NO.17-浅析重钢对超贫铁矿资源的综合利用及发展方向（付冠文）.doc

2010重庆钢铁年会入选论文浅析重钢对超贫铁矿资源的综合利用及发展方向付冠文（重庆钢铁集团矿业有限公司，重庆 400080）摘 要 主要介绍超贫铁矿资源的矿石性质及利用现状，针对超贫铁矿的矿石性质特点和存在的问题，分析提出超贫铁矿资源高效综合利用的技术发展方向和建议关键词 超贫铁矿；综合利用；发展方向9 Heavy steel on lean iron comprehensive utilization of resources and the development orientation Fu Guan-wen(Mining Company of chongqing Iron & Steel Co. Ltd. ,chongqing 400080,China)Abstract Focuses on ultra lean iron ore properties and resources of utlizaiton, the Super Lean iron ore properties features and analysis of the problems, lean iron made super efficient utilization of technical development and recommendationsKey words Super Lean iron the direction of the development of comprehensive utilization;0 引言随着我国社会经济的持续高速发展，矿产资源及矿产品的供需矛盾日益突出，资源瓶颈约束凸现。目前我国矿产资源开发利用水平不高，集约化利用程度不够，超贫铁矿及表外矿的高效综合利用技术落后，共、伴生矿产资源大部分没有得到合理利用，尾矿及废石综合利用能力有限。依靠科技进步，加强矿产资源综合利用，推动矿业循环经济发展，是缓解矿产资源瓶颈约束、保障国家资源安全的最有效措施，对于我国经济社会的可持续发展具有不可替代的重要意义。1 超贫铁矿资源的利用现状及问题目前我国90%以上的铁矿石为贫矿，平均品位仅30%左右，据统计，我国保佑已探明铁矿石储量达600亿吨，其中表外矿、超贫矿就高达240亿吨，而超贫铁矿中磁铁矿矿石占47%，钒钛磁铁矿矿石占22%，赤铁矿矿石占21%，菱铁矿矿石占3.8%，褐铁矿矿石占2.7%，共生矿矿石占3.5%，由于受到当时技术水平和经济效益的制约，一方面大多数现有铁矿山在开采过程中剥离出的大量超贫表外矿被堆置而未利用，另一方面还有大量的超贫铁矿石至今尚未开发利用。例如重钢太和钒钛磁铁矿，低品位钒钛磁铁矿资源就有10771.76万吨，品位17.59%。陕西安康地区超贫磁铁矿、钛铁矿资源高达3.5亿吨之多，铁矿石品位大多在15-25%之间。另外据不完全统计，全国尚有几十亿吨未开发利用的超贫铁矿石或表外矿石。低品位铁矿石的利用存在以下几方面技术难题。1.1 低品位矿石铁品位极低，近矿围岩与矿石呈渐变关系，矿石与围岩界限不清，采用目前成熟的大块干式磁选拋尾或大块跳汰技术，入选矿石品位一般仅提高几个百分点，同时拋尾量很少，铁金属损失也很大。1.2 采矿过程中，矿石损失率和废石混入率难以控制，导致入选矿石的品位难以控制，另外表外矿资源量大，矿山企业在开采过程中，若废弃表外矿，需占用排土场，影响环保；若回收表外矿，降低了采出矿石品位，大大影响选矿精矿品位和金属回收率。1.3 矿石的铁品位低，相对难磨难选，选比大，若采用常规的选矿技术处理，将造成精矿成本高、矿山经济效益差或亏损。