鄂西高磷鲕状赤铁矿资源开发应用技术选矿工业试验.pdf

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2 0 1 3 年增刊有色金属 选矿部分 1 5 5 d o i 1 0 .3 9 6 9 0 .i s s n .1 6 7 1 - 9 4 9 2 .2 0 1 3 .Z 1 .0 3 9 鄂西高磷鲕状赤铁矿资源开发应用技术选矿工业试验 邵广全,向松林,叶德全 首钢控股有限责任公司长阳新首钢矿业有限公司,湖北宜昌4 4 3 0 0 0 摘要依据2 0 0 6 2 0 0 8 年针对湖北省长阳火烧坪高磷鲡状赤铁矿创造性地开发出的“强磁选抛尾一双反浮选脱磷脱 硅”联合选矿工艺技术。研发出了新的选矿药剂。2 0 0 8 - - 2 0 1 2 年先后完成了火烧坪铁矿年产5 0 万t 采矿、选矿工业化试验 厂设计、施工建设及选矿厂调试及工业试验。选矿工业试验结果表明开发出的强磁抛尾一双反浮选脱磷脱硅的联合选矿工 艺技术可以向工业化应用技术过程推进并转化,并可取得预期的技术经济指标。同时为该资源选矿开发过程中环水处理回 用、选矿产品脱水、过滤工序研发并选择确定了一整套成熟的应用装备。总结目前开发利用该类资源的其它多种工艺技术, ’。本工业化工艺技术具有成本低、运行平稳、环保节能、易于操作等特点,属国内首创,是处理鄂西火烧坪类铁矿资源的有效 途径,为大规模开发该类资源奠定了技术基础。 关键词复杂难处理赤铁矿;选矿工艺及实践;高磷鲕状赤铁矿选矿;脱磷高效捕收剂T L ;赤铁矿反浮选 中图分类号T D 9 5 1文献标志码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S O 一0 1 5 5 - 0 6 自2 0 0 5 年以来,我国的粗钢产能以近3 0 %的 速度增长,而自有原料铁资源不能满足钢铁发展的 需要,导致我国的钢铁企业对进口高品位铁矿石依 赖度大幅度提高。我国在矿石价格谈判中处于劣 势,话语权完全掌握在外国贸易商和铁矿石生产企 业方,大大压缩了我国钢铁企业的利润空间。 我国“宁乡式”高磷鲕状赤铁矿资源远景储量 达1 0 0 亿t 以上,主要分布于湖南、湖北、河南、 云南、四川、贵州等中西南省份。其中湖北省探明 的储量最大,主要集中于湖北省恩施、宜昌等鄂西 地区,远景储量达5 0 亿t 以上。长阳火烧坪铁矿 是国内勘探较为详细、开发利用试验研究较多且资 源量较大的鄂西高磷鲕状赤铁矿资源之一。 “宁乡式”高磷鲕状赤铁矿资源因浅海相共沉 积成矿类型,加之鲕状结构构造,属世界难选铁矿 资源。鄂西高磷鲕状赤铁矿的难选最具代表性,自 建国以来,数代矿冶人为开发该资源而不断努力, 从2 0 世纪5 0 _ - 9 0 年代共进行过四个时期,均因该 类资源难选冶,脱磷提铁技术不过关而未能实现资 源的开发利用。1 9 9 3 年国家矿产储量委员会将该 类资源定为不可利用“呆矿”资源,即列为表外矿。 首钢控股有限责任公司于2 0 0 6 年6 月2 6 日与 湖北省宜昌市政府签署战略合作协议,共同开发宜 昌市境内的高磷鲕状赤铁矿资源。首先针对长阳火 烧坪铁矿,首钢控股有限责任公司及其下属长阳新 首钢矿业有限公司先后与北京矿冶研究总院合作, 自2 0 0 6 2 0 0 8 年经多次小型实验室流程试验及扩大 连续试验研究,开发出强磁抛尾一双反浮选脱磷脱 硅的联合选矿工艺技术[ 1 - 2 ] ,即“先磁后浮一先脱 磷后脱硅分散一絮凝T L 反浮选脱磷提铁”阶段磨 矿阶段选别选矿工艺技术流程,实验室研究阶段成 功地解决了火烧坪铁矿选矿脱磷提铁技术难题,使 “宁乡式”高磷鲕状赤铁矿资源开发利用技术取得 了突破性的进展。