镜铁山式铁矿选矿工艺优化和创新实践.pdf

镜铁山式铁矿选矿工艺优化和创新实践 ① 王永刚， 刘千帆， 高泽宾 （甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司钢铁研究院， 甘肃 嘉峪关 ７３５１００） 摘 要 在酒钢现有技术的基础上，对镜铁山式铁矿选矿工艺进行了优化。 采用块矿分级焙烧⁃磁选⁃反浮选、粉矿粗细分级强磁选工 艺，大幅度提高了金属回收率。 采用加压盘式过滤机过滤细粒级铁精矿，解决了过滤难题。 为同类细粒级铁精矿过滤开辟了新途径。 关键词 镜铁山式铁矿； 磁化焙烧； 磁选； 反浮选； 高梯度强磁选； 过滤 中图分类号 ＴＤ９５１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１５．０５．０１７ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１５）０５－００６０－０３ Ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｊｉｎｔｉｅｓｈａｎ⁃ｔｙｐｅ Ｉｒｏｎ Ｄｅｐｏｓｉｔ ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ⁃ｇａｎｇ， ＬＩＵ Ｑｉａｎ⁃ｆａｎ， ＧＡＯ Ｚｅ⁃ｂｉｎ （Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｈｏｎｇｘｉｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｊｉｕｑｕａｎ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ （Ｇｒｏｕｐ） Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｊｉａｙｕｇｕａｎ ７３５１００， Ｇａｎｓｕ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｊｉｎｇｔｉｅｓｈａｎ⁃ｔｙｐｅ ｉｒｏｎ ｏｒｅ ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ＪＩＳＣＯ． Ｔｈｅ ｍｅｔａｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｃａｎ ｂｅ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｏｆ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ⁃ｒｏａｓｔｉｎｇ⁃ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ⁃ ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｌｕｍｐ ｏｒｅ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ⁃ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｆｉｎｅ ｏｒｅ． Ｔｈｅ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｕｚｚｌｅ ｏｆ ｆｉｎｅ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｃａｎ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｐｌａｔｅ⁃ｔｙｐｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｉｌｔｅｒ， ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ａｓ ａ ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｎｅ ｉｒｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｙｐｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｊｉｎｔｉｅｓｈａｎ⁃ｔｙｐｅ ｉｒｏｎ ｏｒｅ； ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ ｒｏａｓｔｉｎｇ； ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｒｅｖｅｒｓｅ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ； ｈｉｇｈ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ 酒钢集团是我国西北地区规模较大的钢铁联合企 业，拥有年产 ８００ 万吨铁矿石的矿山和处理 ６５０ 万吨 铁矿石的选厂（下称“一选厂”）。 其始建于 １９５８ 年， １９７２ 年竣工投产，建设在冶金厂区内，现行工艺流程 和设备装备处理能力可年生产铁精矿 ３３３ 万吨。 处理 的矿石属弱磁性贫铁矿石，矿物组成复杂，铁矿物嵌布 粒度细且粗细不均，属难选红矿。 为尽快发挥自有矿山的优势，最大限度释放镜铁 山矿的产能，改善企业经济效益，酒钢集团决定进行扩 能改造，新建一座年处理 ４００ 万吨原矿的铁矿选矿厂 （下称“二选厂”）。 １ 工艺流程简介 二选厂原则工艺流程是块矿焙烧⁃磁选⁃反浮选、 粉矿强磁选、精矿混合浓缩过滤。 原矿经筛分分为块 矿（１５～１００ ｍｍ）和粉矿（－１５ ｍｍ）。 块矿分三级磁化 焙烧，焙烧为两段闭路工艺流程，干选抛尾，焙烧矿进 入弱磁选⁃反浮选流程进行选别。 粉矿采用两段连续 磨矿，中磁脱除强磁性矿物，立环强磁机粗选，粗选尾 矿分级后粗粒级两次扫选，细粒级浓缩后采用一粗一 精两扫选别流程。 强弱磁精矿、尾矿分别混合浓缩，浓 缩精矿用加压盘式过滤机进行过滤，滤饼水分小于 １３％，供烧结使用。 ２ 工艺流程主要优化和创新点 ２．１ 竖炉块矿磁化焙烧工艺优化 ２．１．１ 分级磁化焙烧 酒钢一选厂二次筛分分为 ５５～ １００ ｍｍ 和 １５～５５ ｍｍ 两个粒级焙烧，存在的问题是小 块炉中由于小粒级含量偏多，物料透气性差，焙烧还原 不均匀，影响磁化焙烧效果；大块炉透气性好，容易引起 燃烧火焰上窜（俗称“上火”），导致废气温度上升，影 响热效率。 因此在二选厂建设过程中，二次筛分采用 双层筛（上层筛筛孔 ５５ ｍｍ，下层筛筛孔 ３０ ｍｍ）对一 次筛分的＋１５ ｍｍ 物料分为 ５５～１００ ｍｍ，１５～３０ ｍｍ， ３０～５５ ｍｍ 粒级，其中前两个粒级混合进大块竖炉磁 化焙烧，３０～５５ ｍｍ 粒级进小块炉磁化焙烧，改善了小 块炉的透气性和大块炉的热效率，有利于强化焙烧。 ２．１．２ 竖炉工艺参数 一是优化竖炉排矿结构尺寸， ①收稿日期 ２０１５⁃０３⁃２０ 作者简介 王永刚（１９７１－），男，甘肃会宁人，高级工程师，大学学历，主要从事磁化焙烧及磁选工艺研究工作。 第 ３５ 卷第 ５ 期 ２０１５ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３５ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１５ 确定大块炉排矿口尺寸 ３１０ １０ ｍｍ，小块炉排矿口尺 寸 ２９０ １０ ｍｍ；二是依据酒钢镜铁山矿石自然堆积角 ４０．２６，对炉底板结构进行改进，去掉滑铁板，将炉底板 末端倾角由 ３５改为 ４５，使其变成 ４５的一块整板。 为 满足排矿口工艺参数，确定水箱梁站柱高度 １ ４６０ ｍｍ， 对应的排矿辊中心定位尺寸为 ２２５ 和 ８３０ ｍｍ。 