某铁矿选别工艺设计方案探讨

何荣权，李淑菲

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

1 前言

新建矿山的开发建设都需对选矿工艺流程方案进行选取，而选取一个合适的选矿工艺流程是新建矿山开发建设阶段的重中之重，直接关系矿山开发的成败，因此一般在项目开发的可行性研究阶段或技术论证阶段均需要对选矿工艺流程进行详细的试验研究，并且在试验研究的基础上进行详细的技术经济比较，以确定合适的选矿工艺。

铁矿石根据矿石类型不同，选矿性质难易不一，差别较大，几乎所有的选矿方法均可作为铁矿石的选别方法，因此针对某具体新建矿山开展选别工艺流程研究十分必要。一般单一磁铁矿主要工艺流程有：单一磁选流程和磁选+反浮选流程。单一磁选流程又包括一段磨矿、一段磁选流程；阶段磨矿、阶段磁选流程和阶段磨选+细筛流程[1]。含有赤铁矿或伴生其它金属的磁铁矿的选矿工艺流程更加复杂和多变，组合形式更多，试验和比较的工作量也将更大[2～6]。

本文以某新开发的铁矿为研究对象，对其试验研究情况和工艺流程方案进行技术经济比较，为该矿山开发选取和确定适宜的选别工艺流程。

2 选矿试验研究

2.1 矿石性质

新开发某铁矿床属于浅变质沉积型铁矿床。该矿的含矿岩层为新太古代济宁群浅变质岩，赋存于古生代寒武纪之下，埋深>1 000m。矿石中TFe含量25.57%～36.64%，MFe含量20.00%～26.24%。根据矿体的赋存形式，矿体顶、底板围岩类型，按每种矿石中所含主要脉石矿物种类不同划分为3种类型，分别是石英型磁铁矿、绢云母—绿泥石型磁铁矿和围岩。

石英型磁铁矿的矿石为灰黑色，较少为灰黑夹带棕红色，主要金属矿物为磁铁矿，少量赤铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿。主要脉石矿物为石英，其次为碳酸盐，少量绿帘石、绿泥石、绢云母等。绢云母—绿泥石型磁铁矿的矿石颜色为灰黑微带黄绿色，主要金属矿物为磁铁矿，少量赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、黄铜矿及微量闪锌矿。围岩包括灰黑色和灰白色两种颜色岩石，灰黑色岩石中主要脉石为碳酸盐、钾长石、绿泥石；灰白色岩石中主要脉石为绢云母和石英。

2.2 试验工艺流程

该矿床的矿石类型包括石英型铁矿石和绢云母型铁矿石，根据地质模型和采矿开采出矿情况，可实现两种矿石的分采，因此对两类矿石分别进行了试验研究。两类矿石均进行单一磁选流程和磁选+反浮选两个工艺流程的一系列研究。研究内容包括：一段、二段、三段、四段磨矿细度；一段、二段、三段、四段磁选磁场强度；反浮选药剂种类、药剂用量、矿浆浓度等。最终推荐的单一磁选流程见图1。单一磁选流程中石英型铁矿石嵌布粒度粗，仅3段磨矿可获得较好的指标，而绢云母型铁矿石嵌布粒度细，需进行4段磨矿，图1中为4段磨矿流程图。推荐的磁选+反浮选流程见图2。

图1 单一磁选原则工艺流程图

图2 磁选+反浮选原则工艺流程图

3 工艺流程比较

3.1 工艺方案简述

根据选矿试验的研究情况，结合已经建立的地质模型和采矿开采顺序，初步确定该矿床中石英型铁矿石和绢云母型铁矿石可分别开采，分别出矿，且根据两类矿石的储量按照3 500万t/a的规模计算，石英型铁矿石为2 000万t/a，绢云母型铁矿石为1 500万t/a。为了更有效更详尽地进行选矿工艺方案的比较，对石英型铁矿石和绢云母型铁矿石分别进行比较，石英型铁矿石按规模2 000万t/a比较，绢云母型铁矿石按规模1 500万t/a比较。选别工艺比较范围起点为一段闭路磨矿产品，终点为最终铁精矿和尾矿，不包括精矿脱水和尾矿输送。铁精矿最终指标为TFe>62%，回收率>65%。两类矿石分别比较两种试验选矿工艺，即“单一磁选”和“磁选+反浮选”工艺。两种类型矿石和两种选别工艺形成4种方案，简述如下。

(1)方案Ⅰ：石英型铁矿石“单一磁选”。粗磨旋流器溢流自流到一段磁选作业，一段磁选精矿自流到二段再磨泵池，进入二段再磨回路。二段旋流器溢流自流到二段磁选作业，二段磁选精矿自流到三段再磨泵池，进入三段再磨回路，三段再磨细度为-0.037mm占84%。三段分级溢流自流到三段磁选作业，磁选精矿自流到四段磁选作业，通过四段磁选获得最终精矿。一段、二段、三段、四段磁选尾矿合并为总尾矿。

