论文部分内容阅读
摘要：针对苍山铁矿选矿磨选工艺流程中存在的一、二段球磨机能力不匹配；二段旋流器底流夹细、夹精矿严重等问题，从选矿技术和选矿设备发展方向方面对苍山铁矿选矿磨选工艺流程优化提出建议，对一段增加旋流器底流粗选作业，二段增加磨机排矿淘洗磁选作业可行性进行了分析探讨。
关键词：磁铁矿；工艺优化；淘洗磁选；底流粗选
国际市场上的铁矿石价格自2012年以来持续下跌，市场低迷，短期内难有改观，给国内铁矿企业造成巨大压力。中钢集团苍山铁矿为适应市场变化，增强企业抗风险能力，以中钢矿业开发有限公司开展的“中钢矿业铁矿采选联合增产降耗关键技术与设备研发”项目为中心，结合自身实际，2015年对选矿厂进行了扩能改造。通过选矿厂扩能改造工程的实施和工业生产调试，选矿厂原矿处理能力由240万t/a提高到300万t/a以上，取得了良好的经济效益。但选矿工艺仍有进一步优化的空间，从而继续挖掘降本潜力。
1 矿石性质
1.1 矿石多元素分析及铁物相分析
表1表明：原矿是以铁矿物为主的铁矿石，其它有用元素含量较低，矿石中主要杂质是SiO2、Al2O3，有害元素磷和硫含量较低。
表2表明：该矿石中的铁矿物以磁铁矿为主，其次是硅酸铁矿物，另含有一定量的赤褐铁矿，其它铁矿物含量较低。
1.2 矿石的矿物组成、结构构造及嵌布特性
该矿选矿工艺的目的矿物主要为磁铁矿，其次为少量赤铁矿和极微量褐铁矿，碳酸铁主要赋存于含铁方解石，硅酸铁主要赋存于角闪石，两者约占全铁16.87%，这部分铁将随尾矿流失而影响铁的回收率。
铁矿石主要为层状构造，较少块状构造，后者主要见于围岩，另有少量脉状构造、角砾状构造。主要结构为条带状结构，其次为似斑状结构、粒状结构和包含结构，其它结构较少。
磁铁矿工艺粒度主要分布于0.01mm～0.05mm，分布率为46.01%，但在大于0.1毫米粒级中也分布有21.41%，粗细嵌布不均匀；主要脉石矿物角闪石和石英粒度略粗于铁矿物，在0.1mm以上分布率分别为46.80%和48.15%。
2 磨选工艺流程简介
苍山铁矿磨选系统设计为两个系列，于2015年完成扩能改造工程，扩能改造方案为新增一台MQY3254球磨机（装机功率800 kW）做一系列二段磨矿用，配套Φ500×6旋流器组；原二段两台MQY2740球磨机并联后作为二系列二段使用。在二段磨矿选别系统引入淘洗磁选机，二次磁选精矿直接进入淘洗磁选机，去掉原有三次和浓缩磁选机。改造完成后年处理原矿300万t。磨选工艺流程为阶段磨矿、阶段选别加湿式预选流程，选矿最终产品为铁精矿，精矿品位TFe65%，磨选系统选金属回收率62.16%，精矿产率27.05%，尾矿品位TFe14.78%，年产精矿73.32万t。改造完成后选矿厂磨选工艺流程图如图1所示。
3 磨选工艺流程中存在的问题及原因分析
3.1 一、二段球磨机能力不匹配
选矿厂扩能改造后将淘洗磁选机并入工艺流程，通过工艺调试，原一段MQY3660球磨机与二段MQY2740球磨机配套流程单系列处理量可达200t/h，新增MQY3254球磨机作为二段磨矿机并入工艺流程后，导致出现一段磨机频繁涨肚，二段磨机“吃不饱”的情况，经调试单系列处理量最高为212t/h。扩能改造中磨矿系统装机功率增加24.24%，处理量仅增加6%。
磨矿机单位容积的小时通过量（新给矿+返砂）不得大于12t/（m3·h） [1]，否则，磨矿机会被矿浆充塞而导致不能正常工作。
