设备大型化在选矿工程中的应用简介

王星亮 魏 霞 常校亮

(中冶北方(大连)工程技术有限公司，辽宁 大连 116600)

1 概述

铁矿石是国际大宗商品，战略物资。中国作为世界上最大的铁矿石需求国，自身的铁矿石储量虽然不算少，但相比国外铁矿石，有着“贫、杂、细”显著特点。由于我国铁矿难选特点，选矿难度非常大，对选矿先进工艺和设备大型化的需求日益提高，而选矿设备的开发应用和选矿工艺是相辅相成，互相促进的。设备技术水平是实现选矿工艺的基础和前提，工艺技术的提高也会带动设备进步。设备大型化是设备进步的重要一环，代表了选矿工艺设备技术水平。选矿设备和选矿工艺的发展是同步的,任何高效的新型选矿设备都是伴随选矿厂生产要求而诞生,同时亦会促进选矿厂工艺技术、大型高效选矿设备的发展。设备技术水平是实现选矿工艺的前提,既直接影响生产流程的畅通和效率,同时也影响产品的质量以及选矿厂综合经济效益。

2 选矿设备大型化的意义

2.1 选矿设备大型化有利于生产管理和提高自动化水平

规模大型化必然带动选矿设备的进步，同样设备大型化也反过来改变了传统选矿厂设计。目前传统选矿厂多系列的布置形式已经很难见到，设备大型化、减少生产系列已是选矿行业的共识。因为系列数的减少，相应的辅助设备也同步减少，这会降低设备管理维护量，大幅提高设备作业率和劳动生产率，有利于自动化集中控制，利于业主进行生产组织和管理。从生产实践来看，大型设备往往采用了更先进的制造技术，增加了设备可靠性。生产系列减少，生产作业率不降反增。

2.2 选矿设备大型化有利于降低生产成本和提高选矿技术指标

在投资运行费方面，由于设备大型化带来的占地面积减少，车间布置紧凑等优势，经济效益更好。例如某铁矿工程磨选工艺3个系列和两个系列投资经营费进行比较，投资上两个系列相比3个系列降低约10.0%，经营费两个系列相比3个系列降低约8.0%，设计最终采用了两个系列的方案，也得到了业主的认可。目前许多选矿企业引进了大型化设备提高装备水平，扩大生产能力。某矿山磨矿系统改造，一段磨矿原有3台MQG2136磨机改造为一台MQY4067磨机一段磨矿，改造后磨矿系统单位电耗由13.22 kW·h/t降为11.19 kW·h/t节能降耗明显[1],同时球耗和水耗也均降低，达到了增产、增效、节能降耗的目的。

2.3 选矿设备大型化有利于推动制造工艺水平

大型化的需求推动设备加工制造技术进步，选矿设备大型化趋势能够有效提高我国选矿设备的制造工艺水平，推动大型机械选矿设备的研究和持续开发。近几年来,我国在向设备大型化发展方面进行了大量试验研究工作，取得了可喜的成果。我国通过引进技术、吸收消化、自主创新、最终国产化了多种先进选矿设备。核心磨矿设备，国产设备已经取得巨大成绩。例如国产大型Φ12.2 m×10.97 m自磨机、溢流型球磨机Φ7.32 m×10.68 m 、Φ7.92 m×13.56 m研制成功，打破了全球高端磨矿装备市场被少数几家国际公司垄断的局面，大大提升了我国大型矿山装备制造技术水平，更有利于参与国内外矿业高端市场竞争。浮选设备也完成了大型化生产，2008年完成了KYF-320 m3浮选机工业试验，16台KYF-320 m3浮选机已在中国黄金集团乌努格吐山铜钼矿二期工程投产, 达到了提高选厂技术经济指标，节能降耗的目的。磁选设备也相继大型化，例如山东华特的Ф1.8 m×1.5 m磁选机问世，SLon-3000型强磁机也应用成熟了。另外其它中国制造的大型化选矿设备，例如大型高压辊磨机、振动筛、皮带输送机、重板给料机、堆料机等也在国内外市场成功推广。

3 选矿设备大型化在铁矿工程应用

3.1 袁家村铁矿选矿厂

太钢袁家村铁矿选矿厂设计规模为原矿2 200万t/a，是我国规模最大的红磁混合矿特大型现代化的选矿厂，2012年全系统建成投产。太钢袁家村铁矿位于山西省岚县梁泉庄乡，岚县城西南，矿区至县城有公路相通，距离20 km。

太钢袁家村铁矿特征为储量规模巨大、矿石性质复杂，嵌布粒度细、难磨难选，主要矿物是磁铁矿、赤(镜)铁矿和褐铁矿。矿石属微细粒嵌布矿石，P80在30 μm以下，由此带来的细磨、分级、选别、浓缩、过滤是行业最前沿的课题；矿物种类多，矿物间结构复杂，脉石类型多，除石英外，还含有大量含铁硅酸盐矿物，与铁矿物的可选性接近，分选难度大。针对袁家村铁矿矿石性质复杂和选厂规模大的特点，经过对国内外不同工艺流程的详细考察、论证分析，集成优化确定了高效的粗破碎-半自磨-球磨流程(SAB流程)-弱磁-强磁-阴离子反浮选流程。通过选用大型、先进的选矿设备，以及针对袁家村矿石性质的深入研究，中冶北方选矿设计院开发了适合微细粒复杂难选红磁混合铁矿石的选矿工艺流程，实现微细粒红磁混合铁矿选矿技术的重大突破，建成了国际领先的大型高效清洁矿山。

