貧鐵礦

中國鐵礦石資源豐而不富，在約500億t儲量中97.7%為貧礦，平均品位33%，低於世界鐵礦石平均品位11個百分點，含鐵量大於50%的富礦僅佔2.3%，絕大部分須經選別方可入爐。中國鐵礦石資源質量不高，其礦石大都以細粒條帶狀、鮞狀及分散點狀結構存在，甚至呈顯微細粒結構。有些是多金屬共生複合礦床，一些有價礦物往往需細磨至200目佔90%才能單體分離，給選別等作業帶來了難度。在開發過程中消耗大宗能量的同時，也給環境帶來了污染。

我國鐵礦石對國際市場的依賴程度已超過50%，且已成為我國鋼鐵工業經濟安全的重大隱患。目前部分老礦山因開採多年資源接近枯竭或相繼閉坑，因此超貧鐵礦資源化利用已迫在眉睫，這對於挖掘我國鐵礦資源的潛力，提高國內鐵礦資源保障安全程度等均具有重要意義。

我國95%以上的鐵礦石儲量為貧礦，平均品位僅32.00%左右。據國土資源部統計，截止2003年底，我國保有已探明的鐵礦儲量和資源量576.71億t，其中表內礦（“經濟儲量”)166.86億t，表外礦、超貧礦（“邊際經濟儲量”、“次邊際經濟儲量”）246.83億t，其中磁鐵礦礦石佔48.8%，釩鈦磁鐵礦礦石佔20.8%，赤鐵礦礦石佔20.8%，菱鐵礦礦石佔3.7%，褐鐵礦礦石佔2.4%，共生礦佔3.5%。

由於受當時技術水平和經濟效益的制約，一方面大多數現有鐵礦山在開採過程中剝離出的大量超貧表外礦和貧雜礦礦石被堆置而未利用，另一方面還有大量超貧鐵礦石至今尚未開發利用。例如馬鋼南山礦區低品位磁鐵礦礦石累計探明資源量6.12億t，平均含鐵品位21.72%;攀枝花礦區含鐵品位在15.00%～23.00%的超貧(含表外)釩鈦磁鐵礦礦石其儲量近2.5億t。另外據不完全統計，華北地區尚有數十億t未開發利用的超貧磁鐵礦礦石或表外磁鐵礦石，鞍山地區尚有數億t未開發利用的超貧赤鐵礦礦石或表外赤鐵礦礦石。低品位鐵礦石的利用存在以下幾方面技術難題。

(1)低品位礦石鐵品位極低，近礦圍岩與礦石呈漸變關係，礦石與圍岩界線不清，採用目前成熟的大塊乾式磁選拋尾或大塊跳汰技術，入選礦石品位一般僅提高2個百分點，同時拋尾量很少、鐵金屬損失很大。

(2)採礦過程中，礦石損失率和廢石混入率難以控制，導致入選礦石的品位難以控制。另外表外礦資源量大，礦山企業在開採過程中，若廢棄表外礦，需佔用排土場，影響環保；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)由於礦石的鐵品位低、相對難磨難選、選礦比大，若採用常規的選礦技術處理，將造成精礦成本高、礦山經濟效益差或虧損。如高村鐵礦出礦品位19.47%，選礦比4.50，與全國重點鐵礦山相比，品位低11個百分點，選礦比高2.0，每噸精礦的選礦成本增加150元左右。

(4)由於受乾式磁選設備分選原理的限制，礦石在較細的粒度下採用乾式磁選拋尾效果很差，而目前尚未有成熟的適合細碎產品拋尾的高效濕式磁選設備。

(5)低品位鐵礦石如全部經磨礦后入選會產生大量的細粒尾礦，將增加尾礦處理成本和產生環境污染，因此必須考慮尾礦綜合利用和合理堆存問題。

根據資料報道，國外工業發達國家幾乎未開發利用超貧、表外鐵礦石，只有個別國家已開發利用超貧、表外磁鐵礦礦石。比較典型的實例是前蘇聯卡奇卡納爾採選公司選礦廠，所處理的礦石為鐵品位15.8%的鈦磁鐵礦礦石，年處理量4000萬t，精礦品位為61.50%左右，選礦比接近6。該選礦廠還從選鐵尾礦中綜合回收鈦鐵礦、硫化礦，同時提取輝石、斜長石用於製取建築材料。

目前國內開發利用超貧、表外鐵礦石的礦山企業較少，大多處於技術研究和經濟評價階段。只是近兩年由於鐵精礦價格爆漲，華北地區(主要是河北承德、宣化、唐山等地區)開始陸續開發利用超貧、表外磁鐵礦礦石，但幾乎都是以大量浪費資源和效益差為代價，尚未形成較大的規模。而對於難選的超貧、表外氧化鐵礦石，因受選礦成本高、技術難度大的制約，在國內基本未得以開發利用。

