國外某特大型鐵礦碎磨工藝方案對比選擇

李宏建 袁國才

(中國瑞林工程技術有限公司)

全球鐵礦資源豐富，主要分布在澳大利亞、巴西、俄羅斯、烏克蘭、哈薩克斯坦、印度、美國、加拿大、南非等國。從地域上看，歐洲、南美洲和北美洲的鐵礦資源最豐富，其次是大洋洲、亞洲和非洲的鐵礦資源貧乏。世界鐵礦石產量隨著全球經濟的發展而迅速增加。2010年，全球鐵礦石貿易量首次突破10億t，達到10.81億t。從世界范圍來看，隨著全球經濟的下行，鐵礦石供大于求，其價格呈下降趨勢。為合理開發國外某特大型鐵礦，結合礦石性質，對該鐵礦的破碎、磨礦方案進行了綜合對比，并確定了最優的碎磨工藝。

1 礦石性質

國外某鐵礦屬沉積－變質型礦石，系蘇必利爾湖型含鐵燧石巖沉積建造。礦石中既有沉積巖的特征又有后期變質巖的特征，通過對礦石的宏觀素描和微觀鑒定，礦石自然類型主要以碎屑狀鐵礦石為主，其次為紋層狀鐵礦石和球狀、環狀鐵礦石，同時含有少量微晶鐵礦石和浸染狀微晶鐵礦石。

礦石中鐵礦物主要為磁鐵礦，其次有少量菱鐵礦、赤鐵礦;礦石中脈石礦物主要為鐵白云石、石英、方解石、鐵閃石等。按礦石的構造劃分，主要礦石類型為條帶狀構造，其次為礫狀和鮞狀構造。礦石的礦物組成見表1，化學多元素分析結果見表2，鐵物相分析結果見表3。

表1 礦石的礦物組成 %

表2 礦石化學多元素化學分析結果 %

由表2可知，礦石中主要有用元素是Fe，主要有害雜質為 SiO2，其他有害組分 S、P、Zn、Cu、Pb、Al2O3、K2O、Na2O 的含量均較低。

表3 礦石鐵物相分析結果 %

2 碎磨工藝方案對比

國外某鐵礦通過選礦試驗表明，比較適宜的選礦工藝流程為階段磨礦階段磁選，由于1段磁選前的碎磨作業對整個選廠的投資、運營成本具有較大的影響，故將碎磨工藝選擇作為工藝流程選擇的重點。

在金屬礦山建設和生產中，碎磨設備投資占選礦廠全部設備投資的50%以上，能耗和鋼耗則占選礦廠生產成本的60% ～70%。在選礦廠設計中，碎磨工藝的選擇不僅對投資和成本影響很大，而且對流程的暢通、生產的穩定性、設備利用率、精礦產品以及礦山的經濟效益都有不同程度的影響。長期以來，國內外大型礦山選礦廠碎磨工藝選擇，主要圍繞常規碎磨工藝，即3段(也有2段或4段)破碎(篩分)+球磨工藝，與自磨、半自磨工藝進行比較。由于自磨、半自磨工藝有多種流程型式，因此往往要將不同的自磨、半自磨流程分別作為方案列入比較。按照通常的作法，并同時考慮到近年來高壓輥磨工藝在一些金屬礦山成功應用，尤其在大型鐵礦中的可研與設計中得到高度重視的現狀，也將該工藝納入此次方案比較。

依據選礦試驗并參照類似鐵礦山長期生產實踐，1段磨礦適度放粗，有利于提高回收率，因此設計流程1段磨礦產品細度為－0.074 mm 50%，2段磨礦細度為－0.074 mm 95%，以此為統一條件進行碎磨方案比較。為便于擬定參與比較的可選方案，先對幾種主要碎磨工藝的特點及適用條件進行簡要論述。

2.1 常規碎磨工藝論述

在自磨工藝出現之前，礦山普遍采用的是3段(或2段、4段)碎礦+球磨工藝(以下簡稱“常規碎磨”工藝)。該工藝優點是:技術成熟，容易達產，生產系統相對穩定，電耗較低，設備作業率高。但對于含泥含水多的礦石容易出現設備及礦倉、漏斗堵塞，導致流程不暢通，因而需要增加洗礦系統。該工藝的明顯缺點是:流程復雜，生產環節多，廠房占地面積大，粉塵污染嚴重，設備維修保養工作量大，操作人員多。對于大型選廠，由于該工藝的細碎設備和干式閉路篩分設備臺數太多，操作管理、設備維護及除塵難度大(如加上洗礦設施，更為復雜)，所以在近20 a來，國外大型礦山較少采用。

