包钢氧化矿工程选矿工艺设计

陆欢欢 刘贺民

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)



包钢氧化矿工程选矿工艺设计

陆欢欢 刘贺民

(中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)

包钢氧化矿工程是国内外建设中较复杂的金属、非金属多矿物综合回收利用的选矿工程。通过对该工程进行设计总结，梳理了工艺设计的重点难点，指出了设计中采取的主要技术措施，提升了设计水平，积累了宝贵的设计经验。

氧化矿 多金属矿 选矿工艺 工艺设计

矿产资源开发利用是人类社会发展的前提和动力，与国民经济的各部门有着广泛的关联。随着经济的飞速发展及金属资源日趋贫、细、杂化，我国矿产资源的总体需求矛盾日益尖锐，开发和利用复杂多金属矿山，对于保证我国矿业经济的可持续发展具有重要意义[1]。

包头白云鄂博铁矿氧化矿由于其矿石品位低、矿物成分复杂、共生关系密切、嵌布粒度细而不均、有用矿物和脉石矿物可选性差异小，是举世闻名的难选矿。白云鄂博铌矿资源储量丰富，占全国总储量的95%，居世界第2位，同时还伴生稀土、硫、萤石、钪等多种有益元素。包钢(集团)公司经过多年的刻苦技术攻关，对其选矿工艺进行深入研究，在铌特效捕收剂上有所突破。2008—2009年，包钢(集团)公司在现有的稀土稀选四车间完成了10万t级的工业试验，并取得了较为理想的技术经济指标。2011年，包钢(集团)公司委托中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司开展了《包钢氧化矿选矿搬迁及白云鄂博矿资源综合利用工程》的设计工作，实现了包钢铁、稀土、铌及其他资源综合回收的产业化道路。

1 包钢氧化矿工程建设的重要意义

包钢氧化矿选矿搬迁及白云鄂博矿资源综合利用工程(以下简称包钢氧化矿工程)是“白云鄂博矿资源综合利用国家级示范基地”建设的关键项目之一，也是自治区政府立项的“包钢尾矿库综合治理与保护”项目的重要组成部分。该项目建成后将显著提升白云鄂博矿资源综合利用水平，将形成全国规模最大的铌精矿生产线，结束我国铌铁一直依赖从巴西进口的局面，打造全球最大的氧化钪生产基地，使我国在铌、钪等重要战略资源供应市场占据独特的地位和优势。同时，该项目将大幅度减小尾矿库负荷，并采用尾矿干堆、各工序独立循环水系统等新技术，实现生产废水的零排放，具有巨大的经济效益、环境效益和社会效益。

2 工程概况

2.1 工程规模

包钢氧化矿工程是选矿工艺较为复杂的大型选矿厂工程，该工程自2012年底开工建设，至2014年底，已全部建成投入生产和调试。该工程年处理白云鄂博铁矿主、东矿氧化矿石600万t，由3座选矿厂及一座热电厂组成。其中新建铁选矿厂处理原矿600万t/a，新建稀土选矿厂处理铁选矿厂强磁尾矿342万t/a，新建铌选矿厂处理铁选矿厂浮选尾矿和稀土选矿厂浮选尾矿386万t/a[2]。

2.2 工艺流程

包钢氧化矿工程破碎系统采用常规3段1闭路破碎工艺流程，最终破碎产品粒度12～0 mm，破碎系统工艺原则流程见图1。

图1 破碎系统原则流程

该工程磨选系统共由3部分组成：第1部分，新建铁选矿厂，主要采用两段连续磨矿—弱磁—强磁—磁选精矿再磨—反浮选工艺处理铁矿石；第2部分，新建稀土选矿厂，主要采用浮选工艺处理铁选矿厂强磁尾矿，并对得到的稀土精矿进行过滤—干燥—包装；第3部分，新建铌选矿厂，主要采用阶段磨矿—阶段磁选—铁反浮选—稀土浮选—混合浮选—硫浮选—铁正浮选—重选—脱硫脱铁浮选—铌浮选—萤石浮选工艺综合回收选铁、选稀土尾矿中的铁、稀土、硫、萤石和铌精矿产品，实现白云鄂博矿产资源的综合利用。3部分磨选工艺原则流程分别见图2～图4。

图2 新建铁选矿厂磨选工艺原则流程

图3 新建稀土选矿厂选别工艺原则流程

2.3 主要产品

(1)新建铁选矿厂的主要产品为全铁品位为64.5%的铁精矿。

(2)新建稀土选矿厂的主要产品为ReO品位为50%的稀土精矿。

(3)新建铌选矿厂的主要产品共有5种，分别是全铁品位为64.5%的铁精矿、ReO品位为50%的稀土精矿、S品位为30%的硫精矿、Nb2O5品位为5%的铌精矿和CaF2品位为95%的萤石精矿。

3 厂区布置

整个氧化矿工程由新建铁选矿厂、新建稀土选矿厂、新建铌选矿厂和新建热电厂4部分组成。供矿系统位于白云铁矿破碎区，矿石经中碎后通过一条5.3 km长的胶带运输至氧化矿主厂区，主厂区北侧自东向西依次布置热电厂、铁选矿厂、稀土选矿厂和铌选矿厂，公辅及办公设施位于铁选矿厂南侧。氧化矿主厂区东西长1 750 m，南北宽970 m，总占地面积约99 hm2。厂区总体布置见图5[2]。

图4 新建铌选矿厂选别工艺原则流程[3]

