刘塘坊铁矿放粗磨矿细度试验探索及运用

沈 清 陈国强 阎胜耀

(1.中钢集团安徽刘塘坊矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司)

目前铁矿石市场景气度较低，铁精粉价格低迷，对于一些规模不大或资源一般的矿山而言，铁精粉市场价格已低于其产品成本。降低铁精粉生产成本是拓展矿山企业生存空间的一条可取之路。降低铁精粉生产成本有多种途径，如提高生产自动化、提高员工职业素质、合理配置一线员工人数、提高设备利用系数、优化生产指标等。为此，提出了如何在保证铁精粉品位不低于65.5%的情况下，放粗最终磨矿细度的研究。放粗磨矿细度即意味着降低单位钢球消耗和电耗及球磨机处理量的提高，从而可大幅度的降低铁精粉选矿成本，对于企业而言，具有重要的意义。

1 矿石性质[1]

刘塘坊铁矿矿石中的主要金属矿物为磁铁矿，其次为赤铁矿、黄铁矿、褐铁矿、黄铜矿等。脉石矿物主要为石英、角闪石、黑云母、斜长石、石榴石，及少量绿帘石、铁闪石、碳酸盐、绿泥石等。磁铁矿以半自形粒状变晶为主，粒径多在0.02～0.50 mm，最小者0.01 mm，以0.1～0.3 mm占多数，其结构类型为自形-半自形粒状结构；赤铁矿呈叶片状自形晶体，叶片长度多在0.05～0.15 mm，浸染状分布于脉石中，其结构类型为自形叶片状结构。原矿化学分析结果见表1，铁矿物相分析结果见表2。

由表1、表2可知，矿石中主要的有用矿物为磁铁矿和赤铁矿，磁性铁中铁占19.96%，其分布率为71.57%。矿石中有害杂质硫、磷含量较低，但硅含量较高，为形成脉石的主要成分。其TFe/FeO=1.744，亚铁比<2.7，属原生磁铁矿，易磁选。

表1 原矿多元素分析结果 %

元素TFeSFeFeOFe2O3CuPbZn含量27.8923.6216.4522.090.00770.00820.0059元素SPAsV2O5TiO2CoMnO含量0.150.08150.0001640.00940.2290.001020.087元素Na2OK2OCaOMgOAl2O3SiO2烧失含量0.4990.6762.762.294.3146.462.19

表2 原矿铁物相分析结果 %

2 刘塘坊选厂生产现状

刘塘坊选矿工艺采取三段一闭路破碎流程和二段闭路磨矿流程。其中，磨选作业采用阶段磨矿阶段磁选工艺。一段磨矿选用MQY3245球磨机与FXY660-GT-P×2旋流器形成闭路，溢流产品进入一段磁选；二段磨矿选用MQY2736球磨机与2SG48-60W-5STK高频筛形成闭路，筛下产品进入二段磁选及三段磁选。磨选工序产生的尾矿由渣浆泵给入充填站的旋流器，底流进入井下充填，旋流器溢流自流到尾矿库，尾矿库的汇集水用水泵打回到选矿工艺中再用，工艺流程见图1。

最终产品铁精粉细度为-0.074mm占75%～76%，铁精粉品位66%左右。由于2015年和2016年利用了一部分外来矿，铁精粉品位与其所对应的细度有所变化。2014年月均铁精粉品位及细度见表3。

图1 刘塘坊选厂原工艺流程

月份123456平均铁品位65.7365.9365.7765.8565.7865.6665.49细度74.5074.8174.2374.5275.1074.8474.67月份789101112平均铁品位66.3666.8266.7366.3266.8666.6966.63细度77.0077.0177.2077.2177.5277.4877.24

注：表中细度均为-0.074mm粒级含量。

由表3可知，前6个月平均铁品位为65.49%，平均细度为-0.074mm74.67%；后6个月平均铁品位为66.63%，平均细度为-0.074mm77.24%。全年平均铁品位为66.21%，平均细度为-0.074mm75.95%。

3 试验研究

在保证铁精粉品位不低于65.5%的情况下，试验探索刘塘坊选厂磨矿细度放粗的程度和可行性。为了更贴近生产工艺，试验原料取自其生产工艺中的旋流器溢流或一段磁选精矿。

3.1 试验样品

为了保证试验样品的代表性，对选矿工艺中旋流器溢流每隔1h取样1次，共取样6次。取样后将矿浆澄清，去掉上面澄清水，将剩余浆状样品烘干，用四分法缩分，用缩分后的样品再缩分进行粒级分析和品位分析，分析结果见表4。

由表4可知，旋流器溢流-0.074mm粒级及-0.1mm粒级含量较高，0.074～0.1mm粒级含量较低；其中，-0.074mm粒级含量最高，达到45.20%，溢流细度满足设计要求。

