某低品位钛铁矿综合工业指标的探讨

郑茂兴,周 健

(山东联创矿业设计有限公司, 山东济南 250101)

某低品位钛铁矿综合工业指标的探讨

郑茂兴,周 健

(山东联创矿业设计有限公司, 山东济南 250101)

根据某钛铁矿的样品数据,通过对钛铁矿矿体特征、矿石质量的分析,就低品位钛铁矿综合工业指标进行探讨。采用地质学统计方法对钛铁矿样品进行统计并提出矿石质量指标的初选方案,结合开采技术条件指标确定出3个工业指标比选方案。采用数字矿山软件计算出不同方案条件下矿石储量、夹石量,对矿体形态进行分析,结合经济效益和投资效益,选择最优方案为工业指标。研究成果进一步拓展了矿山工业指标确定的理论方法,对同类条件下低品位钛铁矿综合工业指标的确定具有较好的借鉴意义。

低品位;钛铁矿;工业指标

0 引 言

随着社会经济水平及科学技术的不断发展,钢材的种类不断增多,作为炼钢新原料的钛铁混合粉也越来越受到钢铁企业的青睐,尤其是近年选矿技术的发展,钛铁混合粉加工技术已经变得越来越成熟,选矿成本也在逐步降低,在这种条件下,钛铁矿资源的综合利用引起了人们的重视。原本一些品位低的钛铁矿石,随着市场行情的好转也变得具有一定经济开采价值。目前,对于钛、铁伴生的低品位的钛铁矿,无法按现有磁铁矿的单一矿种地质勘查规范界定工业指标,同时,对于这类低品位的伴生性钛铁矿石,国内尚无统一规定对钛、铁的综合工业指标进行界定[1-3]。基于此,本文采用地质统计学原理,提出工业指标比选方案并经综合技术经济比较,最终对某低品位钛铁矿工业指标进行了论证。

1 工程概况

1.1 矿体特征

该钛铁矿体赋存在中元古代杨家寨单元内,平面形态呈不规则的透镜状产状较稳定。赋矿层内部岩性单一,主要矿化岩石为辉长岩,钛和铁共存其中,相互交生,矿化岩体主要为Ⅰ号岩体、Ⅱ号岩体。

Ⅰ号矿(岩)体走向120°左右,倾向210°,倾角30°～50°,沿走向长度586m。矿体最厚为117.45 m,最薄为6.30m,平均厚度47.62m;TFe最高品位13.98%,最低品位8.34%,平均11.48%,变化系数6.13%;mFe最高品位7.05%,最低品位1.33%,平均3.06%,变化系数19.28%;TiO2最高品位4.8%,最低品位2.4%,平均3.45%,变化系数8.75%。

Ⅱ号矿(岩)体产状变化较大,走向110°左右,倾向200°,倾角30°～50°,沿走向长度498m。矿体最厚为102.90m,最薄为22.88m,平均厚度45.17 m,自西向东厚度逐渐变大。TFe最高品位13.48%,最低品位8.75%,平均11.17%,变化系数6.22;mFe最高品位6.48%,最低品位1.45%,平均3.06%,变化系数20.26%;TiO2最高品位4.29%,最低品位2.47%,平均3.27%,变化系数10.83%。

1.2 矿石质量及结构

矿石中的金属矿物以磁铁矿为主,次为钛铁矿,另有少量黄铁矿、黄铜矿等,非金属矿物主要为斜长石、角闪石、黑云母,少量石英、磷灰石、碳酸盐矿物等。

矿石中主要有用组分为TiO2、mFe,TiO2最高品位为4.8%,最低品位2.47%,mFe最高品位为7.05%,最低品位1.33%,其他组分V2O5含量0.06%～0.10%,平均0.07%,SiO2含量41.73%～45.62%,平均44.05%,含量基本稳定;S含量0.02%～0.27%,平均为0.19%;P含量0.99%～1.76%,平均1.28%。

