超贫磁铁矿资源开发利用综述要点

#超贫磁铁矿资源开发利用综述摘要：随着近些年钢铁行业的迅猛发展，铁矿资源消耗量逐年增加 ,现有的富铁矿和贫铁矿资源难以满足市场需求，因此如何合理开发利用超贫磁铁矿资源将显得尤为重要。结合几年来对多个超贫磁铁矿资源采矿及选矿厂的设计工作，我们对开发利用超贫磁铁矿资源进行了深入的探索和研究。本文分别从采矿、选矿工艺、尾矿处理工艺和超贫磁铁矿资源综合利用几个方面进行介绍。关键词：超贫磁铁矿资源干选甩尾磨前湿式预选尾矿干排综合利用推广近十几年来，伴随中国经济的迅猛发展，钢铁行业飞速发展，铁精粉价格相对处于高位，超贫磁铁矿资源的开发利用更为广泛，可开发利用的铁矿资源的mFe更低，规模更大。内蒙古宁城宏大矿业有限公司开发的超贫磁铁矿资源中 mFe>1.5%均进入矿石，剥采比0.2t/t，年原矿产量1600万吨。富贵鸟北票矿业公司mFe>1.8%即进入矿石，剥采比0.1t/t，年原矿产量5200万吨，规模化的生产保证了企业较高的抗风险能力，但是也带来了诸多问题。其中最为显著的问题就是选矿单位产品耗能高，以及大量的尾矿对环境造成影响和资源综合利用率低。因此如何降低选矿能耗及更好的处理尾矿以及矿石中伴生资源综合利用成为开发利用超贫磁铁矿资源的三大关键因素。超贫磁铁矿的选矿节能主要是围绕多碎少磨、粗粒甩尾、能丢早丢的原则进行的，先进的破碎和磁选设备的广泛应用为其提供了保障。超贫磁铁矿选矿产生的尾矿量巨大，尾矿排放造成的环境和安全问题显得更为突出，因此推进尾矿干排技术的发展，实现尾矿的安全排放是解决超贫磁铁矿尾矿问题的关键因素之一。超贫磁铁矿以回收铁为主，但其伴生资源如钛、磷、钒、砂石等往往占其矿石价值的比重较大，因此伴生有用资源的综合利用也成为提高超贫磁铁矿采选企业经济效益的另一关键因素。1超贫磁铁矿资源开采现状我国铁矿资源多而贫，以中低品位矿为主，富矿资源储量只占总储量的约1.8%。矿石类型复杂，难选矿和多组分共（伴）生矿多，其中超贫磁铁矿资源所占比重较大。我国超贫磁铁矿资源以河北、辽宁、内蒙等地居多，全国其他地区也广泛分布有这类可利用的超贫铁矿资源，如河南、山东、黑龙江也有这类铁矿在开发利用。目前超贫磁铁矿资源主要在河北北部、辽宁西部、内蒙古地区大规模开采利用。开采方式全部为山坡露天开采，开采深度一般不超过封闭圈以下50m。河北省超贫磁铁矿资源的开发利用始于1999年，承德京城矿业集团有限公司在承德市宽城满族自治县孤山子一带对基性一超基性杂岩体中的含铁超基性岩进行开发，通过磁选工艺，回收岩体中的磁性铁，选出的铁精矿品位TFe65%左右，选矿比为8〜10。由于该类含铁岩石易采、易碎、易磨、易选，采选生产成本较低，取得了较好的经济效益。随后，承德天宝、远通、满王、畅达、鑫达、磁源、京通及河北钢铁集团矿业有限公司等相继在宽城县、滦平县、承德县、丰宁县、兴隆县、平泉县等地投资勘查，建设选矿厂，开发利用超贫磁铁矿资源。根据《超贫磁铁矿勘察技术规程》（暂行）中规定，超贫磁铁矿边界品位要求为mFe》6%,工业品位要求为mFe》8%，露天平均剥采比w0.5t/t。结合超贫磁铁矿资源开采技术条件好、 资源储量大、矿石含铁品位低等特点,适合大规模生产。