劉 斌
(廈門紫金工程設(shè)計(jì)有限公司)
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福建某大型選礦廠主廠房設(shè)計(jì)方案的比選
劉斌
(廈門紫金工程設(shè)計(jì)有限公司)
摘要為合理設(shè)計(jì)福建某大型選礦廠主廠房,從工藝流程、廠房布置、設(shè)備配置、設(shè)備投資、施工條件等各方面進(jìn)行了綜合比選。經(jīng)分析比較:最終磨礦廠房選擇平行式配置,浮選廠房選擇雙系列配置,藥劑制備廠房和鼓風(fēng)機(jī)房靠近浮選廠房側(cè)布置;該建設(shè)方案廠房占地面積小、投資少、施工難度小、建設(shè)快,為同類型大型礦山的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞選礦廠設(shè)計(jì)磨礦浮選設(shè)備配置廠房布置
受全球和中國經(jīng)濟(jì)增速放緩的影響,銅金屬價(jià)格持續(xù)走低。福建某大型銅礦山隨著主井掘進(jìn)深度加大,采出礦石銅品位下降,礦石中硫、砷含量升高,生產(chǎn)成本隨礦石性質(zhì)變化而不斷攀升,逐漸削減了企業(yè)利潤。為提高自主創(chuàng)新能力、需要加快實(shí)施選廠技術(shù)升級(jí)、用規(guī)模效益來彌補(bǔ)較高的投資及成本費(fèi)用。
福建某大型選礦廠設(shè)計(jì)規(guī)模為45 000 t/d,規(guī)模較大,通過現(xiàn)場(chǎng)考察內(nèi)蒙古烏努格吐山銅鉬礦二期選礦廠(規(guī)模35 000 t/d)、伊春鹿鳴鉬礦選礦廠(規(guī)模50 000 t/d)和江西德興銅礦大山選礦廠(規(guī)模67 500 t/d),吸取他們的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)主廠房主要環(huán)節(jié)均進(jìn)行了方案比較,并確定了最佳的選廠設(shè)計(jì)方案。
1礦石性質(zhì)
福建某大型銅礦礦床類型屬上金下銅大型斑巖成礦系列-次火山高硫中低溫?zé)嵋旱V床。銅礦體賦存于潛水面以下原生帶中,西北礦段已控制銅礦達(dá)大型。礦石主要有價(jià)組分為銅,此外,還伴生有金、銀、硫、鐵、鎵、明礬石、地開石等多種有益組份,有害組份主要為砷。銅礦礦石自然類型簡單,主要為花崗巖型硫化銅礦石(占81%),其次為隱爆碎屑巖型硫化銅礦石(占15%)和英安玢巖型硫化銅礦石(占4%)。工業(yè)類型屬含硫砷銅礦的單一硫化銅礦石。
礦石的礦物組成比較簡單,主要由圍巖、熱液沉淀礦物和熱交代蝕變礦物組成。礦石中金屬礦物中以硫化物為主,金屬硫化物除黃鐵礦外,主要為銅的硫化物,該礦段發(fā)現(xiàn)的銅的硫化物16種,其中藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)、塊硫砷銅礦、硫砷銅礦占99.26%以上,其次為輝銅礦、斑銅礦等,其他銅金屬硫化物量極少。非金屬礦物主要為石英,次為地開石、明礬石、絹云母,少量重晶石、長石、白云母、氯黃晶等。礦石中主要有害元素是砷。原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1。
表1原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果
%
注:Au、Ag含量單位為g/t。
2選礦廠設(shè)計(jì)
選礦廠設(shè)計(jì)中主廠房設(shè)計(jì)是選礦廠設(shè)計(jì)的核心,主要包括磨礦廠房、浮選廠房、藥劑制備廠房、鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)計(jì)等。選礦工藝流程為半自磨+球磨+浮選工藝,選礦最終得到的產(chǎn)品為銅精礦和硫精礦。礦山服務(wù)年限為15 a,年工作制度330 d,每天3班,每班8 h。
