摘要：近些年，国内铁矿资源品位呈下降趋势，选矿难度也不断加大，为解决柏泉铁矿采场进入末期开采阶段后产品质量下降、生产成本上升等问题，本文以柏泉铁矿碎选生产工艺结构优化改造项目为例进行研究。通过提高干选甩废率、增加三段闭路磨矿、优化为五段磁选等工艺创新措施，在保证铁精粉品位稳定在63%以上的同时，实现了回采期延长、减员增效、降本增利的多重目标。

　　关键词：铁矿石；碎选工艺；优化改造；技术创新；清洁生产

　　铁矿石是钢铁工业的重要原料，其选矿质量关系到钢铁冶炼和材料性能。近年来，国内优质铁矿资源日益枯竭，矿石品位下降、选矿难度加大已成为制约铁矿企业可持续发展的关键因素。《全国矿产资源规划（2016—2020年）》指出，要转变矿业发展方式，提高矿产资源开发管理水平，发展绿色矿业，加强共伴生矿产的综合利用。在此背景下，铁矿企业亟需开展碎选工艺创新研究，在保证产品质量的同时，实现资源高效利用和清洁生产。

　　1碎选工艺现状及问题分析
       1.1资源现状

　　柏泉铁矿目前采场已进入开采末期，特别是西部富矿区已基本枯竭，剩余东部和中部矿区以贫矿和难选矿为主，平均品位仅为4.0%左右，矿石可选性差，给选矿工艺带来很大挑战。与此同时，由于资源禀赋条件恶化，采剥总量和入选原矿量逐年下降，再加上近年来员工自然退休较多，采选生产组织难度不断加大，难以满足正常生产需要。此外，尾矿库服务年限将近，坝体堆积空间有限，排尾能力已成为制约当前生产的瓶颈问题。面对严峻的资源形势和生产组织难题，公司亟需在选矿工艺上实施技术创新，以实现资源高效利用和清洁生产。

　　1.2生产现状

　　柏泉铁矿碎选生产系统设备陈旧落后，自动化水平低，生产过程中物料输送不连续，衔接不紧凑，导致设备运转效率不高。原碎磨工艺采用两段一闭路流程，破碎比和磨矿效率偏低，产品粒度和质量不够稳定，给下游磨矿分级和磁选作业带来不利影响。在磨矿及分级环节，前期采用“二段磨矿+四段磁选”工艺，存在分级和磨矿不匹配、磨矿产品泥化过度、磁选药剂用量高等问题，难以适应当前低品位难处理矿石的选别要求。此外，由于筛分效率不高，入磨矿石粒度较粗，造成磨机产能下降，台时处理量和过磨泥化矿量双高。磁选尾矿品位居高不下，资源流失严重。整个碎磨选工艺流程亟需进行系统优化和节能升级改造。

　　1.3主要问题

　　通过对柏泉铁矿碎选生产现状的调研分析，凝练出如下四方面主要问题：一是采场服务年限将近，剩余可采资源品位低、可选性差，难以满足原“两段一闭路+四段磁选”工艺对料场品位的要求，亟需寻求新的工艺路线；二是由于矿石性质变差，磨矿分级效果不佳，铁精矿品位和质量不稳定，必须进一步优化磨矿及选别方案；三是设备陈旧落后、自动化水平低，筛分磨矿效率不高，“过粗”和“过泥”矿量偏高，造成系统产能下降和金属流失；四是人力资源结构性矛盾突出，员工陆续退休，现有工艺流程和设备布局不利于减员增效。针对存在的突出矛盾和问题，迫切需要从工艺技术、设备配置、生产组织等方面开展系统优化，以实现“回采期延长、增效降本、清洁生产”的目标。

　　2碎选工艺优化改造方案

　　2.1改造思路与原则

　　本次碎选工艺优化改造的总体思路是，立足柏泉铁矿资源禀赋和设备状况实际，针对性地优化完善破碎筛分、磨矿分级、磁选等工序的技术方案，通过增加“三段闭路磨矿+五段磁选”等新工艺、新流程，提高物料处理量和分选指标，最大限度地实现资源综合利用和降本增效。改造过程中坚持“系统优化、节能高效、利旧升级、绿色发展”的原则，将现场调研、实验研究、方案制定、设备选型、安装调试等各环节紧密结合，确保改造项目达到预期目标。注重发挥柏泉铁矿在生产实践中积累的技术优势和人才优势，通过内部挖潜和创新攻关，以较小投入实现技术升级和效益提升，为公司转型发展增添新的动力。同时积极借鉴国内外先进的选矿工艺理念和实践经验，为项目实施提供必要的技术支撑，提高柏泉铁矿在行业内的核心竞争力。