1.4 受干式磁选设备分选原理的限制，矿石在较细的粒度下采用干式磁选抛尾效果很差，而目前尚未有成熟的适合细碎产品抛尾的高效湿式磁选设备。1.5 低品位铁矿石如全部经磨矿后人选会产生大量的细粒尾矿，将增加尾矿处理成本和产生环境污染，因此必须考虑尾矿综合利用和合理堆存问题。目前国外工业发达国家几乎未开发利用超贫、表外铁矿石资源，只有个别国家已开发利用超贫、表外铁矿石资源。而国内开发利用超贫、表外铁矿石的矿山企业也较少，大多处于技术研究和经济评价阶段，对于难选的超贫、表外氧化铁矿石，因受选矿成本高、技术难度大的制约，在国内基本未得以开发利用。因此，为提高国内铁矿资源保障安全程度，除了应加强矿产勘查，探明、增加新的铁矿储量外，开发针对低品位铁矿石（非经济储量）的高效低成本选矿新技术和综合利用技术，从而将部分已经探明的具备经济价值的“非经济储量”，划归经济储量，并回收回来。这将意味着无须再花费勘查投资，即可增加我国铁矿资源的可利用的经济储量。在生产矿山开采范围内更无须增加矿山建设投资、设备、或只须少量技术改造投资，即可增加铁矿石产量。对延长矿山服务年限，提高矿山效益，提高铁矿石的自给率，缓解进口矿的压力，提高我国铁矿资源保障程度，减少表外矿、超贫矿排土占地和减轻对生态环境的破坏，均具有十分重要的现实意义。2 重钢现有铁矿资源的矿石性质及特点分析重钢地处西南地区重庆市，然而重庆市及其周边省市的铁矿石资源都非常贫瘠，矿石性质不是难采难选，就是品位极低的超贫磁铁矿资源，重钢目前拥有的国内铁矿石基地大致分为四块，一是四川西昌太和钒钛磁铁矿，二是陕西旬阳小金河磁铁矿，三是巫山桃花赤铁矿，四是綦江式赤-菱铁矿石，而超贫铁矿资源主要集中分布在四川西昌太和钒钛磁铁矿区和陕西旬阳小金河磁铁矿矿区。现就重钢超贫铁矿资源的矿石情况及矿石性质、特点分析如下：2.1 太和钒钛磁铁矿太和钒钛铁矿为攀西地区四大钒钛磁铁矿床之一，已探明的工业储量2.35亿吨，远景储量3.5亿吨。太和铁矿于1971年跟据冶金部批准开始建设，期间经历了缓建、扩建、重建，正式于1988年开始投产。目前已开始进行原矿630万吨/年采选扩建工程建设。2.1.1太和钒钛铁矿矿石矿物成分矿石矿物成分由氧化矿物（主要是钛磁铁矿、钛铁矿）、矽酸盐矿物（主要是钛普通辉石、基性斜长石）、硫化矿物等组成。氧化矿物：以钛磁铁矿、钛铁矿为主，其次有少量的镁铝尖晶石、磁铁矿等。钛磁铁矿为矿石中最主要的含铁矿物，并含一定的钛。一般呈半自形、他形粒状分布于其他矿物粒间,粒度在0.1-4.0毫米以上。其产出方式可分为岩浆早期钛磁铁矿和岩浆晚期钛磁铁矿两种。钛磁铁矿是由磁铁矿、板格状钛铁矿、钛铁晶石、镁铝尖晶石、钒磁赤铁矿所组成的固熔体连晶。钛铁矿：呈自形他形粒状分布于钛磁铁矿和矽酸盐矿物粒间，常与前者组成粒状连晶结构，有时互相包容。粒度0.1-3.0毫米。硫化矿物：各类矿石中普遍含硫化物，但不均匀，一般含量0.5-1%。主要硫化物有磁黄铁矿和黄铁矿，其次有黄铜矿、硫钴矿、镍黄铁矿、白铁矿；还有少量的紫硫铁镍矿、含钴的黄铁矿、针镍矿及微量的辉钴矿、方硫钴镍矿、方黄铜矿、墨铜矿、铜兰、闪锌矿等。黄铁矿粒度0.01-1.2毫米，磁黄铁矿粒度0.01-0.7毫米。2.1.2太和钒钛铁矿矿石的化学成分主要有益组分是：铁、钛、钒；伴生有益组分有：钴、镍、铜等。铁主要赋存于钛磁铁矿中，在钛铁矿、矽酸盐、硫化物中也含少量。V2O5主要是类质同象赋存于钛磁铁矿中，占各类矿石V2O5总量的72-98%，其它矿物中含钒甚微。表内矿石平均含铁30.57%，表外矿平均含铁17.48%，表内表外混合平均品位27.57%。钛主要赋存于钛铁矿和钛磁铁矿中，钛铁矿中的TiO2相对量随矿石变富而减少，与粒状钛铁矿相对含量的减少相适应。