王 樂(lè)

(山西華興鋁業(yè)有限公司， 山西 呂梁 033601)

1 前言

我國(guó)鋁土礦儲(chǔ)量約為10億t，集中在山西(主要為呂梁和忻州)、廣西(主要為百色和貴港)、河南(主要為三門峽、洛陽(yáng)、鄭州、平頂山等地)、貴州(主要為貴陽(yáng)和遵義)，儲(chǔ)量世界占比僅為3.3%，然而氧化鋁和原鋁產(chǎn)量卻占世界總產(chǎn)能的56%，從而造成我國(guó)鋁土礦進(jìn)口依賴度占比高達(dá)60%。因此提高國(guó)內(nèi)鋁土礦資源開采回收率，降低采礦貧化率，提高鋁土礦礦石質(zhì)量，對(duì)國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略極其重要。

國(guó)內(nèi)鋁土礦開采方式中主要以露天開采為主，占比高達(dá)90%以上，以往研究鋁土礦露天開采礦石質(zhì)量控制多從開采工藝、采礦設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)管理等單一方面進(jìn)行，多角度多方面分析研究的較少。本文從多方面對(duì)影響鋁土礦露天開采礦石質(zhì)量控制的因素進(jìn)行了分析，以興縣沉積型鋁土礦露天開采工程總承包項(xiàng)目為例，站在建設(shè)方角度分析并介紹4種礦石質(zhì)量控制的方法。

興縣沉積型鋁土礦探明儲(chǔ)量1.08億t，分布面積254 km2，約占全國(guó)鋁土礦資源儲(chǔ)量的10.88%，是山西省五大鋁土礦區(qū)之一。礦體總體上呈層狀、似層狀、漏斗狀分布，平均傾角9°，平均厚度為1.9 m。礦石整體覆蓋層淺，民采老窿多，礦石品位高，且大部分礦體在奧灰水位標(biāo)高以上，圖1所示為揭露老窿。受近些年環(huán)保、疫情、礦業(yè)權(quán)政策等影響，鋁土礦市場(chǎng)整體呈現(xiàn)漲價(jià)態(tài)勢(shì)，鋁土礦經(jīng)濟(jì)合理剝采比技術(shù)指標(biāo)也隨之提高,深部賦存鋁土礦逐漸適合露天開采[1]。駐地有兩家從事鋁土礦開發(fā)、氧化鋁生產(chǎn)、電解鋁生產(chǎn)、鋁加工生產(chǎn)的大型央企。

圖1 揭露老窿

2 露天開采礦石質(zhì)量控制方法

2.1 技術(shù)措施

1)明確重要質(zhì)量技術(shù)參數(shù)

鋁土礦礦石質(zhì)量為雙指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，鋁硅比值和氧化鋁含量共同構(gòu)成了礦石質(zhì)量最重要的兩項(xiàng)指標(biāo)參數(shù),在鋁土礦中二者需要同時(shí)滿足最低指標(biāo)參數(shù)要求,才能稱之為質(zhì)量合格的鋁土礦。根據(jù)《礦產(chǎn)地質(zhì)勘察規(guī)范鋁土礦》鋁土礦資源儲(chǔ)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，沉積型鋁土礦礦床一般工業(yè)指標(biāo)要求：鋁硅比值(A/S)≥2.6，且氧化鋁(AO)含量≥40%。

其中鋁硅比值對(duì)氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)成本影響最大，據(jù)當(dāng)?shù)匮趸X生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際驗(yàn)證，礦石鋁硅比值每降低0.1，氧化鋁生產(chǎn)總成本升高約14元/t。鋁土礦開采過(guò)程中頂?shù)装鍑鷰r的混入厚度對(duì)礦石質(zhì)量貧化影響極為顯著，是造成礦石鋁硅比值和氧化鋁含量降低的最重要的因素[2]。

2)設(shè)定基準(zhǔn)品位

作為建設(shè)單位在工程總承包合同中，應(yīng)結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)勘探報(bào)告、周邊井工礦開采情況補(bǔ)充勘探情況以及老窿開采情況，科學(xué)合理的確定礦石開采基準(zhǔn)質(zhì)量品位。綜合分析上述情況，該區(qū)域礦石基準(zhǔn)質(zhì)量品位設(shè)定要求：鋁硅比值為5.0，氧化鋁含量為60%，以此指導(dǎo)采礦生產(chǎn)作業(yè)。

3)二次礦體圈定

按照“先探后采，探采結(jié)合”的原則，在地質(zhì)勘探報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)鉆孔網(wǎng)度(70 m×70 m)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步按照(35 m×35 m)的網(wǎng)度進(jìn)行加密補(bǔ)勘。同時(shí)由于存在民采老窿、無(wú)礦天窗、薄礦體等不可預(yù)見(jiàn)影響礦石質(zhì)量的因素，因此在采礦生產(chǎn)過(guò)程中需要定期進(jìn)行二次礦體圈定工作，提前預(yù)知預(yù)判未生產(chǎn)區(qū)域礦石開采質(zhì)量及時(shí)對(duì)采場(chǎng)頂?shù)装暹M(jìn)行驗(yàn)收，及時(shí)調(diào)整剝離作業(yè)區(qū)域[3]。