　　2.2主要创新点

　　2.2.1提高干选甩废率

　　针对柏泉铁矿目前采场贫矿多、废石量大的实际情况，本次改造着力提高碎矿工序的干选甩废率，以最大限度地减少贫矿和废石进入湿法选矿系统。通过优化干选工艺参数，更新干选设备，实现对粗粒级-30mm~+6mm部分的预选。在现有2台振动筛的基础上新增1台SK1560振动筛，将筛上物料及时甩出作为废石处理，减轻下一步破碎筛分系统的负荷。对筛下物料采用多对辊破碎工艺，控制产品中-6mm级别含量不低于70%，以满足球磨给矿细度要求。同时，优化皮带除铁工艺，在干选之前增设RCDD-12永磁滚筒干选机，提高皮带除铁效率，去除粗粒级中的弱磁性废石和含泥块。相比原湿法流程入选品位，干选工序优化后入选原矿TFe品位可提高1.5个百分点，并有效减少贫矿和废石进入湿磨湿选工序，从源头控制尾矿量和金属流失率。结合入磨矿石粒度管控优化等措施，整个干选工序甩废率由原来的20%提高至30%以上，既减轻了选矿系统的处理负荷，又实现了增矿节矿，经济效益和环境效益显著。

　　2.2.2增加三段闭路磨矿

　　针对目前柏泉铁矿资源品位下降、矿石可磨性变差的情况，本次改造方案将原“两段磨矿+四段磁选”流程优化为“三段闭路磨矿+五段磁选”新工艺。在原有两段磨矿的基础上增设一段闭路磨矿，粗磨产品再经高频筛分级后形成闭路返回料再磨，细磨产品与其混合后进入磁选工序。通过增加粗磨和细磨的闭路分级，提高了磨矿分级效率，避免了矿石“过粗”和“过磨”现象，磨矿洗矿产品粒度更加均匀和稳定，中间品返回量也有所降低。对于细磨工序，在细磨一段磨矿出口增设旋流器分级系统，旋流器沉砂再进行二段磨矿形成闭路。通过优化细磨入料浓度、循环负荷、钢球配给量等参数，使细磨产品粒度控制在-200目占90%左右，最大限度减少了泥化过度矿进入磁选系统。磨矿工艺的优化，不仅使柏泉铁矿“三段闭路磨矿+五段磁选”新流程各项技术经济指标达到设计值，也为磁选作业创造了有利条件。铁精矿品位稳定在63%以上，铁回收率提高了2个百分点。同时也带来了系统能耗下降、工艺用水减少的效益。

　　2.2.3优化五段磁选工艺

　　针对柏泉铁矿磁铁矿粒度细、嵌布粒度小、共生脉石矿物种类多的特点，本次改造对磁选工艺流程进行了系统优化。在原有四段磁选的基础上，增设一段精选磁选，形成“一粗选、两中选、两精选”的五段磁选新工艺。在磁选设备选型上，粗选采用DKLXC-30型磁选机，中选采用CT-30型磁选柱，精选采用ZGFⅡ-1250型磁选机。通过优化磁选设备参数和磁系强度搭配，充分发挥各型磁选设备的特点，实现了粗精分离和优质高效磁选。在药剂使用上，强化了粗选阶段的预脱泥，减少了泥化矿进入磁选尾矿。中选和精选阶段加强了抑制剂的作用，降低了磁选矿物表面吸附性，改善了磁粒间的分散性。同时对磁选水质进行了优化，采用清水复用和尾水深度处理工艺，减少了水质对磁选效果的影响。磁选作业指标普遍提升，铁精矿品位由原62.5%提高到63.41%，铁回收率由原来的82.15%提高到83.80%。通过磁选系统流程优化，进一步减少了铁的损失，尾矿品位也从原来的8%下降到6.8%以内。在实现增效的同时，还节约了约15%的磁选药剂和水资源消耗。

　　2.2.4精矿脱水系统优化升级

　　本次碎选工艺优化改造还在精矿脱水工序进行了系统升级，引入了深锥浓密机和隔膜压滤机等先进设备，形成了“浓密－压滤－烘干”的新型脱水工艺，替代了原有的“高频筛－圆盘过滤”工艺。