选矿厂一段球磨机规格为MQY3660球磨机，有效容积为55m3，根据磨矿机单位容积的小时通过量（新给矿+返砂）不得大于12t/（m3·h）的原则，一段球磨机的最大小时通过量为660t/h。根据选矿厂流程考查结果，一段闭路磨矿循环负荷为237.98%，因此，一段球磨机的最大新给矿量为195.28 t/h。磨矿机和水力旋流器配置的闭路磨矿系统，产品粒度磨至0.4mm～0.2mm时，适宜的循环负荷率应为200%～350%。若循环负荷按照200%计算，则一段球磨机的最大新给矿量为220t/h。
二段球磨机有效容积为，有效容积为19.3m3，二段球磨机的最大小时通过量为231.6t/h，两台球磨机并联作为二段使用后最大小时通过量为463.2t/h。根据选矿厂流程考查结果，二段闭路磨矿循环负荷为254.13%，因此，二段球磨机的最大新给矿量为130.8 t/h。磨矿机和水力旋流器配置的闭路磨矿系统，产品粒度磨至0.2mm～0.1mm时，适宜的循环负荷率应为150%～350%。若循环负荷按照150%计算，则二段球磨机的最大新给矿量为185.3t/h。
一段球磨机给矿经阶段磨矿、阶段选别后抛掉约50%的尾矿，进入二段球磨机的给矿量为一段球磨机的一半，因此，根据以上計算，一段球磨机能力不足，二段球磨机能力尚有富裕。
3.2 二段旋流器分级效率低、底流夹细，夹精矿现象严重
苍山铁矿二段旋流器采用直径610mm锥角旋流器，根据流程考查结果，二段旋流器分机效率仅为37.45%，分级效率较低，底流中-200目含量达38.22%，夹细严重。旋流器分级产品指标如表3所示。
根据表3可知，二段旋流器底流中-100目粒级含量为86.12%，品位为66.47%，说明该粒级中铁矿物主要以粗颗粒磁铁矿单体的形式存在，金属分布率为93.1%。占全部含量86.12%的-100目粒级，若能将其实现分离，就可不需经过再磨再选直接得到66.47%以上的高品位铁精矿，可大大提高二段球磨机的处理能力；-200目含量达38.22%，品位达到69.47%，而溢流中-200目粒级品位为59.97%，反富集现象严重。因此，提高二段旋流器的分级效率，分离出底流中存在的大量合格精矿，对于改进选矿指标具有重要作用。 4 流程优化探讨
4.1 增加一段旋流器底流粗选作业
针对一段球磨机能力不足，二段球磨机能力尚有富裕的情况，根据厂房结构及现有设备布局，可利用旋流器平台与球磨机平台之间高差设置一段旋流器底流粗选作业，底流入磨机前提前甩出低品位废石，降低一段磨矿分级回路的不必要的负荷量，解决一段球磨机频繁涨肚，二段球磨机“吃不饱”的问题，并缓解一段分级的反富集现象。底流粗选作业指标见表4。
根据表4可知，一段旋流器底流粗选作业抛废率达20.69%，尾矿磁性铁含量为0.47%，磁性铁回收率为99.44%，满足工艺要求。
因此，根據现场实际情况，设置一段旋流器底流粗选作业，施工简单，投资较小，改造完成后可最大限度的发挥一、二段球磨机能力，提高球磨机利用系数，解决一、二段球磨机能力不匹配的问题。
4.2 增加二段磨机排矿淘洗磁选作业
淘洗磁选机作为高效磁选设备，由于其先进的设计结构，集约化的控制操作系统，以及良好的分选效果，在国内矿山得到广泛应用[2]。
淘洗机一般作为最后一段精选作业，分选效果显著，可起到以下作用：一是通过降低磨矿细度，从而在保证精矿品位的前提下，增加选厂处理能力；二是直接提高精矿品位，从而提高选厂产品质量[3]。
