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貧鐵礦
鐵品位較低的鐵礦石
基本信息
| 中文名 | 貧鐵礦 |
| 外文名 | Lean ore |
| 類別 | 冶金工程 |
| 運(yùn)用領(lǐng)域 | 冶煉 |
| 材質(zhì) | 含鐵30%~40% |
| 主要成分 | 鐵，大量脈石 |
| 特點(diǎn) | 渣量很大 |
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基本介紹
中國鐵礦石資源豐而不富，在約500億t儲量中97.7%為貧礦，平均品位33%，低于世界鐵礦石平均品位11個(gè)百分點(diǎn)，含鐵量大于50%的富礦僅占2.3%，絕大部分須經(jīng)選別方可入爐。中國鐵礦石資源質(zhì)量不高，其礦石大都以細(xì)粒條帶狀、鮞狀及分散點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)存在，甚至呈顯微細(xì)粒結(jié)構(gòu)。有些是多金屬共生復(fù)合礦床，一些有價(jià)礦物往往需細(xì)磨至200目占90%才能單體分離，給選別等作業(yè)帶來了難度。在開發(fā)過程中消耗大宗能量的同時(shí)，也給環(huán)境帶來了污染。
我國鐵礦石對國際市場的依賴程度已超過50%，且已成為我國鋼鐵工業(yè)經(jīng)濟(jì)安全的重大隱患。目前部分老礦山因開采多年資源接近枯竭或相繼閉坑，因此超貧鐵礦資源化利用已迫在眉睫，這對于挖掘我國鐵礦資源的潛力，提高國內(nèi)鐵礦資源保障安全程度等均具有重要意義。
利用現(xiàn)狀
我國95%以上的鐵礦石儲量為貧礦，平均品位僅32.00%左右。據(jù)國土資源部統(tǒng)計(jì)，截止2003年底，我國保有已探明的鐵礦儲量和資源量576.71億t，其中表內(nèi)礦（“經(jīng)濟(jì)儲量”)166.86億t，表外礦、超貧礦（“邊際經(jīng)濟(jì)儲量”、“次邊際經(jīng)濟(jì)儲量”）246.83億t，其中磁鐵礦礦石占48.8%，釩鈦磁鐵礦礦石占20.8%，赤鐵礦礦石占20.8%，菱鐵礦礦石占3.7%，褐鐵礦礦石占2.4%，共生礦占3.5%。
由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的制約，一方面大多數(shù)現(xiàn)有鐵礦山在開采過程中剝離出的大量超貧表外礦和貧雜礦礦石被堆置而未利用，另一方面還有大量超貧鐵礦石至今尚未開發(fā)利用。例如馬鋼南山礦區(qū)低品位磁鐵礦礦石累計(jì)探明資源量6.12億t，平均含鐵品位21.72%;攀枝花礦區(qū)含鐵品位在15.00%～23.00%的超貧(含表外)釩鈦磁鐵礦礦石其儲量近2.5億t。另外據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，華北地區(qū)尚有數(shù)十億t未開發(fā)利用的超貧磁鐵礦礦石或表外磁鐵礦石，鞍山地區(qū)尚有數(shù)億t未開發(fā)利用的超貧赤鐵礦礦石或表外赤鐵礦礦石。低品位鐵礦石的利用存在以下幾方面技術(shù)難題。
(1)低品位礦石鐵品位極低，近礦圍巖與礦石呈漸變關(guān)系，礦石與圍巖界線不清，采用目前成熟的大塊干式磁選拋尾或大塊跳汰技術(shù)，入選礦石品位一般僅提高2個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)拋尾量很少、鐵金屬損失很大。
(2)采礦過程中，礦石損失率和廢石混入率難以控制，導(dǎo)致入選礦石的品位難以控制。另外表外礦資源量大，礦山企業(yè)在開采過程中，若廢棄表外礦，需占用排土場，影響環(huán)保；若回收表外礦，降低了采出礦石品位，大大影響選礦精礦品位和金屬回收率。
(3)由于礦石的鐵品位低、相對難磨難選、選礦比大，若采用常規(guī)的選礦技術(shù)處理，將造成精礦成本高、礦山經(jīng)濟(jì)效益差或虧損。如高村鐵礦出礦品位19.47%，選礦比4.50，與全國重點(diǎn)鐵礦山相比，品位低11個(gè)百分點(diǎn)，選礦比高2.0，每噸精礦的選礦成本增加150元左右。
