如何从高效节能的新型选矿设备和工艺上寻找出路，充分利用中国的贫铁矿资源，实现铁矿石的自给，同时又能在开发中最大限度地减少能耗并减少污染，可谓当务之急。

    中国贫铁矿选矿存在的问题

    中国贫铁矿选矿中存在的问题主要表现在以下四个方面。

    1 不能满足精矿数量和质量的要求

    这涉及到较大的供需差距。1992年国产铁矿石产量为 1.97 亿 t，1993 年为 2.27 亿 t (折合成品矿 1.08亿 t) ，进口铁矿石 0.33 亿 t，铁矿石自给率为 75%。2000 年进口铁矿石为 0.7亿 t，2001 年为 1.1 亿 t，2004 年达到 2.1 亿 t，进口铁矿石的金属量已占中国入炉金属量的 50%。预计到 2010 年中国成品铁矿石的需求量将达到8 亿 t，缺口很大。

    供需差距固然与资金投入不足、重点矿山的生产消失能力增加以及自身发展能力差等因素有关。但是选矿技术水平，或者说选矿基础研究、选矿设备和选矿工艺水平在此形成的瓶颈作用却不能忽视。因为国内铁矿石资源的特定状况，尤其是量大面广的贫铁矿的选别，单凭目前广泛采用的常规选矿设备和工艺是难以胜任的。

    2 选矿的主体设备不能满足现有贫铁矿选矿的特定要求

    －破碎设备

    将破碎电耗与粉磨电耗作为一个系统考虑， 可以得到二者的综合电耗与入磨粒度 (破碎产品) 的关系。综合电耗的最低值对应的入磨物料平均粒度为 6～8mm，即最佳入磨粒度，高于此值磨耗增大。贫铁矿选矿要求细磨，其经济的入磨粒度应低于 6 mm。目前黑色金属矿山碎矿产品最终粒度约在 15 mm 左右，达不到贫铁矿选矿的要求。

    破碎机的主要机型为仿欧美上世纪 40 年代的产品，性能差，效率低。主要表现在设备质量大， 安装功率大。比如旋回破碎机，国产规格 B1200 mm 比Sheep bridge 公司 B1220 mm 的比功率高出 4%，再比如圆锥破碎机，国产规格 f 600 mm 比 Nordberg 公司 f 610 mm 的比功率高出 10%，国产规格 f 1 200mm 比前苏联 KMDf 1200mm的比功率高出 41%，显然破碎设备单位质量的生产率低功耗大。

    中国大中型浮选厂多采用老三段一闭路单段球磨流程，虽然产品粒度一般可达15 mm，但采用的破碎机系上世纪 50 年代的老产品，弹簧压力小，设备材质差，处理能力低。

    传统破碎机的系列设计是以试验研究为基础的经验设计和以静态分析为基础的、并无诸参数间相互影响的综合考虑，缺乏现代设计方法的应用，优化设计也多用在单机的改进设计中。

    －球磨设备

    国产球磨机的电机安装功率比国外的甚高。对于规格D×L为900mm×900 mm至3200 mm×4 500mm 的球磨机，国产球磨机的电机安装功率比日本的球磨机约高出 30%，在磨机转速和装球量均接近的情况下，国产 900 mm×900 mm 球磨机的电机安装功率为日本910 mm×910 mm 球磨机电机安装功率的1.4 倍。国产 1 200 mm×1 200 mm 为日本 1 220 mm×1 220 mm 的 1.3 倍，国产 1 500 mm×1 500 mm 为日本 1 520 mm×1 520 mm 的 1.3 倍，国产 2 100 mm×2 200 mm 为日本 2 130 mm×2 440 mm 的 1.2 倍，国产 3 200 mm×4 500 mm 为日本 3 660 mm×4 270mm 的 1.2 倍。
球磨机的工作原理决定了其先天的弱点，即细磨的局限性和极为可观的高能耗，在要求细磨的贫铁矿选矿流程中，这两种缺陷都是致命的。为了达到贫铁矿石要求的磨矿粒度，在流程中往往增加磨矿段数或增加磨矿时间。这不仅增加了能耗，也为过磨提供了条件。而矿石的过磨又给选别脱水等后续作业增加了难度。结果是可观的能量用来做了负功，造成了恶性循环。如统计数据表明，中国露天矿山 86%～90%的电耗用于选矿，碎磨占了选矿电耗的 60%，磨机则是选矿厂费用最大的作业单元。

