福建某大型选矿厂主厂房设计方案的比选

刘　斌

(厦门紫金工程设计有限公司)



福建某大型选矿厂主厂房设计方案的比选

刘斌

(厦门紫金工程设计有限公司)

摘要为合理设计福建某大型选矿厂主厂房，从工艺流程、厂房布置、设备配置、设备投资、施工条件等各方面进行了综合比选。经分析比较：最终磨矿厂房选择平行式配置，浮选厂房选择双系列配置，药剂制备厂房和鼓风机房靠近浮选厂房侧布置；该建设方案厂房占地面积小、投资少、施工难度小、建设快，为同类型大型矿山的设计提供了参考依据。

关键词选矿厂设计磨矿浮选设备配置厂房布置

受全球和中国经济增速放缓的影响，铜金属价格持续走低。福建某大型铜矿山随着主井掘进深度加大，采出矿石铜品位下降，矿石中硫、砷含量升高，生产成本随矿石性质变化而不断攀升，逐渐削减了企业利润。为提高自主创新能力、需要加快实施选厂技术升级、用规模效益来弥补较高的投资及成本费用。

福建某大型选矿厂设计规模为45 000 t/d，规模较大，通过现场考察内蒙古乌努格吐山铜钼矿二期选矿厂(规模35 000 t/d)、伊春鹿鸣钼矿选矿厂(规模50 000 t/d)和江西德兴铜矿大山选矿厂(规模67 500 t/d)，吸取他们的先进设计理念和现场生产实践经验，对主厂房主要环节均进行了方案比较，并确定了最佳的选厂设计方案。

1矿石性质

福建某大型铜矿矿床类型属上金下铜大型斑岩成矿系列-次火山高硫中低温热液矿床。铜矿体赋存于潜水面以下原生带中，西北矿段已控制铜矿达大型。矿石主要有价组分为铜，此外，还伴生有金、银、硫、铁、镓、明矾石、地开石等多种有益组份，有害组份主要为砷。铜矿矿石自然类型简单，主要为花岗岩型硫化铜矿石(占81%)，其次为隐爆碎屑岩型硫化铜矿石(占15%)和英安玢岩型硫化铜矿石(占4%)。工业类型属含硫砷铜矿的单一硫化铜矿石。

矿石的矿物组成比较简单，主要由围岩、热液沉淀矿物和热交代蚀变矿物组成。矿石中金属矿物中以硫化物为主，金属硫化物除黄铁矿外，主要为铜的硫化物，该矿段发现的铜的硫化物16种，其中蓝辉铜矿、铜蓝、块硫砷铜矿、硫砷铜矿占99.26%以上，其次为辉铜矿、斑铜矿等，其他铜金属硫化物量极少。非金属矿物主要为石英，次为地开石、明矾石、绢云母，少量重晶石、长石、白云母、氯黄晶等。矿石中主要有害元素是砷。原矿化学多元素分析结果见表1。

表1原矿化学多元素分析结果

%

注：Au、Ag含量单位为g/t。

2选矿厂设计

选矿厂设计中主厂房设计是选矿厂设计的核心，主要包括磨矿厂房、浮选厂房、药剂制备厂房、鼓风机房设计等。选矿工艺流程为半自磨+球磨+浮选工艺，选矿最终得到的产品为铜精矿和硫精矿。矿山服务年限为15 a，年工作制度330 d，每天3班，每班8 h。

2.1厂房布置与设备配置的基本原则[1-2]

(1)厂房布置必须充分体现流程特点，在总体布置上应做到投资省、建设快、指标先进、生产安全并符合环保要求。

(2)厂房布置应合理利用地形并力争紧凑，公用设施应统一考虑，各种管线在技术允许条件下，应采用共杆、共沟、共架布置。

(3)厂房布置必须处理好与总图、尾矿、给排水、电力、暖通、土建等专业的关系。

(4)设备配置必须符合工艺流程的要求，对矿石性质波动有足够的适应性，并应具有改革流程和扩大规模的可能性。根据实际需要在场地和高差上留有一定余地，辅助设施上留有一定的灵活性。

(5)设备配置必须充分考虑环保、安全、劳保的各种规定。在设备安全罩、安全栏杆、防毒、防火、通风换气、收尘、排污等方面应符合标准。

(6)设备配置要合理紧凑，各设备机组的间距不宜过大，考虑到土建柱网模数关系来确定。确保操作维护、检修有足够的工作面积和空间，上下工序物料转运、输送顺畅，防止物料外溅与堵塞，尽量实现自流输送。