2.1廠房布置與設(shè)備配置的基本原則[1-2]
(1)廠房布置必須充分體現(xiàn)流程特點(diǎn),在總體布置上應(yīng)做到投資省、建設(shè)快、指標(biāo)先進(jìn)、生產(chǎn)安全并符合環(huán)保要求。
(2)廠房布置應(yīng)合理利用地形并力爭緊湊,公用設(shè)施應(yīng)統(tǒng)一考慮,各種管線在技術(shù)允許條件下,應(yīng)采用共桿、共溝、共架布置。
(3)廠房布置必須處理好與總圖、尾礦、給排水、電力、暖通、土建等專業(yè)的關(guān)系。
(4)設(shè)備配置必須符合工藝流程的要求,對(duì)礦石性質(zhì)波動(dòng)有足夠的適應(yīng)性,并應(yīng)具有改革流程和擴(kuò)大規(guī)模的可能性。根據(jù)實(shí)際需要在場(chǎng)地和高差上留有一定余地,輔助設(shè)施上留有一定的靈活性。
(5)設(shè)備配置必須充分考慮環(huán)保、安全、勞保的各種規(guī)定。在設(shè)備安全罩、安全欄桿、防毒、防火、通風(fēng)換氣、收塵、排污等方面應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。
(6)設(shè)備配置要合理緊湊,各設(shè)備機(jī)組的間距不宜過大,考慮到土建柱網(wǎng)模數(shù)關(guān)系來確定。確保操作維護(hù)、檢修有足夠的工作面積和空間,上下工序物料轉(zhuǎn)運(yùn)、輸送順暢,防止物料外濺與堵塞,盡量實(shí)現(xiàn)自流輸送。
2.2磨礦廠房設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的磨礦工藝流程為:原礦經(jīng)皮帶機(jī)輸送至φ11.0 m×5.4 m半自磨機(jī),半自磨機(jī)排礦經(jīng)直線振動(dòng)篩2ZKR3675篩分后,篩下物料進(jìn)入泵池,礦漿用泵揚(yáng)送至水力旋流器分級(jí);篩上物料(頑石)通過皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)返回半自磨機(jī),旋流器分級(jí)底流進(jìn)入φ7.9 m×13.6 m球磨機(jī),球磨機(jī)排礦進(jìn)入泵池,再泵送至旋流器分級(jí),球磨機(jī)和半自磨機(jī)共用一個(gè)泵池,共用渣漿泵和分級(jí)設(shè)備,旋流器分級(jí)溢流產(chǎn)品自流進(jìn)入浮選廠房攪拌槽。設(shè)計(jì)磨礦工藝流程見圖1。
圖1 設(shè)計(jì)磨礦工藝流程
2.2.1磨礦廠房設(shè)備平行配置方案
磨機(jī)中心線與原礦堆中心線平行的配置形式。半自磨機(jī)排料端靠近球磨機(jī)排料端,泵池布置在兩磨機(jī)排料端中間,磨機(jī)與半自磨機(jī)共用泵池和渣漿泵,直線振動(dòng)篩放在泵池正上方,篩下礦漿直接流入泵池,篩上物料(頑石)通過皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)返回半自磨機(jī),球磨機(jī)排料用漏斗自流入泵池,水力旋流器布置在廠房內(nèi)靠近球磨機(jī)給料端側(cè)。檢修場(chǎng)地分布在磨礦廠房兩側(cè),各占兩跨18 m,磨機(jī)檢修用起重機(jī)各配置1臺(tái),半自磨機(jī)選用100/20 t橋式起重機(jī),球磨機(jī)選用32/5 t橋式起重機(jī)。該配置方案廠房長度135 m,跨度33 m,高度30 m。
平行配置方案的優(yōu)點(diǎn):①設(shè)備配置緊湊、排列整齊、操作方便;②旋流器布置于廠房內(nèi),檢修方便;旋流器靠近浮選廠房側(cè),溢流管道輸送距離短可減少磨浮廠房間高差。
平行配置方案的缺點(diǎn):磨礦廠房長度大,高度大,廠房造價(jià)較高。
