戴財(cái)生，毛 浩

（1. 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222；2. 東營港務(wù)集團(tuán)有限公司，山東 東營 257200）

引 言

針對(duì)世界各國儲(chǔ)存的鐵礦石存在的特點(diǎn)，以及近年來鋼鐵等工業(yè)對(duì)鐵精礦提出的更高要求，一般對(duì)于低于 50 %品位的鐵礦石需要經(jīng)過選礦提高其品位才能冶煉利用。

陸域鐵礦的開采、磁選、儲(chǔ)存及運(yùn)輸?shù)妊b卸工藝環(huán)節(jié)，已形成技術(shù)成熟、安全可靠的裝卸工藝模式，且均在陸域場(chǎng)地完成。陸域鐵礦的開采分為露天和地下開采兩種，大型鐵礦開采主要依靠大斗容挖掘機(jī)，其所用刀主要有銑削刀具、盤形滾刀、楔齒滾刀等，充分利用刀具的回轉(zhuǎn)力和軸向壓力對(duì)鐵礦巖面進(jìn)行有效輾壓、破碎，然后進(jìn)行開采挖掘。

斐濟(jì)勞托卡港鐵礦項(xiàng)目礦區(qū)位于斐濟(jì)維提雷弗壩河三角洲河口，本項(xiàng)目礦區(qū)長(zhǎng)15 km、寬4 km，處于鐵礦砂粒粗細(xì)不等的水平覆蓋帶區(qū)域。到目前為止，海域鐵礦砂的開采、磁選關(guān)鍵工藝技術(shù)在國內(nèi)外尚無成熟的實(shí)施工程案例。本文結(jié)合斐濟(jì)勞托卡港鐵礦石工程項(xiàng)目實(shí)例，對(duì)海域鐵礦砂的開采、磁選關(guān)鍵工藝技術(shù)進(jìn)行探討。

1 項(xiàng)目概述

本項(xiàng)目海域礦區(qū)位于斐濟(jì)維提島的主島西北方，陸域港口設(shè)施位于距海域礦區(qū)約23 n mile的勞托卡港口中，其地理位置見圖1。

斐濟(jì)維提雷弗壩河三角洲雨水沖積自然形成的天然含鐵礦物儲(chǔ)量非常豐富。本項(xiàng)目充分利用鐵礦砂用來生產(chǎn)釩鈦磁鐵精礦，經(jīng)開采、磁選、洗選等工藝技術(shù)，提煉的鐵精礦可作為許多鋼鐵廠和煤電廠作為燒結(jié)的一種含鐵原料，以降低生產(chǎn)成本。

經(jīng)磁選后的鐵精礦漿沿水運(yùn)航道經(jīng)駁船運(yùn)送至勞托卡港口，由港口設(shè)施完成鐵精礦漿的水力卸船、淡水清洗、除去海鹽，并經(jīng)在儲(chǔ)存?zhèn)}庫內(nèi)初步干燥后，經(jīng)輸送和裝船系統(tǒng)，最后完成鐵精礦的船舶外運(yùn)。陸域港口設(shè)施工藝概念方案見圖2。

圖1 斐濟(jì)鐵礦項(xiàng)目地理位置示意

圖2 陸域港口設(shè)施工藝示意

2 海域鐵礦開采關(guān)鍵工藝技術(shù)

2.1 項(xiàng)目開采、磁選生產(chǎn)指標(biāo)表

斐濟(jì)勞托卡港鐵礦項(xiàng)目礦區(qū)均位于海水覆蓋區(qū)域，其開采方式與陸域礦區(qū)截然不同，目前世界上還沒有可參照的成熟工藝技術(shù)模式。如何建設(shè)本項(xiàng)目海域鐵礦砂開采、磁選等作業(yè)目標(biāo)的著力點(diǎn)，關(guān)鍵在于其關(guān)鍵工藝技術(shù)的高效性、環(huán)保性、新工藝和新模式。工藝技術(shù)不但要體現(xiàn)出具有高效、可靠、先進(jìn)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，而且也要注重設(shè)備投資、生產(chǎn)費(fèi)用、電能消耗等技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵工藝技術(shù)所占生產(chǎn)成本的比例很大，因此也決定著今后運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 斐濟(jì)項(xiàng)目開采、磁選生產(chǎn)指標(biāo)

2.2 海域鐵礦砂開采工藝技術(shù)