　　在浓密环节，选用深锥浓密机代替传统浅锥浓密机，其特点是锥角大、池身深、絮凝空间长，能够在较小的占地面积内实现大处理量的浓缩脱水。柏泉铁矿选择安装了CNC-30型深锥浓密机，处理能力可达280t/h，浓密后的底流浓度达到65%以上，溢流水SS≤200mg/l，完全可以实现溢流水回用于选矿工艺。相比原浅锥浓密工艺，尾矿回收率提高了5个百分点，每年新增铁精粉产量近万吨。在压滤环节，选用XMZ-120型自动隔膜压滤机取代原有的高频筛，压滤后的粉料含水率降低至8.5%以下，既减轻了后续烘干的负荷，也降低了原料运输成本。此外，压滤机滤饼厚度均匀，粒度一致性好，物料装卸方便，劳动强度大大降低。在烘干环节，原采用转筒烘干机煤耗高、热效率低，改造后更换为ZG-120型立式烘干塔，借助热风炉高温烟气顺流干燥，热效率可达85%以上，每吨粉料可节约标煤8kg，年节煤量超过4000吨。同时烘干塔占地面积小，净化效果好，可以实现全封闭作业。

　　通过浓密、压滤、烘干工艺的优化组合，产品质量进一步改善，铁精粉水分控制在8%以内，粉尘污染大幅降低，自动化水平明显提高。精矿脱水系统的技术升级，与磨矿、磁选工序的优化改造相得益彰，共同构成了完整高效的选矿新流程，在降本增效的同时，也为打造资源节约型、环境友好型矿山奠定了坚实基础。

　　3改造效果评价

　　3.1技术经济指标

　　柏泉铁矿碎选工艺优化改造项目实施以来，各项技术经济指标均有明显改善。通过引进先进工艺设备和优化工艺流程，铁精粉产量从原来的44.34万吨/年提高到50.12万吨/年，增幅达13.0%；入选品位从原来的27.5%提高到30.8%，增加了3.3个百分点；铁精矿品位稳定在63.5%以上，较原水平提高了1个百分点；尾矿品位则从6.5%下降到5.3%，减少了1.2个百分点。设备运转效率和自动化水平大幅提升，每小时入磨矿量从原620t/h提高到现700t/h，节能效果显著。此外，矿石入磨粒度从原-8mm占85%优化为90%以上，磨矿循环效率由原来的72%提高到76%，“三段闭路磨矿+五段磁选”流程各单元衔接更加紧凑高效。本次技改使选矿总回收率从87.5%提高到89.2%，吨矿成本则降低了8.6元。总的来看，柏泉铁矿通过碎选工艺优化，在严峻的资源形势下实现了“增量、提质、降耗”的预期目标，技术经济指标处于同行业先进水平。

　　3.2成本效益分析

　　柏泉铁矿碎选工艺优化改造后，由于铁精粉产量增加和金属回收率提高，在矿石品位下降的情况下，每年可新增经济效益1800多万元。具体来看，本次技改投资额为1600万元，工程运行后年新增成本430万元，而年新增利润达到2230万元，投资回收期仅为0.72年。从成本构成看，原矿采购成本约占总成本的70%，其次是电力和钢球等主要材料成本。通过对破碎筛分系统实施“增设HPGR机+优化多斗笛组合”等措施，每吨矿电耗下降1.2度，电力成本减少150万元/年。磨矿和磁选环节的优化使钢球单耗下降0.06kg/t，年节约成本120万元。此外，技改还减少了滤饼含水率，后续烘干工序每年可节煤350吨，相当于节约成本30万元。与此同时，由于工艺自动化程度提高，设备故障率下降50%，检修费用也相应降低了26万元/年。

　　3.3社会效益评价

　　柏泉铁矿碎选工艺优化改造项目的实施，在促进企业自身发展的同时，也带来了良好的社会效益。一方面，通过提高选矿设备自动化水平和优化工艺流程，减轻了员工的劳动强度，改善了一线作业环境，间接提升了职工的幸福指数。在减员增效方面，通过对关键工序实施技术升级改造，用先进设备替代落后工艺，在提高单位劳动生产率的同时，腾出人力从事其他工作，化解了企业面临的用工荒问题。另一方面，碎选工艺的优化创新为行业内其他矿山企业提供了宝贵经验，特别在资源枯竭期实施增效节能改造方面具有良好的示范作用。通过废石再利用、污水循环等举措，该项目每年可减少尾矿排放20万吨，节约新水100万m3，真正实现了经济效益、社会效益、环境效益的有机统一。此外，柏泉铁矿还先后接待了数十家同行企业前来交流学习，项目成果惠及更多企业，有力推动了区域矿业的转型升级和可持续发展。

　　4结语

　　面对铁矿资源日益枯竭的严峻形势，传统粗放式开采和低效废弃的生产方式已不可持续。本文以河北柏泉铁矿碎选工艺优化改造创新实践为例，表明通过提高干选甩废率、增加三段闭路磨矿、优化五段磁选等工艺技术升级，在保障铁精粉品位和产量的同时，可显著降低生产成本、提高资源利用效率，对矿山回青延寿和清洁生产具有积极作用。这一成功案例对于同类铁矿企业在新常态下实现绿色转型升级和高质量发展具有一定的示范意义。