进而对该选矿试验技术进行工业 化转化,办理火烧坪铁矿采矿权,建设工业化试验 生产厂,在工业化规模条件下充分暴露选矿技术问 题并加以改进和完善,为大规模开发火烧坪铁矿资 源奠定基础,从而推进整个鄂西高磷鲕状赤铁矿资 源的开发产业化进程。 通过示范工程的建设与高磷鲕状赤铁矿选矿技 术工业化实施,寻求该资源规模化开发利用的技术 可行、经济合理、综合利用的技术路线,找到最佳 选冶技术与经济结合点,可以加快该类资源工业化 开发进程。 1 有关鄂西高磷鲕状赤铁矿资源开 发的研究现状 鄂西高磷鲕状赤铁矿选冶试验研究及工艺矿物 学特征表明,该类资源利用面临提铁降磷难选冶的 5 大技术难点 收稿日期2 0 1 3 1 0 2 0 作者简介邵广全 1 9 6 6 一 ,男,内蒙古乌兰浩特人,教授级高级工程师,硕士,矿物加工专业。 万方数据 1 5 6 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 1 嵌布粒度细即脉石矿物 含磷矿物及硅、 铝、钙、镁造岩矿物 及赤铁矿物是以胶体颗粒及 泥晶结构共沉积共吸附,细磨不能解离,影响选矿 选择性。 2 选矿富集产物为“富铁鲕粒”含铁较多的 富集合体,而不是赤铁矿矿物,铁精矿品位难提高。 3 磨矿过程产生矿泥量大。由于海相沉积成 矿特性,泥晶赤铁矿物胶结鲡绿泥石等黏土矿物, 在磨矿过程中很大部分泥化,导致选别铁精矿回收 率降低。 4 选矿产品难脱水、过滤。 5 环水难处理难回用。 加之该类资源特点铁品位均较低,且埋藏深, 采矿适合硐采,大部分平均地质品位T F e 为3 0 %~ 4 0 %,工业化采矿过程不可避免产生贫化,从而使 采出矿石铁品位更低,因此认为该类铁矿资源必须 经选矿处理后再进行冶炼,是较合理的技术选择。 目前有关“宁乡式”高磷鲕状赤铁矿资源选冶 研究方法的文献报道很多,主要有以下几类强 磁~反浮选、磁化焙烧一弱磁选、磁化焙烧一弱磁 选一反浮选、单一反浮选、闪速炉磁化焙烧一弱磁 选、深度还原一弱磁选等工艺。其它相关研究未见 有工业试验厂及进行工业试验的相关报道。 2 火烧坪铁矿强磁抛尾一双反浮选 脱磷脱硅联合选矿工艺技术及工 业试验 2 .1 强磁抛尾一双反浮选脱磷脱硅联合选矿工艺 技术研究 首钢控股有限责任公司及其下属长阳新首钢矿 业有限公司先后与北京矿冶研究总院合作,开发出 强磁抛尾一双反浮选脱磷脱硅的联合选矿工艺技术 [ 1 .2 ] ,即“先磁后浮一先脱磷后脱硅分散一絮凝T L 反浮选脱磷提铁”选矿工艺技术流程,在规范采取 火烧坪全矿区代表性试验矿石及较高的采矿夹石、 围岩混入率1 3 %的条件下,原矿铁品位3 6 %、含磷 0 .9 1 2 %,经以上选矿工艺技术选别得到铁精矿品位 5 5 .7 4 %以上,含磷降到0 .1 6 %,铁精矿回收率为 6 2 .4 9 %,选矿比为2 .5 1 ,铁精矿质量符合目前常 规赤铁矿资源赤铁矿精矿的品位及含磷杂质质量标 准要求。实验室研究阶段成功地解决了火烧坪铁矿 选矿脱磷提铁技术难题,使“宁乡式”高磷鲕状赤 铁矿资源开发利用技术取得了突破性的进展。使该 选矿技术由试验阶段向工业化推进成为可能。该选 矿技术属国内首创。 2 .2 火烧坪铁矿采矿权办理及年能力5 0 万t /a 采 矿、选矿工业试验生产厂建设及调试 为尽快实现火烧坪铁矿资源开发工业化应用选 矿技术,需将选矿试验技术工业化。