海南锆英砂开采方案

1保定海锆钛砂矿资源开发与利用方案曾轩1,2，阳宁1,2，金星1,2，张明1,2(1.深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南长沙，410012；2.长沙矿冶研究院有限责任公司深海矿产资源开发利用研究所，湖南长沙，410012)摘要：分析海南省万宁市保定海锆钛砂矿的矿产资源概况、地质构造、海洋水文气象条件、开采技术条件、资源储量情况、产品需求情况以及技术经济条件，结合深海采矿中海上开采、管道输送、尾矿处理等技术，提出在海上进行采矿及粗选、粗精矿输送上岸精选、尾矿回填的整体方案。提出海上射吸式船采矿、采矿船上布置筛分−螺旋重选工艺进行粗选、粗精矿由自卸砂驳船运上岸、粗选尾矿管运至采空区回填、岸上粗精矿由强磁选−湿法重选−磁电联合选矿工艺进行精选。对海上作业安全、开采环境影响进行分析，提出相应的解决方案。关键词：滨海砂矿；海洋采矿；开发方案中图分类号：P744.2文献标志码：A文章编号：1672−7207(2011)S2−0277−08ExploitationandutilizationschemeofZr-TiplacersinBaodingSeaZENGXuan1,2,YANGNing1,2,JINXing1,2,ZHANGMing1,2(1.StateKeyLaboratoryofExploitationandUtilizationofDeepseaMineralResources,Changsha410012,China;2.TheResearchDepartmentofExploitationandUtilizationofDeepseaMineralResources,ChangshaResearchInstituteofMiningandMetallurgyCo.,Ltd,Changsha410012,China)2Abstract:TheZi-TiplacerinBaodingSea,Wanning,HainanProvince,China,wasanalyzedinvariousaspectssuchasitsgeneralsituation,minereserve,productdemand,geologicalstructure,marinehydrometeorology,miningtechnologyandtechnicaleconomics.Basedontheseelaboratedanalysis,apracticalschemewasproposedfortheexplorationofoffshoreplacersinlargescalesandtheuseofdeepseaminingtechnologies,includingoffshoreproducing,pipelinetransportationandtailingdeposal.Inaddi-tion,itissuggestedthatrougherconcentratebyacombinedheavyseparationprocessofscreenseparating-spiralconcentrationemployedinthefiresuctionshiponwhichplacersareminedisshippedbydumpingbargestothecoast,andfinedbyanothercombinedprocessofhighintensitymagneticseparationwetprocess-magneticelectricjointseparation,whilethetailingsarepipelinetransportedtobackfilltheundergroundgoafs.Solutionsareprovidedaswellaccordingtooffshoreworkingsafetyandenvironmentalimpacts.Keywords:beachplacers;oceanmining;explorationscheme锆英石主要用于制作耐火材料、铸型用砂、陶瓷及搪瓷器具等，我国70%锆英砂用于陶瓷工业，消费量约占全球产量的35%，其中80%的锆英砂依赖进口，是锆英砂第一大进口国。钛铁矿则主要用以制取海绵钛、钛合金、人造金红石、钛白粉等，其制品广泛用于航空航天、建筑、海洋、核能和电力等领域。海南省万宁市保定海锆钛砂矿属海南省迄今探明的最大滨海浅海相沉积的大型锆英石钛铁矿砂矿床，海南泰鑫矿业有限公3司2009年自海南省国土环境资源厅竞得保定海锆钛砂矿采矿权。目前正在筹建开采。锆、钛深加工是该矿采矿权出让的前提条件。矿山生产的锆、钛资源的毛矿、精矿等矿产品不得出售，必须进行深加工。因此，泰鑫矿业公司亦分别投入资金着手新建5万t/a硫酸法金红石型高档钛白粉深加工线及2万t/a超细硅酸锆微粉生产线，年消耗52%钛铁矿约10万t、锆英石约2万t。1矿区概况1.1地理位置矿区位于海南省万宁市保定海(或乌场镇)一带以南的南海近岸浅海区域，地理极值坐标为：东经110°26′00″～110°33′15″，北纬18°42′15″～18°46′15″，面积37.8055km2，行政区划属万宁市管辖。万宁市南距三亚市112km，北离海口市139km，陆上有海南岛东线高速公路和223国道从矿区西北侧近岸通过，距海岸线公路里程约6km。沿岸带各乡镇、港口也都有公路与万宁市及东线高速公路和223国道相接，公路已通达到所有乡村。目前万宁市有大小港口8个，较大的有万州港和乌场港，与我国东南沿海港口航线相连，各港口海路可与岛内外各港口通航，交通方便。1.2矿区资源概况1.2.1勘探储量海南省地质勘查局九三四地质队2008年4月提交了《海南省万宁市保定海矿区锆钛砂矿详查报告》[1]，2008年8月由海南省国土环境资源厅批准备案，批准的资源储量情况如表1所示。