    根据 Anselm 对磨机功耗的测定， 粉磨能量中有95%～99% 是以热量和噪声的形式散失了。其中总功耗的 47.6% 为破碎产品吸收的热量，31.4% 为空气带走的热损失，12.3% 为耗于螺栓、齿轮和轴承摩擦等纯机械损失，6.4% 为筒体的热损失，其余为研磨介质的摩擦、温升，还有噪声振动和水分蒸发的热消耗，而用于磨机中的矿石产生新生表面的能耗微乎其微，仅仅占磨机能耗的 0.6%。

    如果在磨机设计中能够突破常规的磨碎模型。将比能耗的概念引入模型中。综合考虑到过程中的破碎动力学、物料传输和物料分级特性，采用总体平衡模型进行连续磨矿磨机的按比例放大设计，磨机设计的误差将会大大减小。

    高压辊磨机虽无传统磨矿设备如球磨机等能耗高的缺点，但是受其结构强度和辊面材料耐磨性限制，目前尚未能够进入铁矿石选厂。

    －原因及后果

    造成选矿设备性能差、质量低的原因， 一是设计水平低。首先是制定的产品系列标准本身水平低。低在基本照搬前苏联上世纪 50 年代的标准，缺乏科学的理论依据。实际上高达 80% 的机械零部件的破坏由疲劳失效所致，选矿设备制造业的主导厂之产品设计，往往进行类比设计，习惯于进行静强度计算，基本不作疲劳强度核算或使用寿命计算，安全系数大；二是材质不过关，这一方面导致钢耗高：钢球消耗从 1.7 kg/ t 矿石到 45 kg/ t 矿石，为美国、前苏联、加拿大的 0.80.9 kg/ t 矿石钢耗的 1～2 倍。钢耗高，能耗自然高。另一方面设备材质差零部件磨损快，液压破碎机即因零件磨损而漏油严重，也导致维修时间增多，设备作业率下降，国产破碎机的作业率为 50%～70%，国外的则为 85%。国产磨机作业率为 85%～90%，国外的高达 96%～98%。设备作业率低，致使投资成本和生产费用升高。

    3 选矿的辅助设备

    不能满足节能环保的国策随着高浓度矿浆管道输送技术的推广，浓缩机底流浓度要求达到 30%～50%，但目前底流浓度到 20%以上， 即出现耙架颤动，现场实测工作电流多在额定电流的 1/ 3 以下，显示电机功率过大。其中心回转轴承的寿命 (4 年左右) 仅为国外的 1/ 6，设备的经济性能不及国外同类产品的一半。

    用于高浓度矿浆输送技术中的搅拌槽也存在同样的超能耗问题。国产搅拌槽系列主参数特性曲线显示的设计思路是，搅拌槽槽体越大其叶轮转数越高。仅举一例，该系列中 f 4×4 m 规格 (有效容积 45 m3)的电机功率为 40 kW，而美国丹佛公司中系列 f 9.1×7.6 m 规格 (有效容积 494 m3) 的电机功率仅为 37kW，相比之下，国产搅拌设备的单位容积装机功率竟是国外产品的 10 多倍。类似地，作为搅拌槽的类比设备28 m3 Wemco 浮选机的装机功率是 36 kW，国产仿制的同类型同规格浮选机 XJQ28 的装机功率却猛增到 55 kW。

    这涉及到制定搅拌槽类设备系列主参数的模型应用的问题，即如何在能耗最低的情况下，合理地布置主体部件，有效地保证槽体中固体的搅拌和悬浮。反映出的实质，是传统的槽体放大依据与科学的相似理论准则在此发生了冲撞。

    脱水设备中的一般过滤机难于处理细、泥、粘的弱磁性铁矿浆，这会直接增加尾矿的堆积量给环保带来极大的麻烦。

    4 过于复杂的流程不符合高效要求

    中国要从其贫铁矿石中获得足够数量的优质铁精矿，其技术难度比起美国、加拿大、巴西、前苏联以及澳大利亚等国家要大得多。

    设备的多样性是需要的，流程的复杂性却未必总是可取的。一个由常规或近常规设备组成的足够长的工艺流程，可能得到尚好的选别指标。但是它的经济效果却未必是最好的，因为它的能耗是可观的，其效率也未必是可取的。我们认为，过于复杂的流程只应该看成是发展过程中的一个产物、一个阶段，其发展的极致，应该是走向简单。

    这一思路的最佳注释可以借用斯奈得 (Snyder) 破碎机的引入，如果流程中的设备发生了工作原理上的变革，流程将会出现根本性的改变。
如果能够实现就地提取，如果实施了无尾选矿工艺，将会大大简化流程。

