从黑色金属尾矿资源中回收有用成分by Roderic

1、第三章 从黑色金属尾矿资源中回收从黑色金属尾矿资源中回收 有用成分有用成分 目录目录 3.1 黑色金属矿简介 3.2 铁矿资源的现状及其特点 3.3 铁矿的类型 3.4 铁矿的选矿状况 3.5 铁尾矿资源利用现状 3.6 铁尾矿选矿回收技术与难点 什么是黑色金属？ 黑色金属主要指铁、锰、铬及其合 金，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。黑 色金属矿和钢渣储量巨大，而且很少以 单一矿存在，一些有色金属或稀贵金属 往往也夹杂其中，黑色金属尾矿（包括 稀土型铁矿尾矿、含钒钛磁铁矿尾矿、 锡铁尾矿、锰矿尾矿、硼镁铁矿、低品 位和弱磁铁尾矿等）资源有价成分的回 收意义重大。 . 3.1 黑色金属矿简介 黑色金属

2、的用途 铬Cr 用于制造机械、枪炮筒、坦克、不锈钢 锰Mn 炼制不锈钢、特殊合金钢材、钢材改性 铁Fe 人体必须元素之一、工业用量最大的金属 3.2 铁矿资源的现状及其特点 世界铁矿资源丰富，美国地质调查所2007年公布的数据显示，世界 铁矿石储量为 1900亿吨，储量基础(Reserve Base )为3400亿吨；铁金 属储量为730亿吨，储量基础为1600亿吨。 据统计，世界铁矿资源主要集中在少数国家和地区，集中度较髙， 俄罗斯、乌克兰、澳大利亚、巴西、哈萨克斯坦和中国6个国家的铁 矿石储量占世界总储量的75.6%；资源集中的地区也正是当今世界铁 矿石的集中生产区，如巴西淡水河谷公司(V

3、ALE)、澳大利亚必和必拓 公司(BHP)和哈默斯利公司的铁矿石产量占世界总产量的35.5%。 近10年来，全球铁矿石产量每年都在10亿吨以上。钢铁资讯公司 (MEPS)统计结果表明，2011年全球粗钢产量为15.7亿吨，消耗铁矿 石超过16亿吨。照此计算，世界铁矿石资源仅可供开采约110年。 我国与国外铁矿资源对比的3个特点 01 资源总量大资源总量大 但贫矿多但贫矿多 截至2007年年底，全国铁矿石累 计查明资源储量680亿吨，其中，基 础储量282亿吨，总矿石保有储量607 亿吨，居世界第五位。世界铁矿平 均品位约为44%，其中澳大利亚赤铁 富矿品位为56%63%，巴西铁矿品位 为53%

4、57%。而我国铁矿以贫矿为主， 平均铁品位约34%；富铁矿很少，富 矿石保有储量只占总储量的2.53%， 仅见于海南石碌和湖北大冶等地。 02 共伴生组分多共伴生组分多 处理难度大处理难度大 我国难选矿和多组分共伴生矿所 占比例大。难选赤铁矿和多组分共生 铁矿石储量分别占全闰总储设的1/ 3， 共伴生组分主要包括钒、钛、 铜、 铅、锌、钴、铌、硒、锑、钨、锡、 钼、金、银、硫、稀土等30余种，最 主要的有钛、钒、铌、铜、钴、硫和 稀土等，有的共伴生组分的经济价值 甚至超过铁矿的价值。例如，白云鄂 博铁矿中含有丰富的REO(碳酸稀土) 和钽、铌；攀枝花钒钛铁矿中的钒和 钛储量居世界前列。 03

5、矿山规模小矿山规模小 据2006年的统计，全国共有铁矿 山3933处，其中大中型矿山224处， 仅占矿山总数的5.7%。 3.3 3.3 铁矿的类型铁矿的类型 按照矿物组分、结构、构造和采、选、冶及工艺 流程等特点，可将铁矿石分为自然类型自然类型和工业类工业类 型型两大类。 3.3.13.3.1自然类型铁矿石自然类型铁矿石 根据含铁矿物的根据含铁矿物的 种类，可分为磁种类，可分为磁 铁矿、赤铁矿、铁矿、赤铁矿、 假象或半假象赤假象或半假象赤 铁矿、钒钛磁铁铁矿、钒钛磁铁 矿、褐铁矿、菱矿、褐铁矿、菱 铁矿以及由其中铁矿以及由其中 两种或两种以上两种或两种以上 含铁矿物组成的含铁矿物组成的 混合

