貧鐵礦資源利用技術(shù)及發(fā)展趨勢

朱祥玉

（中鋼礦業(yè)開發(fā)有限公司 北京 100080）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對于資源的消耗日益增大，雖然我國地大物博資源豐富，但是我國人口較多，人均資源占有率較低。目前為止，我國的鐵礦石資源日益短缺，絕大部分的鐵礦石儲量都是貧礦，處于平均品位的鐵礦只占30%左右。原礦品位相對較低，大型的礦床僅有5%左右，可開采的儲量也比較低。例如，已經(jīng)開發(fā)的1079 個(gè)鐵礦區(qū)，低品位礦有數(shù)百億噸，在河北張家口和承德地區(qū)的低品位礦加起來就有55 億t 之多，其中，相當(dāng)大一部分的鐵礦都是極貧鐵礦。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，僅在華北地區(qū)，還未開發(fā)的極貧磁鐵礦石有數(shù)十億噸之多；鞍山地區(qū)的還未開發(fā)的極貧赤鐵礦超5 億t。如何大規(guī)模地對極貧鐵礦進(jìn)行開發(fā)利用，讓極貧鐵礦成為具有開采意義及經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的鐵礦石，這對于我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展具有重要意義。

1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

國內(nèi)大部分的礦山企業(yè)都沒有對極貧鐵礦進(jìn)行開發(fā)利用，基本都是處于實(shí)驗(yàn)階段及對經(jīng)濟(jì)進(jìn)行評價(jià)的階段，但是由于近些年來鐵精礦的價(jià)格出現(xiàn)了大幅度的上漲，華北地區(qū)的大部分礦山企業(yè)開始慢慢對貧鐵礦進(jìn)行開發(fā)利用。由于受到技術(shù)水平、成本及經(jīng)濟(jì)效益等多方面因素的制約，目前還未開始大規(guī)模對貧鐵礦進(jìn)行開發(fā)利用。如何大規(guī)模對極貧鐵礦進(jìn)行開發(fā)利用，讓極貧鐵礦成為具有開采意義及經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的鐵礦石，這對于我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展具有重要意義。

1.1 極貧鐵礦的開發(fā)

根據(jù)相關(guān)資料的報(bào)道，國外的發(fā)達(dá)國家大部分都沒有對極貧鐵礦進(jìn)行開發(fā)利用。目前，對貧鐵礦進(jìn)行開發(fā)利用的只有前蘇聯(lián)的卡奇卡納爾公司?？ㄆ婵{爾公司對貧鈦磁鐵礦進(jìn)行了開發(fā)利用，平均每年對貧鈦磁鐵礦的開采量為4000萬t。我國國內(nèi)也還沒有對貧鐵礦進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)利用，僅有華北地區(qū)的部分礦山公司對極貧鐵礦進(jìn)行了一定程度的開發(fā)利用。我國之所以對極貧鐵礦沒有進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)利用，主要是因?yàn)槟壳皩O貧鐵礦的開采技術(shù)還不夠成熟，直接進(jìn)行大規(guī)模開采會使得開采成本較高，導(dǎo)致開采的經(jīng)濟(jì)效益較低［1］。

1.2 極貧鐵礦新技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)對極貧鐵礦資源的高效開采利用，國內(nèi)外進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)的攻克，有了比較先進(jìn)的新工藝和比較成熟的新技術(shù)，比較成功的新技術(shù)有：（1）階段磨礦弱磁選反浮選工藝；（2）全磁選選別工藝；（3）超細(xì)碎干或濕式弱磁選粗粒拋尾工藝。在這3種比較先進(jìn)的新技術(shù)之中，超細(xì)碎粗粒拋尾工藝可以有效地對采出的礦石品位進(jìn)行降低，使得部分的非經(jīng)濟(jì)儲量的礦山資源化，可以在不降低選礦的入選品位，以及不增加選礦的生產(chǎn)成本的前提下，將資源儲量有效的擴(kuò)大。就現(xiàn)在國內(nèi)外的技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)極貧鐵礦的經(jīng)濟(jì)效益最大化，就必須在入磨之前選用高效的超細(xì)碎破碎機(jī)及相應(yīng)的選別設(shè)備，才能達(dá)到更好的粗粒拋尾效果，進(jìn)而在很大程度上提高入磨原礦的品位。