TiO2平均品位在表内矿中达11.15%，表外矿中为7.55%。V2O5在表内矿中为0.27%,表外矿中0.14%。钴、镍、铜、硫的赋存状态分两种。1、以硫化物形式星散分布于矿石中；2、以类质同象存在于主要氧化物矽酸盐矿物中。含量为钴0.01%-0.022%平均0.016%镍0.003%-0.033%平均0.014%铜0.012%-0.043%平均0.025%硫0.203%-0.639%平均0.477%。磷赋存于磷灰石中，随磷灰石的含量增加而增加，钙、镁、铝、矽一般都赋存在普通辉石、斜长石中，铝主要赋存在斜长石中。有害杂质：矿石中有害杂质硫普遍较高，一般均超过工业指标要求，在0.2%以上，在整个含矿带中，上部较下部偏高，含磷较低，一般在0.1%，对矿石质量影响较小。不同类型矿石主要化学成分见表1：表1 矿区各类型矿石主要化学成分表矿石类型有益组分（%）有害组分（%）TFeTiO2V2O5SP致密块状46.3316.080.410.250.035致密浸染37.8213.170.330.0130.11稀疏浸染22.608.360.190.360.20平均30.5511.160.260.210.12钛、铁、钒在矿石中成正比例关系,铁升高,钒钛亦高。TFe：TiO2=2.421；TFe：V2O5=10.00772.1.3太和铁矿低品位矿及表外矿的性质特点太和铁矿表外矿占太和矿区整个矿石储量（表内+表外）的26.91%；在几次圈定的开采境界内，表外矿占整个开采储量的10.59%25.58% ；因此表外矿所占比例还是比较大的。表外矿的性质特点太和铁矿属晚期岩浆分异型矿床，根据矿石含铁品位划分成表内、表外矿两个工业类型，本质上表内、表外矿性质相似，只是有用矿物成分含量的差异。对比表内矿对表外矿进行分类：按脉石矿物和副矿物含量分为长石型、辉石型、磷灰石型、硫化物型、橄榄石型等五种类型。按构造特征分为稀疏侵染状和条带状类型。在实际生产中以脉石矿物含量的多少来划分其类型，在目前开采的矿区境界中以长石型、辉石型、硫化物型三种为主。对出露的表外矿取样进行含量和物相分析，同时也对表内矿中的低品位矿石进行取样，两者进行对比，矿样分析结果见表2表2 矿体样分析结果表（单位：%） 组成 样品编号 质 量 钛磁铁矿钛铁矿长石辉石硫化物合计TFeTiO2FeO SC1（表外）18.859.8416.410.67122.127.4168.87（脉石）1.6100.00C2（表外）19.909.7316.100.37530.929.6856.66（脉石）2.74100.00C3（表外）17.6711.2814.760.89315.9024.2557.47（脉石）2.38100.00C4（表内）20.5610.0115.420.13212.9012.0514.3757.463.22100.00C5（表内）20.5010.8514.910.29117.6412.5116.5049.503.85100.00C6（表内）21.6710.0615.140.32920.3713.3612.9651.831.48100.00C7（表内）22.288.9215.730.13528.709.8859.97（脉石）1.45100.00从表2中可以看出，低品位表内矿Fe3品级矿石和超贫表外矿Fe4品级矿石矿物组成基本一致，矿物含量相似，只是以TFe的含量来划分区别。因此表外矿和表内矿性质相似，可以考虑进行利用。对表外矿的物相分析表明，其有用成分含量，除铁的含量较低外，另一重要用有用成分TiO2的含量也较高，部分表外矿的TiO2含量甚至超过表内矿，这更表明了需对表外矿进行综合回收利用的必要。因此根据表外矿的性质特点可以对其进行回收利用。