜[3]。
基于馬選車間入磨前實現(xiàn)大量干選拋廢的實際需求,采用“常規(guī)三段一閉路→一段干選拋廢→高壓輥超細(xì)碎→3 mm微粉閉路篩分→-3 mm篩下干選拋廢→球磨”碎磨干選原則流程。輥磨干選工藝已成功運用于三家礦業(yè)公司,該工藝是馬選車間工藝流程優(yōu)化很好的借鑒。通過實踐證明,采用輥磨干選選礦工藝后,礦山企業(yè)能大幅降低生產(chǎn)運營成本,帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。
采用“預(yù)先篩分+常規(guī)三段一閉路±20 mm一段干選拋廢+高壓輥超細(xì)碎+3 mm 微粉閉路篩分±3 mm篩下 干選拋廢”的工藝流程,最終破碎產(chǎn)品粒度-3 mm,工藝流程圖見圖2。
圖2 輥磨干選工藝流程圖
3.2.1 試驗礦樣的確定
為研究歪頭山鐵礦礦石的輥磨干選性能、選擇合適的干選方法,我們?nèi)舆M行了輥磨干選試驗研究。試驗礦樣有兩種,主采場礦石和土場回收礦石,參照目前生產(chǎn)中主采場礦石和土場回收礦石9:2的配比混合后進行時試驗。
3.2.2 原礦性質(zhì)分析
礦樣最大粒度 30 mm 左右,破碎至-20 mm 進行取樣縮分后,試驗結(jié)果見表1。
表1 原礦性質(zhì)分析
從表1可以看出,主采場礦石原礦TFe品位26.09%,MFe品位17.02%;土場回收礦石原礦品位21.75%,MFe品位13.75%,提高土場回收礦石磁性鐵品位是試驗的關(guān)鍵。
3.2.3 礦石預(yù)選試驗
預(yù)選試驗時分別使用了磁滑輪和量恒式干選機,在磁場強度3 000 Gs條件下對按9∶2比例混合后的礦石樣品進行了預(yù)選拋尾試驗,試驗結(jié)果見表2。
表2 混合礦石拋尾試驗(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %
從表2可知,粒度-20 mm的條件下,通過兩種設(shè)備均可以得到較好的拋尾效果,與磁滑輪相比,量恒式干選機的拋尾量更大,尾礦磁性鐵含量更低。
3.2.4 輥壓再選試驗
試驗樣品為量恒式磁選機預(yù)拋后的粗精礦,采用CLM25/10高壓輥磨機、干式振動篩和干式微粉磁選機(A輥筒)進行試驗。高壓輥磨機的工作壓力取10 MPa。每次新給礦量為10 kg,經(jīng)過高壓輥磨機輥壓后,輥壓產(chǎn)品經(jīng)過干式振動篩分(篩孔為3 mm×12 mm),記錄篩上和篩下產(chǎn)品的質(zhì)量。篩下產(chǎn)品采用干式微粉磁選機(A輥筒),設(shè)置A輥筒磁選機的內(nèi)輥筒轉(zhuǎn)速為30 Hz,外輥筒轉(zhuǎn)速為30 Hz進行磁選,試驗流程見圖3,結(jié)果見表3。
圖3 -3 mm輥壓再選工藝流程圖
表3 -3 mm輥壓再選試驗(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %
由表3可知,高壓輥磨3.0 mm閉路篩分干式磁選試驗得到的精礦產(chǎn)率為65.50%;TFe品位42.02%,TFe回收率89.84%、拋出的尾礦產(chǎn)率為34.50%;TFe品位9.02%。
試驗樣品為量恒式干選機拋尾后的產(chǎn)品,開路輥壓試驗流程見圖4,結(jié)果見表4~6。
圖4 開路輥壓試驗流程圖
表4 給礦粒度篩分
表5 不同壓力下輥壓產(chǎn)品粒度篩分
表6 不同工作壓力條件下的電耗
從表4~6可知,高壓輥磨機工作壓力為8.0 MPa、10.0 MPa、12.0 MPa時輥壓產(chǎn)品-5.0 mm粒級累積含量分別占80.42%、80.68%、82.81%,-0.5 mm粒級累計含量分別為35.37%、36.39%、38.50%,-0.074 mm粒級累積含量分別占11.73%、12.19%、13.93%。以上輥壓數(shù)據(jù)表明不同工作壓力下的輥壓產(chǎn)品細(xì)粒級含量逐漸提高,高壓輥磨機對該礦有較好的擠壓效果。在不同壓力下高壓輥磨機輥壓產(chǎn)品粒度組成差異小,但高壓力下的能耗較高。隨著壓力的增大電耗依次為1.22度/t、1.54度/t、1.75度/t。因此,根據(jù)不同工作壓力下電耗及輥壓產(chǎn)品粒度分布推薦最佳工作壓力為10.0 MPa。
1)混合礦石在磁場強度3 000 Gs、-20 mm粒度條件下,使用磁滑輪可以拋尾23.5%,尾礦TFe品位8.9%;使用量恒式干選機可以拋尾29.68%,尾礦TFe品位7.9%,量恒式干選機相對于磁滑輪的選別效果更好。
2)混合礦石通過量恒磁選機拋尾后的粗精礦輥壓再選,粒度-3 mm的條件下,A輥筒磁選機得到精礦產(chǎn)率65.50%,TFe品位42.02%;尾礦產(chǎn)率為34.50%,TFe品位9.02%、MFe品位1.18%,拋廢效果比較理想。
3)高壓輥磨機對該礦石有較好的擠壓效果。在不同壓力下高壓輥磨機輥壓產(chǎn)品粒度組成差異小,根據(jù)不同工作壓力下電耗及輥壓產(chǎn)品粒度分布推薦最佳工作壓力為10.0 MPa。
4)混合礦石通過采用量恒式干選機(-20 mm)+A滾筒干選機(-3 mm)二段干選拋廢工藝,可以獲得50%以上的總拋廢率,礦石品位提高16%以上,提質(zhì)降雜效果顯著。
5)試驗表明,采用“常規(guī)三段一閉路→一段干選拋廢→高壓輥超細(xì)碎→3 mm 微粉閉路篩分→-3 mm 篩下干選拋廢”輥磨干選工藝流程,能夠為馬選車間進一步回收利用低品位礦石,提高資源利用效率,降低選礦比和能耗,提升精礦產(chǎn)能提供有力保障。