6、矿石混合矿石等等 按有害杂质（硫按有害杂质（硫 、磷、铜、铅、磷、铜、铅、 锌、钒、钛、钴锌、钒、钛、钴 、镍、锡、氟、镍、锡、氟、 砷）含量的高低砷）含量的高低 ，可分为高硫铁，可分为高硫铁 矿、低硫铁矿、矿、低硫铁矿、 高磷铁矿、低磷高磷铁矿、低磷 铁矿等铁矿等 按矿石的结构、按矿石的结构、 构造，可分为浸构造，可分为浸 染状矿石、网脉染状矿石、网脉 浸染状矿石、条浸染状矿石、条 纹状矿石、条带纹状矿石、条带 状矿石、致密块状矿石、致密块 状矿石、角砾状状矿石、角砾状 矿石，以及鲕状矿石，以及鲕状 、豆状、肾状、豆状、肾状、 蜂窝状、粉状、蜂窝状、粉状、 土状矿石等土状矿石等 按脉石矿物的

7、种按脉石矿物的种 类，可分为石英类，可分为石英 型、闪石型、辉型、闪石型、辉 石型、斜长石型石型、斜长石型 、绢云母绿泥石、绢云母绿泥石 型、夕卡岩型、型、夕卡岩型、 阳起石型、蛇纹阳起石型、蛇纹 石型、铁白云石石型、铁白云石 型和碧玉型铁矿型和碧玉型铁矿 石等石等 3.3.23.3.2工业类型铁矿石工业类型铁矿石 工业上能够利用 的铁矿石，即表内铁表内铁 矿石矿石，包括炼钢用铁 矿石、炼铁用铁矿石 以及需分选的铁矿石 工业上暂不能利 用的铁矿石，即表外表外 铁矿石铁矿石，矿石中铁含 量介于最低工业品位 与边界品位之间 3.3.33.3.3按矿石成因分类类按矿石成因分类类 与铁质基性、超基性岩

8、浆侵入活动与铁质基性、超基性岩浆侵入活动 有关的岩浆型铁矿床，如攀枝花铁有关的岩浆型铁矿床，如攀枝花铁 矿床矿床 与中酸性（包括偏基性与偏碱性）与中酸性（包括偏基性与偏碱性） 岩浆侵入活动有关的接触交代岩浆侵入活动有关的接触交代热热 液铁矿床，如湖北大冶、福建马坑液铁矿床，如湖北大冶、福建马坑 、内蒙古黄冈等、内蒙古黄冈等 与中性钠质或偏钠质火山与中性钠质或偏钠质火山侵入活侵入活 动有关的铁矿，如江苏、安徽两省动有关的铁矿，如江苏、安徽两省 的宁芜铁矿、云南大红山铁矿等的宁芜铁矿、云南大红山铁矿等 沉积型赤铁矿和菱铁矿床，如鄂西沉积型赤铁矿和菱铁矿床，如鄂西 、赣西、湘东地区的赤铁矿、赣西、湘

9、东地区的赤铁矿 变质沉积型铁矿，如鞍山铁矿、冀变质沉积型铁矿，如鞍山铁矿、冀 东铁矿等东铁矿等 风化淋滤残积型铁矿，如广东大宝风化淋滤残积型铁矿，如广东大宝 山、贵州观音山等山、贵州观音山等 我国铁矿成因类型以分布于东北、华北地区的变质沉积型磁 铁矿最为重要，该类型铁矿铁含量虽低（35 %左右），但储量大， 约占全国总储量的一半，而且可选性能良好，经选矿后可以获得含 铁65%以上的铁精矿。 3.4 铁矿的选矿状况 目前已发现的铁矿物和含铁矿物300余种，其中常见 的170余种，但在当前的技术经 济条件下，具有工业利用 价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、磁赤铁矿、钛铁矿、褐铁 矿和菱铁矿等；比磁化系数

10、介于 的 赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿、菱铁矿等等弱磁性铁矿石较难 选别。 铁矿石常用的选别方法有磁选、重选、焙烧磁选、磁 浮联合、重磁联合等。由于我国铁矿石自然类型复杂，且 多为贫矿，因此单一的选矿方法很难达到较理想的指标。 据2006年的统计，全国重点矿山和地方骨干企业铁选矿 厂的平均入选品位为31.23%，精矿平均铁品位为64.82%，尾矿 平均含铁10.74%，铁的选矿平均回收率为78.53%，其中,重点 矿山企业选矿厂的平均入选铁品位为31.15%，精矿平均铁品位 为64.88%，尾矿平均含铁10.50%，选矿平均回收率为79.20%。 总之，我国铁矿选矿的现状是入选铁品位低,精矿品位不

