苑仁財

（中冶沈勘工程技術有限公司）

我國是世界第一鋼鐵生產(chǎn)大國及消費大國。世界鋼鐵協(xié)會公開信息顯示，2020年我國粗鋼產(chǎn)量達10.53億t，占世界粗鋼總產(chǎn)量的56.5%。鐵礦石作為鋼鐵生產(chǎn)的基礎原料，是關系國家發(fā)展的重要資源，我國鐵礦石資源對外依存度連續(xù)多年超過80%。同時，隨著近年來國際局勢多變，更是加劇了鐵礦石資源供應不穩(wěn)定的局面，且已威脅到我國鋼鐵工業(yè)的健康有序發(fā)展以及國家經(jīng)濟安全與社會穩(wěn)定。我國鐵礦石資源富礦少、貧礦多，具有貧、細、雜的資源稟賦特征［1-3］。隨著傳統(tǒng)鐵礦石資源富礦的不斷減少，開發(fā)和利用超貧磁鐵礦對我國鋼鐵工業(yè)及國家安全具有重要意義［4］，且已成為鐵礦資源找礦及選礦研究的熱點之一。本文根據(jù)近年的相關文獻和超貧磁鐵礦選礦實例，總結(jié)國內(nèi)超貧磁鐵礦選礦新技術的特點及應用現(xiàn)狀，探討超貧磁鐵礦選礦發(fā)展趨勢，為國內(nèi)新建及改擴建類似超貧磁鐵礦選礦廠提供參考。

1 超貧磁鐵礦的資源特征

1.1 超貧磁鐵礦的定義

根據(jù)《超貧磁鐵礦勘察技術規(guī)程》（暫行）中規(guī)定，超貧磁鐵礦邊界品位要求MFe品位≥6%，工業(yè)品位要求MFe品位≥8%，但目前各省國土資源部門對超貧磁鐵礦邊界品位及工業(yè)品位的確定不盡相同。在實際開采中，企業(yè)根據(jù)技術經(jīng)濟條件確定礦石的可采品位［5］。有文獻顯示，部分超貧磁鐵礦MFe品位下限達1.5%，仍具備開發(fā)利用價值［6］。

1.2 超貧磁鐵礦特點

超貧磁鐵礦品位極低，主要有用礦物為磁鐵礦，伴生有用礦物有釩、鈦、磷等；開采和選礦成本高，經(jīng)濟風險大，易受市場和政策影響；選礦比高，一般達10以上，廢石、尾礦排放量大，對環(huán)境破壞嚴重。

1.3 超貧磁鐵礦資源分布

我國超貧磁鐵礦主要分布在河北、遼寧、內(nèi)蒙古等地，全國其他地區(qū)也廣泛分布著此類可利用的超貧磁鐵礦資源，如河南、山東、黑龍江等地［7］。河北省超貧磁鐵礦查明資源儲量55億t，預測資源儲量接近110億t，主要分布于承德、張家口、秦皇島、石家莊及保定等部分地區(qū)。以河北承德地區(qū)的超貧磁鐵礦為例，其主要為產(chǎn)于基性超基性巖體中的超貧磁鐵礦，一般全鐵品位10%～20%，MFe品位5%～6%，除含鐵以外，一般還含有鈦、釩、磷［8］。遼寧超貧磁鐵礦資源總量預計為107億t，主要分布于建平—喀左地區(qū)、海城—弓長嶺區(qū)、新城子—鐵嶺區(qū)等地［9］。內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特、阿拉善、白云鄂博等地區(qū)也存在大量的超貧磁鐵礦，其MFe品位較低，平均8%～11%，資源儲量達數(shù)億噸，屬易采、易選超貧磁鐵礦［10-12］。

2 超貧磁鐵礦選礦新設備及工藝應用現(xiàn)狀

2.1 超貧磁鐵礦選礦新設備

2.1.1 高壓輥磨機

高壓輥磨機（圖1）是采用層壓破碎原理進行擠壓破碎的設備，其由固定輥及活動輥2個擠壓輥組成，待破碎物料經(jīng)過高壓輥磨機上方的緩沖倉以一定的料柱壓力自流給入兩輥之間，隨著輥面的滾動，物料被擠壓破碎的同時，物料之間也產(chǎn)生磨剝作用，從而實現(xiàn)粉碎。與傳統(tǒng)破碎設備相比，高壓輥磨機具有明顯的選擇性破碎效果，物料以沿解理面粉碎為主，細粒級含量高，同時具有處理能力大、占地面積小、操作及控制簡單、粉磨功耗低等優(yōu)點［13］，其在超貧磁鐵礦選礦領域的應用取得了巨大的經(jīng)濟效益。

一般情況下，破碎、磨礦的能耗和鋼耗占選礦廠生產(chǎn)成本的60%～70%，而破碎僅為磨礦能耗的12%～25%，并且破碎的效率也高于磨礦。有文獻表明，破碎機的能效比為35%～40%，球磨機為20%～25%。推進“多碎少磨”理念，降低磨機的入磨粒度，是超貧磁鐵礦選礦廠設計的基本原則之一［2，14］，尤其是高壓輥磨機的應用，可顯著降低入磨最大粒度及平均粒度，同時顯著降低磨礦功指數(shù)，磨機產(chǎn)能可提高30%以上［2］。