(4)由于受干式磁選設(shè)備分選原理的限制，礦石在較細(xì)的粒度下采用干式磁選拋尾效果很差，而目前尚未有成熟的適合細(xì)碎產(chǎn)品拋尾的高效濕式磁選設(shè)備。
根據(jù)資料報(bào)道，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家?guī)缀跷撮_發(fā)利用超貧、表外鐵礦石，只有個(gè)別國家已開發(fā)利用超貧、表外磁鐵礦礦石。比較典型的實(shí)例是前蘇聯(lián)卡奇卡納爾采選公司選礦廠，所處理的礦石為鐵品位15.8%的鈦磁鐵礦礦石，年處理量4000萬t，精礦品位為61.50%左右，選礦比接近6。該選礦廠還從選鐵尾礦中綜合回收鈦鐵礦、硫化礦，同時(shí)提取輝石、斜長石用于制取建筑材料。
目前國內(nèi)開發(fā)利用超貧、表外鐵礦石的礦山企業(yè)較少，大多處于技術(shù)研究和經(jīng)濟(jì)評價(jià)階段。只是近兩年由于鐵精礦價(jià)格爆漲，華北地區(qū)(主要是河北承德、宣化、唐山等地區(qū))開始陸續(xù)開發(fā)利用超貧、表外磁鐵礦礦石，但幾乎都是以大量浪費(fèi)資源和效益差為代價(jià)，尚未形成較大的規(guī)模。而對于難選的超貧、表外氧化鐵礦石，因受選礦成本高、技術(shù)難度大的制約，在國內(nèi)基本未得以開發(fā)利用。
因此，為提高國內(nèi)鐵礦資源保障安全程度，除了應(yīng)加強(qiáng)礦產(chǎn)勘查，探明、增加新的鐵礦儲量外，開發(fā)針對低品位鐵礦石(非經(jīng)濟(jì)儲量)的高效、低成本選礦新技術(shù)和綜合利用技術(shù)，從而將部分已經(jīng)探明的具備經(jīng)濟(jì)價(jià)值的“非經(jīng)濟(jì)儲量”，劃歸經(jīng)濟(jì)儲量，并回收回來。這將意味著無須再花費(fèi)勘查投資，即可增加我國鐵礦資源的可利用的經(jīng)濟(jì)儲量。在生產(chǎn)礦山開采范圍內(nèi)更無須增加礦山建設(shè)投資、設(shè)備，或只須少量技術(shù)改造投資，即可增加鐵礦石產(chǎn)量。對延長礦山服務(wù)年限，提高礦山效益，提高鐵礦石的自給率，緩解進(jìn)口礦的壓力，提高我國鐵礦資源保障程度，減少表外礦、超貧礦排土占地和減輕對生態(tài)環(huán)境的破壞，均具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)現(xiàn)狀
資源高效利用的途徑之一就是降低采出礦石品位，使一部分非經(jīng)濟(jì)儲量資源化。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的前提之一是如何實(shí)現(xiàn)預(yù)選拋尾，使得在降低采出礦石品位，擴(kuò)大資源儲量的同時(shí)，不降低選礦的入選品位，不提高選礦的生產(chǎn)成本。因此無論是超貧磁鐵礦石還是超貧氧化鐵礦石，必須在入磨前采用高效的破碎、選別設(shè)備，尋求更好的拋尾效果，大幅度提高入磨原礦品位，采用更徹底的“多碎少磨”方法提升超貧鐵礦石的選礦經(jīng)濟(jì)效益。
1 干式預(yù)選拋尾技術(shù)
對品位較低的貧磁鐵礦而言，國內(nèi)外大部分磁鐵礦選礦廠均采用粗粒干式磁選拋尾的方法，在原礦入磨前拋棄大量尾礦來達(dá)到提高處理量、提高入選品位及降低生產(chǎn)成本的目的。但對于品位20.00%以下的超貧磁鐵礦礦石而言，由于品位極低(其邊界品位一般是人為圈定的)，在礦石與圍巖之間的品位差別很小時(shí)，干式磁選機(jī)的分選效果均不理想。例如馬鋼高村鐵礦屬露天采場，廢石混入率低(3%左右)，多次干選試驗(yàn)結(jié)果表明，拋尾產(chǎn)率10%～15%，品位提高不足2個(gè)百分點(diǎn)，尾礦中磁性鐵損失大于1.5個(gè)百分點(diǎn)；昆鋼大紅山淺部熔巖干式磁選試驗(yàn)結(jié)果表明，拋尾產(chǎn)率13%，品位提高也不足2個(gè)百分點(diǎn)，效果不明顯。前蘇聯(lián)卡奇卡納爾采選公司選礦廠的超貧磁鐵礦礦石品位為15.80%，粒度為10～25mm的破碎產(chǎn)品經(jīng)干式磁選，拋尾產(chǎn)率僅4.00%左右，品位提高到17.50%左右。另外，研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，由于受干式磁選設(shè)備分選原理的限制，即使將未來入選的超貧磁鐵礦礦石在較細(xì)的粒度下采用干式磁選拋尾，也不能徹底解決入選品位過低、尾礦量大、選別成本高、經(jīng)濟(jì)效益低的難題，并且尾礦中磁性鐵損失較大。因此在入磨前采用超細(xì)碎-濕式磁選拋尾技術(shù)是將來超貧磁鐵礦預(yù)選拋廢技術(shù)的發(fā)展方向。
