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磁铁矿选矿提质节能新技术

——中国地调局郑州综合利用所磁场筛选法技术及其装备一览

2021-4-7 8:48:03 来源:中国矿业报

1.研发背景

我国贫、细、杂难选磁铁矿资源量上百亿吨,如何让这部分资源重见天日,成为一道绕不过去的坎儿。长期以来,我国部分磁铁矿类矿山一直沿用传统的“细筛-弱磁选”生产工艺(部分采用反浮选工艺)进行铁精矿提质,出现了铁精粉全铁品位低、筛分效率不高、连生体夹杂严重等问题,导致下游钢铁冶金行业的焦比和渣比大幅上升。

中国地质调查局郑州矿产综合利用研究所(以下简称“中国地调局郑州综合利用所”)针对我国磁铁矿资源“贫、细、杂”的特点,为解决我国磁铁矿矿山质量与产量、质量和成本的突出矛盾,促进我国贫磁铁矿选矿技术提高与发展,为我国磁铁矿资源高效利用寻求一种新工艺,多年来在国家科技攻关项目、地质大调查项目、河南省重大科技攻关计划项目等一系列专项项目资金的支持下,围绕这一难题进行了潜心攻关,形成了“磁团聚理论”、“磁场筛选法技术”并研发了系列新型装备。

2.研发经历

第一阶段:“磁团聚理论”的提出及其装备研制

早在1978年,当时中国地调局郑州综合利用所的王成学研究员在鄂西鲕状赤铁矿选矿攻关中发现,由于受分选原理所限,采用传统磁选法提纯铁精矿其磁性物的富集受磁场力直接吸引,造成精矿对连生体夹杂严重,很大程度上影响铁精矿质量。要提高精矿品位就必须细磨至连生体解离为止,这样做精矿质量是上去了,可是产量又下来了。为攻克这道难关,王成学突破传统磁选法中磁性物的富集必须采用磁场力大于重力与其他阻力合力的理论框架,首次提出一种能够不受磁场力直接引力而富集铁精矿的磁性分离方法,即磁团聚重选法新方法。该方法由于能有效排除连生体,可以在粗磨情况下,将嵌布较粗的已解离的磁铁矿及早转入精矿,从而实现提质、增产的效果,这是选矿领域的重大突破。

在上世纪80年代初,研究所组建了以王成学为组长的老中青三代精英技术人员专业团队,专门从事此方面的技术研究。到了80年代中期,基于“磁团聚重选法”理论他带领课题组与首钢矿业公司成功研制出第一代磁团聚重力选矿机,并于1985年底在首钢大石河、水厂两个选矿厂的22个选矿系列全面推广磁团聚重选新工艺。通过工业实践,1986年研发的“磁团聚重选分选机”获国家科技进步一等奖及中国专利局与世界知识产权组织联合授予的中国专利发明创造金奖,该技术当时在国际选矿会议上被称为“磁铁矿选矿领域革命性的突破”。首钢全部应用该专利技术研制的磁团聚重选机后效益显著。随后,该机及其升级产品磁选柱等精选设备逐步在全国多家铁矿选厂推广应用。

第二阶段:磁场筛选法及其装备研制

在磁团聚理论指导下,1994年中国地调局郑州综合利用所开始研究新一代以磁团聚理论为基础的高精度分选方法——磁场筛选法。2000年以来,在国家科技攻关项目、地质大调查项目等一系列专项项目资金的支持下,中国地调局郑州综合利用所磁团聚技术研发团队经过不断创新实践,取得了磁场筛选法重大科技成果,利用该项专利技术研发出系列化工业型设备——磁场筛选机。2001年后,他们陆续进行了多型号试验机型研制试验,在2003年定型出CSX型系列磁筛设备并进行推广应用。

自2003年以来,全国近40家铁矿山生产企业应用了80余台CSX型系列磁筛装备。2004年7月26日,河南省科技厅组织有关专家对中国地调局郑州综合利用所承担的河南省重大科技攻关项目——钢铁原料提质增效关键技术研究进行了鉴定,以余永富院士为鉴定委员会主任的专家组形成了如下鉴定意见:该技术思路清新,技术指标高,经济效益好,达到了磁铁矿选矿的国际领先水平。

第三阶段:“振动”筛分分选的磁筛分选设备

2014年底,磁团聚项目组针对CSX系列设备出现的分选筛片易堵塞的问题再次进行科技攻关,先后采用超声波清洗技术、高频振动清洗工艺进行内部结构再设计。该清洗装置从设计、改造加工、验证试验、整体定型历时14个月的时间,并于2016年先后在河北建龙集团滦平矿业公司、河北远通集团滦平县伟源矿业公司、承德柏通矿业公司等大型矿山企业应用7台套。目前,该套CSX-Z型振动磁场筛选机已被成功推广应用,经选厂统计较原磁筛型号设备的开机率大幅提高,且选别指标不受影响,清洗频率由原2次/月延至1次/半年,其清洗过程较原来大幅降低了工人劳动强度和工作量,大幅提升了设备的实用性和适应性,为选厂创造了可观的经济效益。