4)分析礦石貧化因素

鋁土礦露天開采頂?shù)装迩謇沓潭鹊那闆r直接影響礦石開采質(zhì)量，從而影響鋁土礦冶煉加工生產(chǎn)總成本。該區(qū)域鋁土礦平均厚度1.85 m，賦存于石炭系中統(tǒng)本溪組段中下部，奧陶系中統(tǒng)峰峰組之上，礦體從下而上為底板→鋁土礦→夾石(少部分區(qū)域存在)→鋁土礦→頂板[4]。經(jīng)大量取樣分析化驗(yàn)，頂?shù)装?、夾石、鋁土礦中平均氧化鋁和二氧化硅含量化驗(yàn)結(jié)果如下。頂?shù)装濉A石參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 頂?shù)装?、夾石、鋁土礦參數(shù)

頂、底板不同混入厚度貧化率為式(1)，計(jì)算得出采出礦石質(zhì)量品位和貧化率見(jiàn)表2。

A/S貧化率=

(1)

5)確定圍巖混入標(biāo)準(zhǔn)

該區(qū)域鋁土礦地質(zhì)賦存特征為緩傾斜薄礦體，根據(jù)礦體賦存特征主要采用小型挖掘機(jī)配合后八輪自卸車進(jìn)行采礦作業(yè)。由于采礦設(shè)備、采礦效率、民采老窿等的影響，實(shí)際采礦過(guò)程中頂?shù)装鍑鷰r以及夾石的混入是不可避免的。為保證最大限度的提高進(jìn)廠礦石品位，確保入廠礦石品位不低于A/S=5.0，根據(jù)表2相關(guān)參數(shù)，考慮到礦石還會(huì)在礦石堆場(chǎng)堆存和鏟運(yùn)階段存在貧化的情況。因此，要求小型挖掘機(jī)開采過(guò)程中嚴(yán)格控制頂?shù)装寤烊牒穸?，頂板混入厚度不得超過(guò)30 cm，底板混入厚度不得超過(guò)50 cm。

表2 頂、底板混入后采出礦石質(zhì)量及貧化率參數(shù)

2.2 組織措施

1)“三全”質(zhì)量管理理念

首先，在項(xiàng)目開工伊始提倡預(yù)防為主、科學(xué)管理、用數(shù)據(jù)說(shuō)話的礦石質(zhì)量控制理念。要求參與項(xiàng)目建設(shè)的全體工程人員樹立：全員參與質(zhì)量管理、全面質(zhì)量管理、全過(guò)程質(zhì)量管理的“三全”質(zhì)量管理理念。具體內(nèi)容見(jiàn)表3。對(duì)工程中所有參與人員宣傳礦石質(zhì)量控制的重要性，灌輸?shù)V石質(zhì)量控制的理念。

表3 “三全”質(zhì)量管理理念

2)分析質(zhì)量控制點(diǎn)

召集項(xiàng)目各參建單位，從項(xiàng)目的“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五方面，按照“頭腦風(fēng)暴法”的方式，暢所欲言的研究分析影響礦石質(zhì)量的因素，查找并分析質(zhì)量控制點(diǎn)，提煉其中關(guān)鍵影響質(zhì)量控制的因素，對(duì)能夠造成礦石質(zhì)量降低的因素進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)能夠提升礦石質(zhì)量的因素繼續(xù)保持，把“人”的因素作為影響礦石質(zhì)量的最重要因素進(jìn)行分析。主要因素見(jiàn)表4。

表4 “人機(jī)料法環(huán)”因素分析

3)明確質(zhì)量責(zé)任

組織各參建單位通過(guò)分析研究，確定質(zhì)量管控原則、溝通機(jī)制和工序銜接方式，進(jìn)一步劃分質(zhì)量責(zé)任，明確各參建單位質(zhì)量管控責(zé)任人員和職責(zé)。建立礦石質(zhì)量化驗(yàn)室，配備齊全化驗(yàn)設(shè)備和工作人員，規(guī)范化驗(yàn)室取樣化驗(yàn)制度。對(duì)取樣人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，安排經(jīng)驗(yàn)豐富的取樣人員進(jìn)行取樣，要求取樣人員按照“平鋪直取”的方式進(jìn)行取樣后對(duì)樣品進(jìn)行加密編碼，取樣和化驗(yàn)人員不得由同一人擔(dān)任。

2.3 管理措施

1)PDCA循環(huán)

