铁矿选矿工艺设计优化研究

夏忠勇

（日昌升集团有限公司，浙江 杭州 310000）

在我国，随着不断的资源开采，导致铁矿石资源逐渐在减少，低品位、地下采矿正逐渐成为矿山发展的趋势。资源开发的条件也正在恶化，开发成本也在增加。同时，铁精矿的价格已经大幅波动，并且在过去几年中一直保持在较低水平。许多矿山面临双重利润压缩：采矿成本上升和铁精矿价格下跌。为了提高公司的竞争力并降低选矿成本，所以对于国内采矿公司而言，降低成本和提高利润非常重要。

国内在工艺设计优化方面有过一些研究，其中多碎少磨是一个重要方向，孟兆龙[1]等通过对庙沟铁矿的优化研究，通过多碎少磨，在矿石破碎阶段将混入的废石提前甩出，减少磨矿环节压力，提高了入磨品位；屈厉刚等[2]等采用高压辊磨机，经过能效分析表明，节能效果明显；任从坡[3]通过对比某铁矿的高压辊磨方案与常规磨矿方案，发现高压辊方案在多碎少磨、降低磨矿功耗、提前抛尾等方面优势明显，有着很好的节能效果；韩永强[4]在马城铁矿，开展了 “多碎少磨”的选矿工艺设计优化研究，降低了球磨机给矿粒度，降低了生产成本；于瑞杰等[5]针对黑山铁矿碎矿与磨矿工艺进行研究，通过在工艺中增加了多碎少磨和预选抛废，将脉石在破碎阶段及早抛出，实现了能抛早抛；在矿石进入球磨机前增加了湿式预选，提前抛除了脉石矿物，减少了入磨量，最终碎矿产品粒度降低，入磨量减少，选矿生产能耗和生产成本大幅降低。本文介绍了一种选矿工艺优化设计，可以通过结合特定铁矿石选矿的准备设计，并且作为类似选矿厂的参考。

1 工程概况

1.1 供矿条件

铁矿石是集开采和选矿为一体的新型大型地下矿山，属于沉积变质铁矿床。矿区三级铁矿资源储量为10.5亿吨，开采规模为2200万吨/年，开采废石料为115万吨/年。矿石和废石在地下混合并粗碎。然后通过跳过它们将其提升到地面并进入矿物加工过程。工厂，矿石和岩石的混合品位为TFe28.04%，主要矿物成分为磁铁矿，工业品类为高硅、低硫、低磷的磁性稀铁矿，采用单一磁选工艺，年产量为8085万，精矿品位66%。

该铁矿在国内品位中等偏低，其中低品位矿（例如承德地区低品位钒钛磁铁矿的原矿品位比该矿更低）可参考该铁矿的优化经验。

1.2 原矿铁物相分析

矿石中包含五种铁的不同形态：磁性铁、硅酸铁、氧化铁、硫化铁和碳酸铁。铁矿石的组成比较复杂，如表1所示，可用于资源回收的铁主要是磁性铁矿石。

表1 铁物相分析结果统计表

1.3 原矿铁矿物嵌布粒度特征

根据矿石和矿物的粒度分析，该地区超过60%的堪布粒度为中粗粒，其中粗粒占比约为44.25%，中粒占比为15.66%，细粒为40%，其中小于0.038mm仅占14.93%。如表2所示，矿石矿物相对较粗粒且易于分离。

表2 矿石矿物嵌布粒度粒级分布

2 选矿工艺设计优化

2.1 原始设计过程

原设计采用高压辊磨机进行细碎，使球磨机粒度减小到8mm～0mm，比破碎到12mm～16mm的常规破碎产品粒度更细，该工艺已比常规破碎工艺先进。但是，高压辊磨机的超细粉碎功能没有得到充分发挥，尤其是50mm的给料粒度过大，影响高压辊磨机超细碎能力的发挥，中碎已产生合格尾矿，但没有及时排出，造成有限的破碎能力浪费在废石上，未有效破碎矿石。

当前，一些国内矿山与此矿山相似，并且使用高压辊磨机进行粉碎后才会使用，但是它们没有充分利用高压辊磨机的超细粉碎功能。

2.2 工艺设计优化分析

选矿能耗主要集中在磨矿部分，结合铁矿矿石性质和选矿初步设计，按照“多碎少磨”、“能抛早抛”的原则，为降低球磨机的入磨粒度和提高入磨品位，对选矿工艺设计进行了优化。

为降低球磨机的入磨粒度，对破碎工艺进行了优化。为充分发挥“多碎少磨”的工艺优势，在原设计的基础上，通过研究行业先进技术，增加了独特的基于两步粉碎的粉碎过程，减小了高压辊磨机的进料料粒尺寸，优化了高压辊磨机的粉碎功能以实现超细粉碎功能，并充分利用了超细碎功能特点和优点。