3.成果应用

磁筛设备自2003年工业化以来,已在我国河南、河北、湖北、云南、安徽、山西、山东、江苏、新疆、四川、黑龙江等省区的近四十余家铁矿山应用80余台,且有2台磁筛设备销往阿根廷MSG铁矿。

实例1:紫金矿业集团新疆金宝矿业公司保有铁矿石量2893.58万吨,金属量958.43万吨。目前,金宝矿业公司已形成22000t/d生产规模(矿石处理能力),年产低硫、低磷、高品位铁精粉达到120万t以上。2007年~2010年先后订购磁场筛选机CSX-III型13台,生产出细粒铁精矿品位达69%和粗粒级铁精矿品位达66%的两种品级精矿。新疆金宝矿业公司选厂的一位负责人曾感触颇深地说:“通过2007年~2010年期间的三期磁筛工艺技改工程,原矿区内品位低于15%的铁矿资源加上高含石榴石的难选矿资源,合计2000万吨资源得到了充分合理利用。同时提高了生产能力,每吨铁精矿耗水比同类设备节水50%以上,资源综合利用率、选矿回收率等都明显提高,投资回收期1.2年。”

实例2:2014年,磁团聚项目组科研人员针对攀西地区四川德胜集团攀枝花青杠坪矿业公司选厂进行实地调研,并针对一段磨矿磁选粗精矿产品进行了详细的磁筛工艺条件试验。2015年9月,选厂采用磁筛工艺后使精矿产品全铁品位由原54.5%提高至56.5%以上,高频细筛筛孔由原0.12mm放粗至0.20mm,在年生产铁精矿产量不降的前提下精矿品位提高2个百分点,年产值可增加近1500万元。

实例3:2017年,承德柏通矿业有限公司订购CSX-Ⅲ(Z)型磁场筛选机3台(套),在给料品位TFe≥63.5%的条件下,可以获得精矿品位TFe66.5%以上的精矿品位,且精矿粒度有原-200目80%降至-200目73%左右;工艺流程中高频细筛筛孔也由原120目放粗至80~100目。初步估算,采用CSX-Ⅲ(Z)型振动磁场筛选机技术设备后,在保证精矿品位TFe≥66.5%指标的前提下,较原工艺提高产能5%~6%左右,优化了选厂整体工艺,年新增产值近1000万元,达到了磁筛工艺提产降耗增效的目的,同时也为选厂创造了可观的经济效益。

4.经济社会效益

应用效果

一、显著提高铁精矿质量,铁精矿精矿品位能提高2~8个百分点。

二、不同程度地提高选厂生产能力,应用后的选厂生产能力可普遍提高5%~10%。

三、平均降低铁精矿中硅含量2~4个百分点。

四、较同类精选设备节水50%以上,实现提质、增产、节能。

预期经济效益

依据已采用磁筛分选工艺技术多年的选厂应用效果来看,其铁精矿品位能普遍提高2个百分点以上,同时还可不同程度地提高生产能力。根据现有实际生产情况,若只计算提高铁精矿品位这一项,对年产100万t精矿的中型选厂而言,每年增加直接经济效益超过1000万元以上。同时由于不同程度地提升选厂产能,为下游冶炼提供高品质铁精矿,同时炼铁过程焦比、渣量也随之减少,进而产生的综合经济效益和环境效益将是巨大的。

社会效益

一、推动我国冶金工业技术进步。

磁筛技术彻底颠覆了传统“弱磁选-细筛”选矿工艺和磁聚机类精选工艺。其在磁铁矿提质降杂、多金属综合回收利用方面效果明显,对提高我国贫细杂铁矿资源的开发利用提供了技术保障,推动了我国磁铁矿选矿技术水平,磁筛技术所产出的高质量铁精矿更在一定程度上推动了我国冶金工业的技术进步。

二、扩大可利用磁铁矿资源范围。

磁筛精选技术的出现使得一些低品位磁铁矿和嵌布粒度极细的难选磁铁矿经过细磨获得高品位铁精矿,客观降低了矿石工业品位,提高了我国磁铁矿可利用量,经济合理地延长了我国铁资源的服务年限,使得一些过去不能经济开采的铁矿资源得以利用,大大拓展了我国可利用铁矿资源范围。

三、提高冶金矿山市场竞争力。

已经应用磁筛技术的磁铁矿选矿厂在产品质量和产能上都有了较为显著的提高,对其提高产品附加值,提高其在国内、国外两个市场的综合竞争力发挥了重要作用。

四、促进节能减排、改善生态环境。

磁筛技术间接减少了高炉废气、废渣的排放,降低了煤和焦炭的使用量,为我国低碳经济建设、生态环境改善作出了积极贡献。

5.获得的荣誉

□“磁团聚重选新工艺”获得国家科技进步一等奖 (1987年度)

□“磁团聚重选分选机”获国家发明创造金奖 (1989年度)

□“磁场筛选机”被列入国家鼓励发展的环保产业设备(产品)目录 (2010年度)

□“磁场筛选机CSX型”获国家重点新产品计划 (2011年度)

□“磁场选矿方法及其选矿装备”获授权国家发明专利

(2014年度)

□“磁铁矿选矿提质节能新技术磁场筛选法及其应用”获原国土资源科技进步一等奖 (2014年度)

6.相关图片

网站编辑:宫莉

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