曹繼禮

（山鋼集團塞拉利昂礦業(yè)有限公司，山東 濟南250101）

1 前言

中國鋼鐵產(chǎn)業(yè)對鐵礦石有巨大需求，而四大礦山巨頭約占市場份額80%以上，較高的壟斷性極易使鐵礦石達成易漲難跌的默契。山東鋼鐵集團為建立海外鐵礦石基地，2012年參股非洲礦業(yè)有限公司25%的股權，2015年全資收購非洲礦業(yè)有限公司剩余股權，成立全資子公司山鋼集團塞拉利昂礦業(yè)有限公司，主要產(chǎn)品為塞礦AI32，并生產(chǎn)了少量的塞細粉。塞礦礦山位于非洲塞拉利昂共和國中西部山區(qū)，是目前世界上規(guī)模最大的鐵礦石項目（赤鐵礦和磁鐵礦）之一，礦租界面積約為227 km2。礦體主要包括新比利、馬蘭帕、南巴拉和卡薩佛尼四大礦體。沿礦體走向的長度為21 km，寬度為6.8～9.8 km，礦體呈山包狀，相對高度300～400 m，資源總量137億t。礦山上層赤鐵礦資源儲量1.26億t，達到直運礦標準，平均鐵品位58.1%。目前一期項目開采的為上層赤鐵礦，共生產(chǎn)了塞礦約4 800萬t，主要產(chǎn)品為塞礦AI32。在開采的過程中，利用尾礦自然沉積的重力作用，剝離出了少量塞細粉，此產(chǎn)品的品質(zhì)為塞礦二期選礦項目提供了借鑒意義。

本研究對塞礦AI32和塞細粉（作為技術儲備）的物化特性、產(chǎn)品特點及其應用影響進行分析，以期為產(chǎn)品的生產(chǎn)應用提供指導。

2 塞礦AI32和塞細粉的物化特性

2.1 塞礦AI32

塞礦原產(chǎn)地年降雨量2 000～5 000 mm，導致礦石含水量大，礦石高鋁，親水性強。礦石水分若超過15%，遠洋船不予運輸。塞礦采用粉礦中配加一定量塊礦的方式，降低水含量。生產(chǎn)的塞礦產(chǎn)品粒度大部分在32 mm以下，產(chǎn)品名稱簡稱為塞礦AI32（All in 32 mm）。

2.1.1 化學成分

塞礦屬于高Al低Si鐵礦，S、P、As、K、Na、Pb、Zn、Cu等有害元素含量很低，化學成分見表1。

表1 塞礦AI32化學成分 %

2.1.2 水分

自然界中Al2O3不是以單質(zhì)的形式存在，而是以三水鋁石、一水硬鋁石等含水氧化鋁礦物為主，化學式為Al2O3·n H2O。塞礦為含赤鐵礦和鋁礦石等組成的多礦物混合物，是含有較高結晶水的赤鐵礦。由于氧化鋁的親水性和塞拉利昂地區(qū)巨大的降雨量，導致塞礦水分較大。礦山通過封閉運輸、料場覆蓋篷布等措施，盡量減少下雨等外部環(huán)境因素的影響。每年5—10月為雨季，塞礦產(chǎn)品含水量約為14%；11月到次年4月為旱季，塞礦產(chǎn)品含水量約為13%。

2.1.3 粒度

塞礦AI32產(chǎn)品粒度較粗是為了滿足含水量的要求。散裝貨物在遠洋運輸過程中，如果貨物水分超過限值，則可能出現(xiàn)液化的狀況，導致輪船傾覆，是非常大的安全隱患。通過分析，塞礦Al32水分≤15%，即滿足海運對水分的要求，使得塞拉利昂成為了繼澳大利亞和巴西之后第三個采用修訂后的國際海事組織國際海上危險貨物運輸規(guī)則的國家。塞礦AI32粒度組成見表2。

