南非高铁锰矿开采及选矿研究

张 森，唐庚飞

（1.广西交通投资集团有限公司，广西 南宁 530000；2.靖西市大西南锰业有限公司，广西 百色 533803）

锰矿是中国的稀缺矿产，以低品位为主且日益枯竭，中国是世界上锰矿最大进口国、对外依存度居高不下，2019年全国锰矿进口量为3424万吨，其中南非1342万吨，占进口总量的39.19%，目前，世界优质锰矿资源储量主要集中在南非、澳大利亚等国家。作为世界上五大矿产区之一的南非，是世界上黄金、钻石、铂金属、锰、钒、铬、锆、钛等金属的主要生产大国[1]。其中锰矿储量占世界的80%，品位较高。随着全球钢产量，尤其是特殊钢产量的逐年增加和金属锰新用途的不断发现，对钢材和合金钢、有色合金材料的质量要求越来越严格，因此锰矿资源作为重要的战略性资源，锰矿资源的大量开采促进了经济的快速增长。但长期的开采引发的资源、环境、生态问题也越来越严重。为保障社会经济持续健康发展，我国政府鼓励企业走出去进行锰矿开采，实现“开源与节流”并重的资源节约型可持续发展战略。

1 矿床开采

1.1 开采范围

开采范围为南非共和国北开普省某矿区采矿权范围内具有工业开采价值的锰矿体。

1.2 开采顺序

根据矿体的赋存状况及矿床开采技术条件，矿床采用露天开采方式，露天采场采用自上而下分台阶开采的开采顺序。

1.3 露天开采境界圈定的原则

本设计以境界剥采比nJ≤经济合理剥采比nJH为原则确定露天开采境界，实质上是对露天开采剥采比大小的控制，使其不超过经济合理剥采比，从而使整个矿床开采的总经济效果最佳。根据目前市场情况，类比同类矿山资料，结合本矿山的矿床开采技术条件，经计算：经济合理剥采比为5.13t/t。①以境界剥采比小于等于经济合理剥采比圈定露天开采境界，保证露天采场内采出的矿石有盈利。为了充分回收利用矿产资源，发挥露天开采的优越性，故，圈定露天开采境界时适当扩大开采境界，尽可能将较多的矿石圈定在露天开采境界内。同时，用平均剥采比np也小于等于经济合理剥采比进行校验，确保露天开采的平均经济效果优于地下开采。②设计确定的露天采场最终边坡角应使其在矿山服务年限内基本保证采场边坡稳定，确保露天采矿场的安全生产。③露天开采境界不超出申请延续采矿许可证所确定的矿区范围。

1.4 采剥工作

1.4.1 采剥方法

设计采用挖掘机直接挖掘，辅以装载机装车[2]。

（1）开采顺序：采用自上而下分台阶开采，采剥工作面沿矿体走向布置，垂直矿体走向进行推进采剥。同时为了减少废石场的压力和节约运输成本，部分采场可采取先行开采较低位置的区域，开采最终采空区作为后面剥离的废石场。也有利于环境恢复治理[3]。

（2）采场工作面主要参数为：台阶高度：10m；台阶坡面角：取45°～60°；最小工作平台宽度：≥35m。最小工作线长度：为满足采矿破碎、铲装各工序循环要求，最小工作线长度确定为150m。

（3）采装工艺。采装作业采用液压挖掘机铲装作业，液压挖掘机具有使用寿命长，作业成本费用低等优点，是目前矿山采装作业的首选设备。根据矿山作业量，结合矿山实际情况，经计算，某锰矿区需配备VOLVO EC750DL（斗容3.3m³～4.6m³）型液压挖掘机4台～6台即可满足矿岩采装工作要求，矿岩运输选用载重50t自卸式汽车27辆。采场辅助作业主要包括推平工作面和修路，选用1台T－230型推土机和和2台柳工CLG890H装载机。

1.4.2 矿山基建工程

基建工程是采场投产前必须完成的生产准备工作，包括采场内基建剥离和道路等。考虑到矿区已有简易道路至开采工作面，矿山在基建期可利用现有简易道路，以减少基建工程量。矿山基建剥离共12万m3。基建期约1年。

