南芬选矿厂处理北山采区矿石选矿工艺流程改造

赵铁林

(本溪钢铁(集团)矿业有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

本钢南芬选矿厂是上世纪初期投产使用的老厂，是本钢集团公司的主要原料基地之一，所处理的矿石95%以上来自南芬露天矿，生产铁品位67.50%以上的优质铁精粉。随着南芬露天矿开采逐步向深部推进，主采区年出矿量从原1 330万t降至900万t，北山采区矿石出矿比例逐年增加，由最初30万t/a大幅增加到450万t/a以上。北山采区矿石结晶粒度细、矿物组成复杂，属难磨难选矿石，导致选矿厂近年来精矿质量波动较大，精矿产量下降。因此，南芬选矿厂围绕北山采区矿石进行了大量的研究工作，委托中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司和东北大学对北山采区矿石进行矿石可磨度、可选性、铁矿物组成以及单体解离度研究，得出北山采区矿石性质接近于磁铁赤铁石英岩和赤铁磁铁石英岩(过渡类型)，结晶粒度细，属于难磨难选矿石，南芬选矿厂原单一磁选流程不适宜处理该类型矿石，若仍采用原磁选工艺流程很难满足目前公司对精矿质量和产量的要求。经过与专家反复研究，公司从实际情况出发选择既投资少又见效快的解决方案，即设计增加一段磨选工艺，将原两段磨选改造成为三段磨选工艺流程，使矿石充分细磨达到单体解离，保证精矿质量的同时最大限度提高金属回收率。

1 北山采区矿石性质

1.1 矿石化学多元素分析

对南芬选矿厂北山采区矿石代表性矿样进行化学多元素分析，结果见表1。

表1 矿石化学多元素分析结果Table 1 Chemical multielement analysis results of the ore %

由表1可知，矿石铁品位为29.56%，SiO2含量为49.68%，有害元素硫含量为0.43%、磷含量为0.057%，有害元素含量较低，对铁精矿选别影响不大。

1.2 矿石铁物相分析

对矿石进行铁物相分析，结果见表2。

表2 矿石铁物相分析结果Table 2 Iron phrase analysis results of the ore %

由表2可知：矿石中铁主要存在于磁铁矿中，以磁铁矿形式存在的铁含量为22.52%，占有率为75.91%；其次为赤(褐)铁矿中铁、硅酸铁、菱铁矿中铁，铁占有率分别为10.45%、7.85%、4.67%；此外，少量铁以黄铁矿形式存在。

研究表明，北山采区矿石以磁铁矿为主，测得磁性率为41.45%，但由于非磁性二价铁(菱铁矿、黄铁矿、硅酸铁)含量高，影响磁性率出现假象现象，除去弱磁性、非磁性二价铁影响，矿石磁铁矿含量低，还原后的实际磁性率仅32.69%，矿石化学性质接近于过渡类型矿。

1.3 矿石粒度组成分析

对矿石进行粒度组成分析，结果见表3。

由表3可知，矿石结晶粒度较细，矿石中粗粒级铁品位较低，细粒级铁品位较高。

由于北山采区矿石结晶粒度比较细，难磨难选，对北山采区及主采区矿石分别进行Bond球磨功指数测定(-200目)，北山采区矿石为14.853 7 kW·h/t，而主采区矿石为8.99 kW·h/t，即北山采区矿石比主采区矿石硬得多，直接影响了磨机能力，同时北山采区矿石结晶粒度细，-325目达到85%以上才能达到单体解离。

表3 矿石粒度分析结果Table 3 Particle size analysis results of the ore

2 改造前工艺

2.1 原工艺流程

南芬选矿厂原工艺流程可以概括为两段闭路阶段磨矿—三段选别—磁选柱精选—高频细筛自循环工艺。工艺流程见图1。

图1 南芬选矿厂原工艺流程Fig.1 Nanfen plant original process flow

2.2 原磨选工艺存在的问题

近几年来，北山采区出矿量逐年增加，而主采区出矿量逐年降低，具体见表4。

由于北山采区和主采区矿石混合生产，随着北山采区矿石量的增加，选矿厂磨机能力逐年下降，精矿质量及金属回收率都明显降低，具体见表5，影响了选矿厂生产任务的完成。

随着北山采区出矿量的增加，主采区出矿量减少，南芬选矿厂铁精矿产量逐年下降，选矿比逐年增加。生产实践表明，北山采区矿石难磨难选，铁矿物结晶粒度细。现有工艺流程与矿石性质不匹配，直接制约了选矿厂的生产，严重影响选矿厂各项生产指标。

表4 北山采区与主采区近年来出矿量Table 4 Ore output of Beishan Mining Area and Main Mining Area

表5 2014—2017年选矿厂主要生产指标Table 5 Main production indicators of mineral processing plant during 2014—2017

2.3 原工艺的局部生产优化

由于北山采区矿石结晶粒度细，为满足精矿质量要求，需要细磨提高铁矿物单体解离度，因此南芬选矿厂探索了采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨机单独处理北山采区矿石工业试验，原φ2 700 mm×3 600 mm球磨机只处理主采区矿石。生产试验结果表明，采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨机进行磨矿有利于提高北山采区矿石磨矿产品粒度，对磨矿后产品进行选别的生产指标也明显好于原采用φ2 700 mm×3 600 mm球磨时指标。φ3 600 mm×6 000 mm球磨机处理能力相对稳定，磨矿产品粒度细，精矿质量好，铁回收率较高。因此从2014年7月份开始确定φ3 600 mm×6 000 mm球磨机单独处理北山采区矿石。