表2 塞礦AI32粒度組成

2.2 塞細粉化學成分

在生產(chǎn)過程中，剝離的尾礦達不到產(chǎn)品質(zhì)量要求，但是含鐵品位依然在50%以上。剝離的尾礦堆積起來經(jīng)過水分的沖刷，高品位的鐵礦石出現(xiàn)了富集現(xiàn)象，依靠重力作用儲存下來，此部分產(chǎn)品稱為塞細粉。2016年塞細粉總產(chǎn)量約50萬t，粒度介于粗粉與鐵精粉之間，化學成分見表3。

表3 塞細粉化學成分 %

塞細粉產(chǎn)量較小，但是一期鐵礦項目開采完成后，即會進行二期選礦項目，此產(chǎn)品是礦山發(fā)展的一個方向，對于二期塞礦的開采使用具有重要參考意義。

3 塞礦AI32特性影響及應對措施

3.1 Al含量偏高的影響

1）對燒結生產(chǎn)的影響。燒結礦中含有一定量的Al2O3有利于四元系針狀交織結構鐵酸鈣的形成，可以提高燒結礦強度；但Al2O3太高時，有利于玻璃質(zhì)的形成，又對燒結礦的強度和低溫還原粉化性能不利［1］。

2）對高爐透氣性及脫硫能力的影響。高Al2O3爐渣的初渣堵塞爐料間的空隙，使料柱透氣性變差，增加煤氣通過時的阻力。同時，該爐渣在高爐內(nèi)易在爐腹部位的爐墻結成爐瘤，引起爐料下降不順，易形成崩料、懸料，破壞冶煉進程；由于高Al2O3爐渣過于黏稠，流動性差，不利于脫硫反應的擴散作用，脫硫效果變差。一般當Al2O3＞18%時，爐渣的脫硫能力大大降低。

3）對高爐順行度的影響。高爐爐渣中Al2O3含量在10%～16%時，有利于提高爐渣的穩(wěn)定性，但當Al2O3含量繼續(xù)升高時，爐渣的穩(wěn)定性變差。爐溫不足，其流動性急劇變差，容易堵塞爐缸，不易從爐缸中流出，會引起爐墻粘結與爐缸堆積，使爐缸壁結厚，縮小爐缸的體積，造成高爐操作上的困難，嚴重時還會引起風口的大量燒壞。因此當爐溫不足時，極易引起爐缸的渣鐵堆積。

3.2 高鋁燒結應對措施

3.2.1 與高Si低Al礦粉搭配使用

由于高爐入爐料主要為燒結礦，爐渣Al含量基本為燒結礦帶入，所以控制高爐爐渣Al含量，關鍵點在于控制燒結礦Al含量。燒結中塞礦AI32與高Si低Al礦粉搭配使用，可以降低燒結礦Al含量，用大渣量來稀釋高爐爐渣Al含量?？刂茻Y礦Al含量在2.5%以下，高爐爐渣Al含量在16%以下。

3.2.2 提高高爐鼓風動能

提高鼓風動能，主要目的是增加風量對爐缸的穿透能力［2］。提高動能的措施一是通過風口加襯套技術，在風口內(nèi)部加陶瓷襯套，縮小風口進風面積；二是適當提高入爐風量；三是堵風口作業(yè)，在料面較深、頂溫較低的方位，采取堵風口操作，進一步降低風口進風面積。

3.2.3 確定合理渣系和爐溫

高爐順行與爐渣的流動性密切相關，爐渣的流動性受多種因素影響，其中主要因素是爐渣溫度和爐渣的化學成分。選擇合理渣系，提高渣鐵物理熱，確保渣鐵良好流動性，是高爐高鋁冶煉的關鍵。

1）爐渣堿度的確定。實踐證明，隨Al2O3的量增加，爐渣礦相結構稍有變化，硅酸鹽玻璃質(zhì)的量明顯增多。對于1 000 m3的高爐正常爐溫水平下，爐渣堿度控制在1.15左右，鐵中S0.02%～0.03%，控制鐵水Si含量下限在0.4%（鐵水Si含量一定程度上反映了爐溫水平），保證渣鐵有良好的熱量，此時渣鐵具有良好的流動性。

