浅析重钢对超贫铁矿资源的综合利用及发展方向

    随着我国社会经济的持续高速发展，矿产资源及矿产品的供需矛盾日益突出，资源瓶颈约束凸显。目前，我国矿产资源开发利用水平不高，集约化利用程度不够，超贫铁矿及表外矿的高效综合利用技术落后，共、伴生矿产资源大部分没有得到合理利用，尾矿及废石综合利用能力有限。依靠科技进步，加强矿产资源综合利用，推动矿业循环经济发展，是缓解矿产资源瓶颈约束、保障国家资源安全的最有效措施，对于我国经济社会的可持续发展具有不可替代的重要意义。

    一、超贫铁矿资源的利用现状及问题

    目前，我国90%以上的铁矿石为贫矿，平均品位仅30%左右。据统计，我国保有已探明铁矿石储量达600亿t，其中表外矿、超贫矿就高达240亿t。而超贫铁矿中，磁铁矿矿石占47%，钒钛磁铁矿矿石占22%，赤铁矿矿石占21%，菱铁矿矿石占3.8%，褐铁矿矿石占2.7%，共生矿矿石占3.5%。由于受到当时技术水平和经济效益的制约，一方面，大多数现有铁矿山在开采过程中，剥离出的大量超贫表外矿被堆置而未利用；另一方面，还有大量的超贫铁矿石至今尚未开发利用。例如重钢太和钒钛磁铁矿，低品位钒钛磁铁矿资源就有10771.76万t，品位17.59%。陕西安康地区超贫磁铁矿、钛铁矿资源高达3.5亿t之多，铁矿石品位大多在15%～25%之间。另外，据不完全统计，全国尚有几十亿吨未开发利用的超贫铁矿石或表外矿石。低品位铁矿石的利用，存在以下几方面技术难题。

    （一）低品位矿石铁品位极低，近矿围岩与矿石呈渐变关系，矿石与围岩界限不清，采用目前成熟的大块干式磁选抛尾或大块跳汰技术，入选矿石品位一般仅提高几个百分点，同时抛尾量很少，铁金属损失也很大。

    （二）采矿过程中，矿石损失率和废石混入率难以控制，导致入选矿石的品位难以控制。另外，表外矿资源量大，矿山企业在开采过程中，若废弃表外矿，需占用排土场，影响环保；若回收表外矿，降低了采出矿石品位，大大影响选矿精矿品位和金属回收率。

    （三）矿石的铁品位低，相对难磨难选，选比大，若采用常规的选矿技术处理，将造成精矿成本高、矿山经济效益差或亏损。

    受干式磁选设备分选原理的限制，矿石在较细的粒度下，采用干式磁选抛尾效果很差，而目前尚未有成熟的适合细碎产品抛尾的高效湿式磁选设备。

    （四）低品位铁矿石如全部经磨矿后入选，会产生大量的细粒尾矿，将增加尾矿处理成本和产生环境污染。因此，必须考虑尾矿综合利用和合理堆存问题。

    目前，国外工业发达国家几乎未开发利用超贫、表外铁矿石资源，只有个别国家已开发利用超贫、表外铁矿石资源。而国内开发利用超贫、表外铁矿石的矿山企业也较少，大多处于技术研究和经济评价阶段。对于难选的超贫、表外氧化铁矿石，因受选矿成本高、技术难度大的制约，在国内基本未得以开发利用。

    二、重钢现有铁矿资源的矿石性质及特点分析

    重钢地处西南地区重庆市，重庆市及其周边省市的铁矿石资源都非常贫瘠，矿石性质不是难采难选，就是品位极低的超贫磁铁矿资源。重钢目前拥有的国内铁矿石基地大致分为四块：一是四川西昌太和钒钛磁铁矿；二是陕西旬阳小金河磁铁矿；三是巫山桃花赤铁矿；四是綦江式赤-菱铁矿石。而超贫铁矿资源主要集中分布在四川西昌太和钒钛磁铁矿区和陕西旬阳小金河磁铁矿矿区。现就重钢超贫铁矿资源的矿石情况及矿石性质、特点分析如下：

    （一）太和钒钛磁铁矿

    太和钒铁铁矿为攀西地区四大钒钛磁铁矿床之一，已探明的工业储量2.35亿t，远景储量3.5亿t。太和铁矿于1971年经原冶金部批准开始建设，期间经历了缓建、扩建、重建，正式于1988年开始投产。目前，已开始进行原矿630万t/a采选扩建工程建设。

    矿石矿物成分由氧化矿物、矽酸盐矿物和硫化矿物等组成。

    氧化矿物：以钛磁铁矿、钛铁矿为主，其次有少量的镁铝尖晶石、磁铁矿等。

    钛磁铁矿为矿石中最主要的含铁矿物，并含一定的钛。一般呈半自形、他形粒状分布于其他矿物粒间，粒度在0.1～4.Omm以上。其产出方式可分为岩浆早期钛磁铁矿和岩浆晚期钛磁铁矿两种。钛磁铁矿是由磁铁矿、板格状钛铁矿、钛铁晶石、镁铝尖晶石、钒磁赤铁矿所组成的固熔体连晶。