矿山企业在实际生产时一般根据矿石可选性及铁精粉市场行情，决定矿、岩的临界值。最低入矿品位mFe含量仅1.5%，有的矿山以mFe含量1.8%、2%、2.5%、3%、4%、5%、6%作为临界值，各不相同。2超贫磁铁矿选矿工艺相对于达到工业品位的磁铁矿选矿而言，制约超贫磁铁矿资源利用的关键在于原矿品位低，选比大，单位成本高，因而超贫磁铁矿选矿生产主要围绕着多碎少磨、粗粒甩尾、能丢早丢以及节能降耗、降低生产成本而展开。破碎磨矿能耗占整个选矿厂能耗的50%以上，而磨矿的能耗又占整个碎磨作业的70%以上，因此“多碎少磨”一直是选矿工作的基本原则。破碎后产品可经过粉矿干选或磨前湿式预选大量甩尾，实现能丢早丢，减少磨矿阶段能耗。采用高效圆锥破碎机实现多碎少磨超贫磁铁矿的破碎干选流程多采用三段一闭路破碎，粉矿干选流程，为了提升干选效果，保证大量甩尾，破碎产品粒度需达到10~12mm以下，使得脉石矿物尽可能多的与有用矿物分离。先进高效的破碎设备为多碎少磨、粗粒甩尾提供了有利的保障，其中以进口圆锥破碎机和高压辊磨机的应用较为成熟。美卓和山特维克为代表的进口圆锥破碎机的使用较为广泛，进口圆锥破碎机特点包括：设备重量轻，装机容量小，处理能力大，运转率高，产品粒度细，细粒级含量高。例如承德市保利满王矿业有限公司河南矿采用的进口圆锥破碎机，其破碎产品粒度为0~12mmm,粉矿率高，粉矿干选可甩去废石50%以上；哈尔滨天滋矿业有限公司采用的美卓圆锥破碎机，其破碎产品粒度为0~10mm,粉矿干选甩去废石40%以上；均实现了粗粒大量甩尾，减少入磨量，实现多碎少磨、降低生产成本、提高经济效益的目的。采用高压辊磨机实现多碎少磨高压辊磨机是以层压破碎原理使物料在准静止状态下破碎的双辊破碎设备，原来多用于建材行业，目前随着辊面材料的不断改进，在金属矿山领域的推广也在稳步进行。高压辊磨机主要特点为：作业率高、适应能力强、破碎比大、运转平稳、破碎效果好、处理能力大。高压辊磨机既可用于第三段细碎作业，也可用于细碎后的第四段超细碎作业。破碎产品粒度可达到3mm以下，其中细粒级含量高，预选效果好，显著减少入磨量，并且辊压技术在破碎过程中因挤压而形成的矿石结构裂隙，利于磨矿，明显降低磨矿功耗，降低生产成本。河北钢铁集团矿业有限公司柏泉铁矿技改工程中，利用高压辊磨机作为第三段细碎作业，产品粒度5~0mm,粉矿含量高达30%~50%。干选后甩去大量废石，减少入磨量，实现了能丢早丢。并且高压辊磨产品中细粒级含量高,减少了磨矿阶段的能耗,实现了选矿厂节能技改的目的。采用先进磁选设备实现粗粒甩尾超贫磁铁矿破碎产品进行粗粒甩尾作业,可大量减少入磨量,降低磨矿作业的能耗。粗粒甩尾主要包括磨前干选甩尾和磨前湿式预选,根据矿石性质选择不同的磁选设备。磨前干选甩尾工艺简单,技术成熟可靠。应用的设备主要有粉矿干选机、悬浮式干选机、沸腾式干选机。磁滑轮干选工艺已应用多年,设备处理能力大,但是分选物料分布不均匀,分选效果差,已逐渐被粉矿干选机、悬浮式干选机和沸腾式干选机所替代。粉矿干选机运行稳定,适应性强,成熟可靠,现已广泛用于超贫磁铁矿的干选作业中。承德天宝矿业、保利满王矿业等众多企业均采用粉矿干选机进行磨前甩尾作业,运行稳定,甩尾效果好,为企业开发利用超贫磁铁矿资源提供了技术保障。