2 选矿

2.1 原矿性质

2.1.1 矿石类型

某矿区矿石矿物以软锰矿、硬锰矿为主，褐锰矿次之。脉石矿物为石英及高岭土矿物。

2.1.2 矿石物质组成

（1）化学组成：锰的原矿多元素化学成分分析结果列于表1，化学物相分析结果见表2。

表1 原矿多元素分析结果

表2 原矿中锰的化学物相分析结果（%）

（2）矿物组成：矿石中的矿物成分均较为简单。锰矿石矿物主要有方铁锰矿、褐锰矿、黑锰矿、硬锰矿及软锰矿，铁矿石矿物主要为赤铁矿，含粘土矿物。主要矿物成分Mn7.8%～50%， 平 均25.85%，TFe7.1%～55.8%， 平均25.39%，Mn+TFe为51.24%，Mn/Fe为1.02， 杂 质P 0.35%～1.50%，平均0.57%，SiO21.99%～9.63%，平均5.65%。

2.2 选矿工艺及指标

选矿工艺：根据多年在南非的选矿生产实践，选矿厂选矿工艺均采用破碎--筛分--永磁干选的生产工艺流程。

（1）原矿破碎生产工艺：原矿经棒条粗筛分，+65mm块度原矿过鄂式破机粗破碎至-200mm后，由皮带机输送至圆锥破碎机破碎，圆锥破碎机前设预先筛分，减少加入圆锥破碎机矿量，圆锥破碎机排矿返回振动筛形成闭路循环，矿石破碎至-30mm待选。棒条粗筛分下-65mm经两段振动筛筛分-10mm作为尾矿抛弃。两段筛分+20mm和+10mm经圆锥破碎机前振动筛预先筛分分级+30部分进入圆锥破碎机破碎至-30mm待选，－30部分与破碎合格产品送筛分间经振动筛筛分分级为30mm～15mm，15mm～6mm，-6mm三个级别，30mm～15mm，15mm～6mm由皮带输送机输送到选矿间选别。

（2）粗粒永磁干选矿生产工艺：30mm～15mm和15mm～6mm粗粒矿采用干式永磁机经一粗一扫选别得到锰品位Mn38%和Mn32%两种产品。

表3 选矿技术指标表

（3）选矿技术指标：根据矿石性质、选矿试验、国内外同类矿石的选矿实践，本设计确定选矿技术指标见表3。

2.3 选矿工艺主要设备方案

主要设备选择原则：①设备适应矿石加工过程的工艺要求，设备数量和性能满足本项目建设规模以及各作业的使用要求；②设备需质量可靠、性能成熟，符合政府或专门机构发布的技术标准要求。采用的新型设备应质量可靠、性能稳定、节能、高效。③对同一类型的设备，尽量考虑型号和材质的统一，以利备品备件供应和维修；④在保证设备性能的前提下，力求经济合理。

2.4 主要设备选择

在设备能力计算中，考虑增加负荷波动系数1.15～1.2。经对主要工艺设备进行选择计算、比选。

2.5 车间组成

选矿厂组成主要有：原矿仓、粗破间、细破间、筛分车间、选矿车间、精矿堆场等。

2.6 尾矿设施

选矿尾矿和废石在选厂通过皮带机输送集堆，采用装载机装自卸汽车并运至采空区排土场集中堆放，不设置选矿尾矿永久堆场。

3 建议

（1）本项目应遵循高效、集中、协调的原则建立现代企业的管理体制，充分利用区域资源和建设环境优势，对企业的人、财、物及生产经营活动进行全面而有效的科学管理，实现企业人、财、物等各种生产要素的优化配置和有效组合。保证企业内部各种关系的顺畅，促进企业生产经营目标的实现，达到预期的经济、社会效益。

（2）抓紧职工技术培训，增强单位技术实力，提高员工的生产技术和管理水平，确保产品质量和投资收益。

（3）安排专人负责现场施工和设备安排，做好质量检查和安全检查，做好组织协调工作。

（4）为使项目顺利进行，建议企业抓紧做好项目的前期工作。

（5）由于某锰矿区的北矿段和南矿段，而且目前也预测了（334）类铁、锰混合型矿石量3906.97万t，故应投入更多的勘查工作验证已有资源量，从而延长矿山服务年限，产生更大效益。

（6）矿石中铁的含量较高，铁矿资源量较大，矿山应进一步研究铁的回收工艺流程，进行可选性试验。

综上所述，随着我国锰矿石需求不断增加，保有储量不断减少，外加国内锰矿石普遍品位偏低，锰矿石资源短缺形势将不断加剧，急需大量进口。南非某矿区锰矿石资源量为大型，且品位高，埋藏浅，易采、易选、易加工。虽然受经济危机影响，锰矿石价格略有下调，但整体上看仍处于高位，由此可见，该项目是可行的。