陳少學(xué) 儲榮春 于強

（1.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司；4.山東盛鑫礦業(yè)有限公司）

礦產(chǎn)資源是我國工業(yè)的主要原材料［1］，其中鐵礦為國家戰(zhàn)略資源，2021 年中國鐵礦石總需求量為14.22 億t，其中進口鐵礦石超過了11 億t。為了鞏固國家礦產(chǎn)資源安全，中鋼協(xié)推出了“基石計劃”，計劃用10～15 a，切實改變我國鐵資源來源構(gòu)成，這一舉措將會加速推進國產(chǎn)鐵礦的開發(fā)。我國礦產(chǎn)資源的礦石成分復(fù)雜，難選礦、貧礦多，綜合利用率很低［2］，這一計劃的實施必將增加大量的尾礦，目前鐵尾礦用于制備綠色低碳建筑材料是綜合利用的主流方向［3］。安徽馬鋼礦業(yè)資源集團南山礦業(yè)有限公司高村鐵礦通過確定合理干拋品位，通過多拋廢石加工成建筑骨料，同步優(yōu)化了經(jīng)濟與資源效益［4］。近些年，國家不斷推進生態(tài)文明建設(shè)，關(guān)停了大量安全環(huán)保不達標的采石場，導(dǎo)致砂石供需關(guān)系失衡，價格一漲再漲，以工信部牽頭的十五部門聯(lián)合發(fā)布了推進機制砂石產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量、健康有序發(fā)展的指導(dǎo)性文件，砂石行業(yè)的發(fā)展步入了“黃金時代”［5］。根據(jù)文獻顯示，2020年我國前十強砂石企業(yè)合計產(chǎn)能約4.9億t，產(chǎn)能集中度不到3%［6］，雖然這兩年央企和地方國企紛紛布局砂石行業(yè)，開啟了大型化、集約化、綠色化的砂石開發(fā)模式，但以鐵礦廢石綜合利用為大宗固廢資源綜合利用的前景依舊非常廣闊。

1 應(yīng)用背景

魯中某鐵礦企業(yè)礦石類型為難選礦石，有用鐵礦物主要為磁鐵礦，其次為赤褐鐵礦，難以回收的鐵礦物硅酸鐵及碳酸鐵含量較高，且嵌布粒度細，通過試驗得出難以獲得高品位的鐵精粉，回收率也不高，且鐵礦為地下開采，采礦成本較高，通過經(jīng)濟分析，該項目盈利困難，為此擱置多年。近幾年，鋼鐵行業(yè)由于周期疊加等多重因素，鐵精粉售價迅速回暖，同時隨著國家生態(tài)文明建設(shè)，關(guān)閉了大量小型、污染嚴重的采石場，導(dǎo)致局部地區(qū)砂石供應(yīng)失衡，砂石價格水漲船高。企業(yè)根據(jù)市場環(huán)境和自身戰(zhàn)略目標，重啟了該鐵礦建設(shè)，欲建成原礦處理量為100 萬t/a 的綠色、高效、集約的現(xiàn)代化選礦廠。

傳統(tǒng)磁鐵礦選廠一般在粗碎或中碎后實施干式拋尾，再將干拋廢石通過新建一套砂石骨料破碎系統(tǒng)來實現(xiàn)副產(chǎn)品的綜合利用，傳統(tǒng)方案礦石破碎系統(tǒng)和砂石破碎系統(tǒng)并存，具有設(shè)備臺數(shù)多、廠房投資大、占地面積大、操作人員多等缺點。綜合考慮礦石特性、磁選機理、篩分原理、砂石產(chǎn)品需求等因素，該項目在設(shè)計過程中將鐵礦加工和砂石制備工藝流程進行了優(yōu)化融合，實現(xiàn)了一個流程可同時滿足上述2種工藝需求的流程創(chuàng)新，有效地降低了項目投資及運營成本，進一步改善了項目投資收益。

2 原礦性質(zhì)

魯中某鐵礦位于汶上—東平鐵礦成礦帶，礦床賦存于泰山巖群山草峪組上部含鐵巖系中，屬沉積變質(zhì)型；含礦巖系為含鐵碎屑巖—變粒巖建造，屬于低級鐵鋁榴石角閃巖相；礦石類型主要為磁鐵角閃石英巖型；工業(yè)類型為需選弱磁性貧鐵礦石；礦體圍巖巖性較為簡單，主要為黑云變粒巖類。

礦石礦物主要為磁鐵礦，少量赤鐵礦、褐鐵礦等；脈石礦物主要為石英、普通角閃石，少量為鐵閃石、透閃石-陽起石、黑云母、石榴子石、透輝石、斜長石、綠泥石、綠簾石以及電氣石、磷灰石、金紅石、褐簾石、榍石、方解石等。原礦化學(xué)多元素、鐵物相及巖石力學(xué)測試結(jié)果見表1～表3。