采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨机单独处理北山采区矿石后，发现一段磁选机尾矿量增大，二段球磨机给矿量不足，这也严重影响磨机磨矿效率。另外，原φ2 700 mm×3 600 mm球磨机系统处理主采区矿石后存在二段磨矿能力不足的问题，因此通过多次工业试验和技术论证，将φ2 700 mm×3 600 mm球磨机部分产品给入到φ3 600 mm×6 000 mm球磨机系统进行处理，改造后流程运行相对平稳。

采用φ3 600 mm×6 000 mm球磨机单独处理北山采区矿石效果相对较好，生产指标也有一定程度提高，但随着北采区出矿比例大幅增加，现有两段磨选工艺与矿石性质不匹配问题更加凸显，严重影响生产指标。因此南芬选矿厂通过大量试验研究，最后确定在原流程基础上增加1段磨选工艺，以提高北山采区矿石金属回收率。

3 三段磨选工艺改造

3.1 三段磨矿流程改造方案

原流程处理北山采区矿石，由于采用两段磨选、细筛自循环工艺造成二次循环负荷过大，生产指标恶化。把原流程中细筛筛上产品及经浓缩磁选后的磁选柱尾矿直接给入第三段磨选流程进行再磨再选，形成开路从而不在原两段磨选、细筛流程内闭路循环。三段磨选工艺流程为矿浆经旋流器粒度分级后，沉砂给入三段磨矿，三磨排矿给入旋流器再次粒度分级，旋流器溢流再经脱水槽及两段磁选机进行选分后，精矿产品与原流程精矿混合成最终精矿。改造后工艺流程见图2。

图2 改造后工艺流程Fig.2 Process flow after transformation

由于北山采区矿石难磨难选，选矿流程由二段磨选改为三段磨选，解决了2段磨矿负荷大的难题，使矿石单体解离度提高，从而更易选分，相对原流程提高了磨机能力、精矿品位和金属回收率。

3.2 三段磨矿流程生产实践

新建的三段磨选流程于2015年6月投入运行，主要添加设备包括φ4 300 mm×8 500 mm球磨机、FX-250×22旋流器组，以及脱水槽、永磁磁选机等。

三段磨选流程建成投产后，经过2个多月的生产调试，生产运行平稳，达到设计要求，能够满足精矿质量要求，根据流程考察结果，精矿铁品位达到66%时，精矿细度为-0.074 mm占93.2%。三段磨选选别工艺指标见表6。

表6 三段磨选指标Table 6 Third stage grinding and beneficiation index %

3.3 三段磨选流程建成后与原流程对比

三段磨选工艺流程稳定运行后，选矿厂对三段磨选进行全流程工艺考察。改造后球磨机给矿能力115～120 t/(台·h)，原矿铁品位29.20%，最终精矿铁品位66.67%，尾矿铁品位13.96%，铁回收率64.15%。改造前2015年1月至5月中旬原流程处理北山采区矿石，最终精矿铁品位66.13%，铁回收率57.42%。与改造前北山采区矿石生产指标相比，精矿铁品位提高了0.54个百分点，铁回收率提高了6.73个百分点。三段磨矿工艺对原流程提高磨机能力及稳定产品质量作用明显，金属回收率也得到有效提高，经济效益显著。

4 经济效益分析

三段磨选流程工艺改造后，三段磨选系统稳定运行，原有流程工作效率增加，对比改造前工艺铁回收率提高了6.73个百分点，按全年处理200万t过渡类型矿计算，增产铁精矿3.52万t。释放了原磨选流程球磨机给矿能力，对照改造前原φ3 600 mm×6 000 mm球磨机，平均处理能力增加7.58 t/h，原流程φ2 700 mm×3 600 mm球磨机处理能力平均增加0.82 t/h，增产铁精矿4.83万t。总计多产精矿8.35万t。按当前铁精粉价格计算，项目成功运行后每年可为选矿厂增加销售收入4 158.7万元，每年为选矿厂多创利润1 345.6万元。

5 结 论

(1)北山采区矿石铁品位为29.56%，铁主要存在于磁铁矿中，以磁铁矿形式存在铁占总铁的75.91%，矿石实际磁性率为32.69%，矿物属过渡类型矿，且矿石铁矿物结晶粒度细，难磨难选。

(2)3段磨选流程可以消除连生体内循环对选别过程的影响，将高频振动筛和磁选柱流程打开，将筛上产品和磁选柱尾矿再磨，消除了连生体对选别的影响。

(3)将原两段磨选、细筛自循环工艺改造为三段磨选，即原流程中细筛筛上产品及经浓缩磁选后的磁选柱尾矿直接给入第三段磨选流程进行再磨再选，解决了2段磨矿负荷大的难题，使矿石铁矿物单体解离度提高，从而更易选分，相对原流程提高了磨机能力和精矿指标，且每年可为选厂多创利润1 345.6万元，经济效益显著。

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