根据流程考查结果，苍山铁矿二段球磨机排矿中-200目含量占48.93%、TFe品位66.40%；二段旋流器底流中-100目含量占86.12%、TFe品位66.47%，-200目含量占38.22%、TFe品位69.47%。数据说明占全部含量86.11%的-100目粒级，若能将其实现分离，就可不需经过再磨再选直接得到66.47%以上的高品位铁精矿。
淘洗磁选机给矿粒度要求为-200目含量占50%左右，二段球磨机排矿符合其给矿粒度要求，增加二段磨机排矿淘洗磁选作业，有利于克服二段分级的反富集现象，提前分离部分合格精矿，大大减少旋流器底流夹细、夹精矿的问题，对于减少二段磨矿分级回路的不必要的负荷量、提高处理能力具有重要作用。优化后工艺流程图如图2所示。
5 结论
（1）选矿厂扩能改造后一、二段球磨机能力不匹配，出现一段球磨机涨肚、二段球磨机“吃不饱”的情况，影响磨机利用系数。增加一段旋流器底流粗选作业，可降低球磨机循环负荷，提高系统处理能力。
（2）二段旋流器底流夹细、夹精矿严重，增加二段球磨机排矿淘洗磁选作业，提前分离出合格精矿，减少磨矿回路循环负荷，有利于克服底流反富集现象，有效提高旋流器底流质量。
通过以上两项优化措施，能够大幅提高磨选系统处理能力，降低选矿成本，经济效益显著。在目前铁矿市场低迷的环境下，有力于提高企业竞争力。
参考文献：
[1]选矿厂设计[M]. 冶金工业出版社， 2008；30-31.
[2]赵福刚.淘洗磁选机在我国铁矿选别中的应用[J].现代矿业， 2013（12）：155-157.
[3]范素月，马卫东， 高磊.淘洗磁选机在某些磁铁矿精选中的应用[J]. 现代矿业， 2012（12）：96-99.
（作者单位：中钢集团山东矿业有限公司）
作者简介：
李跃武（1971--），男，高级工程师，276000山东省临沂市兰陵县鲁城镇中钢集团山东矿业有限公司选矿车间。
姚 耿（1984—），男，中级工程师，276000山东省临沂市兰陵县鲁城镇中钢集团山东矿业有限公司选矿车间。
关键词：磁铁矿；工艺优化；淘洗磁选；底流粗选
国际市场上的铁矿石价格自2012年以来持续下跌，市场低迷，短期内难有改观，给国内铁矿企业造成巨大压力。中钢集团苍山铁矿为适应市场变化，增强企业抗风险能力，以中钢矿业开发有限公司开展的“中钢矿业铁矿采选联合增产降耗关键技术与设备研发”项目为中心，结合自身实际，2015年对选矿厂进行了扩能改造。通过选矿厂扩能改造工程的实施和工业生产调试，选矿厂原矿处理能力由240万t/a提高到300万t/a以上，取得了良好的经济效益。但选矿工艺仍有进一步优化的空间，从而继续挖掘降本潜力。
1 矿石性质
1.1 矿石多元素分析及铁物相分析
表1表明：原矿是以铁矿物为主的铁矿石，其它有用元素含量较低，矿石中主要杂质是SiO2、Al2O3，有害元素磷和硫含量较低。
表2表明：该矿石中的铁矿物以磁铁矿为主，其次是硅酸铁矿物，另含有一定量的赤褐铁矿，其它铁矿物含量较低。
1.2 矿石的矿物组成、结构构造及嵌布特性
该矿选矿工艺的目的矿物主要为磁铁矿，其次为少量赤铁矿和极微量褐铁矿，碳酸铁主要赋存于含铁方解石，硅酸铁主要赋存于角闪石，两者约占全铁16.87%，这部分铁将随尾矿流失而影响铁的回收率。
铁矿石主要为层状构造，较少块状构造，后者主要见于围岩，另有少量脉状构造、角砾状构造。主要结构为条带状结构，其次为似斑状结构、粒状结构和包含结构，其它结构较少。
磁铁矿工艺粒度主要分布于0.01mm～0.05mm，分布率为46.01%，但在大于0.1毫米粒级中也分布有21.41%，粗细嵌布不均匀；主要脉石矿物角闪石和石英粒度略粗于铁矿物，在0.1mm以上分布率分别为46.80%和48.15%。