2.2磨矿厂房设计

设计的磨矿工艺流程为：原矿经皮带机输送至φ11.0 m×5.4 m半自磨机，半自磨机排矿经直线振动筛2ZKR3675筛分后，筛下物料进入泵池，矿浆用泵扬送至水力旋流器分级；筛上物料(顽石)通过皮带机转运返回半自磨机，旋流器分级底流进入φ7.9 m×13.6 m球磨机，球磨机排矿进入泵池，再泵送至旋流器分级，球磨机和半自磨机共用一个泵池，共用渣浆泵和分级设备，旋流器分级溢流产品自流进入浮选厂房搅拌槽。设计磨矿工艺流程见图1。

图1　设计磨矿工艺流程

2.2.1磨矿厂房设备平行配置方案

磨机中心线与原矿堆中心线平行的配置形式。半自磨机排料端靠近球磨机排料端，泵池布置在两磨机排料端中间，磨机与半自磨机共用泵池和渣浆泵，直线振动筛放在泵池正上方，筛下矿浆直接流入泵池，筛上物料(顽石)通过皮带机转运返回半自磨机，球磨机排料用漏斗自流入泵池，水力旋流器布置在厂房内靠近球磨机给料端侧。检修场地分布在磨矿厂房两侧，各占两跨18 m，磨机检修用起重机各配置1台，半自磨机选用100/20 t桥式起重机，球磨机选用32/5 t桥式起重机。该配置方案厂房长度135 m，跨度33 m，高度30 m。

平行配置方案的优点：①设备配置紧凑、排列整齐、操作方便；②旋流器布置于厂房内，检修方便；旋流器靠近浮选厂房侧，溢流管道输送距离短可减少磨浮厂房间高差。

平行配置方案的缺点：磨矿厂房长度大，高度大，厂房造价较高。

2.2.2磨矿厂房设备垂直配置方案

磨机中心线与原矿堆中心线垂直的配置形式。泵池设置在磨机排料端，直线振动筛放在泵池正上方，筛下矿浆直接流入泵池，筛上物料(顽石)通过皮带机转运返回半自磨机，球磨机排料用漏斗自流入泵池，磨机与半自磨机共用泵池和渣浆泵，水力旋流器布置在厂房外靠近球磨机给料端侧。检修场地分布在磨矿厂房两侧，各占两跨18 m，磨机检修用起重机各配置1台，半自磨机选用100/20 t桥式起重机，球磨机选用32/5 t桥式起重机。该配置方案厂房长度108 m，跨度42 m，高度27 m，厂房外的旋流器平台长45 m，宽18 m。

垂直配置方案的优点：①操作平台整齐美观，便于操作管理；②磨矿设备集中，便于矿浆自流及矿浆分配，起重机利用率高。

垂直配置方案的缺点：①磨矿厂房跨度大，厂房空间利用率低；②旋流器分级溢流进浮选厂房管道需横跨整个磨矿厂房，影响厂房美观；③顽石转运需增加一条皮带，旋流器布置于厂房外需增加一个平台，同时考虑到机械手拖车位置，磨矿厂房总占地面积较大。

经过方案比较，方案1配置紧凑、占地面积小、填挖方量小、施工难度小、投资少、磨矿厂房长度与浮选厂房长度相适应。因此，最终确定选择平行式配置方案。

2.3浮选厂房设计

水力旋流器分级溢流产品粒度为-0.074 mm 62%，设计选别工艺流程为：分级溢流自流进入浮选厂房铜浮选搅拌槽，经搅拌调浆后进入铜粗选1，铜粗选1精矿自流进入铜精选1，铜粗选1尾矿进入铜粗选2作业；铜精选1精矿用泡沫泵扬送至铜精选2；铜精选2精矿泵送至铜精矿浓密机，铜精选2尾矿返回铜精选1；铜粗选2精矿自流进入铜精选1，铜粗选2尾矿进入铜扫选1作业；铜扫选1精矿和铜精选1尾矿合并后一起用泡沫泵返回铜粗选2作业，铜扫选1尾矿进入铜扫选2作业；铜扫选2精矿用泡沫泵返回铜扫选1作业，铜扫选2尾矿进入硫浮选搅拌槽；经搅拌调浆后进入硫粗选，硫粗选精矿自流进入硫精选1，硫粗选尾矿进入硫扫选作业；硫精选1精矿用泡沫泵扬送至硫精选2，硫精选1尾矿和硫扫选精矿合并后一起用泡沫泵返回硫粗选作业；硫精选2精矿泵送至硫精矿浓密机，硫精选2尾矿返回硫精选1；硫扫选尾矿经溜槽自流至尾矿浓密机。铜硫粗、扫选采用KYF-320充气机械搅拌式浮选机，铜硫精选采用KYF-70充气机械搅拌式浮选机。设计选别工艺流程见图2。