2.2 自磨、半自磨工藝論述

自磨技術在20世紀60年代逐漸成長起來，20世紀70年代發展迅速，并走向成熟。尤其是自磨設備實現大型化后，為降低基建投資和生產費用，提高勞動生產率創造了條件，使得自磨工藝在大型礦山選礦廠得以普遍采用。自磨工藝的優點主要有:流程簡單，生產環節少，設備數量少，廠房占地面積小，操作人員少;對含泥含水多的礦石有較強的適應性，不會出現常規碎磨工藝流程在雨季不暢通的問題;對環境友好，污染小;對大多數礦石具有選擇性碎磨特點，有利于有用礦物與脈石的解離。其缺點主要有:對給礦粒度組成變化和礦石可磨度變化比較敏感，處理量波動大;生產調試時間較長，單位礦石耗電量一般偏高;襯板更換比較頻繁，設備利用率一般比“常規碎磨”低。

自磨工藝在近幾十年發展中，為解決礫石問題，逐漸派生出多種流程形式。從世界范圍來看，目前應用較多的流程有ABC(自磨+球磨+礫破)流程、AB(自磨+球磨)流程、SAB(半自磨+球磨)流程和SABC(半自磨+球磨+礫破)流程。

近十多年來，單段自磨流程也在一些礦山推廣采用。單段自磨又有自磨加礫破(AC)與半自磨加礫破(SAC)以及單段半自磨(SA)3種形式，它們大多與水力旋流器閉路作業，獲得磨礦產品。這種流程主要適用于要求磨礦產品粒度粗，后續作業為重選或磁選的場合，南非近百家中小型礦山，澳大利亞二十多家礦山采用了此類流程。有的大型礦山如加拿大的Bloom Lake鐵礦、澳大利亞的Sino鐵礦、Lefrog金礦以及中國某些鐵礦、金礦也采用了此類流程。

單段自磨、半自磨流程的應用雖然遠沒有自磨、半自磨+球磨流程應用廣泛，但對于需要1段粗磨的礦石，有一定的優勢。單段自磨、半自磨流程與自磨、半自磨+球磨流程相比，具有明顯的優點:其流程更加簡單、環節更少，基建投資低，鋼球消耗量少，總的生產成本低。但也有相應的不足:其系統生產穩定性較差，回路操作不太靈活，當給料粒度變化時，適應性差;回路循環負荷率高，旋流器閉路作業易出現沉淀問題，最終產品粒度難以控制。在世界范圍內，鐵礦采用自磨、半自磨工藝比較普遍。但是以磁鐵礦為主的鐵礦在采用自磨工藝時，不能既采用半自磨，又采用礫石破碎，這是因為鐵礦石磨機排出的礫石中不可避免地含有一定比例的廢鋼球，為了保證礫石破碎機正常工作，需要用除鐵裝置除去這些廢鋼球，但由于磁鐵礦屬強磁性礦物，很難將其中的廢鋼球除去，目前國內外尚無這方面的成熟技術。因此，對磁鐵礦石，如需考慮單段自磨、半自磨，一般不宜采用SABC流程與SAC流程，而是在SAB與SA兩種流程中選擇。依目前趨勢，半自磨比自磨應用較廣，因為半自磨流程雖然鋼耗高，但對礦石的適應性和可調性較強。

2.3 高壓輥磨工藝論述

高壓輥磨工藝是從常規碎磨工藝演變過來的。近年來，隨著輥面材料及固定技術難題的解決，該工藝在金屬礦山領域的應用也在迅速推廣。迄今為止，中國國內已有幾十家礦山選廠采用了高壓輥磨工藝。國外一些大型礦山如智利CMH公司的Los Colorados鐵礦、秘魯Freeport公司的Cerro Verde銅礦，英國Anglo Platinum集團的Mogalakwena鉑金礦、澳大利亞Newmont公司的Boddington金礦等采用該工藝先后，均獲得了其他工藝不可比擬的良好效益，為金屬礦展示了一個新的工藝方向。目前，世界上一些著名的工程公司，在規劃設計大型鐵礦山和銅金礦山時(尤其是對硬性礦石)已將其作為重要的碎磨方案或首選方案。

