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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(guó)鐵礦石資源豐而不富，在約500億t儲(chǔ)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(guó)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(lái)了難度。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中消耗大宗能量的同時(shí)，也給環(huán)境帶來(lái)了污染。
我國(guó)鐵礦石對(duì)國(guó)際市場(chǎng)的依賴程度已超過(guò)50%，且已成為我國(guó)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(kāi)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(duì)于挖掘我國(guó)鐵礦資源的潛力，提高國(guó)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(guó)95%以上的鐵礦石儲(chǔ)量為貧礦，平均品位僅32.00%左右。據(jù)國(guó)土資源部統(tǒng)計(jì)，截止2003年底，我國(guó)保有已探明的鐵礦儲(chǔ)量和資源量576.71億t，其中表內(nèi)礦（“經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量”)166.86億t，表外礦、超貧礦（“邊際經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量”、“次邊際經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)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(kāi)采過(guò)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(kāi)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(chǔ)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)采過(guò)程中，若廢棄表外礦，需占用排土場(chǎng)，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(duì)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(guó)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。
(5)低品位鐵礦石如全部經(jīng)磨礦后入選會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)粒尾礦，將增加尾礦處理成本和產(chǎn)生環(huán)境污染，因此必須考慮尾礦綜合利用和合理堆存問(wèn)題。
根據(jù)資料報(bào)道，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跷撮_(kāi)發(fā)利用超貧、表外鐵礦石，只有個(gè)別國(guó)家已開(kāi)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(wàn)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(zhǎng)石用于制取建筑材料。
目前國(guó)內(nèi)開(kāi)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(píng)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(kāi)始陸續(xù)開(kāi)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(duì)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(guó)內(nèi)基本未得以開(kāi)發(fā)利用。
因此，為提高國(guó)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(chǔ)量外，開(kāi)發(fā)針對(duì)低品位鐵礦石(非經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)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(chǔ)量”，劃歸經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量，并回收回來(lái)。這將意味著無(wú)須再花費(fèi)勘查投資，即可增加我國(guó)鐵礦資源的可利用的經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量。在生產(chǎn)礦山開(kāi)采范圍內(nèi)更無(wú)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(duì)延長(zhǎng)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(guó)鐵礦資源保障程度，減少表外礦、超貧礦排土占地和減輕對(duì)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(chǔ)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(chǔ)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(wú)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(duì)品位較低的貧磁鐵礦而言，國(guó)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(lái)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(duì)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(chǎng)，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(lái)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(guò)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(lái)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(guó)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(duì)于棒磨、磁選粗精礦再通過(guò)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(guó)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(wèn)題。
3 粗粒濕式磁選技術(shù)
目前國(guó)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(kù)，因而還可大大延長(zhǎng)尾礦庫(kù)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(wèn)題方面，取得了突破性進(jìn)展。通過(guò)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(wú)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(wèn)題。某超貧鐵礦石干式與濕式磁選拋尾對(duì)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(guó)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(guó)研制出來(lái)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(lái)，在國(guó)外輥壓機(jī)開(kāi)始用于鐵礦選礦廠，如美國(guó)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(guó)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(zhǎng)的特點(diǎn)，因此高效輥壓技術(shù)是將來(lái)“多碎少磨”技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，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(guó)洪堡公司對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)于3～0mm左右的尾礦可以用分級(jí)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(duì)鐵礦石破碎效果較好，使凹山選礦廠處理量由500萬(wàn)t/a提高至700萬(wàn)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(duì)策
(1)針對(duì)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(kāi)發(fā)利用之前必須開(kāi)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(guò)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(duì)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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