2 磨选工艺流程简介
苍山铁矿磨选系统设计为两个系列，于2015年完成扩能改造工程，扩能改造方案为新增一台MQY3254球磨机（装机功率800 kW）做一系列二段磨矿用，配套Φ500×6旋流器组；原二段两台MQY2740球磨机并联后作为二系列二段使用。在二段磨矿选别系统引入淘洗磁选机，二次磁选精矿直接进入淘洗磁选机，去掉原有三次和浓缩磁选机。改造完成后年处理原矿300万t。磨选工艺流程为阶段磨矿、阶段选别加湿式预选流程，选矿最终产品为铁精矿，精矿品位TFe65%，磨选系统选金属回收率62.16%，精矿产率27.05%，尾矿品位TFe14.78%，年产精矿73.32万t。改造完成后选矿厂磨选工艺流程图如图1所示。
3 磨选工艺流程中存在的问题及原因分析
3.1 一、二段球磨机能力不匹配
选矿厂扩能改造后将淘洗磁选机并入工艺流程，通过工艺调试，原一段MQY3660球磨机与二段MQY2740球磨机配套流程单系列处理量可达200t/h，新增MQY3254球磨机作为二段磨矿机并入工艺流程后，导致出现一段磨机频繁涨肚，二段磨机“吃不饱”的情况，经调试单系列处理量最高为212t/h。扩能改造中磨矿系统装机功率增加24.24%，处理量仅增加6%。
磨矿机单位容积的小时通过量（新给矿+返砂）不得大于12t/（m3·h） [1]，否则，磨矿机会被矿浆充塞而导致不能正常工作。
选矿厂一段球磨机规格为MQY3660球磨机，有效容积为55m3，根据磨矿机单位容积的小时通过量（新给矿+返砂）不得大于12t/（m3·h）的原则，一段球磨机的最大小时通过量为660t/h。根据选矿厂流程考查结果，一段闭路磨矿循环负荷为237.98%，因此，一段球磨机的最大新给矿量为195.28 t/h。磨矿机和水力旋流器配置的闭路磨矿系统，产品粒度磨至0.4mm～0.2mm时，适宜的循环负荷率应为200%～350%。若循环负荷按照200%计算，则一段球磨机的最大新给矿量为220t/h。
二段球磨机有效容积为，有效容积为19.3m3，二段球磨机的最大小时通过量为231.6t/h，两台球磨机并联作为二段使用后最大小时通过量为463.2t/h。根据选矿厂流程考查结果，二段闭路磨矿循环负荷为254.13%，因此，二段球磨机的最大新给矿量为130.8 t/h。磨矿机和水力旋流器配置的闭路磨矿系统，产品粒度磨至0.2mm～0.1mm时，适宜的循环负荷率应为150%～350%。若循环负荷按照150%计算，则二段球磨机的最大新给矿量为185.3t/h。
一段球磨机给矿经阶段磨矿、阶段选别后抛掉约50%的尾矿，进入二段球磨机的给矿量为一段球磨机的一半，因此，根据以上計算，一段球磨机能力不足，二段球磨机能力尚有富裕。
3.2 二段旋流器分级效率低、底流夹细，夹精矿现象严重
苍山铁矿二段旋流器采用直径610mm锥角旋流器，根据流程考查结果，二段旋流器分机效率仅为37.45%，分级效率较低，底流中-200目含量达38.22%，夹细严重。旋流器分级产品指标如表3所示。
根据表3可知，二段旋流器底流中-100目粒级含量为86.12%，品位为66.47%，说明该粒级中铁矿物主要以粗颗粒磁铁矿单体的形式存在，金属分布率为93.1%。占全部含量86.12%的-100目粒级，若能将其实现分离，就可不需经过再磨再选直接得到66.47%以上的高品位铁精矿，可大大提高二段球磨机的处理能力；-200目含量达38.22%，品位达到69.47%，而溢流中-200目粒级品位为59.97%，反富集现象严重。因此，提高二段旋流器的分级效率，分离出底流中存在的大量合格精矿，对于改进选矿指标具有重要作用。 4 流程优化探讨