2 磨礦、選別工藝
因?yàn)槌?、表外鐵礦石的品位極低、鐵礦物嵌布粒度很細(xì)，為達(dá)到節(jié)能降耗和提高精礦質(zhì)量之目的，其磨礦、選別工藝一般采用多段階段磨礦、階段選別的原則流程。磁鐵礦的選別工藝以弱磁選-細(xì)篩為主，如需進(jìn)一步提高磁選精礦的品質(zhì)，可采用弱磁選-反浮選聯(lián)合工藝。在浮選藥劑方面，雖然適合于鞍山式石英型鐵礦石的反浮選藥劑已取得重大進(jìn)展，但是適合于其它類型鐵礦石的高效反浮選藥劑仍很少或者空白。
為了及早拋出大量尾礦，同時(shí)盡可能保證不損失有用鐵礦物，相關(guān)鐵礦石選礦廠基本上都從磨礦、選別工藝技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化研究。國外傾向于棒磨-球磨的磨礦方案，例如前蘇聯(lián)卡奇卡納爾采選公司選礦廠采用三段階段磨礦(棒磨-球磨-球磨)、6次弱磁選的工藝流程。其中棒磨用于在粗磨粒度下(-0.076mm占20%左右)采用磁選拋棄大量尾礦，對于棒磨、磁選粗精礦再通過兩段球磨、5次弱磁選后獲得最終精礦，最終磨礦細(xì)度為-0.076mm占95%。而國內(nèi)已生產(chǎn)的相關(guān)鐵礦石選礦廠基本上都采用球磨-球磨的磨礦方案，即用球磨作為粗磨、磁選拋尾的磨礦設(shè)備，其磨礦成本高于棒磨。雖然采用磨礦、濕式磁選工藝技術(shù)能夠達(dá)到提前拋棄大量粗粒尾礦之目的，但是還是不能徹底解決選礦能耗高、成本高的根本問題。
3 粗粒濕式磁選技術(shù)
目前國內(nèi)選礦廠的常規(guī)破碎系統(tǒng)已能把一段入磨的礦石粒度降到-12mm以下，甚至-8mm。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，當(dāng)磁鐵礦礦石粒度破碎到10mm左右時(shí)，其中已有10%～30%的脈石礦物已經(jīng)解離，可作為合格尾礦拋除。如能及時(shí)而有效地拋除這部分脈石礦物，不僅可提高球磨機(jī)的入磨品位、增大磨機(jī)的處理能力，達(dá)到節(jié)能、降耗、增效的目的，而且拋除的部分粗粒脈石不用進(jìn)入尾礦庫，因而還可大大延長尾礦庫的服務(wù)年限。與此同時(shí)，磨礦設(shè)備也向大型化方向發(fā)展。這些有利條件為粗粒濕式磁選技術(shù)的研究、推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院研發(fā)出高效粗粒濕式磁選機(jī)專利產(chǎn)品(用于磨前拋尾)。該設(shè)備的主要技術(shù)性能指標(biāo):
(1)處理物料粒度0～20mm;
(2)設(shè)備處理能力80～200t/h;
(3)拋尾產(chǎn)率>15%;
(4)磁性鐵損失≤1%;
(6)筒體、槽體使用周期≥1a。
該設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)是在常規(guī)濕式磁選機(jī)存在的粗粒磁選效果差、筒體易磨損、槽體阻塞以及精礦濃度低等缺陷問題方面，取得了突破性進(jìn)展。通過磁系結(jié)構(gòu)改進(jìn)、筒體加入耐磨材料形成復(fù)合材料筒體、設(shè)計(jì)新穎的分選槽體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)制無沖洗水排礦設(shè)施等措施，以解決常規(guī)濕式磁選機(jī)存在的上述問題。某超貧鐵礦石干式與濕式磁選拋尾對比試驗(yàn)結(jié)果表明，粗粒濕式磁選的拋尾效果明顯優(yōu)于干式磁選。