2 極貧鐵礦資源利用現(xiàn)狀及問題

2.1 我國極貧鐵礦儲量

采用超細(xì)碎濕式磁選拋尾技術(shù)，是未來超貧礦石預(yù)選拋尾技術(shù)的發(fā)展趨勢。我國的鐵礦石儲量95%以上都屬于貧鐵礦，處于平均品位的鐵礦石儲量僅占32%左右。根據(jù)我國自然資源部的相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國已經(jīng)得到證實(shí)的鐵礦資源儲量為576.71 億t，在其中，磁鐵礦礦石占比48.8%，赤鐵礦礦石資源占比20.8%。但是由于開采技術(shù)的限制，以及考慮到開采的經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)原因，在實(shí)際的開采過程當(dāng)中，對鐵礦山中開采出的超貧表外礦以及貧雜礦的礦石都堆置了起來，這些礦石并沒有得到有效的利用［2］。另外，還有大部分的超貧鐵礦石由于開采技術(shù)的限制還沒有被開發(fā)利用，例如，馬鋼南山礦區(qū)發(fā)現(xiàn)有6.12億t的較低品位的磁鐵礦礦石還沒有得到有效的開發(fā)利用，這部分磁鐵礦礦石含鐵的平均品位在21.71%；攀枝花礦區(qū)的超貧釩鈦磁鐵礦礦石儲存量有2.5 億t，這些超貧釩鈦磁鐵礦礦石的平均含鐵品位在20%左右。

2.2 低品位鐵礦石開采技術(shù)難題

低品位的鐵礦石在開采利用過程中，存在的技術(shù)難題主要有以下幾點(diǎn)。

（1）低品位礦石的近礦巖石與礦石之間存在漸變關(guān)系，礦石自身與圍巖之間沒有一個(gè)相對清楚的界限。目前，采用的開采技術(shù)主要是大塊干式磁選拋尾技術(shù)或者大塊跳汰技術(shù)，僅僅只能將入選的礦石品位提升2%，而且礦石的拋尾量非常少，這對于礦石鐵金屬有較大的流失。

（2）在實(shí)際的開采過程中，對礦石品位有較大影響的還有，礦石損失率以及廢石的混入率。另外，在實(shí)際開采過程中，表外礦的品位較低，如果將表外礦進(jìn)行廢棄處理，那么需要占較多的排土廠，對環(huán)境有較大的影響；如果將外表礦進(jìn)行回收的話，那么采出礦石的品位在很大程度上就會被降低，這對選礦精礦品位以及金屬的回收都有著較為嚴(yán)重的影響。

（3）低品位礦石的鐵品位相對較低，比較難磨難選，如果只是采用普通的選礦技術(shù)對其進(jìn)行處理，這將使得礦山的經(jīng)濟(jì)效益降低，平均每噸鐵礦將會增加150元的開采成本［3］。

（4）現(xiàn)在我國還沒有比較成熟的高效濕式磁選設(shè)備，能夠?qū)?xì)碎產(chǎn)品進(jìn)行高效拋尾，傳統(tǒng)的干式磁選設(shè)備對細(xì)碎產(chǎn)品的拋尾效果很差。

（5）低品位的礦石在磨礦后會產(chǎn)生較多的細(xì)粒尾礦，細(xì)粒尾礦會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的危害影響，同時(shí)，礦尾的處理成本也會增加，所以需要對尾礦進(jìn)行綜合利用，以減少環(huán)境污染以及處理成本的增加。

目前為止，我國有少部分的礦山企業(yè)對超貧鐵礦石進(jìn)行了開發(fā)利用，但是對資源的浪費(fèi)比較大同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益也比較差，沒有形成大規(guī)模的開采。對于選礦難度比較高的超貧氧化鐵礦石，因相關(guān)的開采技術(shù)還不是很成熟，所以在我國還沒有得到大規(guī)模的開發(fā)利用。為了提高我國鐵礦石資源的保障，在加強(qiáng)礦產(chǎn)勘察增加現(xiàn)有的礦產(chǎn)儲量之外，還應(yīng)該完善對低品位礦石的開采技術(shù)，進(jìn)而可以將已將勘探出的低品位礦石進(jìn)行開發(fā)利用，使得原先的非經(jīng)濟(jì)儲量轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)儲量，節(jié)省大量的勘探資金，同時(shí)，我國國內(nèi)鐵礦資源的經(jīng)濟(jì)儲量也得到了大幅度的增加。在生產(chǎn)礦山的原先開采范圍內(nèi)進(jìn)行開采，不用增加較多的建設(shè)設(shè)備，只需用原有的設(shè)備進(jìn)行技術(shù)層面的改造，便可以增加鐵礦石的產(chǎn)量，這樣可以有效地提高礦山的服務(wù)年限，礦山的經(jīng)濟(jì)效益也將得到提升，減緩了鐵礦石的進(jìn)口壓力，并且有效地減少了超貧礦排土對生態(tài)環(huán)境的影響破壞［4］。