图2　浮选设计选别工艺流程

2.3.1浮选厂房设备单系列配置方案

单系列配置。铜浮选：选择1台φ7.5 m×7.5 m搅拌槽，设计搅拌时间4 min，实际搅拌时间5 min；铜粗扫选选择13台KYF-320充气机械搅拌式浮选机，设计浮选时间36 min，实际浮选时间42 min；铜精选选择5台KYF-70充气机械搅拌式浮选机，设计浮选时间20 min，实际浮选时间26 min。硫浮选：选择1台φ7.5 m×7.5 m搅拌槽，设计搅拌时间3 min，实际搅拌时间4 min；硫粗扫选选择7台KYF-320充气机械搅拌式浮选机，设计浮选时间18 min，实际浮选时间21 min；硫精选选择7台KYF-70充气机械搅拌式浮选机，设计浮选时间22 min，实际浮选时间27 min。

铜硫粗扫选浮选机间呈阶梯布置，自流高差800 mm，同一作业可2台一个阶梯，铜硫精选浮选机间呈阶梯布置，自流高差600 mm，同一作业可2台一个阶梯，操作平台的高差也随之相应地变化，按此设计铜硫粗扫选设备配置总高差12 m，铜精选设备配置总高差1.2 m，硫精选设备配置总高差1.8 m，检修场地分布在浮选厂房两侧，各占两跨18 m，因浮选厂房较长，浮选机检修选用2台20 t电动单梁起重机，起重机平时停靠在浮选厂房两侧。该配置方案浮选厂房长度189 m，跨度30 m，高度36 m。

单系列配置方案的优点：①设备配置连续紧凑、矿浆流动顺畅；②可减少各浮选作业组之间的管道连接长度，减少浮选厂房的长度，厂房占地面积较小。

单系列配置方案的缺点：①设备配置高差较大，易形成高大挡墙，施工难度较大，基建投资较高；②厂房内管道交错，对自动化及操作不利。

2.3.2浮选厂房设备双系列配置方案

双系列配置。每个系列铜浮选：选择1台φ6.0 m×6.0 m搅拌槽，设计搅拌时间4 min，实际搅拌时间5 min；铜粗扫选选择7台KYF-320充气机械搅拌式浮选机，设计浮选时间36 min，实际浮选时间45 min；铜精选选择3台KYF-70充气机械搅拌式浮选机，设计浮选时间20 min，实际浮选时间30 min。每个系列硫浮选：选择1台φ6.0 m×6.0 m搅拌槽，设计搅拌时间3 min，实际搅拌时间4 min；硫粗扫选选择4台KYF-320充气机械搅拌式浮选机，设计浮选时间18 min，实际浮选时间24 min；硫精选选择4台KYF-70充气机械搅拌式浮选机，设计浮选时间22 min，实际浮选时间32 min。

铜硫粗扫选浮选机间呈阶梯布置，自流高差800 mm，同一作业可2台一个阶梯，铜硫精选浮选机间呈阶梯布置，自流高差600 mm，同一作业可2台一个阶梯，操作平台的高差也随之相应地变化，按此设计铜硫粗扫选设备配置总高差7.6 m，铜精选设备配置总高差0.6 m，硫精选设备配置总高差0.6 m，检修场地分布在浮选厂房两侧，各占两跨18 m，因浮选厂房较长，浮选机检修选用2台20 t电动单梁起重机，起重机平时停靠在浮选厂房两侧。该配置方案浮选厂房长度216 m，跨度30 m，高度31 m。

双系列配置方案的优点：①设备配置整齐美观、生产调节灵活方便，若生产技术条件发生变化如矿石性质改变、药剂种类变更等便于比较双系列各自的选别指标；②设备配置高差较小，可降低厂房高度，磨浮厂房间及浮选厂房内不会形成高大挡墙，施工难度较小。

双系列配置方案的缺点：①浮选设备较多，比方案1增加2台KYF-320浮选机和2台KYF-70浮选机，精矿返回泡沫泵数量多，设备投资大，运营成本高；②矿浆分配需设计专业的分配器，矿浆等量控制难度较大。