由于该类资源 为世界难选铁矿资源,又没有类似选矿生产厂可供 借鉴,仅凭试验室试验新技术成果不能作为大规模 选矿厂开发利用建设设计依据,必须进行工业化试 验。即在工业化试验条件下,充分暴露选矿试验技 术向工业化推进过程中产生的各种问题,并逐步解 决工业化生产条件下一系列技术难题,形成产业化 集成选矿技术成果,推进大规模开发该资源开发利 用进程。由于该选矿技术流程及装备的全新性必须 建设工业化试验选矿厂,并办理矿山采矿权。基于 此,首钢控股有限责任公司决定建设火烧坪铁矿一 期5 0 万妇采选工业化试验生产线并进行工业化试 验,而后转为生产。 2 0 0 6 年9 月起开始着手办理火烧坪铁矿试验 矿区5 0 万池采选工业化试验项目采矿权各项工 作,至2 0 0 7 年5 月1 4 日取得了湖北省发改委立项 核准,2 0 0 7 年5 月2 5 日取得了火烧坪铁矿试验矿 区采矿权。 2 0 0 8 年至2 0 0 9 年9 月,鞍钢集团矿业设计研 究院进行了采矿厂和选矿厂及尾矿库的方案设计和 施工图设计工作;2 0 0 8 年7 月至2 0 0 9 年9 月完成 了采矿厂、选矿厂和尾矿库工程招标和设备招标; 2 0 0 9 年4 月至2 0 1 0 年1 0 月选矿厂及尾矿库建设 工程基本完工,具备调试条件。采矿厂井建工程主 井与风井已经贯通,目前还处于沿脉巷道建设和设 备安装施工阶段。火烧坪铁矿一期5 0 万t /a 采选工 业化试验项目核准的工程建设总投资为3 .2 亿元, 实际控制投资2 .8 亿元。 火烧坪采选工业化试验项目配套变电站于 2 0 1 1 年5 月1 7 日向选矿试验厂供电,之前利用火 烧坪乡变电所接人选矿厂施工临时用电,由于其供 电容量小,只能满足单机调试、试水,或破碎筛分 系统及局部联动空负荷调试、局部联动试水等调 试。自2 0 1 1 年6 月份选矿厂配套变电站向选矿厂 供电以来,选矿试验厂陆续进行了联动试水、空负 荷调试、带负荷调试、水量平衡调试、球磨装球量 及球径配比调试、各作业工艺参数调试、选矿技术 经济指标调试等。近1 年半以来,除了冰冻、雨、 雾等恶劣天气的影响,火烧坪铁矿选矿厂均处于备 万方数据 2 0 1 3 年增刊邵广全等鄂西高磷鲕状赤铁矿资源开发应用技术选矿工业试验 1 5 7 矿、调试试验及暴露问题整改的循环中。并于 2 0 1 2 年11 月2 4 日最终完成选矿工业试验任务。 在进行选矿工艺调试的同时,研制了该难选赤 铁矿选矿过程面临选矿产品脱水、过滤、回水利用 等专项技术,选择优化了一整套高效装备。 2 .3 工业试验矿石采集、配制方案及代表性评述 通过资源储量核实,截至2 0 0 6 年1 2 月5 日, 全区共估算F e 3 矿层保有的3 3 1 3 3 2 3 3 3 控制的内 蕴经济资源量1 24 2 1 .4 0 万t ,T F e 平均品位3 8 .2 5 %, 酸碱比值1 .2 6 ,P 平均含量1 .0 5 6 %。“试验区” 占用 3 31 3 3 2 3 3 3 铁矿石资源量30 8 0 .4 0 万t , T F e 平均品位3 8 .9 0 %,P 平均含量1 .2 7 2 %,平均酸 碱比值1 .3 8 ,全部为自熔性矿石。 火烧坪铁矿工业试验矿石采样设计方案及采样 说明书编制均由宜昌地质勘探大队完成阳] ,采样 施工在宜昌地质大队指导下由长阳新首钢矿业有限 公司采矿场完成。工业试验矿石各样点及综合样配 制结果见表1 。 工业选矿试验综合样实际配制结果见表1 。 