3 極貧鐵礦相關(guān)技術(shù)

3.1 干式預(yù)選拋尾技術(shù)

對于精鐵礦的開采，目前，國內(nèi)外大部分的礦山公司都是采用粗粒干式磁選拋尾的技術(shù)方法，在原礦石入磨之前將大量的尾礦進(jìn)行拋棄，以此來有效地提高入選的品位，提高處理量進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，將礦山的經(jīng)濟(jì)效益最大化。但是對于品位比較低的貧鐵礦石，因?yàn)樽陨淼钠肺痪捅容^低，礦石自身與圍巖之間的差別很小幾乎難于區(qū)分，干式磁選機(jī)的分選不能達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)。例如，馬鋼高村開采場進(jìn)行多次的干選實(shí)驗(yàn)，最終結(jié)果中拋尾率達(dá)到15%，礦石品位提升了不到2%，礦尾的磁性鐵損失高于1.5%，像這種巖石性質(zhì)比較復(fù)雜、原礦石的品位較低的超貧鐵礦石而言，不適合傳統(tǒng)的超細(xì)碎粗粒拋尾的技術(shù)工藝。就我國目前的選礦設(shè)備以及開采的技術(shù)條件下，并不能高效地開發(fā)利用這種性質(zhì)相對較復(fù)雜的貧鐵礦石，如果強(qiáng)行對性質(zhì)復(fù)雜的超貧鐵礦石進(jìn)行開采，那么鐵礦開采過程中的經(jīng)濟(jì)效益會很差。前蘇聯(lián)的卡奇卡納爾公司開采的貧磁鐵礦石的品位為15.85%，產(chǎn)品的拋尾產(chǎn)率僅有4%，但是品位僅提升到17%左右，效果也十分不理想。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，由于干式磁選設(shè)備自身分選的原理，就算在將來使超貧鐵礦石以較細(xì)的顆粒使用干式磁選拋尾進(jìn)行分選，也不能有效地將入選品位過低和經(jīng)濟(jì)效益低等問題進(jìn)行解決。

3.2 磨礦、選別工藝

由于貧鐵礦石的品位比較低，鐵礦物在礦石中的分布顆粒比較細(xì)小，為了進(jìn)一步提高精礦質(zhì)量及有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，磨礦、選別工藝大部分情況下都是選用多階段磨礦以及階段選別的基本流程。磁鐵礦一般情況選別工藝是用弱磁選細(xì)篩，如果需要將磁選鐵礦的品質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的提高，那么需要采用弱磁選反浮選聯(lián)合工藝。目前，鐵礦石相對高效的反浮選藥劑依然很少，反浮選藥劑取得比較的成功的，只有適合鞍山式石英型鐵礦石的浮選藥劑。

大部分的礦山公司都在磨礦及選別工藝技術(shù)上進(jìn)行深入研究，其本質(zhì)目的是盡早將大量尾礦進(jìn)行拋出，盡可能地減少鐵礦物的損失情況。前蘇聯(lián)的卡奇卡納爾公司在進(jìn)行磨礦的時(shí)候，采用了先用棒磨后用球磨的工藝流程。但是在國內(nèi)的礦山公司在生產(chǎn)磨礦的過程中，一般主要采用兩次球磨的磨礦流程，就是采用球磨作為粗磨磨礦設(shè)備，球磨與棒磨相比，其生產(chǎn)的成本相對較高。在進(jìn)行低品位礦石的開采中，采用濕式磁選技術(shù)，能夠在礦石入選之前拋棄掉大量的粗粒尾礦，但是在選礦的過程中還是需要消耗大量的能源，選礦成本高的問題還是沒有得到有效的解決。

3.3 粗粒濕式磁選技術(shù)

目前，在我國的選礦技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)⑷肽サ牡V石顆粒度降到8mm。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果鐵礦石的顆粒度能夠達(dá)到10mm 以下時(shí)，其中的大部分脈石礦物就能夠被分離，便可以作為合格的礦尾進(jìn)行處理。如果將這一部分的礦尾進(jìn)行及時(shí)的拋除，那么在很大程度上就可以提高球磨機(jī)器的入磨效率，同時(shí)，還能夠達(dá)到節(jié)能降耗這一目的，且提前分離出的粗粒脈石不用排入尾礦庫，能夠在很大程度上將尾礦庫的使用年限進(jìn)行延長［5］。上述這些有利條件都進(jìn)一步將粗粒濕式磁選技術(shù)推廣，使得粗粒濕式磁選技術(shù)在不足之處方面取得了較大完善，粗粒濕式磁選技術(shù)相比較粗粒干式磁選有著明顯的優(yōu)勢。