2.2.2磨礦廠房設(shè)備垂直配置方案
磨機(jī)中心線與原礦堆中心線垂直的配置形式。泵池設(shè)置在磨機(jī)排料端,直線振動(dòng)篩放在泵池正上方,篩下礦漿直接流入泵池,篩上物料(頑石)通過皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)返回半自磨機(jī),球磨機(jī)排料用漏斗自流入泵池,磨機(jī)與半自磨機(jī)共用泵池和渣漿泵,水力旋流器布置在廠房外靠近球磨機(jī)給料端側(cè)。檢修場(chǎng)地分布在磨礦廠房兩側(cè),各占兩跨18 m,磨機(jī)檢修用起重機(jī)各配置1臺(tái),半自磨機(jī)選用100/20 t橋式起重機(jī),球磨機(jī)選用32/5 t橋式起重機(jī)。該配置方案廠房長度108 m,跨度42 m,高度27 m,廠房外的旋流器平臺(tái)長45 m,寬18 m。
垂直配置方案的優(yōu)點(diǎn):①操作平臺(tái)整齊美觀,便于操作管理;②磨礦設(shè)備集中,便于礦漿自流及礦漿分配,起重機(jī)利用率高。
垂直配置方案的缺點(diǎn):①磨礦廠房跨度大,廠房空間利用率低;②旋流器分級(jí)溢流進(jìn)浮選廠房管道需橫跨整個(gè)磨礦廠房,影響廠房美觀;③頑石轉(zhuǎn)運(yùn)需增加一條皮帶,旋流器布置于廠房外需增加一個(gè)平臺(tái),同時(shí)考慮到機(jī)械手拖車位置,磨礦廠房總占地面積較大。
經(jīng)過方案比較,方案1配置緊湊、占地面積小、填挖方量小、施工難度小、投資少、磨礦廠房長度與浮選廠房長度相適應(yīng)。因此,最終確定選擇平行式配置方案。
2.3浮選廠房設(shè)計(jì)
水力旋流器分級(jí)溢流產(chǎn)品粒度為-0.074 mm 62%,設(shè)計(jì)選別工藝流程為:分級(jí)溢流自流進(jìn)入浮選廠房銅浮選攪拌槽,經(jīng)攪拌調(diào)漿后進(jìn)入銅粗選1,銅粗選1精礦自流進(jìn)入銅精選1,銅粗選1尾礦進(jìn)入銅粗選2作業(yè);銅精選1精礦用泡沫泵揚(yáng)送至銅精選2;銅精選2精礦泵送至銅精礦濃密機(jī),銅精選2尾礦返回銅精選1;銅粗選2精礦自流進(jìn)入銅精選1,銅粗選2尾礦進(jìn)入銅掃選1作業(yè);銅掃選1精礦和銅精選1尾礦合并后一起用泡沫泵返回銅粗選2作業(yè),銅掃選1尾礦進(jìn)入銅掃選2作業(yè);銅掃選2精礦用泡沫泵返回銅掃選1作業(yè),銅掃選2尾礦進(jìn)入硫浮選攪拌槽;經(jīng)攪拌調(diào)漿后進(jìn)入硫粗選,硫粗選精礦自流進(jìn)入硫精選1,硫粗選尾礦進(jìn)入硫掃選作業(yè);硫精選1精礦用泡沫泵揚(yáng)送至硫精選2,硫精選1尾礦和硫掃選精礦合并后一起用泡沫泵返回硫粗選作業(yè);硫精選2精礦泵送至硫精礦濃密機(jī),硫精選2尾礦返回硫精選1;硫掃選尾礦經(jīng)溜槽自流至尾礦濃密機(jī)。銅硫粗、掃選采用KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),銅硫精選采用KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)。設(shè)計(jì)選別工藝流程見圖2。
圖2 浮選設(shè)計(jì)選別工藝流程
2.3.1浮選廠房設(shè)備單系列配置方案