优化 后的炉底结构和排矿口如图 １ 所示。 生产实践证明， 炉底板结构的改进和排矿口参数的优化是合理的，这 一改进使炉底排矿更加顺畅、均匀，有效缓解了“淌 炉”和“挠眼”现象，有利于提高焙烧矿质量和产量，减 轻工人劳动强度。 炉底板 水箱梁 水箱梁站柱 排矿辊 1.00 0.41 225 -0.42 Φ 600 -1.050 45 35 1090 830 1160 361 1451 排矿口尺寸 图 １ 改进后的炉底结构和排矿口示意 ２．１．３ 抽烟机工艺参数 抽烟机既要及时排出炉膛 内的废气，还要保证竖炉内适宜的压力梯度。 为保证 热交换效率，竖炉炉体燃烧室内须保持零压到微负压 （０～－１０ Ｐａ）；为保证还原气氛和安全运行，竖炉炉体 还原带须保持微正压（０～１０ Ｐａ）。 从一选厂运行情况 来看，竖炉存在负压不足、窥孔“冒火”、挠眼孔漏煤气 现象，影响热交换效率和煤气有效利用，根本原因是抽 烟机能力不足，炉体内压力梯度分布不合理。 针对该 问题，二选厂建设过程中对抽烟机参数进行了优化，抽 烟机负压提高了１ ７００ Ｐａ，风量提高了９ ０００ ｍ３／ ｈ。 实 践证明抽烟机参数优化后，不仅提高了焙烧矿质量，而 且实现了单高炉煤气磁化焙烧，缓解了酒钢焦炉煤气 供应紧张的局面，充分利用了富余的高炉煤气。 抽烟 机参数优化结果见表 １。 表 １ 竖炉抽烟机参数优化结果 选厂名称风压／ Ｐａ风量／ （ｍ３ｈ －１ ） 一选厂（６５０ 万吨）４ ５００４５ ０００ 二选厂（４００ 万吨）６ ２００５４ ０００ ２．２ 强磁选工艺 酒钢粉矿强磁选采用连续磨矿，粗选尾矿分级选 别，细粒级（－０．０３７ ｍｍ 粒级含量占 ９４％以上）采用一 粗一精两扫工艺。 从一选厂生产实践来看，细粒级选 别的金属回收率很低，金属流失严重。 二选厂建设的可研阶段，针对上述问题进行研究。 比较分析国内两种强磁选机的场强以及梯度特性，从 两种强磁选机的电磁性能曲线图（见图 ２～３）可以看 出，ＺＨⅡ－３２００ 型双盘平环强磁选机上盘工作场强可 达到 １．６ Ｔ，下盘可达到 ２．０ Ｔ，而 Ｓｌｏｎ－２５００ 型立环强 磁选机场强一般为 １．０ Ｔ。 从聚磁介质的有限元分析 结果（见图 ４～５）来看，三角形聚磁介质的磁场梯度高 于圆形聚磁介质。 研究证明，不同截面的聚磁介质在 相同的背景磁场下，形成的高磁场区域的场强、磁场梯 度、磁力按三角形、正四边形、正六边形、正八边形、正 十二边形、圆形顺序依次减小，即在一定范围内尖角角 背景场强／T 激磁电流／A 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.00 2004006008001000 1200 1400 1600 图 ２ Ｓｌｏｎ－２５００ 型立环强磁选机电磁性能曲线 场强／mT 电流／A 2200 1800 1400 1000 600 200 20406080100120140 回 回 回 回 回 回 回 回 ＠ ＠ ＠ ＠ ＠ ＠ ＠ ＠ 上盘场强 下盘场强 图 ３ ＺＨⅡ－３２００ 型双盘平环强磁选机电磁性能曲线 图 ４ 三角形聚磁介质有限元分析 １６第 ５ 期王永刚等 镜铁山式铁矿选矿工艺优化和创新实践 图 ５ 圆形聚磁介质有限元分析 度越小，介质所产生的局部磁场、梯度和磁力越高，多 层尖齿形介产生的梯度（达到 １０４～１０５）高于其它形状 的介质（圆棒形 １０３）。 在细粒级入选物料粒度－０．０３７ ｍｍ 粒级占 ９５％、 原矿品位 ３４．９７％的条件下，获得了精矿品位 ４７．１５％、 金属回收率 ７６．３９％的较好指标。 通过试验研究，结合 生产过程强磁粗选以及粗粒级作业需要的实际场强为 ０．８５ ｍＴ，最终确定粗选及粗粒级扫选采用大直径立环 强磁选机（Ｓｌｏｎ－２５００ 型立环强磁选机），细粒级采用 ＺＨⅡ－３２００ 型平环强磁选机。 ２．