经过方案比较，双系列配置方案整齐美观、生产调节灵活方便、填挖方量小、施工难度小、基建投资少。因此，最终确定选择双系列配置方案。

2.4药剂制备厂房设计

药剂储存于药剂仓库，经叉车运输至药剂制备厂房。药剂制备厂房负责浮选作业的药剂制备和添加工作，是浮选厂生产的重要环节，在浮选过程中有必要精确添加各种浮选药剂，药剂添加精度将决定浮选的效果[3]。

2.4.1计量泵方案

药剂通过厂房内的2 t电动单梁起重机加入药剂搅拌槽，经过药剂搅拌槽加水搅拌制备成一定浓度的药液，然后自流进储药槽，再用计量泵添加到各给药点。水玻璃、丁黄药、丁胺黑药、2#油4种药剂共24个添加点，备用6个，共需30台计量泵，计量泵单价大约4万元/台，设备投资估算120万元。

计量泵方案的优点：①药剂添加可通过变频控制，计量准确；②便于自动化控制。

计量泵方案的缺点：①计量泵非金属膜片在高压工况下性能不稳定、容易破损；②计量泵停机时间稍长，进出口容易堵塞。

2.4.2自动加药机方案

药剂通过厂房内的2 t电动单梁起重机加入药剂搅拌槽，经过药剂搅拌槽加水搅拌制备成一定浓度的药液，然后自流进储药槽，再用自动加药机添加到各给药点。自动加药机可设置30个加药点，设备价格大约30万元/台。

自动加药机方案的优点：①不需要药剂泵提升药剂，可实现药液低位向高位添加；②加药机本身具有自吸功能，可直接从储药槽吸药，不需要恒位加药箱，安装灵活、简便；③药罐容积固定，罐数计量法准确度高，不受液位及黏度变化影响。

自动加药机方案的缺点：①使用一段时间后，由于药剂在管道内淤积，造成药剂添加失准，尤其是低剂量药剂的添加；②电磁阀磨损较快[4]。

经过方案比较，采用自动加药机方案投资较小、操作简单、安装灵活、检修方便。因此，最终确定选择自动加药机方案。

2.5鼓风机房设计

鼓风机房负责为浮选作业供气，经过计算，按照1.1 m3/(m2·min)的气量要求，22台320 m3浮选机需要气量1 278 m3/min，14台70 m3浮选机需要气量302 m3/min，共计需气量1 580 m3/min。

2.5.1鼓风机同型号方案

选择3台C850浮选机专用离心鼓风机，风机风量850 m3/min，浮选机进口升压65 kPa，电机功率 1 400 kW，2用1备。鼓风机检修选用1台16 t电动单梁起重机，鼓风机厂房长度36 m，跨度9 m，高度12 m。

2.5.2鼓风机不同型号方案

320 m3的浮选机选用一种风机，风机风量700 m3/min，浮选机进口升压65 kPa，电机功率1 250 kW，2用1备；70 m3的浮选机用一种风机，风机风量180 m3/min，浮选机进口升压40 kPa，电机功率200 kW，2用1备。鼓风机检修选用1台16 t电动单梁起重机，鼓风机厂房长度45 m，跨度9 m，高度12 m。

经过方案比较，鼓风机采用同型号方案投资少、运营费用低、厂房占地面积小、备品备件便于采购管理、检修维护方便。因此，最终确定选择同型号方案。

3结语

(1)福建某大型选矿厂主厂房经过方案比较，磨矿厂房选择平行式配置，厂房占地面积小、填挖方量小、施工难度小、投资少、磨矿厂房长度与浮选厂房长度相适应；浮选厂房选择双系列配置，厂房整齐美观、生产调节灵活方便、填挖方量小、施工难度小、基建投资少；药剂制备厂房和鼓风机房靠近浮选厂房侧布置，可缩短输送距离，同时便于管道布置。

(2)选矿厂主厂房设计过程中应密切结合工程实际，确定合适的工艺流程，选择适宜的选矿设备，进行合理的设备配置，对辅助设施、综合回收、环境保护等都要进行精心设计，并对方案进行充分比较，力求投资少，建设快，使选矿厂基建投资发挥最大的效益，同时为未来生产获得较高的技术经济指标创造条件。

参考文献

[1]冯守本.选矿厂设计[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[2]《选矿设计手册》编委会.选矿设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2007.

[3]李思,李世厚.浮选自动加药机的研究概况[J].矿产保护与利用，2011(3)：54-58.

[4]黄斌,黄宋魏,韩中园.一种新型自动加药控制系统的设计[J].有色金属：选矿部分，2014(6)：80-83.

(收稿日期2015-12-02)

刘斌(1980—)，男，工程师，硕士研究生，361006 福建省厦门市湖里区翔云三路128号。