程傳麟 鄒宗彬 胡黃毛 鄧秀蘭 王本治

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團南山礦業(yè)公司）

某選礦廠運行多年，一直存在磨礦介質(zhì)消耗成本高、磨機電耗大、尾礦量大等問題，且尾礦利用率低［1］。為降低選礦廠生產(chǎn)成本及提高尾礦資源利用率，該選廠進行了磨礦介質(zhì)、粗磁選尾礦及全尾礦利用研究實踐，以期降低能耗，減少污染物排放，獲得企業(yè)效益的最大化及環(huán)境友好化。

1 選礦廠概況

某選礦廠原設計規(guī)模500 萬t/a，經(jīng)逐年技術(shù)改造，目前年處理鐵礦石550 萬t。該選礦廠主要處理礦石為采出原礦及近礦圍巖的干選粗精礦，綜合原礦全鐵品位20.85%，采用三段一閉路破碎篩分+高壓輥磨開路篩分+濕式粗粒磁選拋尾+階段磨礦階段磁選+淘洗機提精流程，年產(chǎn)全鐵品位65.5%的鐵精礦110 萬t，產(chǎn)品粒度為-0.074 mm90%。

2 磨礦介質(zhì)對比試驗研究

磨礦介質(zhì)是選礦生產(chǎn)過程中的主要消耗品，生產(chǎn)過程中需要不斷的向球磨機中補加一定量的磨礦介質(zhì)。納米陶瓷球是一種新型磨礦介質(zhì)，具有比重輕、硬度高、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)點，并逐步應用于臥式球磨機，為金屬礦山選礦廠細磨作業(yè)的節(jié)能降耗及產(chǎn)品粒度改善開拓了新思路［2-3］。安徽某選礦廠為了節(jié)能降耗并提高企業(yè)經(jīng)濟效益，在磨礦1系列、2系列進行了不同磨礦介質(zhì)對比試驗，磨礦1系列添加鋼球介質(zhì)，2 系列添加鋼球+陶瓷球介質(zhì)，采用φ30 mm鋼球作為初裝球，鋼球占總裝球量的20%，陶瓷球φ30 mm、φ25 mm、φ20 mm配比為20%∶60%∶20%。

2.1 流程考察

在給礦量相同的條件下，對添加不同磨礦介質(zhì)的1系列、2系列進行二段磨礦分級流程考察，試驗結(jié)果見表1。

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由表1 可知，除二段分級效率1 系列比2 系列稍低外，其余各項指標1 系列均優(yōu)于2 系列，說明二段磨礦采用常規(guī)鋼球比采用鋼球+陶瓷球在磨礦分級指標上有優(yōu)勢，但優(yōu)勢不明顯；因二段旋流器溢流-0.074 mm 粒級含量指標要求為75%～80%，試驗1系列、2系列旋流器溢流-0.074 mm粒級含量分別為87.88%，86.06%，均大于工藝指標要求，說明添加陶瓷球介質(zhì)后，磨礦分級指標下降，但未影響生產(chǎn)，故二段磨礦添加陶瓷球介質(zhì)是可行的。

2.2 磨機運行數(shù)據(jù)考察

2個系列二段磨礦運行參數(shù)考察結(jié)果見表2。

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由表2 可知，2 系列比1 系列磨礦介質(zhì)裝載量少67 t，充填率提高5.5%，磨機電流降低110.7 A，電耗減少2.64（kW·h）/t，磨礦介質(zhì)單耗減少0.148 kg/t；使用陶瓷球磨礦，節(jié)能效果顯著，雖然磨礦分級指標降低，但能達到生產(chǎn)要求，并保證精礦產(chǎn)品質(zhì)量。

3 粗磁選尾礦利用

3.1 尾礦濃縮系統(tǒng)現(xiàn)狀

選礦廠總尾礦經(jīng)盤磁回收機后進入φ53 m 濃縮機濃縮，濃縮后尾礦經(jīng)250spl-75 渣漿泵送至選硫廠選硫。原設計尾礦濃縮機干礦處理量400 t/h，底流濃度55%，現(xiàn)生產(chǎn)中濃縮機處理尾礦量達600 t/h，遠大于設計處理量。由于尾礦量大，尾礦濃縮系統(tǒng)存在底流濃度低（28%～32%）、溢流跑混、加藥量大及濃縮機壓死等問題。