斐濟(jì)勞托卡港鐵礦項(xiàng)目概念方案主要內(nèi)容：首先由采礦船在海域礦區(qū)對(duì)鐵礦砂原料的開采挖掘，經(jīng)管道輸送至海上移動(dòng)式選礦平臺(tái)，然后由選礦平臺(tái)完成連續(xù)、高效的篩分、粗選、精選、采樣、管道輸送及裝運(yùn)駁船等作業(yè)流程，尾礦直接返回至先前采空的礦區(qū)。海域鐵礦開采、磁選工藝概念方案見圖3。

圖3 海域鐵礦開采、磁選工藝示意

國內(nèi)外對(duì)于海域鐵礦砂開采還沒形成成熟的工藝模式，根據(jù)目前可用于開采鐵礦砂挖掘設(shè)備種類，主要有以下幾種開采工藝模式。

1）斗輪式挖砂船開采工藝

斗輪式挖砂船開采工藝主要組成及工作原理：在船體的首部中央開槽部位安裝由可升降式的橋架，橋架首部裝有斗輪裝置，斗輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸與支臂成一定的角度。斗輪在挖掘過程中，將斗輪下端放入水中一定的深度，使斗與礦砂層接觸，在斗輪上端的斗輪驅(qū)動(dòng)下，使斗輪連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行開采挖掘，將鐵礦砂和海水進(jìn)行混合攪動(dòng)。再經(jīng)吸礦漿管將挖取的鐵礦砂和海水混合物料，借助強(qiáng)大的泵力進(jìn)行輸送，其開采、輸送等作業(yè)環(huán)節(jié)可以一次性連續(xù)完成，是一種效率高、成本較低的開采工藝模式。

斗輪式挖砂船開采工藝主要具有如下的工作特點(diǎn)：

①用途廣泛，可以在江、河、湖、海中作業(yè)條件適宜的區(qū)域作業(yè)。

②工作效率高，產(chǎn)量大，泵距遠(yuǎn)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)開采作業(yè)。

③設(shè)備操作簡(jiǎn)單，易于控制。

④開采礦漿濃度較為穩(wěn)定，為選礦平臺(tái)系統(tǒng)提供礦漿便于調(diào)節(jié)其濃度。

⑤在橫移絞車的配合下，可使船繞尾部定位樁左右橫移，增加工作面。

⑥物料的挖掘和輸送可以實(shí)現(xiàn)一次性完成，且不需要其它舶船配合作業(yè)，運(yùn)營成本較低。

⑦可在斗輪式挖砂船后方通過管道與水上選礦平臺(tái)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)作業(yè)模式，從而使采礦、選礦、礦漿輸送、尾礦排放等工藝環(huán)節(jié)一次性完成，從而可以大幅度地提高采選礦的效率、降低工程投入，從而產(chǎn)生極高的經(jīng)濟(jì)效益。

2）絞吸式挖砂船開采工藝

絞吸式挖砂船開采工藝主要組成及工作原理，除了采用的挖掘設(shè)備不同，其余與斗輪式挖砂船大同小異。絞吸式挖砂船是利用轉(zhuǎn)動(dòng)著的絞刀絞松河底或海底的礦砂，與海水混合成礦漿，經(jīng)過吸礦漿管吸入泵體，借助強(qiáng)大的泵力進(jìn)行輸送。適用于風(fēng)浪小、流速低的內(nèi)河湖區(qū)和沿海港口的疏浚，以開挖砂、砂壤土、淤泥等土質(zhì)比較適宜。挖黏土?xí)r可采用有齒的絞刀，但其工效將大大降低。

3）鏈斗式挖砂船開采工藝

鏈斗式挖砂船開采工藝主要組成及工作原理：在船體的中央開槽部位安裝由可升降式的斗橋，作業(yè)時(shí)將斗橋的下端放入水下一定的深度，使之與物料相接觸。然后在上導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)下使斗鏈連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)斗鏈上的料斗，挖采后料斗裝入物料，再隨斗鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)提升出水面，并傳送至塔頂部。經(jīng)過上導(dǎo)輪改變方向后，斗內(nèi)的礦砂在自身的重力作用下，倒入斗塔中的礦井。鏈斗式挖砂船可挖掘各種淤泥、軟粘土、砂和砂質(zhì)黏土，但不能滿足將開采上來的物料通過管道進(jìn)行后方輸送。