表4 试样粒级及铁品位分析结果

3.2 试验1

在生产工艺流程的基础上，只将筛分分级粒度调整为80目，试验工艺流程见图2。取旋流器溢流分样，首先通过磁选抛尾提品位，中矿过80目筛，筛下物料再通过磁场强度为175kA/m和111kA/m的二级磁选得到最终精矿；筛上物料磨至全部通过80目筛，再经过磁场强度为175kA/m和111kA/m的二级磁选。试验1数据见表5。

图2 试验1工艺流程

产品名称产率TFe品位mFe品位粒度(-0.074mm)给料100.0032.9427.68精矿37.8865.0364.0560.00尾矿30.4713.4611.04尾矿21.1111.881.87中矿4.6048.4846.78尾矿51.4427.6126.21尾矿47.916.800.68尾矿146.5810.520.85

由表5可知：①溢流直接磁选可抛出产率为46.58%、TFe品位为10.52% 、mFe品位为0.85%的合格尾矿；② 磁选中矿通过80目筛分级，-80目产率约为39.47%，经过二级磁选后，合计抛尾产率仅约1.58%，而且尾矿铁品位高，最终精矿全铁品位为65.03%；③ +80目物料经研磨至-80目后的第1次磁选可抛出产率为7.91%、TFe品位为6.80%、mFe品位为0.68%的合格尾矿，但1次磁选中矿降低磁场强度再选时，抛尾品位高、尾矿量也少；试验过程中发现经过磁选后的中矿再选时磁团聚严重，这是再选提品困难的原因之一。

3.3 试验2

试验2在试验1的基础上，将筛下增加到3级磁选，而且将筛分粒级由80目调整为100目，试验工艺流程见图3。取旋流器溢流分样，首先通过175kA/m磁选抛尾提品，中矿过100目筛，筛上物料研磨至全部通过100目筛网，并与第1次过筛的-100目物料合并。再经过场强分别为175，111，80kA/m的3级磁选得到最终精矿和各级尾矿。试验数据见表6。

图3 试验2工艺流程

产品名称产率TFe品位mFe品位粒度(-0.074mm)给料100.0032.9427.68精矿37.7465.0362尾矿40.5439.22尾矿30.6822.07尾矿29.528.662.21尾矿147.2210.860.92

由表6可知：试验2与试验1结果类似；① 溢流直接磁选可抛出产率为47.22%、TFe品位为10.86%、mFe品位为0.92%的尾矿，磁选中矿产率为52.78%；② 中矿用100目筛分级，筛上物料研磨至-100目，并与一次分级的筛下物料合并，再经过3级磁选，最终精矿TFe品位为65.03%、-0.074mm粒级含量约为62%；3级磁选中的第2、第3级磁选合计抛尾率为1.22%，抛出尾矿很少，主要原因是经过磁选后的中矿再选时磁团聚严重，很大程度制约了再选效果，一方面导致精矿品位难以提高，另一方面尾矿难以抛出。

3.4 试验3

试验3探索如下：①利用刘塘坊铁矿石生产合格铁精粉，其细度要求达到-0.074mm粒级占63%左右；②在满足①条件下，经过磁场强度为80kA/m1次磁选即可生产出合格的铁精粉；③只用1次磁选生产合格精矿，产生的尾矿品位是否偏高；④有无磁团聚是影响磁选效果的重要因素。

试验3工艺流程见图4。取溢流分样，过100目筛，筛上物料再研磨至-100目，并与1次筛下物料合并后过80kA/m磁选，得精矿和尾矿。

图4 试验3工艺流程

试验3获得的精矿产率为38.4%、细度为-0.074mm63%、TFe品位为65.71%、mFe品位为65.03%，尾矿TFe品位为10.87%、mFe品位为1.70%。

3.5 试验4

取一段磁选精矿分样，过100目筛进行分级得筛上物料和筛下物料。筛上物料先通过175kA/m磁选进行抛尾，抛尾后磁选产品分磨至全部过100目筛，与原筛下物料合并，再经过175kA/m和80kA/m2级磁选得到合格精矿。试验4工艺流程见图5。试验数据见表7。

图5 试验4工艺流程

由表7可知：①先对一磁精矿进行100目筛分级有利于较粗粒度产品的磁选抛尾；②分级后粗粒级物料需再磨至全部通过100目筛，再与筛下细粒级产品合并后再选，精矿品位满足要求，细度为-0.074mm粒级含量占60%以上。

表7 试验4数据 %

产品名称产率TFe品位mFe品位粒度(-0.074mm)给料100.0045.6845.17尾矿16.0011.890.85尾矿229.008.570.51中矿15.7560.4558.92精矿47.5065.7160.00

