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锆矿采矿技术：从露天开采到水下采掘的全工艺解析

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锆矿采矿技术：从露天开采到水下采掘的全工艺解析

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锆矿采矿技术根据矿床类型分为硬岩开采和砂矿开采两大类。硬岩型锆矿采用露天开采或地下开采，锆石赋存在伟晶岩或碱性岩中，需要用传统的凿岩爆破技术破碎矿岩。砂矿型锆矿分为滨海砂矿和内陆砂矿，矿体松散未固结，采矿方法以旱采和水采为主，旱采用挖掘机加自卸卡车，水采用高压水枪加砂泵管道输送。南非是世界上锆矿资源最丰富的国家之一，其理查兹湾矿区的砂矿开采规模和技术水平在国际上具有代表性。选择合适的采矿方案需要综合考虑矿体赋存条件、地形和水文情况，最终目标是使采出的矿石达到选矿厂的入料要求。

锆矿资源类型与开采条件

自然界中含锆的矿物种类较多，已发现的锆矿物约有五十余种，但具有工业开采价值的仅有锆英石和斜锆石两种，其中锆英石是绝对主力。锆矿资源主要分为内生矿床和外生矿床两大类。内生矿床包括碱性岩型、碱性花岗岩型、伟晶岩型和变粒岩型，这类矿床中的锆英石嵌布在坚硬的岩石中，采矿方式与传统金属矿山无异。外生矿床以滨海沉积型砂矿和河流冲积型砂矿为主，锆英石已从母岩中解离出来，呈松散砂状分布在海滨或河床中，开采条件截然不同。

我国已探明的锆矿资源中，内生矿床储量占比约百分之六十，但矿床规模小、品位低、选矿难度大，开发利用程度低。外生砂矿储量占比约百分之四十，集中分布在广东、海南、广西、福建沿海，是目前主要的开采对象。受开采和选冶条件制约，目前我国仅滨海沉积型锆石砂矿可实现工业化开采利用。

内生硬岩型锆矿的开采条件与传统金属矿山类似，矿体赋存较深、岩体坚硬、需要爆破和破碎，开采成本较高。滨海砂矿型锆矿的开采条件是矿体埋藏浅、矿层松散未固结、矿物已单体解离、不需要爆破，开采成本较低但需要处理大量的砂质物料。

砂矿开采：旱采与水采

砂矿开采分为旱采和水采两大类。旱采适用于矿体位于地下水位以上、地形平坦的区域，采用挖掘机直接挖掘矿体，自卸卡车转运至选厂。锆英石重砂矿常用斗容一点五到二点四立方米的液压挖掘机，台班效率可达两千立方米以上。挖掘深度需打到基岩面，因有用矿物富集在近基岩面的砂砾层底部，表层细砂含矿量很低。自卸卡车载重二十到三十吨为常见规格，运输距离超过一公里时经济性明显下降。

水采适用于矿体位于地下水位以下或近水区域，采用高压水枪冲击矿体，砂矿崩解形成矿浆，通过砂泵和管道输送至选厂。高压水枪工作压力零点六到一点二兆帕，流量一百五十到三百立方米每小时。水枪喷嘴直径二十五到四十毫米，喷射仰角调整到二十到四十度。采场采用阶梯式推进布置，集矿坑设置在采场内，水枪冲刷形成的矿浆自流或由辅助水冲入集矿坑，砂泵将矿浆提升输送至选厂。甲子锆矿从1967年开始采用水采水运工艺并延续至今，实践证明水采对海滨砂矿的适应性良好。

水采的优势在于采选一体化程度高、省去了原矿运输和独立洗矿环节、设备配置简化运营成本降低。局限在于用水量大（每吨原矿耗水三到五吨）、对采场排水有较高要求。对于水下矿体还可以采用绞吸式挖泥船进行开采，流量可达九百立方米每小时，排距一千米，最大挖深九米。

硬岩开采：露采与地采

硬岩型锆矿（如碱性岩型、伟晶岩型）的开采方式与传统金属矿山相同。露天开采是首选方案，适用于矿体出露地表或埋藏较浅的矿床。采剥作业采用穿孔、爆破、装载、运输四道工序。锆英石在矿石中的含量通常仅有百分之零点几到百分之几，这意味着每采出一吨矿石只有几公斤是有用的，选矿厂的入选品位极低，大量废石需要剥离。

地下开采适用于矿体埋藏较深的矿床，采用竖井或斜井开拓，矿块回采采用空场法或充填法，取决于矿岩稳固性和地表保护要求。由于锆英石价格较高，薄矿脉也有开采价值，但必须严格控制贫化率。硬岩型锆矿的采矿成本远高于砂矿，在锆英石市场价格低迷时经济性面临压力。

采矿系统设计要点

砂矿采矿系统的设计要点在于采场的移动性和选厂布置。矿体呈条带状分布，采场需要不断推进，采矿设备必须易于拆迁和移动。粗选厂与采矿作业纳为一体，大部分为移动式，移动方式有水上浮船、陆地轨道、履带、托板及定期拆迁等方式。采矿系统的产能通常按选矿厂处理能力的一点一到一点一五倍配置，以弥补天气和设备维修导致的停工时间。

非洲锆矿的采矿实践

南非是锆矿资源最丰富的国家之一，其理查兹湾矿区是全球知名的锆钛砂矿生产基地。该矿区的矿体位于海岸线附近的古海岸砂堤中，开采方式为露天旱采。采场采用大型挖掘机作业，剥离厚度三到十米的覆盖层，平均含矿层厚度六到八米，重矿物含量百分之五到十五，其中含锆英石约百分之二到四。采出的原矿通过重型自卸卡车运输至就近的选矿厂，入磨前进行破碎和筛分。矿山配套建设干法选矿厂和冶炼厂，产品远销欧美。

非洲以外的代表性矿山还包括澳大利亚的Ginkgo矿（采用斗轮挖掘机连续开采工艺），以及莫桑比克、肯尼亚等国的海滨砂矿开采项目。

锆矿采矿技术的核心就是根据矿床类型选择最合适的采掘方式。砂矿优先考虑旱采或水采，硬岩矿走露采或地采的常规路线。采场推进速度要与选厂处理能力匹配，粗选厂的移动方式要能跟上矿体的变化。先搞清楚矿床赋存条件和水文情况，再定开采方案和装备配置，这是采矿系统设计的基本原则。