    钛铁矿：呈自形一他形粒状分布于钛磁铁矿和矽酸盐矿物粒间，常与前者组成粒状连晶结构，有时互相包容。粒度0.1～3.Omm。

    硫化矿物：各类矿石中普遍含硫化物，但不均匀，一般含量0.5%～1%。主要硫化物有磁黄铁矿和黄铁矿，其次有黄铜矿、硫钴矿、镍黄铁矿、白铁矿；还有少量的紫硫铁镍矿、含钴的黄铁矿、针镍矿及微量的辉钻矿、方硫钴镍矿、方黄铜矿、墨铜矿、铜兰、闪锌矿等。黄铁矿粒度0.01～1.2mm，磁黄铁矿粒度0.01～0.7mm。

    三、国内利用超贫铁矿的技术现状和发展趋势

    资源高效利用的途径之一，就是降低采出矿石品位，使一部分非经济储量资源化。实现这一目标的前提之一，是如何实现预选抛尾，使得在降低采出矿石品位、扩大资源储量的同时，不降低选矿的人选品位，不提高选矿的生产成术。因此，无论是超贫磁铁矿石还是超贫氧化铁矿石，必须在入磨前，采用高效的破碎、选别设备，寻求更好的抛尾效果，大幅度提高人磨原矿品位，采用更彻底的“多碎少磨”方法，提升超贫铁矿石的选矿经济效益。

    （一）干式预选抛尾技术

    对品位较低的贫磁铁矿而言，国内外大部分磁铁矿选矿厂，均采用粗粒干式磁选抛尾的方法，在原矿入磨前抛弃大量尾矿，来达到提高处理量、提高入选品位及降低生产成本的目的。但对于品位20.00%以下的超贫磁铁矿矿石而言，由于品位极低（其边界品位一般是人为圈定的），在矿石与围岩之间的品位差别很小时，干式磁选机的分送效果均不理想。另外，研究和生产实践表明，由于受干式磁选设备分选原埋的限制，即使将未来入选的超贫磁铁矿矿石在较细的粒度下采用干式磁选抛尾，也不能彻底解决入选品位过低、尾矿量大、选别成本高、经济效益低的难题，并且尾矿中磁性铁损失较大。因此，在入磨前采用超细碎一湿式磁选抛尾技术，是将来超贫磁铁矿矿石预选抛废技术的发展方向。

    目前，太和铁矿和小金河磁铁矿对超贫铁矿的回收利用，均采用干式预选抛尾技术。中钢集团马鞍山矿山研究院对太和铁矿的表外矿、低品位矿石进行了预选抛尾试验研究，对分类的四种矿样（原生矿、Fe₃矿、Fe₄矿和风化矿）进行不同方案、不同条件的干式预选抛废试验。除风化矿因矿石的氧化较深、粉化率高外（－5mm产率达53.34%），其它三种矿样通过干式预选抛废，都取得了理想的技术指标。原生矿通过一段预选抛废，可抛出产率为34.49%的废石，粗精矿品位为22.68%，较给矿提高3.5个百分点；Fe₃矿样通过二段抛废，可抛出产率为16.10%的废石，粗精矿品位为22.74%，较给矿提高1.52个百分点；Fe₄矿样通过二段抛废，可抛出产率为18.27%的废石，粗精矿品位为20.38%，较给矿提高1.73个百分点。

    中钢集团马鞍山矿山研究院对小金河超贫磁铁矿进行干式预选抛尾试验，当原矿入选粒度为-15mm时，利用CTL0806粉矿干式磁选机进行选别，粉矿干选机的磁场强度279kA/m,试验条件及试验结果见表1。由此可见，粉矿干选机的分选效果优于磁滑轮，干选尾矿产率大幅度增大，全铁品位、磁性铁品位明显降低，干选精矿全铁品位和磁性铁品位也有大幅度的提高。

    总之，采用干式预选抛尾技术回收太和铁矿和小金河磁铁矿的超贫铁矿资源，其效果一般。为了高效回收资源，还得进一步探索研究更好的工艺流程和回收技术。粉矿干式选别结果见表1。

表1  粉矿干式磁选机选别试验结果

    （二）磨矿、选别工艺

    因为超贫、表外铁矿石的品位极低，铁矿物嵌布粒度很细，为达到节能降耗和提高精矿质量之目的，其磨矿、选别工艺一般采用多段阶段磨矿、阶段选别的原则流程。磁铁矿的选别工艺以弱磁选一细筛为主，如需进一步提高磁选精矿的品质，可采用弱磁选一反浮选联合工艺。在浮选药剂方面，虽然适合于鞍山式石英型铁矿石的反浮选药剂己取得重大进展，但是适合于其它类型铁矿石的高效反浮选药剂仍很少或者空白。为了及早抛出大量尾矿，同时尽可能保证不损失有用铁矿物，相关铁矿石选矿厂基本上都从磨矿、选别工艺技术方面进行优化研究。国外倾向于棒磨一球磨的磨矿方案。而国内已生产的相关铁矿石选矿厂，基本上都采用球磨一球磨的磨矿方案，即用球磨作为粗磨、磁选抛尾的磨设备，其磨矿成本高于棒磨。虽然采用磨矿、湿式磁选工艺技术能够达到提前抛弃大量粗粒尾矿之目的，但是还是不能彻底解决选矿能耗高、成本高的根本问题。

