淺析重鋼對超貧鐵礦資源的綜合利用及發(fā)展方向

付冠文

(重慶鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司，重慶 400080)

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，礦產(chǎn)資源及礦產(chǎn)品的供需矛盾日益突出，資源瓶頸約束凸顯。目前，我國礦產(chǎn)資源開發(fā)利用水平不高，集約化利用程度不夠，超貧鐵礦及表外礦的高效綜合利用技術(shù)落后，共、伴生礦產(chǎn)資源大部分沒有得到合理利用，尾礦及廢石綜合利用能力有限。依靠科技進(jìn)步，加強(qiáng)礦產(chǎn)資源綜合利用，推動礦業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，是緩解礦產(chǎn)資源瓶頸約束、保障國家資源安全的最有效措施，對于我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的重要意義。

1 超貧鐵礦資源的利用現(xiàn)狀及問題

目前，我國90%以上的鐵礦石為貧礦，平均品位僅30%左右。據(jù)統(tǒng)計，我國保有已探明鐵礦石儲量達(dá)600億t，其中表外礦、超貧礦就高達(dá)240億t。而超貧鐵礦中，磁鐵礦礦石占47%，釩鈦磁鐵礦礦石占22%，赤鐵礦礦石占21%，菱鐵礦礦石占3.8%，褐鐵礦礦石占2.7%，共生礦礦石占3.5%。由于受到當(dāng)時技術(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被堆置而未利用；另一方面，還有大量的超貧鐵礦石至今尚未開發(fā)利用。例如重鋼太和釩鈦磁鐵礦，低品位釩鈦磁鐵礦資源就有10771.76萬t，品位17.59%。陜西安康地區(qū)超貧磁鐵礦、鈦鐵礦資源高達(dá)3.5億t之多，鐵礦石品位大多在15%～25%之間。另外，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國尚有幾十億噸未開發(fā)利用的超貧鐵礦石或表外礦石。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，礦石與圍巖界限不清，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幾個百分點，同時拋尾量很少，鐵金屬損失也很大。

(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)礦石的鐵品位低，相對難磨難選，選比大，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。

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。

(4)低品位鐵礦石如全部經(jīng)磨礦后入選，會產(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題。

目前，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家?guī)缀跷撮_發(fā)利用超貧、表外鐵礦石資源，只有個別國家已開發(fā)利用超貧、表外鐵礦石資源。而國內(nèi)開發(fā)利用超貧、表外鐵礦石的礦山企業(yè)也較少，大多處于技術(shù)研究和經(jīng)濟(jì)評價階段。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。

2 重鋼現(xiàn)有鐵礦資源的礦石性質(zhì)及特點分析

重鋼地處西南地區(qū)重慶市，重慶市及其周邊省市的鐵礦石資源都非常貧瘠，礦石性質(zhì)不是難采難選，就是品位極低的超貧磁鐵礦資源。重鋼目前擁有的國內(nèi)鐵礦石基地大致分為四塊：一是四川西昌太和釩鈦磁鐵礦；二是陜西旬陽小金河磁鐵礦；三是巫山桃花赤鐵礦；四是綦江式赤-菱鐵礦石。而超貧鐵礦資源主要集中分布在四川西昌太和釩鈦磁鐵礦區(qū)和陜西旬陽小金河磁鐵礦礦區(qū)。現(xiàn)就重鋼超貧鐵礦資源的礦石情況及礦石性質(zhì)、特點分析如下：

(1)太和釩鈦磁鐵礦

太和釩鈦鐵礦為攀西地區(qū)四大釩鈦磁鐵礦床之一，已探明的工業(yè)儲量2.35億t，遠(yuǎn)景儲量3.5億t。太和鐵礦于1971年經(jīng)原冶金部批準(zhǔn)開始建設(shè)，期間經(jīng)歷了緩建、擴(kuò)建、重建，正式于1988年開始投產(chǎn)。目前，已開始進(jìn)行原礦630萬t/a采選擴(kuò)建工程建設(shè)。

礦石礦物成分由氧化礦物、矽酸鹽礦物和硫化礦物等組成。

氧化礦物：以鈦磁鐵礦、鈦鐵礦為主，其次有少量的鎂鋁尖晶石、磁鐵礦等。

鈦磁鐵礦為礦石中最主要的含鐵礦物，并含一定的鈦。一般呈半自形、他形粒狀分布于其他礦物粒間,粒度在0.1～4.0mm以上。其產(chǎn)出方式可分為巖漿早期鈦磁鐵礦和巖漿晚期鈦磁鐵礦兩種。鈦磁鐵礦是由磁鐵礦、板格狀鈦鐵礦、鈦鐵晶石、鎂鋁尖晶石、釩磁赤鐵礦所組成的固熔體連晶。

鈦鐵礦：呈自形～他形粒狀分布于鈦磁鐵礦和矽酸鹽礦物粒間，常與前者組成粒狀連晶結(jié)構(gòu)，有時互相包容。粒度0.1～3.0mm。

硫化礦物：各類礦石中普遍含硫化物，但不均勻，一般含量0.5%～1%。主要硫化物有磁黃鐵礦和黃鐵礦，其次有黃銅礦、硫鈷礦、鎳黃鐵礦、白鐵礦；還有少量的紫硫鐵鎳礦、含鈷的黃鐵礦、針鎳礦及微量的輝鈷礦、方硫鈷鎳礦、方黃銅礦、墨銅礦、銅蘭、閃鋅礦等。黃鐵礦粒度0.01～1.2mm，磁黃鐵礦粒度0.01～0.7mm。