1 本次采集的矿样实际质量为1 20 2 8t ,采 于工业化选矿试验区范围的七个采样点中。其中在 四个采样坑和一个浅井采样点中共采集地表浅部矿 样85 3 4t ,占全部矿样的7 0 .9 5 %;在主平巷和风 井内施工沿脉平巷,采集地下矿样34 9 4t ,占全 部矿样的2 9 .0 5 %。 七个采样点中,有4 个分布于 3 3 1 资源量 区,分别是4 号、1 号、2 号采坑和打磨场主平巷, 共采集矿样73 3 9t 三个采坑共51 9 6t ,主平巷 沿脉坑道为21 4 3t ,占比6 1 .0 2 %。 3 3 2 资源 量区范围有3 号采坑和西北风井内两个采样点,共 采集矿样31 7 0t ,占比2 6 .3 5 %。I I I Y P 6 6 采样点 位于 3 3 2 资源量区边缘,可视为 3 3 3 资源量 区的工程,采集矿样15 1 9t ,占比1 2 .6 3 %。 地表浅部矿样采用全层法采取,地下矿样采用 全巷法采集。 综上所述,本次布置的采样点数量、分布及采 样方法合理,从而保证了所采矿样的代表性。 2 工业化选矿试验区的F e 3 2 F e ,3 铁矿石,T F e 平均品位为3 8 .9 0 %,P 平均含量为1 .2 7 2 % 一般 为1 .O %左右 ,全部为自熔性矿石。 本次采样的1 20 2 8t 矿样,T F e 平均品位为 4 0 .8 5 %,高出“试验区”矿石T F e 品位1 .9 5 %;矿 样的平均P 含量为1 .0 0 %,与“试验区”矿石一般 磷含量几乎相同;矿样的平均酸碱度比值为0 .8 9 , 仍为自熔性矿石。矿样的有用、有害组分含量及矿 石类型具有代表性。 3 本次还采集了F e 3 2 F e 3 3 铁矿层顶板页岩样 8 6 5t ,T i r e 品位为7 .7 0 %;底板页岩样2 4 5t ,T F e 品位为1 1 .6 0 %。顶板、底板围岩样用于对矿样进 行贫化处理,使原矿更接近矿山生产实际。 根据宜昌地区众多矿山生产实际及火烧坪铁矿 床的开采技术条件,设定本矿的矿石贫化率为9 % 顶板7 %,底板2 % 。根据本次所采的矿样与顶 底板数量及有用、有害组分含量,通过计算,建议 按9 1 .5 5 % 矿样 6 .5 8 % 顶板样 1 .8 7 % 底板 样 的比例,配制人选样品1 30 0 0t ,其中F e 3 2 F e 3 3 矿样1 20 0 0t ,顶板页岩样8 0 0t ,底板页岩样 2 0 0t 。人选试验样的T F e 品位为3 8 .3 6 %,略低于 “试验区”铁矿石的T F e 平均品位;P 含量为 0 .9 4 %,略低于“试验区”矿石的平均磷含量;酸 碱比值为0 .8 5 ,仍为自熔性矿石。人选样品的数量 及矿石质量均符合要求。 表1选矿工业试验实际综合样品制备方案 万方数据 1 5 8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 综上所述,采样点数量及其分布、采样方法均 是合理的。所采矿样的T F e 品位、P 含量、酸碱度 基本具有代表陛。并采集了足够数量的顶板、底板 围岩样,供对F e F e 3 3 矿贫化配矿使用。并提出了 入选样品配比方案建议。因此,本次采集的工业化 选矿试验样品具有较好的代表性。 2 .4 矿石性质研究 火烧坪铁矿选矿厂工业试验矿石及选矿产品矿 物学研究工作由北京矿冶研究总院进行。详见参考 文献[ 5 】。选矿工业试验综合矿石的化学多元素定量 分析结果见表2 ,矿石中铁的化学物相分析结果见 表3 。 