按照PDCA(計(jì)劃、實(shí)施、檢查、處置)循環(huán)流程進(jìn)行質(zhì)量管控，每一循環(huán)都圍繞著實(shí)現(xiàn)預(yù)期礦石質(zhì)量目標(biāo)(鋁硅比值≥5.0，氧化鋁含量≥60%)進(jìn)行，具體流程圖如圖2所示。其中計(jì)劃主要包括合理設(shè)定氧化鋁含量和鋁硅比值質(zhì)量指標(biāo)。實(shí)施主要包括施工交底和礦石開采。檢查主要包括及時(shí)對(duì)所采礦石進(jìn)行化驗(yàn)分析。處置主要包括及時(shí)改進(jìn)礦石開采工藝。為了進(jìn)一步提升礦石質(zhì)量，可與總承包方協(xié)商共同減少PDCA循環(huán)周期，隨著對(duì)存在質(zhì)量問(wèn)題的解決和改進(jìn)，在不斷的滾動(dòng)循環(huán)過(guò)程中，逐步增強(qiáng)質(zhì)量管理能力，不斷提高礦石品位。

圖2 PDCA循環(huán)管控流程圖

2)分級(jí)堆存配礦

按照采出礦石五級(jí)堆存的原則進(jìn)行分級(jí)堆存，一級(jí)礦石(A/S≥7)、二級(jí)礦石(5.5≤A/S<7)、三級(jí)礦石(4.5≤A/S<5.5)、四級(jí)礦石(3.5≤A/S<4.5)、五級(jí)礦石(2.6≤A/S<3.5)。

在破碎和堆場(chǎng)配礦階段，按照基準(zhǔn)品位標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)調(diào)整入料礦石的配礦比例。配礦流程按照“一級(jí)配五級(jí)，二級(jí)配四級(jí)，三級(jí)直接入料口”的原則進(jìn)行堆場(chǎng)配礦，最大程度保證入廠(氧化鋁廠)礦石質(zhì)量品位保持在A/S=5.0附近，形成最佳經(jīng)濟(jì)入廠礦石品位。當(dāng)“塊面分離”破碎時(shí)，按照粒度約定及時(shí)調(diào)整除土篩、顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)的流程和網(wǎng)度。

3)強(qiáng)化質(zhì)量管理

在采礦過(guò)程中進(jìn)行精細(xì)化管理，每一部小型挖掘機(jī)前安排專人指揮采礦作業(yè)。每日所生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)牡V石，必須提前取樣化驗(yàn)，質(zhì)量和粒度達(dá)標(biāo)后，經(jīng)相關(guān)參與方現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人員簽字確認(rèn)后方可裝車發(fā)運(yùn)至氧化鋁廠，極個(gè)別“保質(zhì)與保量”沖突時(shí)間段，按照保質(zhì)優(yōu)先原則進(jìn)行處理[5]。與此同時(shí)圍繞礦石質(zhì)量中心目標(biāo)，按照事前、事中、事后質(zhì)量控制的原則，建立質(zhì)量管理記錄文件，形成有效的反饋機(jī)制和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。

2.4 經(jīng)濟(jì)措施

1)科學(xué)設(shè)定礦石階梯價(jià)格

按照“貧富兼采”的原則，為了激勵(lì)總承包單位提升礦石質(zhì)量，減少二次配礦的工序和成本，盡量生產(chǎn)可以直接進(jìn)入氧化鋁廠的礦石。礦石價(jià)款合同需根據(jù)礦石質(zhì)量基準(zhǔn)品位盡量按照“正態(tài)分布”的形狀確定相應(yīng)的合同單價(jià)。鋁硅比值按照最小單位0.1，氧化鋁含量按照最小單位1%進(jìn)行合同價(jià)差約定，不同礦石質(zhì)量(鋁硅比值和氧化鋁含量雙指標(biāo))對(duì)應(yīng)不同結(jié)算價(jià)格。同時(shí)，進(jìn)一步拉大邊界品位以上和最低工業(yè)品位以下礦石結(jié)算款的階梯單價(jià)。

圖3 正態(tài)分布形狀的礦石階梯單價(jià)示意圖

2)合理使用結(jié)算方法

充分利用質(zhì)量保證金、節(jié)日獎(jiǎng)勵(lì)、礦石款結(jié)算掛賬(現(xiàn)金付款和承兌付款的比例及周期)、等經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)懲措施，調(diào)動(dòng)總承包單位質(zhì)量工作積極性。關(guān)于對(duì)總承包方的質(zhì)量考核，必須及時(shí)在礦石結(jié)算款項(xiàng)中落實(shí)到位，做到有獎(jiǎng)有罰，獎(jiǎng)罰分明。

3 結(jié)論

礦產(chǎn)資源開發(fā)過(guò)程中前期勘探和設(shè)計(jì)階段、中期采礦生產(chǎn)(含各個(gè)工序)階段、后期破碎配礦階段等，都會(huì)對(duì)礦石質(zhì)量造成影響，從而影響礦石冶煉加工總成本。因此，礦石質(zhì)量控制工作是一個(gè)涉及范圍廣的系統(tǒng)工程。