2.2 陕西旬阳小金河磁铁矿小金河铁矿位于陕西省旬阳县境内的东南部，行政区划隶属金寨乡管辖，东与白河县为邻，处于五岭山以西的大、小金河之间。矿区有旬阳-平利三级及县、乡级公路与北岸旬阳县城相通，公路距离50km。经旬阳县城连通316国道，可与西康、襄渝铁路连网，向北200km可达省会西安市，向西南60km可到陕南交通枢纽安康市；西康高速公路、阳安铁路、西康铁路、襄渝铁路相交于此；交通尚称便利。已探明的工业储量7988万吨，远景储量达1亿吨以上。2.2.1陕西旬阳小金河磁铁矿矿石矿物成分矿石矿物成分主要为磁铁矿，其次为褐铁矿及微量赤铁矿、钛铁矿。磁铁矿：主要为它形粒状，少量为半自形或自形，多呈细条带状产出，在原生矿石中的含量一般为15%25%之间，局部富集地段亦可达30%以上。矿物粒径：0.11毫米，个别可达1.5毫米，以单晶（单体）为主，少数可见自成连生体，微粒包裹磁铁矿所占比例甚少。褐铁矿：在地表氧化带氧化矿石中的含量一般为10%25%之间，为原生磁铁矿及硫化物氧化形成，后者大多保留了原生硫化物假象，镜下可见假象黄铁矿切穿叶理，显示晚期生成的迹象。 赤铁矿：微量，交代磁铁矿生成。钛铁矿：微量，与假象褐铁矿伴生。2.2.2陕西旬阳小金河磁铁矿矿石的化学成分小金河铁矿化学样基本分析项目为Te、mFe，部分样品分了铜、钛、金、铅和锌、SiO2、S、P等。Te含量一般15.50-35.40 %，平均18.42%。经对矿区矿石进行的组合样分析及光谱定量分析结果表明，矿石中有益元素主要为Fe和Ti，钛含量甚低，利用意义不大，微量元素和有害元素含量甚微。该矿床矿石中主要有益组份为铁，有害组分含量远远低于一般工业要求规定指标，不会对矿石质量产生影响2.2.3陕西旬阳小金河磁铁矿低品位矿的性质特点矿石类型按组成矿石的主要铁矿物、结构、构造等划分，矿石的自然类型为含磁铁石英砂岩、含磁铁钙质石英砂岩和硅化褐铁矿化含磁铁矿千枚岩三个矿化类型。矿石的工业类型：为弱磁性需选铁矿石。该矿矿石的品级为贫矿矿石。矿石结构矿石结构较简单，主要为半自形他形粒状结构、典型粒状变晶结构。半自形他形粒状结构：磁铁矿以中-粗粒的他形半自形晶出现，粒径一般为0.05-0.19mm，最大可达0.2-0.3mm，为条带状矿石的主要结构。矿石构造矿石构造以条带状构造为主，星散浸染状、块状构造次之。条带状构造：磁铁矿在矿石中呈纹层状产出，与石英、长石、方解石等浅色矿物组成的浅色相间重复出现，磁铁矿纹层一般厚2-10mm，最厚可达50mm，呈块状磁铁矿。块状构造：磁铁矿物呈他形自形集合体及不规则团块或厚大的磁铁矿薄层，构成以磁铁矿为主的块状矿石。星散浸染状构造：磁铁矿呈星散状分布矿石中，粒径在0.1，个别他形粒状。矿石物质组成矿石矿物主要为磁铁矿，其次为少量褐铁矿、赤铁矿、钛铁矿、黄铁矿。磁铁矿：主要为它形粒状，少量为半自形或自形，多呈细条带状产出，在原生矿石中的含量一般为5%25%之间。矿物粒径：0.011.5mm，个别可达2.5mm，以单晶（单体）为主，少数可见自成连生体，微粒包裹磁铁矿所占比例甚少。褐铁矿：在地表氧化带氧化矿石中的含量一般为5%15%之间，为原生磁铁矿及硫化物氧化形成，后者大多保留了原生硫化物假象，镜下可见假象黄铁矿切穿叶理，显示晚期生成的迹象。 赤铁矿：交代磁铁矿生成。钛铁矿：呈自形半自形板条状定向排列,粒径0.1mm，与假象褐铁矿伴生。脉石矿物以石英、长石为主，次为白云石、含铁方解石、绿泥石和黑云母等组成。石英：含量在1535%之间，粒径一般为0.050.7mm,之间，以0.10.4mm者居多，它形晶、自连晶，与磁铁矿、白云石组成连生体，少数包含微粒磁铁矿。