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摘要 ：粒度是成品铝土矿质量的重要指标之一。成品铝土 矿粒度越大， 越易造成氧化铝磨矿细度难以控制， 从而导致磨矿 成本上升， 影响溶出效果。本文通过对铝土矿矿山破碎系统的技 术改造，提高 -15mm 粒度的过筛率，达到降低成品铝土矿粒度 的目的。
关键词 ：成品铝土矿,粒度,技术改造,过筛率
广西华银铝业有限公司马牌矿山设计规模为 180 万 t/a，即 360t/h。近年来，由于生产实际需要，氧化铝厂对矿山供矿能力 不断提出新的要求，矿山实际产能由初步设计的 360t/h 提高到 了 560t/h，但由于矿山设备负荷过大，造成成品铝土矿 -15mm 粒度过筛率大大降低、仅为 55% ~ 60%，低于投产初期值 83%， 造成氧化铝厂磨矿细度难以控制， 从而导致磨矿成本上升， 影响 溶出效果。经过现场生产实践、工艺流程查定和设备能力校核计 算，目前限制矿山产能增大的瓶颈在于细碎筛分。因此，本文主 要通过对马牌矿山破碎系统进行技术改造，集中解决细碎筛分 系统能力不足的问题， 以期突破生产瓶颈， 达到实现产能增大的 同时降低矿石粒度的目的。
1 矿石性质
1.1 原矿
马牌矿山矿体主要由铝土矿块和粘土胶结物构成，含少 量泥岩碎块及褐铁矿体。矿体大小相差悬殊，单个矿体面积 最 大 1.131km2 ，最 小 0.006km2 ，一 般 0.05km2 ~ 0.5km2 。矿 体 平均厚度 3.02m ~ 13.46m， 一般厚度 5m ~ 12m。工程见矿厚 度 0.5m ~ 37.5m。矿 体 含 矿 率 334kg/m3 ~ 1433kg/m3 ，一 般 500kg/m3 ~ 1200kg/m3.平均 807kg/m3.工程见矿含矿率200kg/ m3 ~ 2038kg/m3.
1.1.1 含泥铝土矿特性
堆积型含泥铝土矿为土红色粘土夹铝矿石及少量褐铁 矿碎屑，按自然粒度划分为大于 1mm 为矿，小于 1mm 为泥， 其所占重量比，视含矿率高低而变化，铝矿石含量一般约为 30% ~ 40%， 粘土含量约为 60% ~ 70%。
1.1.2 矿石类型与特征
含泥铝土矿由铝土矿块和粘土胶结物构成，铝土矿块占 30% ~ 40%， 粘土占 60% ~ 70%。矿块大小悬殊， 个别大者达 100cm ~ 200cm， 一般 1cm ~ 15cm， 分选性差。
矿物成分主要为硬水铝石，其次有三水铝石、赤铁矿、针铁 矿、石英等。
矿石结构主要有粒状结构、隐晶 - 胶状结构、半自形 - 自形晶结构等。矿石构造以豆状构造、鲕状构造、块状构造、层纹状 构造、角砾状构造较为常见。
矿石类型按铝矿物成分划分属于一水型铝土矿，工业类型 属于拜尔法生产氧化铝的铝土矿矿石。
含泥铝土矿中的铝矿石类型大体可分为一水硬铝石矿石， 含褐铁矿一水硬铝石矿石， 含一水硬铝石褐铁矿石三种。其特征 如下 ：
(1) 矿石粒度大小悬殊， 很不均匀。
(2) 矿石滚圆度差，多呈棱角状，表面粗糙，凹凸不平，嵌 附有泥土， 须通过强力冲、擦洗才能去泥。
(3) 矿石硬度较大， 抗压强度 9.41Mpa ~ 177.97Mpa。
1.2 粘土类型与特征
含泥铝土矿中的泥为粘土和亚粘土类，多呈红色、褐黄色， 具有一定的粘性和可塑性， 由浅至深， 粘性和可塑性增强。
1.3 矿石化学成分
铝土矿矿石的主要化学成分 ：Al2O3、SiO2、Fe2O3 及灼失量 的含量总和一般为 93% ~ 97%。矿区平均Al2O3 含量为 55.67%， SiO2 含量为 5.71%， Fe2O3 为20.42%， 灼失量 12.89%，铝硅比9.74. 铝铁比2.73.