3.2 尾礦濃縮系統(tǒng)能力分析

選礦廠尾礦輸送至選硫廠選硫，合適的選別濃度為30%～35%。濃縮設備采用φ53 m 高效濃縮機，沉降面積2 486 m2。根據(jù)經(jīng)驗，高效濃縮機生產(chǎn)率為0.2 t/（m2·h），則φ53 m高效濃縮機處理能力為497 t/h，按90%負荷率計算，濃縮機處理能力為447 t/h，即φ53 m濃縮機合理的給礦量為450～500 t/h。底流輸送采用250spl-75渣漿泵，輸送管道內(nèi)徑300 mm，則合理的輸送體積量為1 000～1 120 m3/h，流速3.95～4.70 m/s。

按原礦650 萬t/a估算，尾礦量為662.88 t/h，現(xiàn)有尾礦濃縮池不能滿足全部尾礦濃縮要求，因此需對尾礦濃縮系統(tǒng)進行改進。

3.3 尾礦濃縮工藝技改方案

選礦廠產(chǎn)能提升至650 萬t/a 規(guī)模后，尾礦量為662.88 t/h。根據(jù)計算，φ53 m 濃縮機合理給礦量500 t/h 較為合理，則剩余尾礦量162.88 t/h 需處理。經(jīng)分析研究，提出3 種技改方案。方案1 為改造已有的φ50 m 周邊傳動型濃縮機為高效濃縮機，提升濃縮機處理能力，利用原尾礦管線輸送至選硫廠綜合利用。方案2為新建泵池預沉降后，直接利用原有尾礦管線泵送至選硫廠綜合利用。方案3 為恢復原設計粗粒尾礦撈砂工藝，根據(jù)流程考察，+0.5 mm 粒級占56%，撈砂后現(xiàn)有尾礦濃縮大井基本能滿足濃縮要求。

根據(jù)前期研究，方案1 改造現(xiàn)有濃縮池方案，需投資950 萬元，投資較大。方案2 存在粗顆粒泵送過程中過流件磨損大及低濃度輸送能耗高等問題。方案3 能滿足650 萬t/a 原礦規(guī)模生產(chǎn)尾礦濃縮要求。綜合考慮，選擇方案3。

3.4 粗粒撈砂膠帶機校核

技改后恢復粗粒撈砂系統(tǒng)，計算得出+0.5 mm 粗砂量為162.97 t/h。原17#、18#膠帶機帶寬800 mm，設計運輸量為300 t/h。19#膠帶機為DG300 管狀膠帶機，輸送量達300～350 t/h，原有輸送膠帶機能滿足技改后要求。

3.5 尾礦濃縮設計技改

根據(jù)技改方案，恢復粗粒尾礦撈砂系統(tǒng)即可滿足尾礦濃縮要求，主要技改內(nèi)容為更換原2 臺3073直線篩，更換原17#、18#及19#膠帶機。粗磁選尾礦撈砂系統(tǒng)設備聯(lián)系見圖1。

3.6 尾礦濃縮技改效果

（1）恢復高壓輥篩分閉路后，5 mm 干拋尾礦產(chǎn)率達40%，其中+0.5 mm 尾礦產(chǎn)率達20%，恢復粗粒撈砂后，細粒尾礦量估算為530 t/h，基本能滿足要求。

（2）粗磁選尾礦回收生產(chǎn)從2022年8月至2023年5月，累計外銷尾砂32.5 萬t，濕拋尾礦量365.6 萬t，粗磁尾資源利用率8.9%。通過技改減少了尾砂的排放量，環(huán)保效益和經(jīng)濟效益顯著。

（3）通過技術(shù)改造，消除了φ53 m 高效濃縮機溢流跑混及濃縮機壓死現(xiàn)象的發(fā)生，減少了加藥量，保障了設備的正常運行，降低了維修成本，同時減少了污水的排放。

4 尾砂基材綜合利用

4.1 產(chǎn)品方案

為綜合利用選礦廠尾礦，根據(jù)尾礦性質(zhì)進行大量的尾砂產(chǎn)品研發(fā)及市場調(diào)研工作，主要有2種產(chǎn)品方案。方案1將尾砂（0.045～3.00 mm）產(chǎn)品視作中間產(chǎn)品用作道路路基原料或混凝土配料，其產(chǎn)品直接用途較少，一般還需再分級加工，估算價格小于15元/t，價格較低。方案2 參照機制砂標準，將混合砂（0.15～3.00 mm）及超細砂（0.045～0.150 mm）用于建設工程原料［4-5］?；旌仙凹俺毶爱a(chǎn)品較精細，靠近國家機制砂標準，用途更廣泛，但估算價格較高，大于15 元/t。

