大西沟矿业一段磨矿磁选尾矿提取机制砂技术研究及实践

张改侠

（陕钢瑞高专班）

2018 年下半年，随着国家严禁河道非法采砂通知的发布，及陕西省西安市全运会场馆等基础建设对建筑骨料的大量需求，致使西安及周边建筑用石子、砂子紧缺，且价格大幅上涨。同时，秦岭生态环境整治形势严峻，利用尾矿渣生产建筑用砂成为大势所趋，且刻不容缓。

大西沟矿业公司尾矿库剩余库容量小，新建尾矿库投入大、周期长。如何有效延长尾矿库使用年限，如何将尾矿进行资源再利用、并创造新的效益增长点等，均成为公司亟待解决的问题。通过前期调查研究及试验室尾砂筛析试验，大西沟矿业公司决定从一段磨矿磁选尾矿中提取机制砂，在降低环保压力的同时，取得一定的经济效益。

1 大西沟矿石性质

陕西大西沟矿业公司位于秦岭南麓柞水县小岭镇境内，水阳高速公路由矿区穿过，距离柞水县城34 km，距离西安市96 km，地理位置及交通条件优越、便利。

1.1 原矿性质

大西沟铁矿为海相沉积型菱铁矿床。矿石地质铁品位24.68%，矿石密度3.3 t/m3，硬度13～18，松散密度1.9 t/m3。磁铁矿粒度变化大，细小者小于0.01 mm，粗粒者可达0.5 mm以上，一般在0.04～0.20 mm。磁铁矿分布极不均匀，多呈自形至半自形粒状，集合体形态不规则，颗粒内部常包裹众多脉石矿物或黄铁矿，局部呈微细板片状沿矿石层理零星浸染分布。

铁矿物中的主要成分为磁铁矿、赤铁矿，其次为黄铁矿、镜铁矿；脉石矿物为少量透闪石、阳起石、滑石、绿泥石、云母。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 %

1.2 尾矿性质

大西沟铁矿委托武汉理工大学对铁尾矿进行了化学组成及含量分析，结果见表2。

表2 尾矿XRF半定量分析结果%

由表2 可知，铁尾矿试样中矿物组成比较简单，矿物成分主要以石英、白云母、黑云母、绿泥石和钾长石为主，还有少量的高岭石、铁橄榄石、重晶石、白云石、磷灰石等矿物。

2 大西沟磁选工艺概述

大西沟矿业公司现有3 个磁选厂，其中一选厂为磁选厂，二、三选厂主要处理焙烧后的菱铁矿。2015—2016 年，由于铁矿石市场持续低迷，二选厂、三选厂先后停产至今。一选厂自1988年建成投产以来主要处理磁铁矿，经多次工艺流程改造及优化，铁精矿产能从最初的1.5 万t/a 逐步增长到45 万t/a，原矿处理能力已达到180 万t/a。

一选厂现有选矿工艺为两段闭路阶磨阶选流程，即原矿经一段闭路磨矿分级后，螺旋分级机溢流进入一段磁选机选别，一段磁选中矿自流至中矿泵池，经渣浆泵打入旋流器、高频筛串联进行分级筛分，筛上粗粒级返回至二段进行再磨，磨机排矿进入二段磁选机选别，二段磁选中矿返回中矿泵池。筛分细粒级分别进入三段磁选机、磁选柱选别后，经浓密斗浓缩后进入圆盘真空过滤机，得到TFe 品位64%、水分8.5%的精矿。所有磁选机尾矿经回收机打捞回收部分弱磁选矿物后，总尾矿用两级泵站输送至尾矿库。一选厂生产工艺流程见图1。

3 一段尾矿提取机制砂可行性论证

近年来，受环保政策影响，作为河砂替代品的机制砂越来越引起人们的重视，从尾矿中提取机制砂［1］，适当减轻了尾矿堆放的管理压力，同时可用较少的投入获得额外受益，是实现尾矿资源综合利用，走可持续发展道路的有效措施［2］。为规范机制砂提取，须对尾矿排放粒级、机制砂样品检测分析等进行进一步研究。

3.1 尾矿粒级筛析结果

2018年9月，大西沟矿业公司选取茨沟尾矿库尾矿样进行了试验室粒度筛析（表3），+0.75 mm 粒级产率为13.70%。

表3 茨沟尾矿库尾矿粒度筛析结果

3.2 尾矿粒径变化与排放安全论证

为论证在选矿工艺中将粗尾砂筛选后排放安全的可行性，大西沟矿业公司委托中钢集团马鞍山矿院工程勘察设计有限公司开展了尾矿粒径变化与排放安全论证试验研究。根据研究结果，为了不影响尾矿设施的安全运行，建议每月取砂不超过1.2 万t。当每月取砂为1.2 万t 时，与尾矿库安全设施设计中入库尾砂粒径给定的参数d50=0.092 mm 相比，室内试验得出的参数d50均值为0.254 mm，远大于设计要求。

据此推算，一选厂2020 年处理入磨矿石174 万t，产出铁精矿47 万t，尾矿127 万t，尾矿产率72.99%，取砂量不宜超过总尾矿量的11.34%。当筛孔为0.7 mm 时，对部分一段磁选尾矿进行机制砂提取，严格控制取砂量不超过1.2 万t，将不会影响尾矿设施的安全运行。

3.3 试验样品检测

2018 年11 月、2019 年1 月先后2 次将试验样、生产样送至陕西省建筑工程质量检测中心，依据《建设用砂》（GB/T 14684—2011）进行检测［3］，检测结果见表4。