表3矿石中铁的化学物相分析 /% 元素存在的相赤铁矿褐铁矿碳酸盐硫化物硅酸盐总铁 铁含量 2 9 .4 6 O .9 4 0 .6 0 0 .0 76 .9 53 8 .0 2 铁分布率 7 7 .4 9 2 .4 71 .5 8O .1 81 8 .2 81 0 0 .0 矿石的构造主要有鲕状构造,其次是结核状构 造、块状构造和纹层状构造,它们都反映了成矿物 质在沉积环境中聚集成岩的特点。矿石的结构主要 有同心环带结构、脉状网脉状结构、晶粒结构、不 等粒结构、自形晶结构、他形粒状结构等。各矿物 相对含量见表4 。 表4矿石的矿物组成及矿物含量励 矿物名称 含量 矿物名称含量 赤铁矿 4 2 .0 9 鲡绿泥石 2 0 .4 l 褐铁矿 1 .5 0 石英 7 .4 9 黄铁矿0 .1 4 云母6 .3 6 磷灰石 5 .8 3 金红石 昙嘉喜 峨s s 榍石0 .3 3 锆石 其它矿物 “富铁鲕粒”是本矿石中含铁矿物的集合体, 主要由泥晶赤铁矿、鲕绿泥石、云母和微细粒的石 英、胶状磷灰石等矿物集合体以鲕粒状产出,因鲕 粒内部矿物紧密共生,磨矿时鲕粒内矿物无法充分 单体解离而冠名为“富铁鲕粒” 该矿物学名称在 2 0 0 7 年对湖北火烧坪铁矿进行工艺矿物学研究时 被首次提出 。这是回收铁主要回收对象,与其它 铁矿主要回收铁矿物不同。 2 .5 工业试验 本次工业试验采用工业选矿试验厂两个系列中 的一个系列进行,规模为2 5 万t /a 。处理原矿量能 力为7 5 0t /d ,3 1 .2 5t /h 。工作制度为每天3 班,每 班8h 。 火烧坪铁矿工业试验从2 0 1 2 年1 1 月1 4 日上 午8 点给矿,到1 1 月2 4 日1 2 O O 点止,共计连 续运转31 班次2 4 8h 。选矿工业试验累计实际原矿 处理量为84 0 3t ,干矿量为75 1 7 .4t ,累计给矿 时间为2 3 7 .7h ,合3 1 .6 2t /h ,已达到设计要求的 单系列矿石处理能力 单系列设计能力2 5 万t /a , 合3 1 .2 5t m ;一次分级溢流产品浓度为3 9 .4 %,细 度为一0 .0 7 4m m 占5 7 .1 %,二次分级溢流浓度 1 4 .4 %,细度为9 4 .5 %。连续3 1 个班累计选矿工业 试验技术指标见表5 。 表5火烧坪铁矿选矿工业试验指标 /% 火烧坪铁矿选矿工业试验工艺流程见图1 。赤 铁矿精矿经浓缩、过滤得到铁精矿滤饼,进行销 售。三个尾矿集中后经尾矿泵站输送到罗家坳尾矿 库。厂前环水 浮选前浓缩、铁精矿浓缩、及选矿 厂生活用水 经机械加速澄清池澄清后通过回水泵 站输送至流程回用。尾矿库环水经澄清后通过回水 囤船取至回水塔自流至选矿厂清水池。 3铁精矿浓缩、过滤及环水利用专 坝技术 从事该类铁矿试验研究的工程技术人员都清 楚,该类铁矿在磨矿过程中会产生大量的矿泥,严 重影响选别选择性和选矿回收率。本工业化试验过 程中,大量的矿泥严重影响了选矿产品的沉降、过 滤及环水回用,为解决这些问题,在工业化调试过 程中重点研究了相关技术并加以实施,基本解决了 这些问题,取得了专项技术成果并寻找到了相关成 万方数据 2 0 1 3 年增刊邵广全等鄂西高磷鲕状赤铁矿资源开发应用技术选矿工业试验 1 5 9 原矿 铁精矿滤饼 图l选矿工业化试验工艺流程图 套装备。各产品沉降试验见工业试验报告[ 6 ] 。 3 .1 浓缩脱水、过滤技术及装备 经浮选后铁精矿自流至①3 0 m 浓缩机进行脱 水,铁精矿过滤采用Z P G 一6 0 /5 型6 0m 2 盘式真空 过滤机。