4 设计重点、难点及采取的措施

(1)该工程为金属、非金属多矿物选矿，工艺流程复杂，是国内外建设的较复杂的选矿工程。包钢氧化矿工程年处理氧化矿石600万t，除含磁、赤铁矿外，还含有稀土、硫、铌、萤石等多种有价元素，既有金属矿、又有非金属矿和稀有矿物，产品种类多，选别工艺流程复杂。

从设计角度，要充分考虑选矿厂建成后在调试和生产阶段发生问题的各种可能性。对于工艺流程如此复杂的选矿厂，系统间或系统内的事故停车是不可避免的，为避免下游作业事故状态影响上游作业生产和调试，设计在系统间和系统内均设置了事故排放点，保障下游作业部分运行或不运行时，上游作业的调试和生产可以顺利进行。

图5 包钢氧化矿工程厂区总体布置

从现场投产后的调试和生产情况看，事故点位的设置是非常必要的，通过设置事故点位，实现了复杂流程分段调试、分段生产的可能，对选铌厂的调试和生产起到了非常重要的作用。

(2)外部综合管网复杂，设计难度大。该工程工艺流程复杂，生产设施较多，根据统计，整个厂区工艺主厂房共23座、浓缩池24座、砂泵站21座，另外还有供水、消防、供暖、供电等建筑设施。通过对已完工程外部工艺管线进行统计对比，包钢氧化矿工程工艺管线长度是其他工程的10倍以上，再加上水、电、暖、热力管线的相互交错，整个综合管网设计非常复杂。

鉴于该工程管网的复杂性，在规划和设计方面采取了一系列有效措施，包括工艺矿浆管道与热力管道共架布置、密集管网处多层错位布置、直埋敷设和地表架空敷设联合布置、地上管架基础间隙布置电缆沟等方式，不仅顺利完成了该工程的综合管网设计工作，同时也节省了管架的钢结构工程量、节省了管网占地空间。

(3)药剂种类多，加药系统复杂。该工程选铁厂药剂种类3种，选稀土厂药剂种类2种，选铌厂药剂种类13种，选别工艺复杂，共有9道浮选作业，且每道浮选作业内又有多道精选和扫选作业，浮选药剂性质多样，强酸、强碱、易燃、易爆药品均有应用，药剂制备和添加系统复杂。

选铁厂和选稀土厂药剂制度比较简单，选铌厂药剂制度复杂，药剂种类较多。因此，设计在选铌厂区单独设置药剂制备车间，药剂制备车间长150 m、宽60.8 m，制备完成后的药剂通过药剂输送泵输送至浮选车间储罐内，再通过螺杆泵输送至各个加药点。考虑冬季白云地区环境恶劣，大雪封山情况时有发生，设计设置了大用量药剂的储存和保管设施，避免因药剂短缺影响生产。

(4)冬季寒冷天气对生产的影响。白云鄂博地区地处阴山山脉，大青山山脉北部达茂旗草原，海拔1 600～1 696 m，冬季气候寒冷，极端最低气温-35.5 ℃，因天气寒冷影响生产的情况经常发生，因此设计应充分考虑寒冷天气对设备设施的影响。

该工程鉴于当地气候条件，对设计中应重点关注的问题如：外部矿浆管线设计问题、地埋管线埋深问题、药剂管线过长冻结问题、矿石湿度过大冻结矿仓下料口等问题均给予了充分的考虑，并提出了具体的解决方案。

(5)干燥、包装工艺在选矿设计中的首次应用。传统的选矿工艺设计节点一般为过滤产出合格精矿，精矿含有一定的水份。为满足冶炼要求，设计在稀土精矿过滤后增加了干燥和包装工艺，同时萤石精矿压滤后也增设了干燥和包装工艺。

通过与厂家的多次交流和现场考察，对精矿干燥和包装工艺有了更深入的了解，通过对各种干燥工艺的分析和比较，最终确定采用蒸汽干燥更适合该工程的特点，既可以充分利用已有蒸汽输送管道节省投资，又可以避免单独燃烧煤粉干燥对环境的污染。

5 目前选矿厂生产情况

经现场生产调试，目前铁选矿厂和稀土选矿厂均已顺利投产，各项生产指标均达到了设计指标。由于铌选矿厂工艺流程非常复杂，为国内外罕见，因此目前正在分段调试分段生产阶段，为完成整个铌选矿厂的生产调试，可能仍需对工艺流程进行适当的调整。

6 结 语

包钢氧化矿工程是目前国内外建设中较复杂的金属、非金属矿选矿工程，通过对该工程的工作设计，实现了资源的综合回收，促进了包钢的发展，为国家重要战略资源铌矿的开发利用做出了重要的贡献。同时，为其他复杂多金属矿山工程的设计提供了经验借鉴。

[1] 魏德洲，刘文刚，崔宝玉，等.复杂多金属矿综合利用技术现状及发展趋势[C]∥复杂难处理矿石选矿技术-全国选矿学术会议论文集.北京：冶金工业出版社，2009:3-7.

[2] 刘贺民，魏明华，桂 富，等.包钢氧化矿选矿搬迁及白云鄂博矿资源综合利用工程初步设计[R].秦皇岛：中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司，2013.

[3] 宋常青.包钢稀土铌资源综合利用关键技术研究报告[R].包头：包钢(集团)矿山研究院，2010.

2016-11-01)

陆欢欢(1984—)，男，工程师，066004 河北省秦皇岛市经济技术开发区龙海道71号。