由于暫未找到有效的尾礦脫硫途徑，選礦廠考慮到環(huán)保、安全等因素，規(guī)劃尾礦利用分期進行，前期將尾礦用于低等級道路路基材料及部分混凝土配料，后期繼續(xù)研制作為高附加值產(chǎn)品利用。

4.2 工藝技術(shù)方案

4.2.1 選礦廠尾礦生產(chǎn)現(xiàn)狀

選礦廠生產(chǎn)的尾礦濃縮后，送至選硫廠進行硫回收，選硫后尾礦泵送至尾礦坑堆存。

4.2.2 選礦廠脫硫尾礦性質(zhì)

選礦廠尾礦多元素分析結(jié)果見表3，選礦廠脫硫尾礦粒級分析結(jié)果見表4。

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由表3、表4 可知，選礦廠尾礦有害元素硫含量2.38%。選礦廠脫硫尾礦中+0.125 mm 占35.67%，從粒級級配看可作為機制砂利用，平均硫含量1.56%；+0.074 mm 微細粒泥砂含量較大，占42.80%，平均硫含量1.61%；+0.045 mm 占53.57%，平均硫含量1.72%；+0.03 mm 占58.78%，平均硫含量1.76%；硫含量較高，故選礦廠細粒級尾礦綜合利用前，還需提高選硫工藝的回收率，降低尾礦中的硫含量。

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4.3 生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品方案

尾砂基材綜合利用設計處理選硫尾礦生產(chǎn)規(guī)模500 萬t/a。目前，-0.045 mm細泥市場前景不明，選擇利用+0.045 mm 部分作為建設工程用尾砂，設計每年生產(chǎn)250 萬t，預留-0.045 mm 部分濃縮脫水場地堆放，同時推進細泥開發(fā)利用研究。

4.4 工藝技術(shù)方案

根據(jù)尾礦利用產(chǎn)品方案，一期僅回收+0.045 mm尾礦作為建設工程用尾砂，涉及主要工藝技術(shù)為分級、脫水。

粗粒尾砂分級脫水工藝主要有螺旋分級機分級+直線篩脫水、斗輪洗砂機分級+直線篩脫水、直線篩直接分級脫水、水力旋流器分級+直線篩脫水等工藝。螺旋分級機、斗輪洗砂機、直線篩適宜粗粒分級。分級設備中，螺旋分級機及斗輪洗砂機具有漂洗細泥性能，但回收率較篩子低，需配脫水設備；篩子回收率較高，兼有分級脫水性能，一般配較長篩面，前端噴水洗礦分級、后端脫水。水力旋流器較適宜細粒砂回收，但能耗較大。

細粒尾礦分級一般采用水力旋流器、高頻細篩等，高頻細篩由于處理量小、處理細粒尾礦時篩孔易堵塞等原因很少使用。細粒尾礦脫水設備主要有陶瓷過濾機、帶式過濾機及壓濾機等。帶式過濾機過濾效率為0.6～1.2 t/（m2·h），濾餅水分約18%，陶瓷過濾機過濾效率為0.2～0.6 t/（m2·h），濾餅水分約15%，壓濾機過濾效率為0.2～0.3 t/（m2·h），濾餅水分約16%。帶式過濾機及陶瓷過濾機一般處理較粗物料，壓濾機一般處理極細物料。過濾機過濾物料單位成本約8 元，壓濾機壓濾物料單位成本約12 元。

綜合考慮產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本及生產(chǎn)管理等因素，選礦廠尾砂基材綜合利用工藝流程可選擇2種方案。方案1為旋流器分級（-0.045 mm）濃縮+直線脫水篩脫水直接得到尾砂產(chǎn)品（圖2）。方案2為直線篩（或斗輪撈砂機）分級（-0.5 mm）、水力旋流器分級（-0.15 mm）+直線脫水篩脫水、水力旋流器分級（-0.045 mm）+過濾機脫水，各段產(chǎn)品可分別外銷或混合得到尾砂產(chǎn)品（圖3）。

方案1 估算投資3 000 萬元，運行成本1 200萬元/a，產(chǎn)品單價4.8 元/t。按建設工程用尾砂15元/t 計算，估算銷售收入3 750 萬元/a。方案2 估算投資7 000 萬元，運行成本2 250 萬元/a，產(chǎn)品單價9元/t，考慮產(chǎn)品分級銷售，估算銷售收入6 375 萬元/a。