因此，為提高國內鐵礦資源保障安全程度，除了應加強礦產勘查，探明、增加新的鐵礦儲量外，開發針對低品位鐵礦石(非經濟儲量)的高效、低成本選礦新技術和綜合利用技術，從而將部分已經探明的具備經濟價值的“非經濟儲量”，劃歸經濟儲量，並回收回來。這將意味著無須再花費勘查投資，即可增加我國鐵礦資源的可利用的經濟儲量。在生產礦山開採範圍內更無須增加礦山建設投資、設備，或只須少量技術改造投資，即可增加鐵礦石產量。對延長礦山服務年限，提高礦山效益，提高鐵礦石的自給率，緩解進口礦的壓力，提高我國鐵礦資源保障程度，減少表外礦、超貧礦排土佔地和減輕對生 態環境的破壞，均具有十分重要的現實意義。

資源高效利用的途徑之一就是降低采出礦石品位，使一部分非經濟儲量資源化。實現這一目標的前提之一是如何實現預選拋尾，使得在降低采出礦石品位，擴大資源儲量的同時，不降低選礦的入選品位，不提高選礦的生產成本。因此無論是超貧磁鐵礦石還是超貧氧化鐵礦石，必須在入磨前採用高效的破碎、選別設備，尋求更好的拋尾效果，大幅度提高入磨原礦品位，採用更徹底的“多碎少磨”方法提升超貧鐵礦石的選礦經濟效益。

1　乾式預選拋尾技術

對品位較低的貧磁鐵礦而言，國內外大部分磁鐵礦選礦廠均採用粗粒乾式磁選拋尾的方法，在原礦入磨前拋棄大量尾礦來達到提高處理量、提高入選品位及降低生產成本的目的。但對於品位20.00%以下的超貧磁鐵礦礦石而言，由於品位極低(其邊界品位一般是人為圈定的)，在礦石與圍岩之間的品位差別很小時，乾式磁選機的分選效果均不理想。例如馬鋼高村鐵礦屬露天采場，廢石混入率低(3%左右)，多次干選試驗結果表明，拋尾產率10%～15%，品位提高不足2個百分點，尾礦中磁性鐵損失大於1.5個百分點；昆鋼大紅山淺部熔岩乾式磁選試驗結果表明，拋尾產率13%，品位提高也不足2個百分點，效果不明顯。前蘇聯卡奇卡納爾採選公司選礦廠的超貧磁鐵礦礦石品位為15.80%，粒度為10～25mm的破碎產品經乾式磁選，拋尾產率僅4.00%左右，品位提高到17.50%左右。另外，研究和生產實踐證明，由於受乾式磁選設備分選原理的限制，即使將未來入選的超貧磁鐵礦礦石在較細的粒度下採用乾式磁選拋尾，也不能徹底解決入選品位過低、尾礦量大、選別成本高、經濟效益低的難題，並且尾礦中磁性鐵損失較大。因此在入磨前採用超細碎-濕式磁選拋尾技術是將來超貧磁鐵礦預選拋廢技術的發展方向。

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，為達到節能降耗和提高精礦質量之目的，其磨礦、選別工藝一般採用多段階段磨礦、階段選別的原則流程。磁鐵礦的選別工藝以弱磁選-細篩為主，如需進一步提高磁選精礦的品質，可採用弱磁選-反浮選聯合工藝。在浮選藥劑方面，雖然適合於鞍山式石英型鐵礦石的反浮選藥劑已取得重大進展，但是適合於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，同時儘可能保證不損失有用鐵礦物，相關鐵礦石選礦廠基本上都從磨礦、選別工藝技術方面進行優化研究。國外傾向於棒磨-球磨的磨礦方案，例如前蘇聯卡奇卡納爾採選公司選礦廠採用三段階段磨礦(棒磨-球磨-球磨)、6次弱磁選的工藝流程。其中棒磨用於在粗磨粒度下(-0.076mm佔20%左右)採用磁選拋棄大量尾礦，對於棒磨、磁選粗精礦再通過兩段球磨、5次弱磁選后獲得最終精礦，最終磨礦細度為-0.076mm佔95%。而國內已生產的相關鐵礦石選礦廠基本上都採用球磨-球磨的磨礦方案，即用球磨作為粗磨、磁選拋尾的磨礦設備，其磨礦成本高於棒磨。雖然採用磨礦、濕式磁選工藝技術能夠達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　粗粒濕式磁選技術