(2)方案Ⅱ：石英型铁矿石“磁选+反浮选”。粗磨旋流器溢流自流到一段磁选作业，一段磁选精矿自流到二段再磨泵池，进入二段再磨回路。二段旋流器溢流自流到二段磁选作业，二段磁选精矿自流到三段再磨泵池，进入三段再磨回路，三段再磨细度为-0.045mm占85%。三段分级溢流自流到三段磁选作业，磁选精矿自流到反浮选作业。一段、二段、三段磁选尾矿合并为总尾矿。反浮选作业由一粗、一精、三扫组成。

(3)方案Ⅲ：绢云母型铁矿石“单一磁选”。粗磨旋流器溢流自流到一段磁选作业，一段磁选精矿自流到二段再磨泵池，进入二段再磨回路。二段旋流器溢流自流到二段磁选作业，二段磁选精矿自流到三段再磨泵池，进入三段再磨回路。三段分级溢流自流到三段磁选作业，三段磁选精矿自流到四段再磨回路，四段再磨细度为-0.030mm占91%。四段分级溢流自流到四段磁选作业，四段磁选精矿通过五段磁选获得最终精矿。一段、二段、三段、四段、五段磁选尾矿合并为总尾矿。

(4)方案Ⅳ：绢云母型铁矿石“磁选+反浮选”。粗磨旋流器溢流自流到一段磁选作业，一段磁选精矿自流到二段再磨泵池，进入二段再磨回路。二段旋流器溢流自流到二段磁选作业，二段磁选精矿自流到三段再磨泵池，进入三段再磨回路，三段再磨细度为-0.045mm占95%。三段分级溢流自流到三段磁选作业，磁选精矿自流到反浮选作业。一段、二段、三段磁选尾矿合并为总尾矿。反浮选作业由一粗、一精、三扫组成。

3.2 方案中主要设备

两类矿石、两种选别工艺组成的4种工艺方案比较的主要设备见表1。由表1可知，方案Ⅰ和方案Ⅱ相比，方案Ⅰ磨矿细度细，三段磨矿规格稍大，多一段磁选；方案Ⅱ三段磨矿稍粗，但是增加反浮选设备；方案Ⅲ和方案Ⅳ的比较结果与方案Ⅰ和方案Ⅱ相似。总体而言，磁选+反浮选设备数量多。

表1 选别工艺方案比较主要设备表

注：表格中数据仅为方案比较用。

3.3 方案比较分析

两类矿石、两种选别工艺组成的4种工艺方案的投资和生产成本指标见表2。

对表2的各项数据进行分析如下。

表2 选别工艺方案比较指标

注：①表格中数据仅为方案比较用；②已考虑反浮选矿浆加热所需蒸汽量。

(1)对投资进行分析，方案Ⅰ石英型铁矿石“单一磁选”的工艺设备投资高于方案Ⅱ，基建投资方案Ⅰ占优势，综合比较方案Ⅱ优于方案Ⅰ，总体投资少902.72万元。绢云母型铁矿石总体趋势同石英型铁矿石，由于方案Ⅲ需要4段磨矿，因此方案Ⅲ比方案Ⅳ在总体投资上多3 560.8万元，综合比较方案Ⅳ略占优势。

(2)从生产经营费用分析，方案Ⅱ和方案Ⅳ在药剂消耗量、新水消耗量和所需消耗蒸汽量方面都大大增加，这导致综合生产成本方案Ⅰ优于方案Ⅱ，方案Ⅲ优于方案Ⅳ。方案Ⅰ比方案Ⅱ少5 295.53万元/a，方案Ⅲ比方案Ⅳ少8 652.65万元/a。总体比较“单一磁选”的选别方案稍优。

(3)综合比较，方案Ⅱ和方案Ⅳ对矿石的适应性好，产品质量优，总体投资低，但是工艺流程长，药剂消耗量及蒸汽量大，生产运营成本高。从项目的整体效益考虑，采用工艺流程简单，更便于操作，且前期投资相对较低的工艺方案更适合于新建项目开发的需要，方案Ⅰ和方案Ⅲ更具有优势。

4 结语

基于选矿试验研究情况，对某铁矿两类矿石、两种工艺的选别工艺方案进行技术经济比较。根据目前的试验结果和确定的工艺流程指标，从技术经济综合指标分析，该新矿山采用“单一磁选”的方案Ⅰ和方案Ⅲ更适宜。主要原因为该工艺流程更简洁，所需设备类型和数量少，操作简单，维护方便，前期投资低，前期经济效益好。“磁选+反浮选”工艺的方案Ⅱ和方案Ⅳ虽然能提高精矿指标，但是该工艺需要增加设备种类和数量，特别是增加药剂、水、蒸汽等材料消耗，工艺流程变得复杂，增加前期投资。