1.4 含泥铝土矿粒度组成
矿体的各粒级矿石重量所占比例平均含量分别为 ：>5cm粒 级 39.51%， 5cm ~ 3cm 粒 级 16.85%， 3cm ~ 1cm 粒 级 23.57%， 1cm ~ 0.1cm粒级20.07%。
各粒级矿石的品位变化如下 ：粒度越大Al2O3 含量越高，粒 度越小Al2O3 含量越低， 而 SiO2 的含量变化是 ：5cm ~ 3cm 粒 级最低，>5cm 粒级略有升高，<3cm 粒级越小其含量就越高， Fe2O3 的含量变化是由粗粒级到细粒级逐渐增高。
原 矿 和 洗 后 矿 粒 级 分 布 情 况 ：原 矿 中 > 50mm 粒 级 39.51%， 30mm ~ 50mm 粒 级 16.85%， 10mm ~ 30mm 粒 级 23.57%， < 10mm粒级 20.07% ;洗后矿中>50mm粒级 49.43%， 30mm ~ 50mm 粒 级 21.08%， 10mm ~ 30mm 粒 级 29.49%， < 10mm 去除。
由 此 可 得， 洗 后 矿 堆 场 的 矿 石 中 -30mm 占 比 为 ： 58%×49.43%+50.57%×(23.57%/(23.57%+16.85%)) =58.16%。
洗后矿堆场的矿石中-40mm 占比为 ：77%×49.43%+50.57%* (23.57%/(23.57%+16.85%)) +10%=77.55%。
现场到洗后矿堆场取样的矿石中 -15mm 占比为 37%左右。
1.5 矿石结构、构造
矿石的结构构造。矿石结构以砂屑结构、鲕状结构、混合型结构为主要结构。砂屑结构呈浑圆状、次圆状及次棱角状，部分 矿石砂屑具有定向排列构造。鲕状结构 ：其物质成分主要为一 水软铝石和一水硬铝石。混合型结构 ：以砂屑、鲕状为主，其粒 屑特征同前几种矿石结构。
2 原工艺流程及存在的问题
2.1 原工艺流程
马牌矿山采用三段一闭路破碎流程，第一段破碎采用鄂式 破碎机粗碎， 第二段破碎采用中碎型圆锥破碎机， 第三段破碎采 用细碎型圆锥破碎机。细碎设备为进口设备H7800.筛分设备为 圆振筛YKR3060 两台。
2.2 存在的问题
2.2.1 现场试验
现场试验数据。马牌矿山生产所用的圆振筛筛孔尺寸为 22×40mm， H7800 破碎机的排矿口为 20mm 时，成品矿的平均 产能为 560t/h， 成品矿的 -15mm过筛率为 66.41%。
将圆振筛筛孔尺寸更换为 17×30mm，H7800 破碎机的排矿 口为 20mm 时， 成品矿的平均产能为 362t/h， 成品矿的 -15mm 过筛率为 85.32%，此时筛分效率为 88%。马牌矿山筛孔尺寸为 22×40mm 时，洗后矿堆场、筛上物、破碎机排料、筛下物(配矿 堆场)、进入筛子物料等的 -15mm含量分别为 37.19、2.63、35.14、 66.41、36.55.含水率为 7.78.含泥率为 6.43.马牌矿山筛孔尺寸 为 17×30mm 时的生产情况，洗后矿堆场、筛上物、破碎机排 料、筛下物(配矿堆场)、进入筛子物料等的 -15mm含量分别为 36.86、7.17、46.39、85.32、37.05.含水率为 8.77.含泥率为 7.53.