３ 浮选前磁选提精脱泥技术 酒钢一选厂弱磁选工艺流程为二段磨矿后经过一 次脱泥、两次磁选，磁选精矿再磨浮选，为缓解精矿再 磨新生矿泥对浮选作业的影响，提高浮选入选品位，结 合磁选作业工艺简单、成本低的特点，对二次磁选精矿 再磨（－０．０４８ ｍｍ 粒级含量达到 ９０％ ～９５％），单体充 分解离后进行磁选脱泥提精。 生产实践证明，该工艺 技术措施达到了预期效果。 ２．４ 加压盘式过滤 一选厂采用 ＺＰＪ－７２ 型真空盘式过滤机，由于该 铁精矿属于典型难过滤物料，水分含量为 １５．０％左右， 远远落后于行业平均水平，精矿给酒钢 １＃、２＃烧结机供 料。 二选厂铁精矿供 ４＃烧结机使用，４＃烧结工艺不带 返矿，经过水分平衡计算，在保证烧结配料水分 ９％左 右的前提下二选厂的铁精矿水分必须低于 １４％，传统 盘式真空过滤机不能满足工艺要求。 经过试验研究， 确定采用加压盘式过滤机。 加压盘式过滤机的压力可以达到 ０．３～０．６ ＭＰａ， 远高于真空过滤机 ０．０６ ＭＰａ 的工作压力。 试验室试 验结果表明，在舱内压力 ０．３ ＭＰａ 时过滤酒钢强磁精 矿，水分为 ９．５％，利用系数 １．４ ｔ／ （ｍ２ｈ）；在舱内压 力 ０．４ ＭＰａ 时过滤酒钢焙烧磁选反浮选精矿，水分 １４％（焙烧过程菱铁矿分解形成微孔，湿法选矿时微孔 内形成毛细水），利用系数 ０．８５ ｔ／ （ｍ２ｈ）。 在充分试 验研究的基础上，二选厂建设中采用了山东莱芜煤矿 机械有限公司的ＧＰＪ－１２０ 型加压盘式，生产实践证明， 该过滤机过滤细粒铁矿是可行的。 ２．５ 节水技术措施 为进一步降低新水消耗，采用分质分级水循环利 用技术，对球磨机轴瓦、强磁选机励磁线圈等设备冷却 新水实现闭路循环使用，对 ７２ 台渣浆泵轴封水采用中 水替代新水。 ３ 工艺优化创新效果 通过一、二选厂主要生产经济技术指标对比分析， 二选厂建设中采用的工艺优化与创新效果显著。 １） 焙烧工艺优化对竖炉焙烧工艺的优化，竖炉 台时处理量提高 ４．３９ ｔ，焙烧矿一次溢流回收率提高 １．８７ 个百分点，煤气单耗下降 ０．２６ ＧＪ／ ｔ。 由于焙烧矿 质量提高，焙烧抛尾产率降低 ４．８％，品位降低 ２．３６ 个 百分点，弱磁选的尾矿品位降低 １．６９ 个百分点，金属 回收率提高 １．４９ 个百分点。 ２） 强磁选工艺优化通过对强磁选工艺的优化，强 磁系统金属回收率提高 ７．２０ 个百分点，精矿品位提高 ０�� ８１ 个百分点，单体解离充分的细粒级部分精矿品位提 高了 ４．０８ 个百分点，尾矿品位降低了 ４．６０ 个百分点。 ３） 浮选前磁选提高浮选入选品位 ０．５９ 个百分 点，由于浮选入选品位提高，反浮选精矿品位提高 ０．８１ 个百分点，尾矿品位降低 ０．３５ 个百分点。 ４） 加压盘式过滤机加压盘式过滤机的利用系数 达到 １． ０７ ｔ／ （ｍ２ｈ），比盘式真空过滤机高 ０． ２５ ｔ／ （ｍ２ｈ），水分达到 １２．９７％，满足烧结工序对自产铁 精矿水分 １４％的要求。 由于水分降低，烧结可以配更 多的自产铁精矿，为挖潜增产创造了条件。 其次加压 盘式过滤机的滤布消耗为 ０．００３ ｍ２／ ｔ，真空盘式过滤 机的滤布消耗为 ０．００９ ｍ２／ ｔ。 盘式真空过滤机滤布使 用 １０ ｄ 左右时，滤布堵塞板结，滤饼变薄，设备处理能 力下降，滤布消耗上升。 由于加压盘式过滤机工作压 力（≥０．３ ＭＰａ）远远高于真空盘式过滤机压力（最大 ０．０６ ＭＰａ），配之以低压反吹风和滤布清洗水，滤布可 以使用 ３０ ｄ 左右。 ５） 节水新水单耗降到 ０．３１ ｍ３／ ｔ精，同比降低 ０．４４ ｍ３／ ｔ精，新水单耗降低 ５９％。 ４ 结 语 依据酒钢多年的生产实践和镜铁山式铁矿选矿试 验研究，在新建项目实施中对选矿工艺进行了优化和 创新，经两年多生产实践，主要技术经济指标显著进 步，产生了较好的经济效益。 首次在黑色金属选厂使 用加压盘式过滤机，较好地解决了酒钢铁精矿过滤难 题，为同类细粒级难过滤铁精矿过滤开辟了新途径。 ２６矿 冶 工 程第 ３５ 卷