悬浮式干选机作为新型的粉矿干选设备,采用对辊布矿，料层均匀，平面磁系分选区长，磁性矿物更易被吸附，分选时主分选区处于悬浮松散状态，分离彻底，分选效果好。目前承德柏泉铁矿采选扩能技改工程中已投入使用，替换原有的磁滑轮干选作业，甩尾率由原来的5.2%提高到20.24%，入磨品位提高1.12%，废石中磁性铁含量由原来的1.16%降低到0.75%，效果显著，值得推广。磨前干选工艺流程图见图1和图2。随着破碎设备的更新，破碎产品粒度的减小，细粉矿比例增加，磨前干选已经不能满足工艺要求。特别是经过高压辊磨机破碎后的物料，物料粒度细，粉状物料含量达到30%~50%，普通干选工艺对细粒度粉状物料分选效果较差，磁性铁损失大。因此高压辊磨的破碎产品可采用沸腾式干选工艺和磨前湿式预选工艺，可显著提高入选品位，保证磁性铁回收率。磨前湿式预选磁选机应根据破碎产品粒度选择合理的槽体结构，其中12~0mm粒级可采用顺流型槽体结构，其适应性强，应用更为广泛；5~0mm粒级可采用半逆流式槽体结构或顺流槽体结构，采用半逆流槽体结构时对破碎产品粒度要求高。中钢集团山东矿业有限公司苍山铁矿选矿厂破碎产品粒度为 12~0mm,采用湿式磨前粗粒预选磁选机（顺流型），使入磨量减少40%，大幅度降低选矿成本，同时提高整个生产工艺的生产能力，效果显著。

破碎产品（12~0m）干选废石粉矿干选机或悬浮式干选机干选废石干选精矿图1磨前干选工艺流程图之一图2磨前干选工艺流程图之二图3磨前湿式预选工艺流程图之一图4磨前湿式预选工艺流程图之二3超贫磁铁矿尾矿处理工艺超贫磁铁矿资源由于其原矿品位低，选矿比8~30不等，选矿生产过程中产生大量尾矿，尾矿的排放对环境、安全和土地等都带来了诸多问题，因此如何安全合理的处理尾矿是制约超贫磁铁矿开发利用的关键因素之一。我国尾矿处理现状我国现有矿山15.3万个，截止到2013年，全国的尾矿堆积总量在150亿吨以上，大量的尾矿堆存占用了农田、林地，部分压覆矿产资源，并对环境造成污染。除此之外，尾矿库的安全问题也日显突出，据了解我国现有的尾矿库中危、病尾矿库比例高达50%，因此实施尾矿干排迫在眉睫。尾矿干排工艺简述尾矿干排是近年来国内逐渐兴起的一项新的尾矿处置工艺，是指尾矿经高效脱水设备处理，形成含水低的饼状尾矿砂，尾矿砂转运至固定地点进行干式堆存。尾矿干排的主要特点：尾矿排放对环境破坏少、占用土地少，投资少。节约水资源。尾矿干式堆放降低尾矿库的安全隐患。尾矿干排工艺采用的设备、技术、工艺为尾矿堆放及采空区(包括露天采坑)的综合治理开辟了崭新的途径。尾矿干排工艺近年来发展迅速，工艺流程和设备日趋成熟，目前主要工艺有以下几种：尾矿矿浆经旋流器进行分级，分级后进行脱水作业。粗粒级尾矿采用尾矿脱水筛脱水成干尾矿；细粒级尾矿经浓缩后给入板框式压滤机或者带式压滤机中脱水成干尾矿。此工艺在内蒙古宁城宏大矿业有限公司尾矿干排工程中应用非常成功，设备运行稳定，尾矿排放堆存安全可靠，解决了企业尾矿库即将闭库的难题。尾矿分级脱水工艺流程图见图5。尾矿矿浆经浓缩后给入板框式压滤机，压滤机产品为干尾矿(含水率<18%)。此工艺适合尾矿量小、尾矿粒度细的尾矿处理工程。