2.2.2 试验结果分析
工艺流程计算 ：
要求为成品矿 -13mm过筛率达到≥ 85%， 产能 560t/h。其中 新给料中 -15mm 百分比约为 37%。为保证产品粒度，最佳的筛 孔尺寸为 15mm， 按破碎机不同排矿口进行流程计算结果如下 ：
(1) 当筛子的筛孔尺寸选择为 15mm，破碎机排矿口尺寸为 16mm 时，查破碎产品粒度曲线得产品中小于筛孔尺寸 15mm含 量约为 75%。从洗后矿堆场进入圆振筛的矿量为 560t/h，从破碎 机返回的矿量为 570t/h。
(2) 当筛子的筛孔尺寸选择为 15mm，破碎机排矿口尺寸为 20mm 时，查破碎产品粒度曲线得产品中小于筛孔尺寸 15mm含 量为 65%。从洗后矿堆场进入圆振筛的矿量为 560t/h，从破碎机 返回的矿量为 690t/h。
根据现场资料和项目要求对原有设备校核如下 ：
(1) YKR3060 筛分设备能力校核。当H7800 排矿口为 16mm 时，通过筛子的最大矿量达到了 1130t/h(矿石波动系数按 1.15 考虑)，筛分效率为 85% 时，计算得到所需的筛分面积为 44 ㎡， 两台YKR3060 圆振筛的筛分面积为 18×2=36m2 < 44m2.筛子 的能力不足。当H7800 排矿口为20mm，循环负荷增大，需要的筛分面积更大。
(2) H7800 破碎机能力校核。根据最终产品粒度要求，将 破碎机排矿口宽度调整到 16mm，通过破碎机的矿量为 570t/ h ~ 630t/h(矿石波动系数 1.1)，而H7800 破碎机在排矿口宽度 为 16mm 时的处理能力为 523t/h< 570t/h ;将破碎机排矿口宽 度调整到20mm， 通过破碎机的矿量为 690t/h ~ 760t/h(矿石波 动系数 1.1)，而H7800 破碎机在排矿口宽度为20mm 时的处理能 力为 561t/h< 690t/h ;
2.2.3 试验结论及评价
通过以上计算可以得出如下结论 ：要满足产品粒度达 到 -13mm ≥ 85%， 且系统产能达到 560t/h 的要求， 不论是通过 调小破碎机排矿口尺寸降低循环负荷，还是维持现有排矿口尺 寸，增加筛分面积， 现有破碎、筛分设备均不能满足生产需要。
为满足降低产品粒度，提高系统产能的要求，马牌矿山现 有细碎筛分系统必须增加破碎机和筛分设备。实际现场生产中 破碎机的排矿口尺寸调节为 16mm 时，破碎机的压力较大、易报 警，较难维持长时间稳定运行，实践经验表明，破碎机的排矿口 尺寸为 20mm 时生产相对比较顺畅。后续试验均以排矿口尺寸 为20mm进行计算。
3 技术改造
3.1 方案的选择
方案一 ：
工艺分析 ：通过更换细碎和筛分设备型号，可以显著提高 产量，按流程图计算得到筛分面积约为 44m2.三台 3060 圆振筛 的筛分面积总和为 18×3=54m2 >44m2.可以满足设备能力。
配置分析 ：配置沿用原方案。
方案二 ：
工艺分析 ：为将生产的影响程度降到最低，尽可能减少原 有的筛分破碎系统改动， 将给矿分成两个部分， 大部分进入原有 的破碎筛分系统，按现有细碎筛分系统生产能力进行给矿分配， 其余的部分进入新增筛分系统。
配置分析 ：根据选矿工艺和总图综合考虑，可以将NO.13 皮带头部延长并调整角度为 3°，并在NO.14 皮带的位置增加 分料器，部分排矿至NO.14 皮带，其余矿石进入新增破碎机，破 碎后的矿石运输至新增双层椭圆振筛，筛下物进入NO.17 皮带， 筛上物进入原NO.15 皮带， 经由NO.16 皮带进入破碎车间。
方案三 ：
工艺分析 ：根据工业试验结果，新增筛子的筛上物的矿 量为 283t/h，所需新增破碎机规格为 CH660F(排矿口尺寸为 20mm)，处理能力为 340t/h >283t/h ;新增筛子的筛孔尺寸为 15mm，查破碎产品粒度曲线，计算得到，筛下物(合格铝土矿) 的矿量为 156t/h ;筛上物矿量为 127t/h，进入原破碎筛分系统 的破碎机。
配置分析 ：根据选矿工艺和总图综合考虑，可以将NO.13 皮带头从振动放矿机出口处抬高为 12°，并在NO.14 皮带的位 置增加一台 3060 的圆振筛，筛下物排矿至NO.14 皮带(此处胶 带抬高约 4m)，筛上物经新增皮带进入新增破碎机，破碎后的 矿石由新增皮带2 运输至新增 3060 双层椭圆振筛，筛下物进入 NO.17 皮带， 筛上物进入原NO.15 皮带， 经由NO.16 皮带进入破 碎车间。