矿石结构为中粗粒柱状变晶结构,定向结构。矿石构造较为简单,以块状构造为主,碎裂状构造次之。

2 矿石开采与加工利用设想

结合地质部门初步提交的资料,钛铁矿资源量约在1500～2500万t之间。根据矿体产状要素、空间展布形态、夹层和覆盖层的分布状态,确定开采方式为露天开采,生产规模100万t/a,采用横向采剥方法自上而下水平分层台阶开采,并贯彻执行“采剥并举,剥离先行”的原则。

产品方案为TFe≥45%,TiO2≥15%的钛铁混合粉。破碎流程主要采用两段一闭路的破碎流程,选矿流程主要采用两段磨矿—阶段磨选—细筛再磨的全磁选流程。

3 工业指标推荐

3.1 工业指标初选

矿石的工业指标包括矿石质量指标和开采技术条件指标两部分[3-5],矿石质量指标一般指开采品位指标即边界品位、工业品位,而开采技术条件指标包括可采厚度、夹石剔除厚度、最低开采标高、露天边坡角、剥采比等。

3.1.1 质量指标

在进行品位统计时,一般根据样品品位的最大值与最小值分布范围,按等间隔划分区间来比较分析确定合理品位指标[5]。考虑到本矿为钛铁伴生矿产,且单独钛、铁均达不到工业利用的标准,因此,本次按钛铁的综合工业品位进行划定。

为确保工业品位,最大限度地利用矿产资源,利用地质学统计学对钛铁矿样品进行统计,见表1。结合国内类似矿山的生产经验,本次将品位区间值划为0.5%,分别按TiO2＋mFe的工业品位P≥5%、5.5%、6%、6.5%、7%,并根据实际样品品位数据,结合工业品位利用图解法反推边界品位,形成5个质量指标方案初步进行比选。方案1:工业品位P≥5%,边界品位P′≥0.6%。基本将所有的样品所涵盖的矿石划入了工业储量,矿石品位过低,选矿难度大,成本过高,企业难以盈利。初选不合理,直接排除。方案2:工业品位P≥5.5%,边界品位P′≥2.5%。资源量大,仅少量样品划入废石,矿体连续性好。初选部分合理,继续比选。方案3:工业品位P≥6.0%,边界品位P′≥5.0%。资源量大,约25%的样品划入废石,矿体连续性较好。初选较合理,继续比选。方案4:工业品位P≥5.5%,边界品位P′≥5.9%。储量受到一定影响,约一半的样品划入废石,矿体连续性受到一定影响。初选部分合理,继续比选。方案5工业品位P≥7%,边界品位P′≥6.7%。资源量过少,约80%的样品划入废石,造成大量资源的损失,所形成的矿体都是零散、间断性矿体,破坏了矿体的连续性、完整性。初选不合理,直接排除。

随着边界品位的提高,矿石储量减少,但其平均品位却在提高,入选品位的高低对经济效益的影响是明显的,是影响经济效益的指标之一。因此,初选方案2～4各有优缺点,需进一步比较。

表1 钛铁矿样品品位频数频率统计

3.1.2 开采技术指标

参考《铁、锰、铬矿地质勘查规范》(DZ/T0200－2002)中规定,铁矿最低可采厚度指标的参数值一般≥2～4m,而该钛铁矿I号矿体厚度6.90～71.45 m,Ⅱ号矿体厚度22.80～102.90m,属较厚矿体,推荐最小开采厚度为≥4m。

参考《铁、锰、铬矿地质勘查规范》(DZ/T 0200－2002)中规定,铁矿夹石剔除厚度≥1～2m,而该钛铁矿夹石在矿体比较发育,呈透镜状产出,厚度从1.9～58.8m不等,推荐夹石剔除厚度为≥2m。