2）提高高爐渣中MgO含量。提高渣中MgO含量可以提高爐渣的脫硫能力、降低爐渣黏度，是高Al2O3含量條件下保證高爐冶煉順行的有效途徑。爐渣處于鎂薔薇輝石區(qū)域時，爐渣的熔化溫度低、穩(wěn)定性好，此區(qū)域?qū)模∕gO）含量最低點為8%，渣中（MgO）含量理論控制范圍應為8%～12%。在1 000 m3高爐高鋁冶煉的條件下，控制爐渣MgO/Al2O3為0.5～0.6。

3）適宜的爐溫。要保證渣鐵有良好的流動性，必須有足夠的物理熱。對于1 000 m3的高爐，渣鐵物理熱應控制在1 500℃左右［3］。渣鐵物理熱超過1 500℃后，黏度進一步降低，但爐溫相對偏高，不利于降低燃耗。當渣溫升至1 500℃時，爐渣黏度隨渣中Al2O3含量的增加而升高的趨勢放緩，即使Al2O3含量達到17%，仍可獲得較低的爐渣黏度。

3.3 水分的影響

由于塞礦水分高達14%左右，暫不考慮國內(nèi)北方冬季結冰問題，港口費、港建費和運輸?shù)荣M用全是以濕噸計算，所以為獲得同等干噸的鐵礦石，塞礦要花費更多。塞礦AI32除了水分貶值外，水分過大則主要導致裝卸轉(zhuǎn)運困難。使用塞礦的企業(yè)多處于焦炭、國內(nèi)礦（低鋁鐵礦）具有相對優(yōu)勢的內(nèi)陸地區(qū)，水分過大不利于裝卸。

國內(nèi)降雨量相對較少，塞礦AI32在港口卸船后，水分會有一定的蒸發(fā)。經(jīng)過斗車倒垛、裝車（包括汽運和火車），水分再次蒸發(fā)，運到廠內(nèi)打堆后，水分可降低至11%以下，可基本消除糊堵漏斗、粘倉、蓬倉等影響，使用過程不存在太大困難。

3.4 結晶水的影響

塞粉AI32產(chǎn)品有7.5%的燒損，其中絕大部分為結晶水。水分在燒結過程中主要有3個作用：分別是造球、傳熱和提高小球光潔度增大透氣性，燒結所需要的水分一般為7.0%～7.5%，使用高燒損（結晶水）的礦料燒結時，可以適當降低燒結混勻料的配加水分，即低含量結晶水的混合料（結晶水＜5%）不會造成燒結固體燃料額外增加。

物理水100℃蒸發(fā)，結晶水900℃以上才蒸發(fā)，在燒結過程中結晶水具有同等性能的傳熱作用。傳熱水分是要大于混勻造球水分的。當含結晶水的礦料滿足傳熱要求后，混合機只需加入滿足造球的最小水量即可，燒結過程中可以滿足傳熱速度與燃燒速度的匹配。含結晶水的塞礦AI32粒度偏大，透氣性較好，與低燒損的高Si低Al鐵礦粉混合使用后，有利于實現(xiàn)厚料層操作，進一步提高燒結礦各項指標。

3.5 粒度的影響及應對措施

塞礦AI32中含有15%的塊礦，篩分后，粉礦燒結，塊礦單獨配加入爐，會增加一部分篩分費用。為避免篩分操作的難度和節(jié)省篩分費用，包括山鋼自用的塞礦AI32，都是不篩分直接使用的，會帶來一些使用過程成本升高的問題。

3.5.1 樣品成分波動及應對措施

塞礦中的塊礦在取制樣時，很容易摻入混勻料和燒結礦樣品中，造成燒結配加溶劑、高爐校核終渣堿度時判斷失誤，致使燒結礦成分和高爐波動，會帶來燃耗成本升高、鐵水質(zhì)量波動等一系列成本增加的問題。

通過改進取制樣方法，混勻料和燒結礦人工取制樣時，只需仔細挑除塊礦，成分即不會出現(xiàn)異常波動。因燒結礦中含有少量的塊礦，高爐在校核終渣堿度時，適當上調(diào)修正值，也不會使高爐因堿度而波動。實踐表明，直接使用塞礦AI32，高爐燃料比并沒有因用了含極少量塊礦的燒結礦而升高。