中金黄金股份有限公司河北峪耳崖金矿、平泉县金宝金矿采用此工艺，工艺流程简单，便于生产管理，其干尾矿含水量低，堆存安全稳固，但是运行成本偏高。此工艺对铁矿精选厂较适用，对尾矿量巨大的超贫磁铁矿选厂不适用。尾矿矿浆经浓缩后给入带式压滤机中，压滤产品为干尾矿。此工艺采用带式压滤机脱水，生产连续性好，运行成本低，适应性强,对各粒级尾矿均适用。目前北京市密云县放马峪铁矿采用此工艺进行干排，运行稳定，成本低，适合向各类型矿山推广。尾矿浓缩脱水工艺流程图见图6。滤饼干堆 回水至选矿厂图5尾矿分级脱水流程图

滤饼干堆 溢流回选矿厂图6尾矿浓缩脱水流程图4超贫磁铁矿资源综合利用目前，从超贫磁铁矿中综合回收利用的矿物主要有铁、钒、钛、磷、碎石、建筑沙等。4.1超贫钒钛磁铁矿资源综合利用我国钒钛磁铁矿床分布广泛，储量丰富，主要分布在四川攀枝花—西昌地区、河北承德地区、陕西汉中地区、湖北郧阳、襄阳地区、广东兴宁及山西代县等地区。经过多年开采，主要矿产地达到最低工业品位的钒钛磁铁矿已基本采空，且矿产地外围找矿前景不乐观，而探明的大量低品位钒钛磁铁矿价值凸显，越来越多的企业开发利用低品位钒钛磁铁矿资源，在回收主产品铁的同时，回收钛和钒，提高了铁矿资源利用水平承德黑山选钛厂作为选钛的代表企业，主要从承钢集团黑山铁矿选矿厂排出的尾矿中回收钛。选钛流程分为两种：强磁选——浮选流程，可生产高品位钛精粉；螺旋溜槽重选流程，可生产低品位钛精粉。企业可根据市场需求情况，选择合适的生产流程。目前多数企业采用重选生产低钛流程，钛精粉品位25—30%。尾矿中钛的回收利用不仅给企业带来经济效益，也实现了资源的综合利用，值得广泛推广。含磷超贫磁铁矿资源的综合利用我国高磷铁矿石主要分布在长江流域一带和云南省，如梅山高磷铁矿、鄂西宁乡式铁矿。我国北方的河北、辽宁、吉林、内蒙古、山东、新疆等地拥有大量的低品位磷铁矿床。我国北方可利用的高品位磷矿资源少，从我国磷矿资源可持续性发展战略出发，为提高资源利用率、改变南磷北调的局面，加强北方低品位磷铁矿资源的综合开发利用很有必要。承德市远通集团、保利满王矿业公司、天宝矿业公司及高寺台一带小矿山等均对铁矿资源中的伴生矿产进行回收利用，通过常规磁选流程选铁精粉，磁选尾矿通过强磁、浮选工艺生产钛精粉和磷精粉，有效提高了资源综合利用率，为低品位铁矿资源的综合利用起到示范作用。河北钢铁集团矿业有限公司柏泉铁矿对原有选矿流程进行改造，磁选尾矿进行常温浮选生产磷精粉，不仅实现了资源的综合利用，也创造了可观的经济效益。超贫磁铁矿资源固体废料综合利用超贫磁铁矿生产过程中产生大量的干选废石和尾矿，不仅对生态环境造成影响，也存在极大的安全隐患。目前有些企业已结合超贫磁铁矿的特点，充分利用其产生的固体废料的性质，变废为宝的同时增加了企业的利润。超贫磁铁矿固体废料的综合利用主要有以下几种：破碎干选废石经筛分后可作为建筑石子使用，其粒度要求为 8~25mm;选矿产生的尾矿砂可用做制砖原料或分级后用做建筑用砂，其粒度要求为0.1~3mm;其中建筑用砂石的合理运输半径约为50km。唐山市宏泰矿业有限公司的广申矿山固体废料综合利用项目，充分利用遵化和兴隆的超贫磁铁矿资源，年处理矿山固体废料800万吨，年产铁精粉