袁家村铁矿规模大，物料磨矿细度P80为28 μm，矿石粗破碎选用一座可移动式6389旋回破碎站，安装功率1 150 kW，排矿粒度250～0 mm。破碎机台时最大能力5 400 t/h。磨矿采用了三段大型磨矿工艺，一段磨矿采用了Φ10.36 m×5.49 m大型半自磨机，装机功率2×5 500 kW；二段磨矿采用Φ7.31 m×12.5 m大型球磨机，装机功率2×6 750 kW；二段磨矿采用Φ7.31 m×11.28 m大型球磨机，装机功率2×5 500 kW。这是当时国内最大的半自磨机、球磨机。同时通过对高效微细粒分级技术的深入研究，采用了直径660 mm大型旋流器，实现了精确高效分级，降低了磨矿作业循环量和磨矿能耗，提高了磨矿效率，减少了过磨现象，保证了入选物料-0.045 mm占95%左右，为分选创造了优良条件。

袁家村铁矿采用160 m3大型浮选机首次应用于铁矿反浮选，浮选工序的铁品位提高了24个百分点、投资降低了50%、运行成本降低了30%。

袁家村铁矿设备大型化也有利于自动化集中控制管理，选矿劳动生产率22 587t/人，处于国内领先水平,高于国内选厂平均水平200%以上。该工程获2017年国家科学技术进步奖二等奖。

3.2 Sino铁矿选矿厂

澳大利亚Sino铁矿采用露天开采，规模为8 400万t/a，年产铁精矿2 400万t，是全世界处理能力最大的选矿厂。Sino铁矿矿石性质为单一磁铁矿，选矿工艺为阶段磨矿—阶段磁选工艺，设计流程为粗破碎—自磨—弱磁选—球磨—两段弱磁选，设计磨矿粒度P80=25 μm，铁精矿品位67.5%。

Sino铁矿选矿项目共6条生产线，单条生产线能力为1 400万t/a，设备均采用国内外先进的大型设备。设计采用了当今世界上规格最大的自磨机，规格为Φ12.19 m×10.97 m，装机功率达28 000 kW，采用了环形电机。最大的球磨机Φ7.93 m×13.57 m，装机功率2×7 800 kW。特别强调，这两种最大的自磨机和球磨机均为中国制造。中信重机通过该项目成为世界上继美卓、福勒后第三大大型磨矿设备制造商，实现了中国制造到中国创造的跨越性发展。一段旋流器采用美国KREBS Φ830 mm×20大型旋流器组，单台旋流器能力达600 m3/h。一段给矿泵采用美国KREBS 24×20大型渣浆泵，功率1 600 kW，能力4 725 m3/h，出口管道直径630 mm，不同与国内常规设计，该泵无备用设计，充分体现出大型化设备的高可靠性。

Sino铁矿大型化设备自动化程度高，整个现场实现无人值守，所有生产操作均在主控室内完成，整个系统选矿生产人员约150人，劳动生产率极高。

4 设备大型化思考

1)设备大型化不仅对设备制造提出了高要求，而且对工程设计也提出了更高的要求。目前部分行业规范不适应设备大型化趋势；对大型设备生产能力的估算有难度；设备大型化后设计工作需更加科学全面，这就要求设计单位转变设计理念，提高设计手段，例如三维BIM设计[2]、JK工艺仿真软件[3]等工程技术的应用。

2)设备大型化不仅仅是设备几何尺寸的增大，大型化也应该代表着高效化、智能化。应在大型化进程中大力提高设备生产效率和自动化水平，依托选矿设备大型化、智能化，实现选矿厂高作业率、低成本生产，将选矿行业转变成高精尖产业。随着信息、通讯自动化技术的迅速发展和应用，将会深刻的影响和改变传统选矿厂生产。远程集中操作到无人选矿厂将是未来选矿发展的方向。目前总体水平距离这个目标依然有一定距离。

3)国产大型设备起步晚，虽然目前例如球磨机等部分设备已经达到行业先进水平，但整体而言与国外相比仍有一定的差距，许多选矿大型设备依然处于被国外公司垄断的局面。例如大型破碎设备，依然处于被垄断，所以该设备目前价格高、投资大。大力发展国产化设备有利于整个选矿行业的进步，争取在大型选矿设备技术方面尽快赶上或超过世界先进水平。

4)继续淘汰落后的选矿设备，进行资源整合和优化，建设规模型、创新型、环保型、效益型的选矿厂。但设备大型化的应用，也要结合实际，不应盲目大型化，要根据矿山规模、开采规划、投资回报等多方面考虑。总之，选矿设备大型化的发展是快速的、趋势是不可逆的。