4）海域鐵礦砂各種開采工藝綜合比較

斗輪式、絞吸式及鏈斗式海域鐵礦砂挖砂船開采工藝綜合比較見表2。

表2 海域鐵礦砂開采工藝模式比較

5）斐濟(jì)鐵礦砂的海域鐵礦開采工藝

斐濟(jì)勞托卡港鐵礦砂項(xiàng)目選用具有采礦工作效率高、開采礦漿濃度穩(wěn)定性好、能與選礦平臺(tái)系統(tǒng)連接順暢和開采礦床形狀優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)的斗輪式挖砂船開采工藝。

斗輪式挖砂船主要技術(shù)參數(shù)簡(jiǎn)述如下：

①開采鐵礦砂系統(tǒng)

斗輪橋架安裝在船首部開槽之間，橋架總長(zhǎng)18.5 m。主甲板設(shè)有150 kN橋架液壓絞車，繩速為0～20 m/min。通過滑輪組上下升降橋架，實(shí)現(xiàn)不同深度的采礦作用，橋架下放45°時(shí)，最大挖深14 m。

橋架首部裝有斗輪裝置，斗輪直徑為 3.2 m，額定功率170 kW，額定轉(zhuǎn)速0～18 r/min，鐵礦砂礦漿最大可通過量為4 300 m3/h，其能力在國內(nèi)外達(dá)到先進(jìn)水平。

橋架絞車兩側(cè)設(shè)兩臺(tái)150 kN型橫移液壓絞車，繩速為0～20 m/min。橫移絞車的鋼絲繩從設(shè)于橋架前部的可轉(zhuǎn)動(dòng)橫移滑輪上繞出伸至挖砂船兩側(cè)，在兩臺(tái)橫移絞車的配合下，可使挖砂船繞尾部定位樁左右橫移。

②臺(tái)車定位樁系統(tǒng)

斗輪式挖砂船設(shè)置主輔兩根定位樁，直徑為700 mm，長(zhǎng)度為18.5 m，定位樁設(shè)在船體尾部。主樁臺(tái)車設(shè)在尾部開槽內(nèi)，臺(tái)車帶有波浪補(bǔ)償功能，臺(tái)車行程 4.0 m。定位樁升降采用油缸升降，選用缸徑180 mm，行程2 200 mm。

3 海域鐵礦砂磁選關(guān)鍵工藝技術(shù)

3.1 磁選的基本工作原理

磁選的基本工作原理：原料礦石經(jīng)輸送至磁選設(shè)備的選分空間后，在磁選設(shè)備的磁場(chǎng)中受到磁力和機(jī)械力（注：機(jī)械力主要包括水流動(dòng)力、離心力、重力等）的合力作用，然后進(jìn)行磁選及分離。

圖4 鐵礦原料在磁選機(jī)中分離的示意

在磁力和機(jī)械力的合力作用下，不同磁性的礦粒將沿著不同的路徑向前流動(dòng)。依據(jù)礦粒流動(dòng)的路徑不同，可以分別設(shè)置不同的接收管道，進(jìn)而可以得到不同磁性和非磁性的產(chǎn)品。磁性礦粒所受的磁力和機(jī)械力合力的比值決定著磁性礦粒的流動(dòng)路徑，非磁性礦粒的流動(dòng)路徑由機(jī)械合力來決定。磁選是利用磁力和機(jī)械合力對(duì)不同磁性礦粒的不同作用而實(shí)現(xiàn)的。為了保證有效地分離磁性強(qiáng)和磁性弱的礦粒，不同磁性礦粒的分離必須滿足以下條件：

式中：F1磁為磁性強(qiáng)礦粒所受的磁力；F機(jī)合為所有機(jī)械力的合力（與磁力方向相反）；F2磁為磁性弱礦粒所受的磁力。

3.2 斐濟(jì)鐵礦砂的磁選工藝技術(shù)

斐濟(jì)鐵礦砂項(xiàng)目采礦區(qū)域據(jù)探測(cè)儲(chǔ)量約2.2億t，其最大粒徑200 μm，品位范圍7.5 %～15 %，平均品位為 10.9 %。系統(tǒng)處理能力：干砂平均能力為1 800 t/h，峰值能力 2 400 t/h，最大可通過量為4 300 m3/h，其能力在國內(nèi)外達(dá)到先進(jìn)水平。