單系列配置。銅浮選:選擇1臺(tái)φ7.5 m×7.5 m攪拌槽,設(shè)計(jì)攪拌時(shí)間4 min,實(shí)際攪拌時(shí)間5 min;銅粗掃選選擇13臺(tái)KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),設(shè)計(jì)浮選時(shí)間36 min,實(shí)際浮選時(shí)間42 min;銅精選選擇5臺(tái)KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),設(shè)計(jì)浮選時(shí)間20 min,實(shí)際浮選時(shí)間26 min。硫浮選:選擇1臺(tái)φ7.5 m×7.5 m攪拌槽,設(shè)計(jì)攪拌時(shí)間3 min,實(shí)際攪拌時(shí)間4 min;硫粗掃選選擇7臺(tái)KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),設(shè)計(jì)浮選時(shí)間18 min,實(shí)際浮選時(shí)間21 min;硫精選選擇7臺(tái)KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),設(shè)計(jì)浮選時(shí)間22 min,實(shí)際浮選時(shí)間27 min。
銅硫粗掃選浮選機(jī)間呈階梯布置,自流高差800 mm,同一作業(yè)可2臺(tái)一個(gè)階梯,銅硫精選浮選機(jī)間呈階梯布置,自流高差600 mm,同一作業(yè)可2臺(tái)一個(gè)階梯,操作平臺(tái)的高差也隨之相應(yīng)地變化,按此設(shè)計(jì)銅硫粗掃選設(shè)備配置總高差12 m,銅精選設(shè)備配置總高差1.2 m,硫精選設(shè)備配置總高差1.8 m,檢修場(chǎng)地分布在浮選廠房兩側(cè),各占兩跨18 m,因浮選廠房較長,浮選機(jī)檢修選用2臺(tái)20 t電動(dòng)單梁起重機(jī),起重機(jī)平時(shí)停靠在浮選廠房兩側(cè)。該配置方案浮選廠房長度189 m,跨度30 m,高度36 m。
單系列配置方案的優(yōu)點(diǎn):①設(shè)備配置連續(xù)緊湊、礦漿流動(dòng)順暢;②可減少各浮選作業(yè)組之間的管道連接長度,減少浮選廠房的長度,廠房占地面積較小。
單系列配置方案的缺點(diǎn):①設(shè)備配置高差較大,易形成高大擋墻,施工難度較大,基建投資較高;②廠房內(nèi)管道交錯(cuò),對(duì)自動(dòng)化及操作不利。
2.3.2浮選廠房設(shè)備雙系列配置方案
雙系列配置。每個(gè)系列銅浮選:選擇1臺(tái)φ6.0 m×6.0 m攪拌槽,設(shè)計(jì)攪拌時(shí)間4 min,實(shí)際攪拌時(shí)間5 min;銅粗掃選選擇7臺(tái)KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),設(shè)計(jì)浮選時(shí)間36 min,實(shí)際浮選時(shí)間45 min;銅精選選擇3臺(tái)KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),設(shè)計(jì)浮選時(shí)間20 min,實(shí)際浮選時(shí)間30 min。每個(gè)系列硫浮選:選擇1臺(tái)φ6.0 m×6.0 m攪拌槽,設(shè)計(jì)攪拌時(shí)間3 min,實(shí)際攪拌時(shí)間4 min;硫粗掃選選擇4臺(tái)KYF-320充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),設(shè)計(jì)浮選時(shí)間18 min,實(shí)際浮選時(shí)間24 min;硫精選選擇4臺(tái)KYF-70充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī),設(shè)計(jì)浮選時(shí)間22 min,實(shí)際浮選時(shí)間32 min。