4.1 增加一段旋流器底流粗选作业
针对一段球磨机能力不足，二段球磨机能力尚有富裕的情况，根据厂房结构及现有设备布局，可利用旋流器平台与球磨机平台之间高差设置一段旋流器底流粗选作业，底流入磨机前提前甩出低品位废石，降低一段磨矿分级回路的不必要的负荷量，解决一段球磨机频繁涨肚，二段球磨机“吃不饱”的问题，并缓解一段分级的反富集现象。底流粗选作业指标见表4。
根据表4可知，一段旋流器底流粗选作业抛废率达20.69%，尾矿磁性铁含量为0.47%，磁性铁回收率为99.44%，满足工艺要求。
因此，根據现场实际情况，设置一段旋流器底流粗选作业，施工简单，投资较小，改造完成后可最大限度的发挥一、二段球磨机能力，提高球磨机利用系数，解决一、二段球磨机能力不匹配的问题。
4.2 增加二段磨机排矿淘洗磁选作业
淘洗磁选机作为高效磁选设备，由于其先进的设计结构，集约化的控制操作系统，以及良好的分选效果，在国内矿山得到广泛应用[2]。
淘洗机一般作为最后一段精选作业，分选效果显著，可起到以下作用：一是通过降低磨矿细度，从而在保证精矿品位的前提下，增加选厂处理能力；二是直接提高精矿品位，从而提高选厂产品质量[3]。
根据流程考查结果，苍山铁矿二段球磨机排矿中-200目含量占48.93%、TFe品位66.40%；二段旋流器底流中-100目含量占86.12%、TFe品位66.47%，-200目含量占38.22%、TFe品位69.47%。数据说明占全部含量86.11%的-100目粒级，若能将其实现分离，就可不需经过再磨再选直接得到66.47%以上的高品位铁精矿。
淘洗磁选机给矿粒度要求为-200目含量占50%左右，二段球磨机排矿符合其给矿粒度要求，增加二段磨机排矿淘洗磁选作业，有利于克服二段分级的反富集现象，提前分离部分合格精矿，大大减少旋流器底流夹细、夹精矿的问题，对于减少二段磨矿分级回路的不必要的负荷量、提高处理能力具有重要作用。优化后工艺流程图如图2所示。
5 结论
（1）选矿厂扩能改造后一、二段球磨机能力不匹配，出现一段球磨机涨肚、二段球磨机“吃不饱”的情况，影响磨机利用系数。增加一段旋流器底流粗选作业，可降低球磨机循环负荷，提高系统处理能力。
（2）二段旋流器底流夹细、夹精矿严重，增加二段球磨机排矿淘洗磁选作业，提前分离出合格精矿，减少磨矿回路循环负荷，有利于克服底流反富集现象，有效提高旋流器底流质量。
通过以上两项优化措施，能够大幅提高磨选系统处理能力，降低选矿成本，经济效益显著。在目前铁矿市场低迷的环境下，有力于提高企业竞争力。
参考文献：
[1]选矿厂设计[M]. 冶金工业出版社， 2008；30-31.
[2]赵福刚.淘洗磁选机在我国铁矿选别中的应用[J].现代矿业， 2013（12）：155-157.
[3]范素月，马卫东， 高磊.淘洗磁选机在某些磁铁矿精选中的应用[J]. 现代矿业， 2012（12）：96-99.
（作者单位：中钢集团山东矿业有限公司）
作者简介：
李跃武（1971--），男，高级工程师，276000山东省临沂市兰陵县鲁城镇中钢集团山东矿业有限公司选矿车间。
姚 耿（1984—），男，中级工程师，276000山东省临沂市兰陵县鲁城镇中钢集团山东矿业有限公司选矿车间。