付冠文

(重慶鋼鐵集團礦業(yè)有限公司，重慶 400080)

隨著我國社會經濟的持續(xù)高速發(fā)展，礦產資源及礦產品的供需矛盾日益突出，資源瓶頸約束凸顯。目前，我國礦產資源開發(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落后，共、伴生礦產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。依靠科技進步，加強礦產資源綜合利用，推動礦業(yè)循環(huán)經濟發(fā)展，是緩解礦產資源瓶頸約束、保障國家資源安全的最有效措施，對于我國經濟社會的可持續(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。據統(tǒng)計，我國保有已探明鐵礦石儲量達600億t，其中表外礦、超貧礦就高達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3.5億t之多，鐵礦石品位大多在15%～25%之間。另外，據不完全統(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難題。

(1)低品位礦石鐵品位極低，近礦圍巖與礦石呈漸變關系，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，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)的選礦技術處理，將造成精礦成本高、礦山經濟效益差或虧損。

受干式磁選設備分選原理的限制，礦石在較細的粒度下，采用干式磁選拋尾效果很差，而目前尚未有成熟的適合細碎產品拋尾的高效濕式磁選設備。

(4)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(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，大多處于技術研究和經濟評價階段。對于難選的超貧、表外氧化鐵礦石，因受選礦成本高、技術難度大的制約，在國內基本未得以開發(fā)利用。

2 重鋼現有鐵礦資源的礦石性質及特點分析

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)。現就重鋼超貧鐵礦資源的礦石情況及礦石性質、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，遠景儲量3.5億t。太和鐵礦于1971年經原冶金部批準開始建設，期間經歷了緩建、擴建、重建，正式于1988年開始投產。目前，已開始進行原礦630萬t/a采選擴建工程建設。

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構，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 國內利用超貧鐵礦的技術現狀和發(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術。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濟效益。

(1)干式預選拋尾技術

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，來達到提高處理量、提高入選品位及降低生產成本的目的。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，干式磁選機的分送效果均不理想。另外，研究和生產實踐表明，由于受干式磁選設備分選原埋的限制，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、經濟效益低的難題，并且尾礦中磁性鐵損失較大。因此，在入磨前采用超細碎-濕式磁選拋尾技術，是將來超貧磁鐵礦礦石預選拋廢技術的發(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，均采用干式預選拋尾技術。中鋼集團馬鞍山礦山研究院對太和鐵礦的表外礦、低品位礦石進行了預選拋尾試驗研究，對分類的四種礦樣(原生礦、Fe3礦、Fe4礦和風化礦)進行不同方案、不同條件的干式預選拋廢試驗。除風化礦因礦石的氧化較深、粉化率高外(-5mm產率達53.34%),其它三種礦樣通過干式預選拋廢，都取得了理想的技術指標。原生礦通過一段預選拋廢，可拋出產率為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。

中鋼集團馬鞍山礦山研究院對小金河超貧磁鐵礦進行干式預選拋尾試驗，當原礦入選粒度為-15mm時，利用CTL0806粉礦干式磁選機進行選別，粉礦干選機的磁場強度279kA/m，試驗條件及試驗結果見表1。由此可見，粉礦干選機的分選效果優(yōu)于磁滑輪，干選尾礦產率大幅度增大，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，采用干式預選拋尾技術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，還得進一步探索研究更好的工藝流程和回收技術。粉礦干式選別結果見表1。

表1 粉礦干式磁選機選別試驗結果

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，為達到節(jié)能降耗和提高精礦質量之目的，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-細篩為主，如需進一步提高磁選精礦的品質，可采用弱磁選-反浮選聯合工藝。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，相關鐵礦石選礦廠基本上都從磨礦、選別工藝技術方面進行優(yōu)化研究。國外傾向于棒磨-球磨的磨礦方案。而國內已生產的相關鐵礦石選礦廠，基本上都采用球磨-球磨的磨礦方案，即用球磨作為粗磨、磁選拋尾的磨設備，其磨礦成本高于棒磨。雖然采用磨礦、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。

3.3 粗粒濕式磁選技術

目前，國內選礦廠的常規(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。據初步統(tǒng)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(jié)能、降耗、增效的目的，而且拋除的部分粗粒脈石不用進人尾礦庫，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(fā)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。馬鞍山礦山研究院研發(fā)出高效粗粒濕式磁選機專利產品(用于磨前拋尾)。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磁性鐵損率≤1%；筒體表面磁感應強度300～500MT ; ⑤筒體、槽體使用周期≥1a 。

該沒備的關鍵技術，是在常規(guī)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。通過磁系結構改進、筒體加入耐磨材料形成復合材料筒體、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(guī)濕式磁選機存在的上述問題。

3.4 高效輥壓超細碎技術

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年由德國研制出來的高新破碎技術，已成功地應用于世界較多工廠，主要是水泥和石灰石工廠。近年來，在國外輥壓機開始用于鐵礦選礦廠，而在國內尚處于研發(fā)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、占地面積少、設備作業(yè)率高和磨損件工作壽命長的特點。因此，高效輥壓技術是將來“ 多碎少磨”技術的發(fā)展趨勢，是超貧、表外鐵礦石得以高效綜合利用的關鍵技術。

中鋼集團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、低品位難選礦進行了高效輥壓超細碎技術的試驗研究工作，目前該試驗正在進行中。階段性試驗結果表明，細碎產品經輥壓機閉路時，單位能耗為1.4～1.6 kW / t， 達到高效節(jié)能的效果。根據輥面磨損試驗結果，輥面工作壽命可達10000h。其低品位釩鈦礦經高壓輥壓機超細碎充分打散后，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，經濟效益和環(huán)境效益明顯。

如果太和鐵礦利用高效輥壓超細碎技術取得半工業(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，延長了礦山服務年限；減少廢物排放，保護環(huán)境；提高資源利用水平；解決當地勞動就業(yè)；新增經濟增長點，預計產生綜合經濟效益高達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，若能推廣預選拋尾技術，經濟效益和社會效益不可估量。

4 建議與對策

(1)針對重鋼不同性質的超貧鐵礦資源，為保證資源利用率、經濟效益與環(huán)境效益最大化，與國內各大院所和科研機構聯合攻關。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、消化吸收和技術創(chuàng)新，加強輥壓超細碎技術與粗粒濕式磁選技術的研發(fā)和推廣應用，以真正實現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，應研制大型高效粗濕式強磁選設備，以填補我國弱磁性鐵礦石粗粒濕式磁選拋尾技術的空白。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粒尾礦的輸送排放量，減輕尾礦對環(huán)境的影響，應加強尾礦綜合利用新技術的研究和應用工作。