3 國內(nèi)利用超貧鐵礦的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

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。實現(xiàn)這一目標(biāo)的前提之一，是如何實現(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，不降低選礦的入選品位，不提高選礦的生產(chǎn)成術(shù)。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，干式磁選機(jī)的分送效果均不理想。另外，研究和生產(chǎn)實踐表明，由于受干式磁選設(shè)備分選原埋的限制，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，也不能徹底解決人選品位過低、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)，是將來超貧磁鐵礦礦石預(yù)選拋廢技術(shù)的發(fā)展方向。

目前，太和鐵礦和小金河磁鐵礦對超貧鐵礦的回收利用，均采用干式預(yù)選拋尾技術(shù)。中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院對太和鐵礦的表外礦、低品位礦石進(jìn)行了預(yù)選拋尾試驗研究，對分類的四種礦樣(原生礦、Fe3礦、Fe4礦和風(fēng)化礦)進(jìn)行不同方案、不同條件的干式預(yù)選拋廢試驗。除風(fēng)化礦因礦石的氧化較深、粉化率高外(-5mm產(chǎn)率達(dá)53.34%),其它三種礦樣通過干式預(yù)選拋廢，都取得了理想的技術(shù)指標(biāo)。原生礦通過一段預(yù)選拋廢，可拋出產(chǎn)率為34.49%的廢石，粗精礦品位為22.68%，較給礦提高3.5個百分點；Fe3礦樣通過二段拋廢，可拋出產(chǎn)率為16.10%的廢石，粗精礦品位為22.74%，較給礦提高1.52個百分點；Fe4礦樣通過二段拋廢，可拋出產(chǎn)率為18.27%的廢石，粗精礦品位為20.38%，較給礦提高1.73個百分點。

中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院對小金河超貧磁鐵礦進(jìn)行干式預(yù)選拋尾試驗，當(dāng)原礦入選粒度為-15mm時，利用CTL0806粉礦干式磁選機(jī)進(jìn)行選別，粉礦干選機(jī)的磁場強(qiáng)度279kA/m，試驗條件及試驗結(jié)果見表1。由此可見，粉礦干選機(jī)的分選效果優(yōu)于磁滑輪，干選尾礦產(chǎn)率大幅度增大，全鐵品位、磁性鐵品位明顯降低，干選精礦全鐵品位和磁性鐵品位也有大幅度的提高。

總之，采用干式預(yù)選拋尾技術(shù)回收太和鐵礦和小金河磁鐵礦的超貧鐵礦資源，其效果一般。為了高效回收資源，還得進(jìn)一步探索研究更好的工藝流程和回收技術(shù)。粉礦干式選別結(jié)果見表1。

表1 粉礦干式磁選機(jī)選別試驗結(jié)果

3.2 磨礦、選別工藝

因為超貧、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己取得重大進(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。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。

3.3 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-12 mm 以下，甚至-8mm。據(jù)初步統(tǒng)計，當(dāng)磁鐵礦礦石粒度破碎到10mm 左右時，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)人尾礦庫，因而還可大大延長尾礦庫的服務(wù)年限。與此同時，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)。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磁性鐵損率≤1%；筒體表面磁感應(yīng)強(qiáng)度300～500MT ; ⑤筒體、槽體使用周期≥1a 。

該沒備的關(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。

3.4 高效輥壓超細(xì)碎技術(shù)

由于磨礦的能耗占整個碎磨作業(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，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。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)。

中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院和重鋼太和鐵礦一起，對太和鐵礦表外礦、低品位難選礦進(jìn)行了高效輥壓超細(xì)碎技術(shù)的試驗研究工作，目前該試驗正在進(jìn)行中。階段性試驗結(jié)果表明，細(xì)碎產(chǎn)品經(jīng)輥壓機(jī)閉路時，單位能耗為1.4～1.6 kW / t， 達(dá)到高效節(jié)能的效果。根據(jù)輥面磨損試驗結(jié)果，輥面工作壽命可達(dá)10000h。其低品位釩鈦礦經(jīng)高壓輥壓機(jī)超細(xì)碎充分打散后，用濕法磁選拋尾，可以將入磨原礦品位由18.00%左右提高到38.64%，提前拋棄產(chǎn)率占45.80%、品位7.31 %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。

如果太和鐵礦利用高效輥壓超細(xì)碎技術(shù)取得半工業(yè)或工業(yè)性試驗成功，太和鐵礦300萬t/a采選擴(kuò)能技改工程，將減輕其工程所需土地壓力，有利于排土場的穩(wěn)定；增加了礦石總量，延長了礦山服務(wù)年限；減少廢物排放，保護(hù)環(huán)境；提高資源利用水平；解決當(dāng)?shù)貏趧泳蜆I(yè)；新增經(jīng)濟(jì)增長點，預(yù)計產(chǎn)生綜合經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)6000萬元/a以上。攀西地區(qū)低品位釩鈦磁鐵礦占約30億t，安康地區(qū)超貧磁鐵礦和鈦鐵礦也有3億～5億t，若能推廣預(yù)選拋尾技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益不可估量。

4 建議與對策

(1)針對重鋼不同性質(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，與國內(nèi)各大院所和科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合攻關(guān)。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)、消化吸收和技術(shù)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，以真正實現(xiàn)超貧鐵礦資源高效化利用及節(jié)能減排的理念。

(3)為了合理利用超貧赤鐵礦等弱磁性鐵礦資源，應(yīng)研制大型高效粗濕式強(qiáng)磁選設(shè)備，以填補(bǔ)我國弱磁性鐵礦石粗粒濕式磁選拋尾技術(shù)的空白。同時，解決重鋼桃花赤鐵礦和綦江式赤-菱鐵礦石低品位礦石綜合利用問題。

(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。