高壓輥磨工藝的主要優點有:設備破碎比大，單臺設備處理能力大，外型尺寸小，所需空間小;工藝配置簡單，設備基礎工程量小;能實現多碎少磨，有較好的選擇性破碎效果，對礦石的裂隙解離效果好，有利于保證精礦質量;設備作業率高，工作平穩、安全、可靠;能耗利用率高，對硬巖性礦石節能效果明顯，材料消耗少，可降低后續球磨的功耗;對常規破碎工藝細碎作業難以通過的含泥含水偏高的黏性礦物一般也能處理。但與自磨工藝相比，也存在一些缺陷，如工藝流程長，環節多;廠房占地面積大;操作人員多，對某些含泥含黏土礦物多的礦石不如自磨工藝適應性強。

2.4 碎磨方案(可比部分)綜合比較

國外某鐵礦碎磨方案的比較，重點是半自磨+球磨、單段半自磨和高壓輥磨工藝的比較，但為了考察這3種工藝與常規碎磨工藝的差別，將常規碎磨工藝列入比較范圍。因此，擬定以下四個流程方案進行技術經濟比較:

(1)方案1。2段碎礦(篩分)+高壓輥磨+球磨(以下簡稱高壓輥磨+球磨)。

(2)方案2。粗碎+半自磨+球磨(以下簡稱半自磨+球磨)。

(3)方案3。粗碎+單段半自磨(以下簡稱單段半自磨)。

(4)方案4。3段破碎(篩分)+球磨(以下簡稱常規碎磨)。

各方案設備與建構筑物投資比較見表4，各方案碎磨工程投資和碎磨成本比較見表5、表6，各方案費用現值比較見表7，各表內容均限于各碎磨方案的可比部分。

表4 各方案設備與建構筑物投資對比

表5 各方案碎磨工程基建投資對比 萬元

表6 各方案碎磨生產成本對比

表7 各方案費用現值對比 萬美元

由表4～表7的方案對比可知:

(1)從投資來看，常規碎磨工藝最高，高壓輥磨+球磨工藝次之，半自磨+球磨工藝第三，單段半自磨工藝最低。各方案投資差距不大，對項目優劣影響不大。

(2)從生產成本來看，半自磨+球磨工藝與常規碎磨工藝相近，均較高;高壓輥磨工藝與單段半自磨工藝相近，均較低。

(3)從投資、成本的費用現值來看，高壓輥磨+球磨工藝和單段半自磨工藝優勢明顯。

上述方案的比較結果，符合一般性規律，也與國外一些大公司所做的類似礦山方案比選的結論有相同的趨勢。在大型礦山碎磨方案的評判中除了考察各方案的投資與成本，還應對各方案所能達到的設備利用率、生產系統的穩定性、設備操作、維修和管理的難易等進行分析、評價。需要強調的是，該鐵礦由于規模特大，提高設備作業率、保證生產系統的穩定性顯得尤為重要。

由于“高壓輥磨+球磨”流程是從“常規碎磨流程”演變形成的，與常規碎磨流程相比有如下優勢:系統能力可調，生產穩定;設備制造安裝周期短，調試時間短;設備維護管理工作量雖然比較大，所需的人員多，但維修難度并不大。并且碎礦系統每天尚有幾個小時處于休閑狀態。因此，總體上對作業率不會造成影響。

綜上所述，方案1投資居中，生產成本低，在設備利用率、生產穩定性以及設備維護等方面，均比方案2、方案3有明顯的優越性。但方案1生產環節多，管理比較復雜，用地面積大，生產人員較多。經綜合比選，可選擇高壓輥磨+球磨方案。

3 結語

國外某特大型磁鐵礦通過常規碎磨工藝、半自磨藝4種方案在設備與建構筑物投資、基建投資、生產成本及費用現值等方面的綜合比較，最終確定了高壓輥磨+球磨工藝方案為該鐵礦山的最適宜碎磨流程，并為此類大型磁鐵礦的開發利用提供了經驗借鑒。