表4 机制砂检验结果

机制砂放射性水平分类2 个指标，分别为0.25、0.57，均远低于指标＜1 的质量要求，检测结果合格；含泥量指标为1.5%，满足Ⅱ类≤3%的要求；颗粒级配+0.15 mm 占98%，细度模数2.7，砂石种类属于中砂。

4 一段尾矿提取机制砂方案及实施

方案由公司工程技术人员自行设计、自行改造。为了确保提取机制砂后输送至尾矿库的尾矿粒度符合上游式筑坝的粒度要求，确定对一段尾矿量的一半进行提取，即一选厂一段球磨机有4 台，一段磁选机有2 组，此次仅提取2 台球磨机组对应的1 组磁选机尾矿。

4.1 一段磨矿磁选提取机制砂量计算

一段球磨机入磨矿量为每台55 t/h，选厂4 台球磨机处理量220 t/h，按一段尾矿量的一半进行机制砂提取。一段磁选机给矿mFe品位15%，中矿mFe品位38%，一段磁选尾矿产率60.45%，一段磁选尾矿浓度约35%，尾矿堆比重1.175。

经计算，一段磁选尾矿干矿量66.5 t/h，一段磁选尾矿矿浆量190 t/h，一段磁选尾矿矿浆体积161.7 m3/h。为确保入库粒级，利用库存现有0.7 mm筛网，初步选定提取+0.75 mm 机制砂，经计算产量为9.11 t/h，约占尾矿总量的7%。

4.2 提取机制砂工艺方案

为了尽可能地减少投资，利用二选厂闲置的五层叠筛作为筛分设备。一选厂部分一段磁选尾矿通过管道自流至泵池，由渣浆泵输送至二选厂五层叠筛，筛下部分返回至一选厂尾矿池，筛上机制砂经自制的皮带输送机输送至料场。提取机制砂工艺流程见图2。

4.3 振动筛处理量计算

利用二选厂旧有闲置的D5FG1216 五层叠筛进行筛分，电机采用自带3.86 kW 功率电机，单台五层叠筛处理量为152.28 t/h，大于尾矿量66.5 t/h，故1 台可满足筛分。

4.4 渣浆泵选型

经测定，从一选厂一段尾矿至二选厂高频筛渣浆泵输送管距约80 m，高差约30 m，流量161.7 m3/h。经计算，选择100ZBG-315 渣浆泵，其流量288 m3/h，扬程32 m；选择配套电机Y250M-4，额定功率55 kW。综上，拟选用1 台闲置的100ZBG-315 渣浆泵，配套Y250M-4电机，可满足机制砂提取尾矿输送。

4.5 投资预算

按照修旧利废和物尽其用的原则，充分利用旧有闲置设备进行工艺技术改造，最大化减少投资。

（1）对现场闲置的五层叠筛下料斗进行改造改型，对筛网进行更换。自制1台长35 m、宽500 mm 的皮带输送机，架设塑料输送管道。

（2）所需材料主要为槽钢120 规格20 m，角钢75规格50 m，焊管32 规格22 m，塑料管150 规格100 m等。

（3）安装及制作均由一选厂维修人员承担。

综上计算，投资总预算额为12.93 万元。

4.6 经济效益测算

经对机制砂市场进行了解，西安及周边机制砂出厂价50～55 元/t，按机制砂50 元/t，产量6 000 t/月测算，收益30 万元/月，运行及维护费用4.28 万元/月，人工费1.4 万元，成本5.68 万元/月，投产当月即可收回成本并实现盈利，年创效预计300 万元。

5 一段磨矿磁选尾矿提取机制砂运行效果

一段磨矿磁选尾矿提取机制砂项目于2019 年1月11 日改造完毕，1 月14 日正式投入生产，投产以来设备运转良好，生产正常顺行，作业率达97.33%。

（1）取砂后尾矿排放安全。2019 年委托陕西省水利水电工程西安理工大学质量检测中心对总尾矿样进行尾矿料比重和颗粒分析试验，结果见表5。

表5 尾矿样颗粒分析结果

根据表5 数据，计算求得尾粉砂d50均值约0.194 mm，初步测算尾矿中值粒径d50值较设计要求值高0.102 mm。据此判断，提取部分机制砂后，对尾矿库的安全影响不大。

（2）2019 年大西沟矿业公司根据实际运行效果，对后期采购筛网筛孔进行了调整，并获得了较好的技改效果。据统计，截至2021年底，一选厂已累计提取机制砂25.9 万t，获利956.8 万元，经济效益显著［4］。

（3）该项目实施后每年向尾矿库排放的尾矿量减少了16.21 万m3，有效延长了尾矿库的服务年限［5］。

6 结 语

（1）一段尾矿提取机制砂项目于2019 年建成投产以来，工艺设备正常顺行，能生产出合格的建筑用机制砂，可获得良好的级配和细度模数，运行各项经济技术指标与设计数据基本吻合，年创效300 万元以上，有效延长了尾矿库服务年限。

（2）通过前期可行性试验论证和后期生产数据分析，提取部分一段磁选尾矿，筛孔尺寸选取0.7 mm时，机制砂提取占比约7%，小于设计值，可保证上游式尾矿库尾矿安全排放。

（3）在绿色发展理念下，大西沟矿业公司后期考虑实施全尾矿机制砂，并对堆存的尾矿进行研究利用，以期在尾矿资源综合利用的基础上，将尾废“吃干榨尽”，向无尾选矿方向发展。