长石;斜长石：主要为更纳长石、微斜长石等，总含量为2030%。为自形半自形晶、复合双晶发育、常呈板柱状，粒径0.051mm，一般为0.5mm。含铁方解石或白云石：含量在510%，粒径一般为0.11mm以0.10.3mm者居多,它形粒状。以自连晶集合体方式与石英、磁铁矿、铁绿泥石构成连晶，可含0.1mm以下星点状磁铁矿。铁绿泥石、黑云母：含量35%，片径0.00.4mm,之间，以0.10.3mm者居多，呈自连晶与其他矿物连生。镜下未见磷灰石矿物。矿石物相及化学多元素分析铁物相分析原矿的铁物相分析结果见表3。 铁物相分析结果 表3铁相态磁铁矿假象赤铁矿赤、褐铁矿黄铁矿碳酸铁硅酸铁合 计金属量（%）12.380.160.090.163.312.3218.42占有率（%）67.210.870.490.8717.9712.59100.00由表3可见，磁铁矿虽为主要含铁矿物，但占有率仅为67.21%，碳酸铁和硅酸铁占有率却高达30.56%，这部分含铁矿物主要为脉石矿物铁质方解石和黑云母，因此对铁精矿的全铁回收率有较大的影响。化学多元素分析原矿的化学多元素分析结果见表4，全铁品位18.42，磁性铁品位12.80，可回收利用。 化学多元素分析结果 表4元 素TFeFeOMFeSFeSiO2Al2O3CaO含量（%）18.4212.0412.8018.2420.103.4820.03元 素MgOK2ONa2OSP烧失含量（%）1.400.1621.110.1170.58122.433 国内利用超贫铁矿的技术现状和发展趋势资源高效利用的途径之一就是降低采出矿石品位、使一部分非经济储量资源化。实现这一目标的前提之一是如何实现预选抛尾，使得在降低采出矿石品位，扩大资源储量的同时，不降低选矿的入选品位，不提高选矿的生产成术。因此无论是超贫磁铁矿石还是超贫氧化铁矿石，必须在入磨前采用高效的破碎、选别设备，寻求更好的抛尾效果，大幅度提高入磨原矿品位，采用更彻底的“多碎少磨”方法提升超贫铁矿石的选矿经济效益。3.1干式预选抛尾技术对品位较低的贫磁铁矿而言，国内外大部分磁铁矿选矿厂均采用粗粒干式磁选抛尾的方法，在原矿入磨前抛弃大量尾矿来达到提高处理量、提高入选品位及降低生产成本的目的。但对于品位20.00%以下的超贫磁铁矿矿石而言，由于品位极低（其边界品位一般是人为圈定的），在矿石与围岩之间的品位差别很小时，干式磁选机的分送效果均不理想。另外研究和生产实践表明，由于受干式磁选设备分选原埋的限制，即使将未来入选的超贫磁铁矿矿石在较细的粒度下采用干式磁选抛尾，也不能彻底解决人选品位过低、尾矿量大、选别成本高、经济效益低的难题，并且尾矿中磁性铁损失较大。因此在入磨前采用超细碎-湿式磁选抛尾技术是将来超贫磁铁矿矿石预选抛废技术的发展方向目前太和铁矿和小金河磁铁矿对超贫铁矿的回收利用均采用的干式预选抛尾技术。中钢集团马鞍山矿山研究院对太和铁矿的表外矿、低品位矿石进行了预选抛尾试验研究，对分类的四种矿样（原生矿、Fe3矿、Fe4矿和风化矿）进行不同方案、不同条件的干式预选抛废试验。除风化矿因矿石的氧化较深、粉化率高外（-5mm产率达53.34%）,其它三种矿样通过干式预选抛废都取得了理想的技术指标。原生矿通过一段预选抛废可抛出产率为34.49%的废石，粗精矿品位为22.68%，较给矿提高3.5个百分点；Fe3矿样通过二段抛废可抛出产率为16.10%的废石，粗精矿品位为22.74%，较给矿提高1.52个百分点；Fe4矿样通过二段抛废可抛出产率为18.27%的废石，粗精矿品位为20.38%，较给矿提高1.73个百分点。中钢集团马鞍山矿山研究院对小金河超贫磁铁矿进行干式预选抛尾试验，当原矿入选粒度为15mm时，利用CTL0806粉矿干式磁选机进行选别，粉矿干选机的磁场强度279KA/m，试验条件及试验结果见表5。