淡水稀缺的沿海地区某铁矿选矿用水浅析

李国洲 张宇阳 庄 磊 王美娜

(中冶北方(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连 116000)

0 引言

在秘鲁太平洋沿岸,如西南伊卡省纳斯卡县，蕴藏有丰富的铁矿资源，但是该地由于纵向山脉的阻隔，无法形成空气的对流，该地区几乎整年无降雨，并且蒸发率很高。10月至次年3月的平均蒸发量为136 mm/月，而4月至9月为98 mm/月，年度平均蒸发量为121 mm/月，年平均降水量为6.7 mm[1]。且该地矿石在成矿的地质过程中由于受海水影响较大，其原矿中钾、纳、氯离子含量也相对较高。因此，在此地开发矿石资源、建设选厂，如采用常规淡水选矿就需要海水淡化来获取淡水，海水淡化系统成本为1.494美元/m3，成本较高。若采用海水选矿则海水中以及原矿中带入的钾、纳、氯离子在环水中的富集，过滤后又会对精矿产品造成污染[2]，而当前为了生产高品质的铁，球团作业对原料的质量要求特别高，如国内某球团厂要求原料铁精粉中氧化钾和氧化钠的含量总计小于0.15%，氯离子的含量小于0.1%，这就需要对选别出来的精矿进行淡水洗矿从而满足最终用户的要求。如此就存在淡水选矿与海水选矿-淡水洗矿的详细分析比较，通过以秘鲁某年产铁精矿1 000万t/a的项目为依托，对上述方案进行详细分析。

1 海水选矿铁精矿指标

从表1中可以看出，采用海水选矿，在原矿为磁铁矿的前提下，生产的铁精矿中氧化钾的含量为0.054%，氧化钠的含量为0.242%、氧化钾和氧化钠的含量总计0.296%，氯离子的含量为0.281%，氧化钾、氧化钠，氯离子含量均远超下游球团厂对原料中相应离子含量的要求，影响铁精矿的销售、降低铁精矿的售价，为了提高最终铁精矿的产品指标有必要进行淡水选矿作业或者进行海水选矿-淡水洗矿作业以降低相应离子的含量，生产高品质的铁精矿，满足后续球团作业对原料质量的苛刻要求。

表1 精矿多元素分析结果表(质量分数) %

2 海水选矿-淡水洗矿试验

淡水洗矿试验是将矿粉按照一定浓度、一定水温搅拌一定时间，经澄清、过滤、烘干后制样送检化验。试验条件为：

浓度条件：60%和72%的浓度两个条件；

温度条件：常温(约25～27 ℃)和70 ℃2个条件；

搅拌时间：为5 min、10 min、15 min共3个条件。

两种浓度、两个水温洗矿效果比较表见表2。

表2 两种浓度、两个水温洗矿效果比较表(质量分数) %

表2中数据显示，两种浓度常温洗矿效果比高温好。浓度为60%时，常温条件时Na2O脱除量相对高温条件时高出1～3个百分点，常温条件时Cl离子脱除量相对高温条件时高出4～8个百分点；浓度为72%时，常温条件时Na2O脱除量相对高温条件时高出12.8个百分点，常温条件时Cl离子脱除量相对高温条件时高出2～3个百分点。两种浓度常温洗矿效果对Na2O和Cl各不同。浓度60%时常温水的Cl脱出量比浓度72%时常温水多4～8个百分点；浓度72%时常温水的Na2O脱出量比浓度60%时常温水多7～8个百分点。

对海水选矿铁精矿，采用浓度60%常温淡水，不同搅拌时间进行试验。

表3中数据显示，经过浓度60%常温淡水不同搅拌时间过滤试验，大多数元素或化合物变化很小。变化比较大的是Na2O和Cl，且比较明显、减少量比较大，3个搅拌时间条件下的减少值基本相同。Na2O减少80.6%～86.4%;Cl减少87.2%～91.5%。通过淡水洗矿，可以有效提高最终铁精矿的质量。浓度60%常温淡水搅拌15 min时，过滤产品中氧化钾和氧化钠的含量总计为0.074%，氯离子的含量为0.024%，远低于前述球团厂对原料铁精粉中氧化钾和氧化钠的含量总计小于0.15%，氯离子的含量小于0.1%的要求，获得了高质量的铁精矿，保障了铁精矿的售价，扩展了铁精矿的销售渠道。

表3 浓度60%常温淡水不同搅拌过滤试验结果表(质量分数) %

3 工艺流程描述

3.1 概述

淡水选矿和海选选矿-淡水洗矿两种工艺在精矿过滤之前的主流程均为粗破碎-中破碎-大粒度干选-筛分-高压辊磨-3 mm筛分-湿式预先弱磁选-一段球磨旋流器闭路-一段弱磁选-二段球磨旋流器闭路-连续两段弱磁精选-脱硫浮选，最终磨矿细度为D80=40～50 μm，精矿铁品位为68%～70%，含硫量为0.15%，流程视为相同，不参与方案比较。