3.5.2 燒結燃耗、動力能源浪費及應對措施

塊礦為直接入爐的爐料，不需要進入燒結工序。而塞礦AI32中的塊礦基本上不參與燒結過程，經(jīng)過料場、配料室、燒結機、篩分等一系列流程后，最終進入高爐冶煉。由于塞礦AI32為低品位的高鋁礦，配加量一般在20%以下（混合料中的塊礦含量在3%以下），而其中的塊礦比例較小，實際上造成的影響也非常小。

3.5.3 返礦率升高及應對措施

理論上因塊礦影響燒結液相發(fā)展，增加燒結返礦率。配加塞礦A32產(chǎn)品，當配比在10%以下時，基本覺察不到返礦率的變化，少量塊礦影響鐵酸鈣液相形成、凝結的作用微乎其微，塊礦影響返礦率主要為理論上有影響，實際作用遠不如燒結布料、點火、擋板漏風、邊緣效應、掉爐條風洞的影響。塞礦AI32配加量＞10%以后，可以通過工藝手段控制，主要方法為提高料溫、低水低碳厚料層燒結、適當壓料和適宜的燃料粒度等措施，返礦率一般可以控制在合理水平。

1）厚料層燒結。由于配加了塞礦AI32的混勻料粒度粗，料層透氣性較好，燒結機負壓低，垂直燒結速度過快，所以布料時適當增加料層厚度，對表面增加平料器配重，增加表面密實度，增強自動蓄熱作用，達到節(jié)約燃料和提高成品率的目的。

2）提高料溫。提高混合料溫度有返礦預熱、白灰消化預熱、配加熱水、混合機加蒸汽預熱、小礦槽預熱等多種方式，其中維持一定小礦槽料位加蒸汽的方式效果比較好，控制混合料溫度為50～70℃，大大減弱了過濕層的影響，提高了透氣性，降低燒結燃耗。生產(chǎn)過程中，應根據(jù)混合料料溫和結晶水含量，在布料厚度等參數(shù)不變的情況下，選擇合適的加水量，使傳熱速度匹配燃燒速度。

3）適宜的燃料粒度。燃料粒度過細會導致燃燒速度過快，高溫保持時間短，液相不足，燒結礦強度差，成品率降低。為了提高爐渣鎂鋁比，燒結過程中配加了鎂質(zhì)溶劑，也需要提高燒結溫度和高溫保持時間來保證礦化反應完全，以形成足夠的鐵酸鈣液相量?；靹蛄现信浼恿巳VAI32，可以降低燒結燃料-3 mm粒度比例，放寬到65%～75%即可滿足混勻料燒結的需求。

4 塞細粉的燒結特性

塞細粉Al含量已經(jīng)在4%以下，品位接近主流礦粉，化學成分沒有很突出的缺陷。燒結過程中主要為粒度偏細，適宜搭配一些低Al的粗粉使用，使混勻料達到合理的粒度組成。溶劑可以選擇用一部分石灰石粉替代石灰，降低溶劑成本。石灰對粒度較細的全精粉或以精粉為主的礦料強化燒結的效果較好，對粗粉或塞細粉的強化燒結作用有限。燒結燃燒層溫度可達1 300℃，在石灰石粉粒度合適的情況下，燒結礦化作用能夠順利進行，可以獲得較好的使用效果。

5 結語

通過對塞礦產(chǎn)品的物化特性分析，塞礦AI32產(chǎn)品具有較大的差異性，但其低硅高鋁的特點，加上有效合理的燒結冶煉方法，使之有一定的使用價值。作為山東鋼鐵集團的海外礦石基地，礦山得到了塞拉利昂共和國政府的大力支持，給予了包括公司所得稅、產(chǎn)品和服務稅、進口稅等多項稅收優(yōu)惠，為塞拉利昂礦業(yè)有限公司進行后續(xù)的二期選礦項目（塞細粉）提供了良好的經(jīng)營環(huán)境。礦山露天采礦，開采成本低，綜合成本中主要為運輸成本，可以以低廉的價格參與市場競爭，對降低鐵水成本具有極大的促進作用，可以進一步探討塞礦產(chǎn)品應用，充分發(fā)掘塞礦產(chǎn)品的利用價值。