圖5 鐵礦砂選礦平臺(tái)示意

1）選礦平臺(tái)工藝流程簡(jiǎn)述

選礦平臺(tái)工藝流程簡(jiǎn)述如下：利用斗輪式挖砂船開采，通過管道泵輸送礦漿進(jìn)入選礦平臺(tái)系統(tǒng)，在選礦平臺(tái)系統(tǒng)首先進(jìn)入兩臺(tái)隔渣篩，篩下物料進(jìn)入緩沖斗，篩上隔除貝殼、樹枝等較大物料。緩沖斗起到調(diào)節(jié)來料波動(dòng)的作用，緩沖斗內(nèi)物料均勻給入粗磁選機(jī)。粗磁選機(jī)選出的磁性礦物自流進(jìn)入粗精礦泵池，經(jīng)泵給入到精磁選機(jī)，精磁選機(jī)用于進(jìn)一步提高精礦的品位。精磁選機(jī)選出的磁性礦物自流給入高頻振動(dòng)細(xì)篩，篩下物料即是最終鐵精礦產(chǎn)品，自流入精礦泵池，通過精礦輸送系統(tǒng)裝載于精礦運(yùn)輸駁船上。隔渣篩篩上物料、粗磁選機(jī)尾礦、精磁選機(jī)尾礦、高頻振動(dòng)細(xì)篩篩上等物料均進(jìn)入尾礦泵池，通過尾礦泵和管道輸送返回采空的礦區(qū)。

2）磁選工藝設(shè)備選型

磁選機(jī)種類很多，按作業(yè)條件可分為濕式和干式磁選機(jī)；按磁源又可分為電磁式和永磁式；按設(shè)備結(jié)構(gòu)分為盤式、輥式、平環(huán)式、立環(huán)式、感應(yīng)輥式等等。

結(jié)合斐濟(jì)項(xiàng)目作業(yè)條件及物料特點(diǎn)，磁選機(jī)均選用濕式永磁筒式磁選機(jī)，其主要由圓筒、磁系、槽體、傳動(dòng)部門等組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，從而帶動(dòng)圓筒作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磁系安裝在圓筒內(nèi)，磁塊采用不銹鋼螺栓裝在磁軛底板上，磁軛的軸伸出筒外，軸端固定有拐臂。扳動(dòng)拐臂可以調(diào)整磁系偏角，調(diào)整合適后可以用拉桿固定。槽體的工作區(qū)域用不銹鋼板制造，機(jī)架和槽體的其他部門用普通鋼材焊接。

根據(jù)選礦平臺(tái)系統(tǒng)作業(yè)能力及整體布置，粗選工藝共設(shè)2組粗磁選機(jī)工作路徑，每組設(shè)4臺(tái)粗磁選機(jī)并聯(lián)作業(yè)模式。精選工藝共設(shè)2組精磁選機(jī)工作路徑，每組設(shè)3臺(tái)精磁選機(jī)串聯(lián)作業(yè)模式。這種采用粗、精選磁選機(jī)設(shè)備組合作業(yè)模式可以得到較高的精礦質(zhì)量和回收率，有效提高選礦系統(tǒng)的精礦品位。

根據(jù)對(duì)采礦區(qū)鐵礦砂的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，粗磁選機(jī)采用磁場(chǎng)強(qiáng)度為1 200 GS、逆流槽體結(jié)構(gòu)的濕式永磁磁選機(jī)，其礦漿運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)力方向基本相同，因而礦粒可以達(dá)到磁場(chǎng)力很高的圓筒表面上。另外，尾礦是從底板上的尾礦孔排出，這樣溢流面的高度可以保持槽體中的礦漿水平。精磁選機(jī)采用磁場(chǎng)強(qiáng)度為700 GS、順流槽體結(jié)構(gòu)的濕式永磁磁選機(jī)，其礦漿運(yùn)動(dòng)方向與圓筒旋轉(zhuǎn)方向基本一致，礦漿由給礦箱直接進(jìn)到圓筒的磁系下方，非磁性礦粒和磁性很弱的礦粒由圓筒下方的尾礦孔排出。磁性礦粒吸在圓筒表面上，隨著圓筒一起旋轉(zhuǎn)到磁系邊緣的磁場(chǎng)弱處，由卸礦水管將其卸到精礦槽中，然后自流給入高頻振動(dòng)細(xì)篩，篩下物料即是最終鐵精礦產(chǎn)品。

4 結(jié) 語

到目前為止，海域鐵礦砂的開采、磁選關(guān)鍵工藝技術(shù)在國內(nèi)外尚無成熟工程案例，在國內(nèi)外類似工程中為創(chuàng)新型工藝技術(shù)。本文結(jié)合斐濟(jì)項(xiàng)目鐵礦砂工程案例，對(duì)海域鐵礦砂的開采、磁選等關(guān)鍵工藝技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探討，為今后海域鐵礦砂類似工程工藝技術(shù)的創(chuàng)新提供新的思路。