11、高，尾矿品位高，回收率低，资源浪费较为严重。 3.5 铁尾矿资源利用现状 铁尾矿资源的种类很多，根据其化学成分,可以将我国典型的铁尾矿划 分为4类,见表3-1 。 大量铁尾矿不仅占用了土地，而且给人类生活环境带来严重的污染和 危害，已受到全社会的广泛关注。同时，随着矿产资源的大量开发和利 用，矿石资源日益匮乏，尾矿作为二次能源已受到世界各国的高度重视 。目前我国尾矿的综合利用率仅为7%，因此从铁尾矿资源的实际出发， 大力开展尾矿资源的综合利用，实现资源开发与节约并举，提高资源利 用效率，有着十分重要的经济意义和社会意义。 我国铁矿尾矿具有数量大、粒度细、类型繁多、性质复 杂的特点，每选出1吨铁

12、精矿要排出2.53吨尾矿，年排尾矿 量约为10亿吨，平均含铁11%，相当于有1.1亿吨的金属铁损 失于尾矿中。尾矿再选已引起钢铁企业的高度重视，已采用 磁选、浮选、酸浸、絮凝等工艺从铁尾矿中回收铁，有的还 回收金、铜等有用成分，获得了较好的经济效益。 我国铁矿选矿尾矿资源按照伴生元素的含量，可分为单 金属铁尾矿和多金属铁尾矿两大类。根据硅、铝、钙、镁含 量的不同,单金属铁尾矿可分为以下4类： 3.5.1尾矿的分类 该类尾矿数量最大，含 硅高，有的SiO2含量高达 83%，一 般不含伴生有价 元素。代表有本溪钢铁集团 旗下的南芬、歪头山选厂。 该类尾矿年排量不大， 主要分布在长江巾下游宁芜 带，

13、如南山铁矿和梅山铁 矿等选矿厂。其主要特点是 Al2O3含量较高，多数尾矿 不含伴生元素和组分。 这类尾矿主要集中在河 北邯郸地区，主要伴生元素 为硫、钴及微量的铜、镇、 锌等元素。 这类尾矿中主要非金属 矿物为重晶石、碧玉，伴 生元素有钴、镍、锗、嫁和 铜等。 单单 金金 属属 铁铁 尾尾 矿矿 （1）髙硅鞍山型铁尾矿（2）髙铝马钢型铁尾矿 （3）高钙镁邯郸型铁尾矿 （4）低钙镁铝硅酒钢型铁尾矿 多金属铁尾矿 多金属类铁尾矿主要分布在我国西南的攀西地区、内蒙 古包头地区和长江中下游的武汉钢铁集团公司周边，其特点 是矿物成分复杂、伴生元素多，除含有丰富的有色金属，还 含有一定量的稀有金属、贵金

14、属和稀散元素。从价值上看, 回收 这类尾矿中的伴生元素，已远远超过回收主体金属铁 的价值。例如，湖北大冶正在运行和历史遗留的各类大小尾 矿库近300座，其中总库容10万立方米以上的35座，1000万 立方米左 右的3座，尾矿中除含有较高的铁外，还有铜、金 、钼、钨等主要有益组分。攀钢型铁尾矿中除含有数量可观 的钒、钛外，还含有值得回收的钴、镍、镓、硫等元素。包 钢的选矿 总尾矿全部送入尾矿库，稀土是尾矿中最重要的 资源,稀土价值占全部资源价值的70%以上，而且每年随铁矿 石开采产出的五氧化二铌达1.3万吨未进行回收，白白地流 入尾矿，造成铌资源的严重浪费。 总之,铁尾矿中不仅蕴含着丰富的铁,而

15、且大量的有色金 属和稀土等也夹杂其中，因此研究开发利用铁尾矿资源， 对整个矿业的可持续发展具有重要的战略意义。铁尾矿的 综合利用是一项多学科、多层次、多因素的系统工程，也 是一个带有战略性的重大课题，是保护有限的矿产资源、 促进经济发展、保护人类环境的一种有效手段铁尾矿资源 的综合利用形势迫切、任务艰巨。我国在这方面虽然起步 较晚，但发展迅速。相信通过政府、科研机构、高等院校 与矿山企业的紧密结合,我国铁矿山尾矿的综合利用必将取 得应有的成果。 3.6 铁尾矿选矿回收技术与难点 3.6.13.6.1铁尾矿中有用金属回收的铁尾矿中有用金属回收的难点难点 一般而言，铁尾矿中比较容易选别的磁铁矿、赤