值得注意的是，国内有很多矿山入磨粒度较高，可达16mm～20mm，甚至部分小型矿山入磨粒度达到20mm以上，入磨粒度粗是造成球磨机台效低、成本高的重要原因。

2.3 优化工艺

上述工艺优化最终确定了闭路破碎+高压辊磨+球磨机三个阶段的工艺流程。将矿石粗磨至300mm至0mm，然后提升至地层表面并通过大粒径干法干选-中碎-细碎-筛分-干选-弃矿处理工艺进行处理。将20mm至0mm的粉碎物料进行高压辊磨机和湿法分选后，会将3mm至0mm的产品进行大粒径湿法预磁分离，并将预磁精矿进入研磨系统。

经过工艺优化后，将特定铁矿石破碎系统的过程从最初设计的两阶段闭路破碎+高压辊磨工艺到三阶段闭路破碎+高压辊磨工艺进行了优化。破碎能力的分配更合理，过程更复杂。首先，将粉碎物料的粒径（高压辊磨机的进料尺寸）从50mm减小到0mm，再将20mm减小到0mm。减小的进料尺寸改善了高压辊磨机的工作条件，减少了设备的整体工作量，并为家用设备替代进口设备提供了条件。第二，高压辊磨机的减小的供应尺寸充分利用了其超细粉碎功能。输出尺寸从8mm～0mm减小到3mm～0mm。在用高压辊磨机进行闭路破碎后，球磨机的粒径也减小了，将8mm～0mm减小到3mm～0mm，减小了破碎的粒径，并提高了湿选后的破碎等级。第三，由于高压辊磨机的细粒度，支持的闭路筛分系统从原来的干式筛分到湿式筛分都得到了优化，从而确保了筛分效率并减少了筛分过程中的粉尘问题，改善了工作作业中的环境，减少了该部分集尘系统的能耗。

优化了抛尾过程，提高了铣削等级，并减少了球磨所需的矿石量。为了结合工艺优化和矿石特性以提高工艺效率，应该按照“能抛早抛”的原则，然后对该部分的抛尾工艺进行合格的优化，将合格的尾矿及时抛出，降低该环境下所需要的处理矿石量。

需要指出的是该优化是节能的关键，降低入磨粒度可促成更多矿石单体解离，通过磨前磁选，可提前甩出大量废石，减少废石进入球磨机，减少球磨机能力的浪费，该步骤可有效提高能耗。

在铁矿石的原始设计中，粗碎后只有一个阶段的大块干选抛尾工艺，干选和抛矿量为379万吨/年，尾矿品位为7.32%，尾矿比率为16.37%。经过干分离后，产品进入破碎的高压辊磨系统。通过将工艺优化与干法分离和尾矿测试的结果相结合，并在中间压碎之后增加干法分离和尾矿处理的其他阶段，可以对一些合格的废石进行预处理，并将矿石进行微粉碎。减少了尾渣的量并优化了整个破碎系统，干燥达到511万T/A，尾矿品位为7.18%，甩废比率为22.07%，比原始设计提高了甩废132万T/A。

经过优化后，磨前湿选变得简单易行，由于高压辊磨机出料粒度由8mm降为3mm，矿石的解离度得到进一步提升，因此磨前甩废量提高5%，减少需磨矿量202万吨，有效降低了磨矿阶段的矿石量，从而节约了该部分的作业能耗，降低了生产成本。

3 优化效果

优化选矿工艺设计可以使选矿工艺更加复杂和可靠，并且设备的选择也变得更加成熟和多样化。如表3所示，在不增加投资的情况下，选矿成本降低到80元/T以上，达到全国内一个较高水平。

表3 工艺优化前后选矿加工费指标变化情况表

通过优化选矿工艺设计，直接降低钢球、衬板等辅料和电耗6.94元/T，结合精矿粉设计能力，直接经济效益5600多万元/A。

通过以上分析，可以发现，对于矿山节能来说，“多碎少磨、能抛早抛”是矿山提效节能的重要方向，其核心在于减少不产生经济效益的环节，既减少无效功损失（本例中，改造前，未甩出的矿石进入球磨是典型的无效功耗）。进一步，梳理矿石加工过程中的能量消耗，分析各环节、各作业处的能耗、能效，通过降低无效、低效能耗，对于矿山节能降耗具有重要的指导意义。用过对该思想的运用，承德地区某矿山可以实现TFe＜10%品位的超低品位铁矿资源的有效开发，具有很好的指导意义和推广价值。

4 结论

某铁矿选矿工艺设计优化借鉴了国内先进的选矿技术，充分利用了先进选矿设备的实践经验，发挥了“多碎少磨、能抛早抛”的优势，“多碎”和“早抛”得到充分发挥。充分降低入磨粒度和需磨矿量，大大降低了选矿和加工成本，达到了国内领先水平。设计优化结果可为降低同类磁铁矿选矿加工成本，提高了企业竞争力，同时为相关单位提供参考和指导。