2.1.2 新型預選設備

（1）量恒式干選機。量恒式干選機（圖2）是山西三沅重工有限公司研發(fā)的新型干式磁選設備，具有全粒級分選、恒定精礦品位、自然分級等特點，特別適合于高壓輥磨細碎產(chǎn)品的預選作業(yè)，其獨特的中礦返回設計可減去高壓輥磨產(chǎn)品閉路篩分作業(yè)的配置，同時具備預選分級作用［15-16］。承德天寶礦業(yè)集團鐵泰選礦廠4 500萬t/a高壓輥磨干選項目大量使用該設備，取得了良好的效果，干選甩廢率達80%，尾礦磁性鐵品位可控制在0.8%以下。

（2）X射線分選機（XRT）。X射線分選機是光電選領域中發(fā)展較為成熟的產(chǎn)品，其工作原理（圖3）是采用X射線對礦石和圍巖進行照射，激發(fā)產(chǎn)生特征X射線，再根據(jù)每種礦物元素的特征X射線的唯一性，以確定礦石和脈石，然后由相應的執(zhí)行機構(gòu)快速、準確地將礦石和脈石相分離，從而達到分選的目的［17］。酒鋼樺樹溝鐵礦采用XNDT-104射線智能分選機對入選原礦進行預選拋廢，結(jié)果顯示拋廢率達13%，尾礦全鐵品位小于10%，磁性鐵回收率大于96%，入磨原礦品位提升3.6個百分點以上［18］。

X射線分選機技術具有工藝系統(tǒng)簡單、運行成本低、易于實現(xiàn)自動化、智能化等優(yōu)點，目前其主要發(fā)展瓶頸在于單臺設備處理量低，限制了其在超貧磁鐵礦領域的廣泛應用。

2.1.3 攪拌磨機

攪拌磨機的原理是通過攪拌螺旋的旋轉(zhuǎn)、提升，將筒體內(nèi)充填的磨礦介質(zhì)進行攪動，使筒體內(nèi)物料發(fā)生自轉(zhuǎn)運動和循環(huán)運動，在此過程中被磨物料受到擠壓、剪切、磨剝等多重作用，最終實現(xiàn)磨礦［19］。有研究顯示，當粉碎產(chǎn)品中-0.075 mm含量超過70%時，球磨機磨礦效率迅速下降［20］，導致磨礦能耗增高，與球磨機相比，攪拌磨機采用小直徑陶瓷球作為磨礦介質(zhì)，能量傳遞效率高，節(jié)能可達30%以上，且具有較低的鋼球和襯板消耗，更適合細磨作業(yè)。塔磨機結(jié)構(gòu)見圖4。

弓長嶺選礦廠進行了粗精礦攪拌磨再磨試驗，擬采用攪拌磨代替二、三段球磨，試驗最終推薦球磨+攪拌磨兩段磨礦工藝流程，簡化了原三段閉路磨礦流程，具有較好的節(jié)能效果［21］。河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司廟溝鐵礦采用Verti立式攪拌磨機替換原三段球磨機，磨礦細度從-0.045 mm71%～73%提高到-0.045 mm88%～90%，電能節(jié)約30%，鋼球消耗降低60%，開機作業(yè)率高達98%，且襯板使用壽命增加，日常維護成本降低［22］。

2.2 選礦新設備及新工藝的應用

2.2.1 高壓輥磨+磨前預選工藝

高壓輥磨+磨前預選工藝相當于高壓輥磨機用作第四段超細碎或第一段磨礦取代一段球磨機，實現(xiàn)多碎少磨達到節(jié)能降耗的目的，其更適合現(xiàn)有選礦廠的碎磨系統(tǒng)改造，可充分利用原有三段閉路破碎系統(tǒng)，減小改造工程量，大幅提升碎磨回路的效果。

內(nèi)蒙古溫更鐵礦選礦廠采用中細碎后篩上塊礦干選、高壓輥磨濕式閉路篩分、篩上干選、篩下濕式預磁選工藝，入磨礦量降至35%，入磨粒度減小至-3 mm，實現(xiàn)了多碎少磨，能拋早拋，大幅度降低了選礦加工成本［14］。

承德天寶集團灤平鐵泰礦業(yè)有限公司于2016—2017年對選礦廠進行技術改造，應用高壓輥磨+干式預選新技術，將原礦處理量由1 200萬t/a提高到2 000萬t/a，鐵精粉產(chǎn)能由80萬t/a提高到171萬t/a。其采用三段一閉路破碎+干式預選+高壓輥磨+干式再選+階段磨礦階段磁選工藝流程，技改方案在原工藝流程中增加了高壓輥磨機超細碎及量恒式干選機再選環(huán)節(jié)，破碎輥磨產(chǎn)品粒度由-12 mm降至-3 mm，入磨量降至19%，經(jīng)濟效益顯著。