表12008年海南省万宁市保定海矿区矿产资源储量情况4矿产资源探获的资源量/10t储量类型锆英石钛铁矿3311.22695.925633216.587668.119333335.1178149.9430331+332+33352.9323223.9879砂矿平均品位如下：锆英石1.86kg/m3、钛铁矿7.87kg/m3。品位变化系数锆英石81.07%、钛铁矿56.95%。1.2.2地质情况及开采技术条件矿区位于最大水深不超过50m的保定海西岸～后海角之间。矿体总体上呈大致平行于海岸线的走向北东、平缓倾向南东的不规则多边形，其中段宽而两端窄，连续性好，东西向宽度12.566km，南北向宽度7.126km(平均宽度3.110km)，矿体(层)厚度0.50～19.20m、平均厚度10.08m，厚度变化系数53.21%，其总体变化趋势是北东段和南东段较厚、中段较薄，北西部较厚、南东部变薄。区域内地层发育不全，除局部地区有古生代地层小规模或零星出露外，第四系地层分布广泛，第四系主要分布于东部滨海沉积平原地带，主要有全新统(Qh)、烟墩组(Qh3y)、八所组(Qp3bs)和北海组(Qp2b)，岩性主要为砂砾、砂和黏土；其中烟墩组(Qh3y)为本区陆上和海上锆钛砂矿的主要赋存层位，八所组(Qp3bs)为次要含矿层位。矿区地层主要为第四系滨海相碎屑沉积，矿层为粉细砂～粗砂，矿层底部为致密黏土层。矿区海底表层沉积物主要是粉细砂和粗砂。矿层近乎水平层状分布，层间起伏较小，厚度较稳定，主要赋存于水深10～30m间的地层中，基本无顶板围岩，底板围岩与矿层清晰易辨，界线清楚，且矿体中不含夹石。受海水压力影响，矿层自上而下含水量逐渐减少，并在孔隙水的粘滞胶结作用下变得致密坚硬，这给采矿作业带来一定难度。但开采时在扰动状态下，矿层物质将随海水连续流动，使得采矿作业又变得很容易。51.2.3海洋水文气象条件该区全年无霜冻，年平均气温为24.8℃；年平均降水量为2152.3mm，其中9～10月降水量最多，约占全年40%，一年中春季最多风向为西南南风，夏季最多风向为西南风，秋季最多风向为东北风，冬季以西北北风为主，年平均风速约为3.5m/s。该区域对开采活动有影响的主要气象灾害有热带气旋、雷暴、暴雨等，热带气旋一般出现在5～11月，盛期在8～10月。该海区秋冬季节月平均波高较大，分别在1.1～1.3m，相应周期也较大，在5.3～6.0s之间。最大波高出现在10月。根据相关统计资料，每年1，10，11和12月的平均波高超过驳船的施工极限。该海区平均潮差0.71m，最大潮差1.97m。峰值分别出现在春末夏初的6～7月和秋末冬初的11～12月。该海区海流以潮流为主，属不规则全日潮流。平均涨潮流速约为25cm/s，平均落潮流速约为11cm/s，落、涨潮流速比约为0.44。平均涨潮历时约为6h42min，落潮历时约为15h，涨落历时比约为0.45。总体看，该海区流速不大，流向也较稳定。因此，本区矿床开采方式一般适合采砂船开采、粗选作业，但必须充分注意和防范季节性台风暴雨、风暴潮、寒潮、海浪海流、海水腐蚀性等因素对采矿船、设备选择、生产作业与员工安全以及原矿粗选排海尾砂下沉回填采空区或漂沉压覆未采矿体等的影响。1.2.4矿石矿物组成情况原矿石中主要矿物成分为石英，占矿物总量的90%以上。矿石矿物主要以锆英石为主，伴生有钛铁矿可综合利用；其他少量矿物有电气石、磁铁矿、白钛石、金红石、绿泥石；微量矿物有锐钛矿、蓝晶石、石榴石、绿帘石、磷钇矿、独居石、长石等。矿石中含泥量为1.28%～15.27%，平均为5.30%。全区矿体平均品位锆英石1.86kg/m3、钛铁矿7.87kg/m3，以中品位矿石为特征。钛铁矿和锆英石主要呈0.05～0.125mm的单矿物颗粒散布在矿石中，易分选。2主要建设方案62.1建设规模(1)开采总量根据实验室实验同时参考海南海滨砂矿的采选生产实践，拟定采矿回采率80%，矿石贫化率8%，毛精矿品位ZrO27.67%、TiO226%，粗选回收率ZrO285%、TiO283%，锆精矿90%为一级品含ZrO265%,10%为二级品含ZrO263%；精矿回收率ZrO295%、TiO283%，选矿总回收率ZrO280.75%，TiO276.36%。扣除矿区边界边坡的设计损失量，可计算出设计可采储量为35934.45×104t，设计采出矿石总量为39059.18×104t。(2)工作制在海上开采作业过程中，采矿船可抗风级为5级，施工极限波高为2m，施工安全极限波高为4m，流速2m/s，雾级2级[2−3]。根据海洋水文气象条件，每年有约7个月时间对开采作业影响较大，而考虑到在这些月份中没有超过施工极限波高及没有热带气旋的可以开采作业的时间，以及如需躲避时的收工及重新开工的时间等各种条件，设计每年停工的时间为3.5～4个月，再借鉴各地海岸船舶工作及海上船舶工作制度，本项目工作制度按250d/a，24h/d，3班/d，8h/班计算。(3)产能及服务年限考虑到本项目产品需求已经确定的特殊性，设计本矿山年生产锆英石精矿如下：含ZrO265%(质量分数)的一级锆英石精矿[4]18000t，占90%；含ZrO263%的二级锆英石精矿[4]2000t，占10%。由此计算原矿砂产能为2368.0×104t/a，矿山的服务年限[5]如下：可采储量÷[矿山生产能力×(1−矿石贫化率)]=35934.45×104÷[2368.0×104×(1−8%)]≈16.50a。根据矿区资源量和精选厂的经济规模，选择年产锆英石精矿2×104t，钛铁矿精矿8.51×104t的建设规模较为合适，这一规模兼顾了矿区开采年限、选矿厂合适的建设经济规模、我国采选作业船舶的设备制造能力以及港口能力。2.2产品方案根据资源情况，设计产品方案如下。7(1)锆英石：2×104t/a。含ZrO265%的一级锆英石精矿1.8×104t，占90%；含ZrO263%的二级锆英石精矿0.2×104t，占10%。(2)钛铁矿：8.51