由表1 可知，計算原礦堿比為0.09，屬酸性鐵礦石；原礦中SiO2含量較高，達54.18%，有害雜質(zhì)S、P含量較低。

由表2 可知，原礦中有用鐵礦物主要為磁鐵礦，其次為難以回收利用的赤褐鐵礦和碳酸鐵，暫無經(jīng)濟價值的鐵礦物硅酸鐵含量較高，分布率為20.78%。

由表3 可知，礦石硬度偏硬，選礦廢石和采礦混入圍巖通過破碎和選礦可制備成砂石骨料，通過檢測分析，符合砂石行業(yè)標準。

3 工藝方案

原礦在采礦時會混入部分圍巖導(dǎo)致貧化，根據(jù)礦體形態(tài)、采礦方法、爆破參數(shù)等條件，貧化率各有不同。根據(jù)地質(zhì)資料，該礦山采礦方法為淺孔留礦采礦法和上向水平分層膠結(jié)充填采礦法，貧化率8%。同時，礦石在破碎和磨礦過程中部分礦石和脈石實現(xiàn)了單體解離，通過干式拋尾和濕式預(yù)選可將脈石拋出，根據(jù)試驗報告和類似實踐經(jīng)驗，設(shè)計中合計可制備出33.66%的不同規(guī)格的建筑用骨料和水洗砂。結(jié)合鐵礦加工和砂石制備工藝，綜合考慮，設(shè)計工藝原則流程見圖1，主要工藝設(shè)備選擇結(jié)果見表4。

采出原礦（-600 mm）經(jīng)井下顎式破碎機（C100）粗碎后，再由主井箕斗提升至地表箕斗礦倉，從而進入選廠作業(yè)。礦石經(jīng)1#帶式輸送機運至中細碎車間圓錐破碎機（CH440C）進行中碎作業(yè)，中碎作業(yè)產(chǎn)品再由5#帶式輸送機運往篩分車間雙層香蕉振動篩（2LKBB3661）進行預(yù)先檢查篩分作業(yè)，篩中物料（10～30 mm）經(jīng)7#帶式輸送機送至中細碎車間進行干式磁選作業(yè)，7#帶式輸送機頭部設(shè)有干式磁選機（CTDG1012N），干選精礦落入細碎礦倉，篩上物料（+30 mm）由8#帶式輸送機送回中細碎車間的細碎礦倉，干選精礦和篩上物料（+30 mm）一同進入中細碎車間圓錐破碎機（CH440MF）進行細碎作業(yè)，中碎作業(yè)和細碎作業(yè)產(chǎn)品共用5#帶式輸送機，圓錐破碎機（CH440MF）與雙層香蕉振動篩（2LKBB3661）形成閉路細碎，篩下物料（-10 mm）為最終破碎產(chǎn)品，由6#、12#帶式輸送機聯(lián)合送入粉礦倉儲存，干式磁選作業(yè)的尾礦由9#帶式輸送機送入骨料廠房，再經(jīng)圓振篩（YA1536）分成10～20 mm和20～30 mm 2種骨料產(chǎn)品。

粉礦倉的粉礦（-10 mm）由13#、14#帶式輸送機協(xié)同運至主廠房的濕式粗粒預(yù)選磁選機（CCTS1236）進行濕式粗粒預(yù)選作業(yè)，濕式粗粒預(yù)選作業(yè)尾礦經(jīng)直線脫水篩（ZKX1836）脫水分級后的篩上產(chǎn)品（+3 mm）即為米石產(chǎn)品，由15#帶式輸送機運至骨料廠房堆存。濕式粗粒預(yù)選作業(yè)的精礦自流至溢流型球磨機（MQY4060）進行一段球磨作業(yè)，經(jīng)一段球磨作業(yè)的礦漿由渣漿泵送至水力旋流器（FX500TGVII×4）進行檢查分級，水力旋流器（FX500TGVII×4）的底流自流至一段球磨作業(yè)形成閉路磨礦，水力旋流器（FX500TGVII×4）的溢流為一段磨礦產(chǎn)品，粒度控制在-0.074 mm55%，溢流自流進入筒式磁選機（XCTB1236）進行一段磁選作業(yè)，一段磁選作業(yè)精礦進入下一選礦作業(yè)，一段磁選作業(yè)尾礦與直線脫水篩（ZKX1836）的篩下（-3 mm）合并后由渣漿泵送至水力旋流器（FX500TGVII）分級，底流自流至脫水篩（ZKJ1845）經(jīng)分級脫水作業(yè)后為水洗砂產(chǎn)品，再由帶式輸送機送至骨料廠房堆存，水力旋流器（FX500TGVII）溢流、脫水篩（ZKJ1845）的篩下與其他尾礦一同由渣漿泵送至尾礦濃縮作業(yè)。

4 結(jié)語

（1）依據(jù)磁鐵礦礦石特性和砂石市場需求，將鐵礦加工和砂石制備工藝深度融合，實現(xiàn)了一套系統(tǒng)可同時兼顧鐵礦加工和砂石制備的生產(chǎn)，簡化了工藝流程，即使采礦貧化率有一定的變化，流程均具有較強的適用性。

（2）通過實施該優(yōu)化融合混選新工藝，有效降低了建設(shè)投資300 萬元以上，每年可降低人員工資39萬元，減少了備品備件種類，降低了管理難度。

（3）設(shè)計采用干式磁選、濕式預(yù)選與尾礦綜合利用組合工藝，在一段磁選后可拋出產(chǎn)率57%的尾礦，大大降低了后續(xù)運行成本，實現(xiàn)了梯級拋尾、物盡其才的集約資源開發(fā)理念。

（4）將拋出的尾礦通過簡單的篩分或分級即可實現(xiàn)綜合利用，每年可產(chǎn)生33.66 萬t 不同規(guī)格建筑用骨料和水洗砂，按現(xiàn)有市場行情，可增加銷售收入超1 000 萬元，大幅改善了企業(yè)經(jīng)營狀況。

（5）采用該優(yōu)化融合混選新工藝，有利于進一步降低生產(chǎn)能耗，實現(xiàn)固廢減量化、資源化的可持續(xù)綠色發(fā)展道路，符合國家“碳達峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標。