4 高效輥壓超細(xì)碎技術(shù)
由于磨礦的能耗占整個(gè)碎磨作業(yè)的80%以上，因此“多碎少磨”技術(shù)一直是國內(nèi)外極為關(guān)注的焦點(diǎn)之一，其中輥壓技術(shù)是目前被公認(rèn)的最先進(jìn)的高新破碎技術(shù)。高效輥壓技術(shù)是1984年由德國研制出來的高新破碎技術(shù)，已成功地應(yīng)用于世界較多工廠，主要是水泥和石灰石工廠。近年來，在國外輥壓機(jī)開始用于鐵礦選礦廠，如美國EmpireIronOreMine用于破碎自磨機(jī)頑石，毛里塔尼亞SNIM/Zouerat用于破碎粗粒20～0mm鐵礦石，智利某鐵礦選礦廠用于破碎63.5～0mm鐵礦石，而在國內(nèi)尚處于研發(fā)或引進(jìn)消化階段。該設(shè)備具有單位破碎能耗低、破碎產(chǎn)品粒度細(xì)而均勻、占地面積少、設(shè)備作業(yè)率高和磨損件工作壽命長的特點(diǎn)，因此高效輥壓技術(shù)是將來“多碎少磨”技術(shù)的發(fā)展趨勢，是超貧、表外鐵礦石得以高效綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)。
受馬鋼南山礦業(yè)公司委托，中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院、德國洪堡公司對馬鋼南山礦低品位難選表外礦進(jìn)行了前期的試驗(yàn)研究工作，對該礦石進(jìn)行了輥壓機(jī)半工業(yè)試驗(yàn)及選別工藝小型試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，細(xì)碎產(chǎn)品經(jīng)輥壓機(jī)閉路時(shí)單位能耗為1.40～1.55kW/t，達(dá)到高效節(jié)能的效果，閉路篩分篩下產(chǎn)品的粒度分布為-1.4mm占80%、-315μm占50%、-71μm占30%。
根據(jù)輥面磨損試驗(yàn)結(jié)果，輥面工作壽命可達(dá)10000h。對高壓輥壓機(jī)產(chǎn)品小型試驗(yàn)研究表明，充分打散后用濕法磁選拋尾，可以將入磨原礦品位由20.00%左右提高到42.64%，提前拋棄產(chǎn)率占47.80%、品位8.31%的粗粒尾礦，提前拋尾效果十分顯著。對于3～0mm左右的尾礦可以用分級方法分出部分粗粒，用于建筑用砂或堆存，可以大幅度降低尾礦輸送量，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益明顯。
目前南山礦在工業(yè)實(shí)踐引入高效輥壓技術(shù)處理低品位混合礦石，初步調(diào)試結(jié)果顯示該技術(shù)節(jié)能減排效果顯著，對鐵礦石破碎效果較好，使凹山選礦廠處理量由500萬t/a提高至700萬t/a，為該技術(shù)的推廣應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。
建議與對策
(1)針對不同性質(zhì)的超貧鐵礦資源，為保證資源利用率、經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益最大化，在開發(fā)利用之前必須開展合理工藝流程優(yōu)化研究，并進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定合理的入選品位和產(chǎn)品方案。
(2)通過引進(jìn)、消化吸收和集成創(chuàng)新，加強(qiáng)輥壓超細(xì)碎技術(shù)與粗粒濕式磁選技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用工作，以真正實(shí)現(xiàn)超貧鐵礦資源高效化利用及節(jié)能減排的理念。
(4)為減少粗粒尾礦的堆存量和細(xì)粒尾礦的輸送排放量，減輕尾礦對環(huán)境的影響，應(yīng)加強(qiáng)尾礦綜合利用新技術(shù)的研究和應(yīng)用工作。
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