由此可见，粉矿干选机的分选效果优于磁滑轮，干选尾矿产率大幅度增大，全铁品位、磁性铁品位明显降低，干选精矿全铁品位和磁性铁品位也有大幅度的提高。总之，采用干式预选抛尾技术回收太和铁矿和小金河磁铁矿的超贫铁矿资源，其效果一般，为了高效回收资源，还得进一步探索研究更好的工艺流程和回收技术。粉矿干式磁选机选别试验结果 表5试验条件产品名称产 率（%）品位（%）回收率（%）设备种类转速（m/s）TFeMFeTFeMFe粉矿干选机2.41干选精矿66.4523.9718.79 86.53 98.05 干选尾矿33.557.390.74 13.47 1.95 原 矿100.00 18.41 12.73 100.00 100.00 1.72干选精矿70.1723.6417.64 88.90 98.36 干选尾矿29.836.940.69 11.10 1.64 原 矿100.00 18.66 12.58 100.00 100.00 1.03干选精矿77.12 22.11 16.35 91.79 98.83 干选尾矿22.88 6.67 0.65 8.21 1.17 原 矿100.00 18.58 12.76 100.00 100.00 3.2 磨矿、选别工艺因为超贫、表外铁矿石的品位极低、铁矿物嵌布特度很细，为达到节能降耗和提高精矿质量之目的，其磨矿、选别工艺一般采用多段阶段磨矿、阶段选别的原则流程。磁铁矿的选别工艺以弱磁选-细筛为主，如需进一步提高磁选精矿的品质，可采用弱磁选-反浮选联合工艺。在浮选药剂方面，虽然适合于鞍山式石英型铁矿石的反浮选药剂己取得重大进展，但是适合于其它类型铁矿石的高效反浮选药剂仍很少或者空白。为了及早抛出大量尾矿，同时尽可能保证不损失有用铁矿物，相关铁矿石选矿厂基本上都从磨矿、选别工艺技术方面进行优化研究。国外倾向于棒磨-球磨的磨矿方案。而国内已生产的相关铁矿石选矿厂基本上都采用球磨-球磨的磨矿方案，即用球磨作为粗磨、磁选抛尾的磨设备，其磨矿成本高于棒磨。虽然采用磨矿、湿式磁选工艺技术能够达到提前抛弃大量粗粒尾矿之目的，但是还是不能彻底解决选矿能耗高、成本高的根本问题。3.3 粗粒湿式磁选技术目前国内选矿厂的常规破碎系统已能把一段入磨的矿石粒度降到-12 mm 以下，甚至-8mm。据初步统计，当磁铁矿矿石粒度破碎到10mm 左右时，其中已有10-30 的脉石矿物已经解离，可作为合格尾矿抛除。如能及时而有效地抛除这部分脉石矿物，不仅可提高球磨机的入磨品位、增大磨机的处理能力，达到节能、降耗、增效的目的，而且抛除的部分粗粒脉石不用进人尾矿库，因而还可大大延长尾矿库的服务年限。与此同时，磨矿设备也向大型化方向发展。这些有利条件为粗粒湿式磁选技术的研究、推广应用奠定了蒸础。中钢集团马鞍山矿山研究院研发出高效粗粒湿式磁选机专利产品（用于磨前抛尾）。该设备的主要技术性能指标:（1）处理物料粒度0-20mm；（2）设备处理能力80-200t/h；（3）抛尾产率15%;（4）磁性铁损率1%；筒体表面磁感应强度300-500mT ; （5）筒体、槽体使用周期1a 。该没备的关键技术是在常规湿式磁选机存在的粗粒磁选效果差、筒体易磨损、槽体阻塞以及精矿浓度低等缺陷问题方面，取得了突破性进展。通过磁系结构改进、筒体加人耐磨材料形成复合材料筒体、设计新颖的分选槽休结构、强制无冲洗水排矿设施等措施，以解决常规湿式磁选机存在的上述问题。3.4 高效辊压超细碎技术由于磨矿的能耗占整个碎磨作业的80以上，因此“多碎少磨”技术一直是国内外极为关往的焦点之一，其中辊压技术是目前被公认的最先进的高新破碎技术。高效辊压技术是198