方案四 ：
工艺分析 ：在原有的筛分破碎系统不改变的情况下，尽可 能优先保证现有生产， 在破碎筛分前增加一段预先筛分作业， 可 以将给料中部分合格的铝土矿优先筛出，以降低下一段筛分破 碎的负荷率。
配置分析 ：根据选矿工艺和总图综合考虑，可以在NO.13 皮带中部出皮带通廊的位置增设布料小车，排矿至新增的新 NO.1 皮带，由新NO.1 皮带运输至新增双层椭圆振动筛，筛下 物进入NO.17 皮带， 筛上物进入新NO.2 皮带， 经由NO.16 皮带 进入破碎车间 ;在H7800 旁边新增一台圆锥破碎机。CH660 和 H7800 排料进入NO14 皮带，进入原有的筛分系统，形成闭路循 环。破碎机的给料和排料与H7800 相同。若新增的双层椭圆振动 筛出现故障检修， 可以经过布料小车使矿石进入原系统， 形成短 路，降低对生产的影响。
3.2 设计方案工艺及配置比较
方案一 ：
该方案工艺理论可行。但 CH895 与原 H7800 相比，设备高 度增加了约 1m，设备重量增加了 60%，原有设备基础需要重新 改造 ;缓冲矿仓和给料设备也需要改造。先拆后建， 改造工期较 长，改造工作量较对现有生产影响较大。同时 CH895 费用较高， 此方案还造成了H7800 破碎机的闲置。
增加一台新圆振筛，需要做好分矿设计，现场筛分车间空间 有限， 需要对筛分车间进行改造。在现有筛分车间前面新建筛分 车间， 增加筛分缓冲料仓解决筛子分料问题， 同时将筛下产品转 运至NO.17 皮带， 改造工作量巨大， 影响现有生产。
方案二 ：
该方案理论可行，但实际生产中将存在以下问题 ：矿石含 水量较高，未经过筛分直接进入破碎机，容易造成破碎机堵塞 ; NO.13 皮带角度须调整到 3°，分矿装置对带面磨损较大，且此 处矿石粒度较大(>50mm)，分矿是否均匀，能否满足要求有待 商榷。
同时，新增胶带会对 11 号道路及边坡产生影响，需要产生 一笔费用 ;对H7800 破碎机的检修也产生一定的影响。
方案三 ：
该方案理论可行，但实际生产中将存在以下问题 ：该流程预先增加了新增筛子，但是 -15mm粒级的矿石仍然全部进入原 有的两台筛子， 筛子的负荷率并没有显著的降低 ;新增筛子 1 筛 孔尺寸为40mm 时，筛下物较多，且全部进入原有的破碎筛分系 统中， 受筛子和破碎机的能力所限， 会造成原有破碎筛分设备接 近满负荷工作 ;若减小新增筛子 1 的筛孔尺寸， 可以减轻原有破 碎筛分系统的设备负荷率，但会造成更多的筛上物进入新增的 破碎筛分系统， 需要的破碎机规格会增大。
方案四 ：
新增NO.13-1 皮带与破碎车间和洗后矿堆场挡土墙有冲突， 洗后矿堆场挡土墙需要向洗后堆场方向挪动2m，挡墙重修费用 约 50 万 ;新增一台破碎机，需要配置相应的矿仓和给料设备， 费用会有所增加。
原有胶带给料机的长度需要缩短 1m ;改造矿仓需要敲掉原 有矿仓仓壁，重做矿仓，且新增矿仓仓容增大，对厂房柱子造成 的负荷增大， 需要校核， 并考虑加固， 土建施工所需工期较长。
3.3 方案的确定
综合考虑工艺合理性和配置可行性，并结合缩短工程工期 的要求， 选定方案四。
4 技术改造完成后的效果
所采用的技术改造是在原有的筛分破碎系统不改变的情况 下，尽可能优先保证现有生产， 在破碎筛分前增加一段预先筛分 作业， 可以将给料中部分合格的铝土矿优先筛出， 以降低下一段 筛分破碎的负荷率。
增 加 一 段 预 先 筛 分，增 加 的 双 层 椭 圆 振 筛 型 号 为 2YKR3675NJ，下层筛子的筛孔尺寸为 -17mm ;提高增加的破碎 机型号为MH600. 排矿口设定为20mm。
过筛率是指物料经过指定规格的筛子进行筛分后，筛上 物料与原物料重量之比。过筛率提高， 则证明成品铝土矿粒度 降低。
分别对技术改造前后的产能及过筛率情况进行了统计，具 体情况如下 ：
技术改造前 ：统计时间从2019 年 1 月~ 10 月，-15mm 过筛 率为 55.18%， 铝土矿产能为 551.55t/h。
技术改造后 ：统计时间从 2020 年 1 月~ 4 月，-15mm 过筛 率为 82.67%， 铝土矿产能为 559.66t/h。
5 结论
由上述统计结果可以看出，通过对细碎筛分系统的工艺技 术改造， 过筛率在保证产能的情况下显著提高， 达到成品铝土矿 粒度降低的目的。
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