    （三）粗粒湿式磁选技术

    目前，国内选矿厂的常规破碎系统，已能把一段入磨的矿石粒度降到－12mm以下，甚至-8mm。据初步统计，当磁铁矿矿石粒度破碎到l0mm左右时，其中已有10%～30%的脉石矿物已经解离，可作为合格尾矿抛除。如能及时而有效地抛除这部分脉石矿物，不仅可提高球磨机的入磨品位、增大磨机的处理能力，达到节能、降耗、增效的目的，而且抛除的部分粗粒脉石不用进入尾矿库，因而还可大大延长尾矿库的服务年限。与此同时，磨矿设备也向大型化方向发展。这些有利条件，为粗粒湿式磁选技术的研究、推广应用奠定了基础。马鞍山矿山研究院研发出高效粗粒湿式磁选机专利产品（用于磨前抛尾）。该设备的主要技术性能指标：①处理物料粒度0～20mm；②设备处理能力80～200t/h；③抛尾产率>15%；④磁性铁损率≤1%；筒体表面磁感应强度300～500MT；⑤筒体、槽体使用周期≥la。

    该没备的关键技术，是在常规湿式磁选机存在的粗粒磁选效果差、筒体易磨损，槽体阻塞以及精矿浓度低等缺陷问题方面，取得了突破性进展。通过磁系结构改进、筒体加人耐磨材料形成复合材料筒体、设计新颖的分选槽体结构、强制无冲洗水排矿设施等措施，以解决常规湿式磁选机存在的上述问题。

    （四）高效辊压超细碎技术

    由于磨矿的能耗占整个碎磨作业的80%以上，因此“多碎少磨”技术一直是国内外极为关注的焦点之一，其中辊压技术是目前被公认的最先进的高新破碎技术。高效辊压技术是1984年由德国研制出来的高新破碎技术，已成功地应用于世界较多工厂，主要是水泥和石灰石工厂。近年来，在国外辊压机开始用于铁矿选矿厂，而在国内尚处于研发或引进消化阶段。该设备具有单位破碎能耗低、破碎产品粒度细而均匀、占地面积少、设备作业率高和磨损件工作寿命长的特点。因此，高效辊压技术是将来“多碎少磨”技术的发展趋势，是超贫、表外铁矿石得以高效综合利用的关键技术。

    中钢集团马鞍山矿山研究院和重钢太和铁矿一起，对太和铁矿表外矿、低品位难选矿进行了高效辊压超细碎技术的试验研究工作，目前该试验正在进行中。阶段性试验结果表明，细碎产品经辊压机闭路时，单位能耗为1.4～1.6kW/t，达到高效节能的效果。根据辊面磨损试验结果，辊面工作寿命可达10000h。其低品位钒钛矿经高压辊压机超细碎充分打散后，用湿法磁选抛尾，可以将入磨原矿品位由18.00%左右提高到38.64%，提前抛弃产率占45.80%、品位7.31%的粗粒尾矿，提前抛尾效果十分显著。对于3～Omm左右的尾矿，可以用分级方法分出部分粗粒，用于建筑用砂或堆存，可以大幅度降低尾矿输送量，经济效益和环境效益明显。

    如果太和铁矿利用高效辊压超细碎技术取得半工业或工业性试验成功，太和铁矿300万t/a采选扩能技改工程，将减轻其工程所需土地压力，有利于排土场的稳定；增加了矿石总量，延长了矿山服务年限；减少废物排放，保护环境；提高资源利用水平；解决当地劳动就业；新增经济增长点，预计产生综合经济效益高达6000万元/a以上。攀西地区低品位钒钛磁铁矿占约30亿t，安康地区超贫磁铁矿和钛铁矿也有3亿～5亿t，若能推广预选抛尾技术，经济效益和社会效益不可估量。

    四、建议与对策

    （一）针对重钢不同性质的超贫铁矿资源，为保证资源利用率、经济效益与环境效益最大化，与国内各大院所和科研机构联合攻关。在开发利用之前，必须开展合理工艺流程优化研究，并进行综合技术经济分析，确定合理的入选品位和产品方案。

    （二）通过引进、消化吸收和技术创新，加强辊压超细碎技术与粗粒湿式磁选技术的研发和推广应用，以真正实现超贫铁矿资源高效化利用及节能减排的理念。

    （三）为了合理利用超贫赤铁矿等弱磁性铁矿资源，应研制大型高效粗湿式强磁选设备，以填补我国弱磁性铁矿石粗粒湿式磁选抛尾技术的空白。同时，解决重钢桃花赤铁矿和茶江式赤一菱铁矿石低品位矿石综合利用问题。

    （四）为减少粗粒尾矿的堆存量和细粒尾矿的输送排放量，减轻尾矿对环境的影响，应加强尾矿综合利用新技术的研究和应用工作。