3.6 试验结论

通过以上4组试验数据及试验现象，可以得出如下分析：

(1)利用刘塘坊一段闭路产品或一磁精矿，通过一定生产工艺可在降低磨矿细度的情况下生产出合格铁精粉。

(2)如果有效解决磁团聚，生产合格的铁精粉，其细度可降低到-0.074mm约占60%。

(3)闭路磨矿产品的第1级磁选主要用于抛尾提品，要保证尾矿品位满足要求，所以第1级磁选的磁场强度不低于175kA/m。

(4)最后一级磁选尾矿必须返回工艺，以回收尾矿中的磁性铁。

4 生产工艺优化

根据试验结论，在实际生产工艺中通过增加必要的设备和优化工艺参数相结合的方法实现降低产品细度的目的。具体措施如下：

(1)在高频筛的进料管道上安装脱磁器。通过试验发现，工艺过程中产品的磁团聚对磁选效果影响很大，首先应解决磁团聚问题。为此，在高频筛的进料管道上安装了脱磁器，一方面用以改善高频筛的分级效果，另一方面有利于分级后产品的进一步磁选。

(2)优化高频筛的筛网配置。要放粗细度，应对工艺中控制粒度的高频筛筛网进行优化配置，对筛网孔径相应放粗。主要在原来的基础上，将原来部分孔径小一点的筛网调整为孔径大一点的筛网，达到产品品位合格、细度放粗、处理量增大的目的。具体的筛网优化配置方案应根据不同的筛网厂家和不同原矿性质有所变化，非一个定数。

5 生产运用及结果对比

由于试验室条件与生产工艺差别较大，要在生产中实现与试验相同的效果，难度较大。通过生产工艺的优化及逐步改进，生产的铁精粉细度较原先降低了约4～6个百分点。优化后铁精粉品位和细度数据见表8。

表8 2017年月均铁精粉品位及细度结果 %

月份1234平均铁品位66.0966.3566.2566.1166.20细度(-0.074mm)78.1777.1875.9477.5277.20月份5678910平均铁品位65.7665.9565.9766.0866.2066.2066.03细度(-0.074mm)70.3071.3072.173.8071.7572.0071.88

由表8可知，优化前的4个月平均铁品位为66.20%，平均细度为-0.074mm77.20%；优化后的平均铁品位为66.03%，平均细度为-0.074mm71.88%；优化前后铁品位相近，但细度相差5.32个百分点。

6 经济效益分析

就选矿成本而言，细度放粗，可提高选矿处理量和铁精粉产量，或可节约单位钢球消耗、电耗及人工费用。

(1)产品增加的经济效益分析。根据球磨机生产率公式Q=qv/(β排-β给)可以估算出降低磨矿细度后增加的产量[2]。优化前，一段磨矿排矿细度为-0.074 mm 45%，给矿中-0.074 mm粒级占5%，处理矿量为Q0；优化后，一段磨矿排矿细度为β1，处理矿量为Q1，则：

Q1/Q0=(45-5)/(β1-5)=40/(β1-5) .

(1)

二段磨矿生产能力计算尚无完善的方法，暂按Q=qv/(β排-β给)公式近似计算。优化前，二段磨矿排矿细度为-0.074 mm 77.2%，给矿中-0.074 mm占45%，处理矿量为Qt；优化后，二段磨矿排矿细度为71.88%，处理矿量为Q2，则：

Q2/Qt=32.2/(71.88-β1) .

(2)

等式(1)与(2)相等，即40/(β1-5)=32.2/(71.88-β1)，由此计算得到β1=42.05%，Q1/Q0=Q2/Qt=1.08，即，优化后，不改变其他指标，可提高矿石处理量1.08倍。

按目前原矿处理能力180万t计算，优化后每年将增加原矿处理量14.40万t或提高铁精粉产量约3.17万t。铁精粉销售价格按600元/t计，每年将增加产值约1 902万元。

(2)由于正常生产中，单位时间内电耗、人工及钢球消耗基本不变。因此，由于细度放粗而节约球耗、电耗及人工费用可按照每吨精粉费用大约计算。每吨铁精粉消耗钢球约3.1kg，3.17万t铁精粉消耗钢球约98.3t，合计费用41.17元。每吨铁精粉电耗约74.74kWh，电单耗约44.65元/t，3.17万t铁精粉消耗电费用约141.54万元。每吨铁精粉人工费用约12.28元/t，3.17万t铁精粉需要人工费约38.93万元。

以上三项合计费用为221.64万元。即，仅选矿费用中电耗、球耗、人工费用三项费用，由于细度放粗，每年可节约221.64万元。

7 结 语

中钢刘塘坊铁矿为了降低生产成本，通过试验探索，在磨矿细度仅为60%的条件下获得了铁品位为65.5%的铁精粉，并依据试验结果对生产工艺进行优化，优化后产出了铁品位为66%的铁精粉，磨矿细度约-0.074mm72%，比较优化前放粗了约5个百分点，经济效益显著。但实际生产与试验存在一定差距，在目前的生产工艺中仍存在未完善的地方，这是今后需要进一步探索研究的内容。

[1] 张传信，胡永泉，黄 新，等.中钢集团安徽刘塘坊矿业公司刘塘坊铁矿150万t/a采选工程初步设计[R].马鞍山：中钢集团马鞍山矿院工程勘察设计有限公司，2009.

[2] 陆冠伟，王士源，肖家烨，等.选矿设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1988.