16、铁矿含量相对较少， 大部分铁主要以褐铁矿、菱铁矿和硅酸铁等形式存在。 褐铁矿在碎磨过程中容易泥化，严取地影响后续的有效回收。 菱铁矿为复杂难选矿种之一，由于理论铁品位低（TFe 48.27%），各 地矿石差异大， 而且常与钙、镁、猛发生类质同象，因此采用物理选矿 方法，铁精矿品位很难达到45%以上，而焙烧后虽可大幅度提高铁精矿品 位，但成本较高。 硅酸铁主要是橄榄石类、石榴子石类、辉石类、闪石类、黑云母、铁 绿泥石、阳起石、绿帘石等含铁硅酸盐。这类矿物一般铁含量较低、硅含 量高，为工业不可用铁。 因此，对于单金属铁尾矿的回收利用，主要有以下两个难点： （1）尾矿中存在大量的次生矿泥以及过磨产生

17、的微细粒铁矿物，采用常 规的重选和磁选方法很难回收。 （2）由于铁矿物的硬度差异大，在碎磨过程中容易产生过粉碎现象而形 成大量的微细颗粒，因此，需要加强对细粒级有用矿物回收技术的研究。 而多金属类铁尾矿的回收利用，主要有以下3个难点： （1）共伴生的有用矿物含量很低，选矿成本较高。 （2）矿物嵌布粒度细、共生关系复杂、有价金属多以细粒、微细粒、未 单体解离的连生体存在，一般需要细磨甚至超细磨后选别，更容易形成更 多的次生矿泥，影响有用矿物的回收。 （3）有用矿物组成复杂、种类较多，不同矿物之间互相影响，选别条件 不尽相同，在同一工艺条件下同步回收的难度大。 3.6.23.6.2铁尾矿中有用金属

18、回收的铁尾矿中有用金属回收的关键技术关键技术 实现铁尾矿中有用矿物的综合回收，需要从以下3个方面入手： （1）预先分级、实现物料的窄粒级入选。尾矿回收利用存在可回收的 铁矿物含量低、细粒级含量高以及微细粒铁矿物比例高等技术难点，要 实现有用矿物得到好的选别效果，可以通过预先分级,采用针对性强的 选别技术和最优的操作条件，使不同粒级矿物之间的相互影响最小。 （2）加强对细粒级有用矿物回收技术的研究。 （3）新设备、新药剂、新工艺的研究。只有不断地创新，加强新设备 、新药剂、新工艺 的研究，才能更有效地回收铁尾矿中有用矿物，达 到变“废”为“宝”。通过对选矿设备不足的分析与研究，开发新型选 矿设备

19、；通过分析选矿药剂对铁尾矿浮选的优缺点，加大对新型絮凝剂 、调整剂和捕收剂等的研究，使目的矿物选择性絮凝,达到很好地分离 与富集铁尾矿的目的；针对 不同性质的铁尾矿,研究不同的选别工艺。 3.6.33.6.3铁尾矿中有用金属回收的铁尾矿中有用金属回收的生产实例生产实例 高硅鞍山型铁尾矿的选矿回收 研究背景 鞍山式铁矿资源丰富，鞍山地区分布着齐大山、大孤山、歪头山 、弓长岭等几大矿山，各矿山在生产钢铁原料铁精矿的同时，也产生 了大量 的固体废弃物。鞍山地区采场每年排岩近8000万吨，尾矿库累 计堆积了 6亿吨以上的铁尾矿，选厂每年新增尾矿排放量达2000多万 吨。20世纪90年代后，各选矿厂都开展了 尾矿再选工作，即从尾矿中 回收铁矿粉，因地制宜，根据不同矿物性质采用不同回收工艺，取得 了较好经济效益和科研成果。 成功实例 （1）齐大山铁矿选矿尾矿平均含铁15. 57%，铁矿物主要以赤(褐 )铁矿的形式存在，含量达到69.37%，磁铁矿含量为20.17%。经测试， 铁矿物解离度为45.76%，脉石矿物解离度为