    中国贫铁矿选矿的对策

    1 从大前提上准确定位，确定最低矿石入选品位和精矿合理品位

    作为采、选、冶工艺过程的一个中间环节，选矿的地位至关重要，它起着承前启后的作用。只有选矿过程是合理、高效、经济的，才能保证整个工艺过程的成功。铁矿石选矿的主要任务是在获得足够高回收率的条件下，得到冶炼用的最佳铁精矿品位。

    国内贫铁矿资源的特点决定了它的开发利用与国外的不同，国内的贫铁矿石的品位有的已经低到27%。过低的入选品位或者过高的铁精矿品位，只会增加选矿的深度和难度，导致经济失衡。因此，首先需要加强贫铁矿石的工艺矿物学研究，并通过对不同方案的技术经济指标的分析比较，确定最佳铁精矿品位。

    中国大孤山、大石河和南芬铁矿石选厂 1980 年的铁精矿品位分别为 66.14%、68.51% 和  68.10%，均与各自的最佳品位吻合。前苏联列别金斯克选矿厂和利萨可夫采选公司 1975 年的铁精矿品位分别为68.0% 和 49.0%，也接近各自的最佳品位。

    2 强化选矿过程的节能降耗措施

    这是一项艰难的系统工程。一边是传统的工艺和设备，一边是环保和节能的发展要求。可持续发展的国策在呼唤新的工艺和设备。需要从设备和工艺两个方面同时进行。

    发展简化流程：新设备、新药剂提高了选矿效率，使缩短工艺流程成为可能。就国内目前应用较为广泛、技术较为先进的磁选－反浮选工艺而言，在贫赤铁矿选别上，这种工艺表现为强磁－反浮选；在贫磁铁矿选别上，这种工艺表现为弱磁－反浮选。磁选厂要在缩短工艺流程的基础上，研究为反浮选提供合理的入选品位。品位过高将造成磁选工艺流程过长，也不利于反浮选作业更好地发挥作用；品位过低将造成反浮选作业成本过高，不利于低成本的磁选作业发挥作用。赤铁矿选厂要通过应用合适的强磁选机，研究取消弱磁、中磁作业的可行性，这将直接导致浓缩作业的优化。

    研究和发展无尾选矿工艺，最大限度地提高金属回收率和矿石综合利用率。

    3 更新低能高耗的主体设备

    试验采用新型细碎设备和新型细磨设备，取代传统的老三段破碎机和传统的卧式滚筒磨机；研究开发应用新原理的磨矿设备。必须把好环保关，研制高效脱水设备和精、尾矿输送设备。

    4 卓有成效的辅助工艺不可少
依具体情况而上：细筛再磨、早丢脉石、多碎少磨等。为了充分发挥工艺和设备的作用，过程控制必须跟上。

    5 支撑条件

    无论是流程上的进展还是设备上的突破， 往往有赖于理论和应用研究的进展。比如发展细粒分选理论，研究新型选矿工艺； 采用斯奈德减压破碎原理和层压理论设计新一代的破碎机；采用多参数方法研究过程变量对连续磨矿效果的影响、用计算机辅助的动态数学模型描述磨机中的质量传输行为以及用总体平衡模型进行磨机的按比例放大设计；采用力平衡模型、轨迹模型、聚集模型和滞留模型描述高梯度磁选中的颗粒捕获全过程及其聚集状态，以槽体中的流体动力相似为依据；采用相关叶轮周速模型并配以有关辅助模型作为确定搅拌槽和浮选槽 (尤其是大型槽) 系列主参数的基础模型；发展用于选矿单元作业和流程控制的动态数学模型等。


    中国贫铁矿选矿的真正出路在于淘汰功耗高、污染严重的生产设备和工艺，从设备和工艺上进行比较彻底的变革。只有循此途径才有真正的效益可言。

    (1) 处在两难境地交叉点上的中国贫铁矿选矿课题，实际上是向我们提出了贫铁矿选矿主体关键设备的更新和革命的现实要求，其中尤其以开发科技含量高的破碎设备和细磨设备为重点，在此基础上，依据矿石特性等具体情况有选择地配之以高效的筛分、分级、磁选、浮选、重选和脱水设备，组成简约的新型选矿流程。

    (2) 还需要研究新工艺，采用实践证明行之有效的节能型选矿工艺，如矿石预选、阶段磨矿、多碎少磨、细筛再磨等工艺方法。

    (3) 发展高效浓缩过滤技术和大型搅拌槽设备， 开发长距离高浓度矿浆 (精矿、尾矿) 管道输送技术。

    (4) 采用粒度自动检测和控制技术，发展选矿数学模型和专家控制系统，向选矿过程最优化努力。

    (5) 发展细粒分选的理论，加强相关的理论研究和应用研究。（黄秀声）