承德京城集團旗下選礦廠采用三段一閉路破碎+干選+高壓輥磨+濕式篩分+磨前濕式預選技術，將入磨粒度降至-3 mm，磨前拋廢量達60%以上，預選尾礦MFe品位在0.8%以下，經(jīng)濟效益顯著。

2.2.2 高壓輥磨串聯(lián)工藝

以現(xiàn)階段高壓輥磨工藝的發(fā)展來看，高壓輥磨機閉路粉碎產(chǎn)品粒度下限為-3 mm，繼續(xù)降低粉碎產(chǎn)品粒度下限，將會導致高壓輥磨機循環(huán)負荷顯著增加，進而導致系統(tǒng)設備規(guī)格增加或數(shù)量增多。2臺高壓輥磨機串聯(lián)配置與單臺高壓輥磨機配置相比，可降低輥磨粒度下限，同時不增加高壓輥磨循環(huán)負荷，減少相關輔助設備的規(guī)格或數(shù)量，提高效能比。

馬鋼某礦對采用兩段高壓輥磨串聯(lián)工藝處理現(xiàn)場三段一閉路破碎產(chǎn)品的方案進行了試驗研究，其一段閉路輥壓產(chǎn)品粒度-8 mm，篩下和篩上均采用干式磁選拋尾，二段閉路輥壓產(chǎn)品粒度取-2，-1，-0.5 mm，篩下采用濕式磁選拋尾，篩上采用干式磁選拋尾，二段輥壓最終產(chǎn)品-0.074 mm含量達29.22%～48.78%，接近國內(nèi)鐵選礦廠一段磨礦細度，表明兩段串聯(lián)高壓輥磨流程可以基本取代一段磨礦，簡化磨選流程，降低磨選成本［23］。

巴西Serra Azul鐵礦擬采用2臺高壓輥磨串聯(lián)配置作為碎磨流程中的第四段粉碎和第五段粉碎，其中第四段粉碎采用開路粉碎工藝，第五段粉碎采用濕篩閉路粉碎工藝，其粉碎產(chǎn)品粒度P80可達0.38 mm［24］。

2.2.3 高壓輥磨+攪拌磨工藝

研究表明，當高壓輥磨機產(chǎn)品P80為1.5 mm時，可直接給入攪拌磨進行細磨。黑龍江某選礦廠采用高壓輥磨機與攪拌磨機直接配置方案對原選礦工藝進行了技術改造，高壓輥磨機與弛張篩組成閉路機組，篩下-1 mm產(chǎn)品直接給入塔磨機與旋流器組成的磨礦分級系統(tǒng)，最終獲得-0.074 mm85%的磨礦產(chǎn)品，與原生產(chǎn)工藝相比，縮短了破碎磨礦流程，大幅降低了破磨能耗［25］。

陳波等［26］對高壓輥磨+攪拌磨工藝進行了試驗研究，并結(jié)合傲牛鐵礦現(xiàn)場實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，提出以塔磨機替代現(xiàn)場球磨機，高壓輥磨閉路產(chǎn)品直接入塔磨機的技改方案，對技改前后工藝能耗進行了對比計算，技改后預計節(jié)約能耗36.24%，節(jié)能效果非常顯著。

3 超貧磁鐵礦選礦技術發(fā)展趨勢

超貧磁鐵礦的開發(fā)與利用對我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展具有重要意義，為保證我國鐵精礦供應安全及經(jīng)濟發(fā)展做出了極大的貢獻。隨著技術的進步和發(fā)展，超貧磁鐵礦企業(yè)對市場變化、抗風險的能力得到大幅提高，獲得了較好的經(jīng)濟效益。

經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐，超貧磁鐵礦資源開發(fā)利用思路已逐漸明晰，高壓輥磨及干式、濕式磨前預選技術已發(fā)展成熟，攪拌磨機的應用越來越廣泛，推廣碎磨新工藝流程，發(fā)展大型化設備，進一步節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)自動化水平及積極開展尾礦資源的綜合利用成為超貧磁鐵礦選礦技術的發(fā)展趨勢。

4 結(jié)論

（1）對于已建成選礦廠的技術改造升級來講，采用三段一閉路破碎+干式預選+高壓輥磨閉路超細碎+干式、濕式再選工藝，在建設投資、節(jié)能降耗、提產(chǎn)增效等方面效果顯著。

（2）新建選礦廠應充分發(fā)揮高壓輥磨超細碎效能，加強高效干式分選機和-3 mm細粒級干式篩分設備的研究，推廣兩段高壓輥磨機串聯(lián)工藝以及立式攪拌磨機、艾砂磨機替代球磨工藝的應用。

（3）礦山企業(yè)應進一步加強礦山整合及產(chǎn)業(yè)技術升級，淘汰落后產(chǎn)能，優(yōu)化開采、選礦、排廢布置，優(yōu)先考慮在采場附近集中建設破碎干選中心，進一步降低礦石運輸及排廢成本。

（4）超貧磁鐵礦的開采與選礦對自然環(huán)境會造成很大的破壞，在向自然索取資源的同時，應加強環(huán)境保護及礦山生態(tài)修復，實現(xiàn)綠色發(fā)展。