銅硫粗掃選浮選機(jī)間呈階梯布置,自流高差800 mm,同一作業(yè)可2臺(tái)一個(gè)階梯,銅硫精選浮選機(jī)間呈階梯布置,自流高差600 mm,同一作業(yè)可2臺(tái)一個(gè)階梯,操作平臺(tái)的高差也隨之相應(yīng)地變化,按此設(shè)計(jì)銅硫粗掃選設(shè)備配置總高差7.6 m,銅精選設(shè)備配置總高差0.6 m,硫精選設(shè)備配置總高差0.6 m,檢修場(chǎng)地分布在浮選廠房兩側(cè),各占兩跨18 m,因浮選廠房較長,浮選機(jī)檢修選用2臺(tái)20 t電動(dòng)單梁起重機(jī),起重機(jī)平時(shí)??吭诟∵x廠房兩側(cè)。該配置方案浮選廠房長度216 m,跨度30 m,高度31 m。
雙系列配置方案的優(yōu)點(diǎn):①設(shè)備配置整齊美觀、生產(chǎn)調(diào)節(jié)靈活方便,若生產(chǎn)技術(shù)條件發(fā)生變化如礦石性質(zhì)改變、藥劑種類變更等便于比較雙系列各自的選別指標(biāo);②設(shè)備配置高差較小,可降低廠房高度,磨浮廠房間及浮選廠房內(nèi)不會(huì)形成高大擋墻,施工難度較小。
雙系列配置方案的缺點(diǎn):①浮選設(shè)備較多,比方案1增加2臺(tái)KYF-320浮選機(jī)和2臺(tái)KYF-70浮選機(jī),精礦返回泡沫泵數(shù)量多,設(shè)備投資大,運(yùn)營成本高;②礦漿分配需設(shè)計(jì)專業(yè)的分配器,礦漿等量控制難度較大。
經(jīng)過方案比較,雙系列配置方案整齊美觀、生產(chǎn)調(diào)節(jié)靈活方便、填挖方量小、施工難度小、基建投資少。因此,最終確定選擇雙系列配置方案。
2.4藥劑制備廠房設(shè)計(jì)
藥劑儲(chǔ)存于藥劑倉庫,經(jīng)叉車運(yùn)輸至藥劑制備廠房。藥劑制備廠房負(fù)責(zé)浮選作業(yè)的藥劑制備和添加工作,是浮選廠生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),在浮選過程中有必要精確添加各種浮選藥劑,藥劑添加精度將決定浮選的效果[3]。
2.4.1計(jì)量泵方案
藥劑通過廠房內(nèi)的2 t電動(dòng)單梁起重機(jī)加入藥劑攪拌槽,經(jīng)過藥劑攪拌槽加水?dāng)嚢柚苽涑梢欢舛鹊乃幰?,然后自流進(jìn)儲(chǔ)藥槽,再用計(jì)量泵添加到各給藥點(diǎn)。水玻璃、丁黃藥、丁胺黑藥、2#油4種藥劑共24個(gè)添加點(diǎn),備用6個(gè),共需30臺(tái)計(jì)量泵,計(jì)量泵單價(jià)大約4萬元/臺(tái),設(shè)備投資估算120萬元。
計(jì)量泵方案的優(yōu)點(diǎn):①藥劑添加可通過變頻控制,計(jì)量準(zhǔn)確;②便于自動(dòng)化控制。
計(jì)量泵方案的缺點(diǎn):①計(jì)量泵非金屬膜片在高壓工況下性能不穩(wěn)定、容易破損;②計(jì)量泵停機(jī)時(shí)間稍長,進(jìn)出口容易堵塞。
2.4.2自動(dòng)加藥機(jī)方案
藥劑通過廠房內(nèi)的2 t電動(dòng)單梁起重機(jī)加入藥劑攪拌槽,經(jīng)過藥劑攪拌槽加水?dāng)嚢柚苽涑梢欢舛鹊乃幰?,然后自流進(jìn)儲(chǔ)藥槽,再用自動(dòng)加藥機(jī)添加到各給藥點(diǎn)。自動(dòng)加藥機(jī)可設(shè)置30個(gè)加藥點(diǎn),設(shè)備價(jià)格大約30萬元/臺(tái)。
自動(dòng)加藥機(jī)方案的優(yōu)點(diǎn):①不需要藥劑泵提升藥劑,可實(shí)現(xiàn)藥液低位向高位添加;②加藥機(jī)本身具有自吸功能,可直接從儲(chǔ)藥槽吸藥,不需要恒位加藥箱,安裝靈活、簡便;③藥罐容積固定,罐數(shù)計(jì)量法準(zhǔn)確度高,不受液位及黏度變化影響。
自動(dòng)加藥機(jī)方案的缺點(diǎn):①使用一段時(shí)間后,由于藥劑在管道內(nèi)淤積,造成藥劑添加失準(zhǔn),尤其是低劑量藥劑的添加;②電磁閥磨損較快[4]。