3.4 柱磨機(jī)超細(xì)碎技術(shù)

柱磨機(jī)超細(xì)碎技術(shù)到現(xiàn)在為止是破碎技術(shù)方面比較先進(jìn)的一項(xiàng)技術(shù)。在通常的磨礦過程中，磨礦能量的消耗達(dá)到了破碎過程中的80%以上。柱磨機(jī)之所以能夠與將磨礦過程中能耗降低，是因?yàn)槟芰吭谀サV的過程中得到了有效的轉(zhuǎn)換，能夠使得能量在礦石顆粒之間進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)換，使得顆粒間的破碎更加高效，在極大程度上將物料的可磨性進(jìn)行了改善，所以能量的利用效率得到了很大程度的提高。因?yàn)橹C(jī)在進(jìn)行研磨礦石的過程中，單位礦石的破碎能量消耗非常低，并且研磨出的礦石顆粒比較細(xì)而且還很均勻，粉末狀的礦石自身的分散性非常好，顆粒度比較細(xì)的礦石可以直接倒進(jìn)干式或者濕式磁選機(jī)進(jìn)行預(yù)選粗粒拋尾，并且拋尾得到的產(chǎn)品效果有非常的好。為了有效地解決超貧鐵礦石選比大成本高的問題，也為了使得超貧鐵礦在開發(fā)利用的過程中能夠?qū)⒔?jīng)濟(jì)效益最大化，使用柱磨機(jī)超細(xì)碎技術(shù)能夠有效地將上述問題進(jìn)行解決［6］。

3.5 柱磨機(jī)在超貧鐵礦石中的應(yīng)用技術(shù)

在河北張家口的3 個(gè)貧鐵礦中，科研人員用柱狀機(jī)超細(xì)碎預(yù)選粗粒拋尾進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。位于河北張家口的超貧鐵礦，礦石中大部分是磁鐵礦，同時(shí)具有少量的赤褐鐵礦，礦石的成分相對比較簡單，其中，礦石大部分是硅酸鹽礦物［7］。針對這類礦石的自身特點(diǎn)，需要采用超細(xì)碎設(shè)備柱磨機(jī)這類效率高能耗低的磨礦設(shè)備，能夠在很大程度上將礦石的品位提高，同時(shí)，球磨機(jī)的處理能力也能夠被進(jìn)一步提高，使得選礦的生產(chǎn)成本大幅度減少，從而達(dá)到環(huán)保、節(jié)能的最終目的。

3.6 高效輥壓超細(xì)碎技術(shù)

目前為止，輥壓技術(shù)是許多國家認(rèn)為最頂尖的高新破碎技術(shù)。輥壓技術(shù)是1984年德國科學(xué)家研制出的技術(shù)，已經(jīng)被許多國家廣泛應(yīng)用于水泥及石灰廠的生產(chǎn)之中。輥壓技術(shù)具有單位破碎過程中能耗低、破碎的產(chǎn)品的顆粒度細(xì)而且比較均勻以及磨損部件的工作壽命比較長等優(yōu)點(diǎn)，因此，輥壓技術(shù)是未來磨礦技術(shù)發(fā)展的方向。為了能夠?qū)⒊氳F礦石進(jìn)行高效的開發(fā)和利用，需要將輥壓技術(shù)進(jìn)一步推廣。南山礦在實(shí)際生產(chǎn)過程中將輥壓技術(shù)引入了低品位礦石的磨礦處理中，根據(jù)初步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，輥壓技術(shù)在這一過程中能夠達(dá)到很好的效果，對鐵礦石的磨礦有較好的效果［8］。

4 結(jié)語

為了能夠有效地保證貧鐵礦資源的經(jīng)濟(jì)效益及利用率，在進(jìn)行礦產(chǎn)開發(fā)利用之前，應(yīng)該結(jié)合自身實(shí)際情況，進(jìn)行科學(xué)合理的流程規(guī)劃，并對開發(fā)利用的過程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的核算，從而確定產(chǎn)品的開發(fā)流程及礦石的入選品位。同時(shí)，應(yīng)該注重選磨貧鐵礦石的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，例如，主裝機(jī)超細(xì)碎預(yù)選粗粒拋尾工藝以及高效輥壓超細(xì)碎技術(shù)等國際先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用。新技術(shù)的完善與應(yīng)用能夠使超貧鐵礦資源在開發(fā)過程中經(jīng)濟(jì)效益最大化，同時(shí)減少對生態(tài)環(huán)境的影響。