3.2 工业指标的主要比选方案

结合对矿石质量指标及开采技术条件指标,最终拟定3个比选方案进行技术经济比较,见表2。

表2 工业指标比选方案

3.3 方案对比

采用Dimine软件建立矿床地质模型的基础,用克里格法计算出不同方案下矿石储量、夹石量,并进行经济效益和投资效益比较,选择最优方案为工业指标。

3.3.1 矿体形态对比

根据初步确定的3种工业指标方案,利用Dimine软件建立了不同边界品位下矿体模型,见图1。

图1 矿体地质模型

由图1可以看出,方案1的矿体连续性最好,基本无夹石,圈定的矿体储量最多,最有利于集中规划、统一开采,但是其平均品位较低,仅为5.9%;方案2矿体开始出现夹石,但矿体连续性仍较好,在一定程度上仍能够集约化开采,平均品位有所提高,约6.51%;方案3,矿体出现大量夹石,矿体连续性较差,尤其是Ⅱ号矿体,基本无开采价值,但其平均品位较高,约6.63%。

3.3.2 综合经济比较

根据不同方案的工业储量、品位、废石量、服务年限、资源利用等情况,对各方案进行综合技术经济效益分析,见表4。

方案1对钛铁矿资源的利用程度最好,保证了矿体的完整性及连续性,但由于其平均品位较低,影响了其技术经济方面的优势;方案2各项指标较好,虽资源利用程度较方案一稍低,但是经济效益却是最优,在企业将来的生产中抵抗风险能力最强;方案3资源利用程度最低,经济效益也最差,显然是非常不合理的一个方案。

3.4 工业指标论证结果

根据以上分析,推荐方案二作为钛铁矿的工业指标,并将相应开采技术指标结合设计规划进一步完善,确定以下工业指标:

(1)矿石质量:边界品位:TiO2＋mFe≥5%;

工业品位:TiO2＋mFe≥6%。

(2)开采技术条件:矿石最小可采厚度≥4m;夹石剔除厚度≥2m;剥采比≤2∶1(m3/m3);最低开采标高:I矿体＋72m,Ⅱ矿体＋88m;最终边坡角:I矿体≤50°,Ⅱ矿体≤46°;开采底盘最小宽度≥20m;爆破安全距离≥200m。

表4 综合效益分析

4 结 语

(1)通过建立地质模型并对各方案综合分析,得出方案2(边界品位:TiO2＋mFe≥5%;工业品位:TiO2＋mFe≥6%)的矿床工业利用价值均优于其它两个方案,其具有较好的赢利空间;圈定的矿体形态规整、厚大、整体连续性良好,没有无矿天窗和规模较大的夹层,为矿床开采工艺的实施奠定了良好的基础;圈定工业储量相对较多,充分利用了国家矿产资源。

(2)对于低品位钛铁矿,采用TiO2＋mFe综合工业品位对矿石质量进行界定在低品位伴生矿产中具有极大借鉴意义。

(3)考虑到工业指标易受采选成本、市场情况的影响,建议随着采选技术进步和钛铁混合粉价格的波动做好指标的动态评价研究工作,在资源合理利用的前提下确保综合效益。

[1]DZ/T0200－2002.铁、锰、铬矿地质勘查规范[S].

[2]郝太平,提云生,赵雪朋,等.资源储量分类与工业指标使用中存在问题的实例分析[J].矿产勘查,2012,3(3):404-409.

[3]徐立中,王小敏,黄家凯,等.对丹江口市银洞山超贫(钛)磁铁矿床工业指标的建议[J].资源环境与工程,2014,28(2): 220-224.

[4]李 静.双尖山银多金属矿矿床综合工业指标的应用[J].有色矿冶,2016,32(5):52-55.

[5]王运敏.现代采矿手册[M].北京:冶金工业出版社,2011.

2017-05-03)

郑茂兴(1985－),男,山东济宁人,硕士,工程师,主要从事矿山开采、采空区治理、矿山压力控制等方面的设计与研究工作,Email:star486＠163.com。