实践表明,铁精矿跑混严重造成铁精矿流 失,同时过滤滤饼水分高达1 5 %~1 8 %,为此我们 进行了大量的试验研究工作,最终确定助凝剂P F 和絮凝剂X N 一1 铁精矿絮凝沉降组合应用技术,自 制了一套药剂制备填加系统,解决了浓缩脱水跑混 问题。在该脱水组合技术研究过程中,同步进行铁 精矿过滤试验,该组合脱水技术控制好用量情况下 可大大改善过滤效果,使滤饼水分降至1 2 %,达到 了该品级铁精矿H 5 5 含水要求。浮选前浓缩采用 ①3 0m 浓缩机可实现自然沉降,无需其它辅助沉 降措施。 3 .2 环水处理回用技术及装备 选矿厂厂前环水浮选前浓缩溢流、铁精矿浓缩 溢流、及经化粪池后选矿厂生活用水,统一经 ①1 6 .9m 机械加速澄清池澄清后通过回水泵站输送 至流程回用。在进行脱水应用技术研究的同时,进 行回水浮选试验研究,选择对浮选影响较小的浓缩 脱水技术,从而实现环水经澄清处理后回用对浮选 无影响。 4 经济效益情况 4 .1 营业利润 选矿厂达产年经济效益情况,按目前铁精矿 价格,年销售收入1 00 1 5 .3 8 万元,总成本费用 92 2 8 .4 8 万元,本项目达产年度营业收入扣除总成 本费用后为利润总额7 8 6 .9 万元,按所得税率2 5 % 计算,应缴所得税1 9 6 .7 2 5 万元,达产年净利润 5 9 0 .1 7 5 万元。 4 .2 税收 达产年可实现税收21 7 2 .7 2 5 万元。达产年可 实现增值税12 2 7 万元,企业所得税1 9 6 .7 2 5 万 元,资源税5 2 0 万元,矿产资源补偿费2 0 0 万元, 房产税2 4 万元,缴纳其他税费5 万元。 因受国际国内经济形势下滑影响,2 0 1 2 年铁 矿石价格大幅下跌,目前基本处于底部区域,若经 济形势一旦好转,铁矿石价格将逐步回升,公司销 售收入将明显增加,营业利润将显著上升。 5 结论 1 2 0 0 6 2 0 0 7 年针对鄂西火烧坪高磷鲕状赤 铁矿开发出的“强磁抛尾一双反浮选脱磷脱硅”的 联合选矿工艺技术,研发出了新的选矿药剂,在本 次工业试验过程中得到了验证,可以进行工业化应 用技术转化,该技术属国内首创。 2 本次工业试验形成了一整套可供鄂西高磷 鲕状赤铁矿大规模开发的集成选矿技术成果,比 如选矿产品浓缩脱水、过滤及回水利用等,由于 本工业试验规模达到7 5 0t /d ,为大规模开发火烧 坪铁矿资源奠定了基础。 3 工艺矿物研究成果,提出了选矿主要通过 富集“富铁鲕粒”概念,富铁鲕粒主要由泥晶赤铁 矿、鲕绿泥石、云母和微细粒的石英、胶状磷灰石 万方数据 1 6 0 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 等矿物集合体以鲕粒状产出,可指导该类资源选矿 提高铁精矿品位的限度。 4 随着管理制度不断完善、岗位工精细化操 作熟练,本工艺技术有较大提高技术经济指标的 潜力。 5 工业试验表明,该工艺技术适用于宜昌火 烧坪高磷鲕状赤铁矿的选矿,具有成本低、运行平 稳、易于操作等特点,突破了火烧坪矿区难以开发利 用的技术瓶颈,是处理该类矿石合理的技术选择。 6 鄂西高磷鲕状赤铁矿资源由于矿石品位较 低,从经济角度上要求须先进行选矿富集再进行冶 炼的综合利用有效途径。 参考文献 [ 1 ] 北京矿冶研究总院.宜昌火烧坪高磷鲕状赤铁矿选 矿小型试验研究报告[ R ] .2 0 0 8 . 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