方案1工藝流程簡單、產(chǎn)品單一、管理方便、投資較少、建設周期短，缺點是分級粒度范圍寬、分級不精細，壓力分級能耗大、磨損大，產(chǎn)品質(zhì)量低，直線篩脫水易堵塞、水分高。方案2不同粒徑尾礦采用不同分級脫水設備，可實現(xiàn)產(chǎn)品精細分級，產(chǎn)品質(zhì)量較高；但工藝流程復雜、產(chǎn)品多、管理環(huán)節(jié)多，占地大、投資大，建設周期長。方案2 對尾礦的利用率高，但目前-0.045 mm 細泥市場前景不明，綜合考慮，采用方案1。

4.5 主要設備選型方案

4.5.1 旋流器與脫水篩的選擇

根據(jù)方案1工藝流程，主要設備選用分級用水力旋流器及脫水用直線篩。系統(tǒng)物料主要參數(shù)見表5。

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該選礦廠細粒級礦漿分級采用FX350型旋流器，由表5可知，旋流器給入礦漿流量為2 750.71 m3/h，故現(xiàn)有FX350 型旋流器可滿足分級濃縮要求；單臺旋流器處理量100～120 m3/h，設計運行壓力0.10～0.15 MPa，共需24 臺，按4 組設計，每組工作6 臺，不設備用設備；脫水篩一般選擇0.3～0.5 mm篩孔，為保證脫水效果，根據(jù)經(jīng)驗選擇3 060 負傾角直線脫水篩，與旋流器組1對1配置。

根據(jù)廠家計算，參照其他選礦廠等應用實例，設計將旋流器和篩子組合為一體，選擇4組撈砂一體機（旋流器FX350×6+直線脫水篩3060）。

4.5.2 渣漿泵計算

（1）旋流器給礦渣漿泵。撈砂一體機旋流器采用渣漿泵給礦，設計4個旋流器組采用1臺渣漿泵給礦。設計輸送干礦量631.31 t/h，礦漿質(zhì)量濃度20%，礦漿體積2 750.71 m3/h。根據(jù)尾礦輸送現(xiàn)狀（2 臺250ZJ-Ⅰ-A75 型渣漿泵并聯(lián)，同一根管道輸送），選擇2 臺300ZJ-Ⅰ-A96 渣漿泵并聯(lián)輸送，單臺輸送流量1 500 m3，清水揚程50 m，配套變頻電機功率355 kW，另備用1臺。

（2）篩下尾礦輸送泵。由表5 可知，脫水篩下干礦量94.70 t/h，礦漿質(zhì)量濃度為38.44%，礦漿體積為185.49 m3/h，選擇2臺150ZJ-Ⅰ-A60型液下渣漿泵，單臺泵最大流量300 m3/h，清水揚程23 m，配套變頻電機功率55 kW。

4.5.3 產(chǎn)品輸送膠帶機

產(chǎn)品輸送采用膠帶機，按400 t/h 礦量進行膠帶機輸送量選型計算，選擇1 000 mm膠帶機。

4.6 主要選礦工藝過程

尾砂基材綜合利用設備形象聯(lián)系見圖4。

由圖4 可見，選硫后尾礦經(jīng)溜槽匯集，可自流至原接力泵站，經(jīng)2臺渣漿泵并聯(lián)一根管道泵送至撈砂廠房恒壓分配器，進入撈砂一體機分級脫水。篩上脫水尾砂產(chǎn)品經(jīng)膠帶運至尾砂堆棚儲存外銷，脫水篩篩下渣漿泵輸送到旋流器溢流溜槽，自流至原有接力泵站，經(jīng)原有輸送管線輸送至尾礦坑堆存。

4.7 應用效果

尾礦撈砂于2023 年3月1日開始生產(chǎn)，目前尾礦資源利用率為48.7%，撈出尾礦可進行銷售，減少了尾礦輸送及堆存成本，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯著。

5 結(jié) 論

（1）某選廠使用陶瓷球磨礦比采用常規(guī)鋼球磨礦裝載量減少67 t，充填率提高5.5%，磨機電流下降110.7 A，電耗減少2.64（kW·h）/t，磨礦介質(zhì)消耗減少0.148 kg/t，節(jié)能效果顯著。

（2）通過更換原2 臺3073 直線篩及原17#、18#及19#膠帶機，濕拋尾礦資源綜合利用率提高至57.6%，消除了φ53 m 高效濃縮機溢流跑混及濃縮機壓死現(xiàn)象，降低了維修成本，保障了設備的正常運行，為選礦生產(chǎn)的穩(wěn)定順行提供了保障。

（3）采用旋流器分級濃縮+直線脫水篩脫水回收全尾礦，可將撈出尾礦進行銷售，減少了尾礦輸送及堆存成本，經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著。