淡水选矿方案，当地几无降雨，蒸发量却很大，尾矿库回水率低，选厂的新水补充可以视作等于尾矿库蒸发的水加上铁精矿带走的水减去原矿带入的水，所以为了最大程度的降低选厂的新水消耗，需要最大限度的提高尾矿浓缩池的底流浓度，以最大程度降低给入尾矿库的尾矿中蒸发损失的水。为此，结合该项目3 μm大粒度湿式预选的流程，将3 mm-0的大粒度湿式预选的尾矿和后面一段弱磁选、二段弱磁选和脱硫浮选的尾矿一并给入尾矿浓缩池，如此尾矿浓缩池的综合给矿粒度较粗，有利于高浓度浓缩，最终尾矿浓缩底流浓度为65%，尾矿带走的淡水较少，最大限度的降低了尾矿库的水损耗量，降低了新水消耗。经计算，尾矿浓缩底流浓度为65%时，淡水选矿的新淡水总消耗量与需要补加淡水搅拌后进行洗矿的海水选矿-淡水洗矿方案相当。

淡水选矿和海选选矿-淡水洗矿两种工艺流程只针对过滤作业和浓缩作业进行方案比较。

3.2 淡水选矿

采用淡水为选矿介质，工艺为：铁精矿-浓缩-过滤，尾矿-浓缩。

采用淡水作为选矿介质，最终脱硫浮选的铁精矿给入精矿浓缩机，浓缩机的65%质量浓度的底流泵送至设置于过滤车间的每个系列的10管矿浆分配器后(共2个系列)，矿浆自流给入每个系列的9工1备的真空盘式过滤机，真空盘式过滤机的产品经每个系列的集料带式输送机(共2个系列)给入转运带式输送机输送至精矿堆场储存，最终精矿产品水分9.5%，两个系列的过滤机的滤液和溢流自流至各自的泵池后经泵输送至每个系列各自的精矿浓缩池，精矿浓缩池的溢流作为环水使用。选别作业的尾矿自流给入每个系列各自的尾矿浓缩池后(共2个系列)，尾矿浓缩池的溢流作为环水使用，尾矿浓缩的浓度为65%的底流给入尾矿搅拌槽后经泵输送至尾矿库，较高浓度的底流浓度可以减少尾矿库蒸发损失的淡水量，从而降低新淡水的用量。

3.3 海水选矿-淡水洗矿

采用海水作为选矿介质，其中尾矿浓缩的底流浓度为38%。工艺为：精矿浓缩-一次过滤-淡水搅拌-二次过滤，尾矿-浓缩，减半时间为15 min。

最终脱硫浮选的铁精矿给入精矿浓缩机，浓缩机的65%质量浓度的底流泵送至设置于过滤车间的10管矿浆分配器后(共2个系列)，矿浆自流给入每个系列的9工1备的一次过滤的真空盘式过滤机，真空盘式过滤机的产品经每个系列的集料带式输送机给入各自的搅拌槽，搅拌槽中添加淡水将铁精粉配置成60%～65%的矿浆浓度后泵送至洗矿车间的的每个系列的10管矿浆分配器后，矿浆自流给入每个系列(共2个系列)的9工1备的二次过滤的真空盘式过滤机进行脱水，洗矿脱水后的真空盘式过滤机的产品经各自集料带式输送机给至转运带式输送机输送至精矿堆场储存，最终精矿产品水分9.5%，所有过滤机的滤液和溢流自流至各自系列的泵池后经泵输送至精矿浓缩池，精矿浓缩池的溢流作为环水使用。选别作业的尾矿自流给入每个系列的尾矿浓缩池后(共2个系列)，尾矿浓缩池的溢流作为环水使用，尾矿浓缩的浓度为38%的底流给入各自系列的泵输送至尾矿库。

4 方案比较

4.1 职工定员

职工定员明细表见表4、5。

表4 淡水选矿职工定员

表5 海水选矿-淡水洗矿职工定员

4.2 可比经营费

可比经营费计算表见表6、7。

表6 淡水选矿方案可比经营费计算表

续表

表7 海水选矿-淡水洗矿方案可比经营费计算表

4.3 可比投资

可比投资明细见表8、9。

表8 淡水选矿可比投资 美元

表9 海水选矿-淡水洗矿可比投资 美元

4.4 比较结果

从表10中可比经营费按照10年合计，由上表方案比较可知，淡水选矿方案的可比投资投资现值比海水选矿-淡水洗矿方案少2 202万美元，且淡水选矿方案的可比经营费现值比淡水洗矿方案少8 302万美元，淡水选矿方案可比投资经营费现值合计比淡水洗矿方案少10 503万美元，差额百分比为63.66%，从经济上比较，可认为，淡水选矿方案优于海水选矿-淡水洗矿方案。

表10 比较结果 万美元

5 结语

1)采用淡水选矿，海水选矿-淡水洗矿都能获得优秀的铁精矿指标。

2)从投资及经营费用上看，淡水选矿方案优于海水选矿-淡水洗矿方案。

3)从职工定员上看，淡水选矿方案相对于海水选矿-淡水洗矿方案可减少12人。

4)淡水选矿相对于海水选矿-淡水洗矿方案省去了第二次淡水过滤的车间，减少了占地。

5)综合考虑，选择淡水选矿方案。