目前國內選礦廠的常規破碎系統已能把一段入磨的礦石粒度降到-12mm以下，甚至-8mm。據初步統計，當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，不僅可提高球磨機的入磨品位、增大磨機的處理能力，達到節能、降耗、增效的目的，而且拋除的部分粗粒脈石不用進入尾礦庫，因而還可大大延長尾礦庫的服務年限。與此同時，磨礦設備也向大型化方向發展。這些有利條件為粗粒濕式磁選技術的研究、推廣應用奠定了基礎。中鋼集團馬鞍山礦山研究院研發出高效粗粒濕式磁選機專利產品(用於磨前拋尾)。該設備的主要技術性能指標:

(1)處理物料粒度0～20mm;

(2)設備處理能力80～200t/h;

(3)拋尾產率>15%;

(4)磁性鐵損失≤1%;

(5)筒體表面磁感應強度300～500mT;

(6)筒體、槽體使用周期≥1a。

該設備的關鍵技術是在常規濕式磁選機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，取得了突破性進展。通過磁繫結構改進、筒體加入耐磨材料形成複合材料筒體、設計新穎的分選槽體結構、強制無沖洗水排礦設施等措施，以解決常規濕式磁選機存在的上述問題。某超貧鐵礦石乾式與濕式磁選拋尾對比試驗結果表明，粗粒濕式磁選的拋尾效果明顯優於乾式磁選。

4　高效輥壓超細碎技術

由於磨礦的能耗占整個碎磨作業的80%以上，因此“多碎少磨”技術一直是國內外極為關注的焦點之一，其中輥壓技術是目前被公認的最先進的高新破碎技術。高效輥壓技術是1984年由德國研製出來的高新破碎技術，已成功地應用於世界較多工廠，主要是水泥和石灰石工廠。近年來，在國外輥壓機開始用於鐵礦選礦廠，如美國EmpireIronOreMine用於破碎自磨機頑石，茅利塔尼亞SNIM/Zouerat用於破碎粗粒20～0mm鐵礦石，智利某鐵礦選礦廠用於破碎63.5～0mm鐵礦石，而在國內尚處於研發或引進消化階段。該設備具有單位破碎能耗低、破碎產品粒度細而均勻、佔地面積少、設備作業率高和磨損件工作壽命長的特點，因此高效輥壓技術是將來“多碎少磨”技術的發展趨勢，是超貧、表外鐵礦石得以高效綜合利用的關鍵技術。

受馬鋼南山礦業公司委託，中鋼集團馬鞍山礦山研究院、德國洪堡公司對馬鋼南山礦低品位難選表外礦進行了前期的試驗研究工作，對該礦石進行了輥壓機半工業試驗及選別工藝小型試驗研究。結果表明，細碎產品經輥壓機閉路時單位能耗為1.40～1.55kW/t，達到高效節能的效果，閉路篩分篩下產品的粒度分佈為-1.4mm佔80%、-315μm佔50%、-71μm佔30%。

根據輥面磨損試驗結果，輥面工作壽命可達10000h。對高壓輥壓機產品小型試驗研究表明，充分打散後用濕法磁選拋尾，可以將入磨原礦品位由20.00%左右提高到42.64%，提前拋棄產率佔47.80%、品位8.31%的粗粒尾礦，提前拋尾效果十分顯著。對於3～0mm左右的尾礦可以用分級方法分出部分粗粒，用於建築用砂或堆存，可以大幅度降低尾礦輸送量，經濟效益和環境效益明顯。

目前南山礦在工業實踐引入高效輥壓技術處理低品位混合礦石，初步調試結果顯示該技術節能減排效果顯著，對鐵礦石破碎效果較好，使凹山選礦廠處理量由500萬t/a提高至700萬t/a，為該技術的推廣應用奠定了重要基礎。

(1)針對不同性質的超貧鐵礦資源，為保證資源利用率、經濟效益與環境效益最大化，在開發利用之前必須開展合理工藝流程優化研究，並進行綜合技術經濟分析，確定合理的入選品位和產品方案。

(2)通過引進、消化吸收和集成創新，加強輥壓超細碎技術與粗粒濕式磁選技術的研發和推廣應用工作，以真正實現超貧鐵礦資源高效化利用及節能減排的理念。

(3)為了合理利用超貧赤鐵礦等弱磁性鐵礦資源，應研製大型高效粗粒濕式強磁選設備，以填補我國弱磁性鐵礦石粗粒濕式磁選拋尾技術的空白。

(4)為減少粗粒尾礦的堆存量和細粒尾礦的輸送排放量，減輕尾礦對環境的影響，應加強尾礦綜合利用新技術的研究和應用工作。