經(jīng)過方案比較,采用自動(dòng)加藥機(jī)方案投資較小、操作簡單、安裝靈活、檢修方便。因此,最終確定選擇自動(dòng)加藥機(jī)方案。
2.5鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)計(jì)
鼓風(fēng)機(jī)房負(fù)責(zé)為浮選作業(yè)供氣,經(jīng)過計(jì)算,按照1.1 m3/(m2·min)的氣量要求,22臺(tái)320 m3浮選機(jī)需要?dú)饬? 278 m3/min,14臺(tái)70 m3浮選機(jī)需要?dú)饬?02 m3/min,共計(jì)需氣量1 580 m3/min。
2.5.1鼓風(fēng)機(jī)同型號(hào)方案
選擇3臺(tái)C850浮選機(jī)專用離心鼓風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)風(fēng)量850 m3/min,浮選機(jī)進(jìn)口升壓65 kPa,電機(jī)功率 1 400 kW,2用1備。鼓風(fēng)機(jī)檢修選用1臺(tái)16 t電動(dòng)單梁起重機(jī),鼓風(fēng)機(jī)廠房長度36 m,跨度9 m,高度12 m。
2.5.2鼓風(fēng)機(jī)不同型號(hào)方案
320 m3的浮選機(jī)選用一種風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)風(fēng)量700 m3/min,浮選機(jī)進(jìn)口升壓65 kPa,電機(jī)功率1 250 kW,2用1備;70 m3的浮選機(jī)用一種風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)風(fēng)量180 m3/min,浮選機(jī)進(jìn)口升壓40 kPa,電機(jī)功率200 kW,2用1備。鼓風(fēng)機(jī)檢修選用1臺(tái)16 t電動(dòng)單梁起重機(jī),鼓風(fēng)機(jī)廠房長度45 m,跨度9 m,高度12 m。
經(jīng)過方案比較,鼓風(fēng)機(jī)采用同型號(hào)方案投資少、運(yùn)營費(fèi)用低、廠房占地面積小、備品備件便于采購管理、檢修維護(hù)方便。因此,最終確定選擇同型號(hào)方案。
3結(jié)語
(1)福建某大型選礦廠主廠房經(jīng)過方案比較,磨礦廠房選擇平行式配置,廠房占地面積小、填挖方量小、施工難度小、投資少、磨礦廠房長度與浮選廠房長度相適應(yīng);浮選廠房選擇雙系列配置,廠房整齊美觀、生產(chǎn)調(diào)節(jié)靈活方便、填挖方量小、施工難度小、基建投資少;藥劑制備廠房和鼓風(fēng)機(jī)房靠近浮選廠房側(cè)布置,可縮短輸送距離,同時(shí)便于管道布置。
(2)選礦廠主廠房設(shè)計(jì)過程中應(yīng)密切結(jié)合工程實(shí)際,確定合適的工藝流程,選擇適宜的選礦設(shè)備,進(jìn)行合理的設(shè)備配置,對(duì)輔助設(shè)施、綜合回收、環(huán)境保護(hù)等都要進(jìn)行精心設(shè)計(jì),并對(duì)方案進(jìn)行充分比較,力求投資少,建設(shè)快,使選礦廠基建投資發(fā)揮最大的效益,同時(shí)為未來生產(chǎn)獲得較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)創(chuàng)造條件。
參考文獻(xiàn)
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(收稿日期2015-12-02)
劉斌(1980—),男,工程師,碩士研究生,361006 福建省廈門市湖里區(qū)翔云三路128號(hào)。