張新佳

（太鋼集團(tuán)嵐縣礦業(yè)有限公司，山西 呂梁 033000）

工藝礦物學(xué)是一種研究工業(yè)冶煉原料及其冶煉產(chǎn)物的礦物組成成分的學(xué)科，由于現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于金屬礦物及非金屬礦物的大量需求，工藝礦物學(xué)也越來越受到人們的重視。尤其是在現(xiàn)代科學(xué)礦物元素提取技術(shù)迅速發(fā)展以后，工藝礦物學(xué)的理論研究不斷向其他相關(guān)學(xué)科滲透，人們對(duì)于礦石的評(píng)價(jià)與提取技術(shù)也有了新的認(rèn)識(shí)，大多數(shù)礦物都有了較以往更加合理的利用。大多數(shù)天然存在的礦石都不能夠直接利用，因此想要利用從自然界天然采集的礦物中提取出需要的元素，需要對(duì)礦石進(jìn)行一系列十分復(fù)雜的加工和處理[1]。在這個(gè)過程中，礦石質(zhì)量的好壞決定著整個(gè)礦物冶煉流程優(yōu)越性的重要指標(biāo)，直接決定著金屬冶煉的工藝流程。而工藝礦物學(xué)之所以在礦物冶煉領(lǐng)域具有如此大的作用，均是因?yàn)槠湓谶x礦流程的思想體系上具有指導(dǎo)作用，因此更好地優(yōu)化選礦流程即是工藝礦物學(xué)的發(fā)展方向。本文基于此對(duì)鐵礦工藝發(fā)展中礦物學(xué)特征及選礦效果進(jìn)行分析，并結(jié)合多方資料合理探討基于工藝礦物學(xué)的選礦方法對(duì)礦物冶煉流程的正面影響和負(fù)面影響，并對(duì)其造成的效果進(jìn)行分析。首先確定了八種常見鐵礦石的理論品位區(qū)間，探究了鐵元素含量較高的兩種鐵礦石種類。然后以礦物開采深度作為研究對(duì)象，分析其對(duì)礦石中鐵元素品位的影響。接著分析基于鐵礦石粒度、鐵礦石強(qiáng)度、鐵礦石含鐵量對(duì)鋼鐵冶煉工藝的影響，最后對(duì)工藝礦物學(xué)的選礦方法可能造成的效果進(jìn)行分析。

圖1 礦樣鑒定流程示意圖

1 基于鐵礦工藝發(fā)展的鐵礦石成分分析

擁有鐵元素的礦石類型十分復(fù)雜，按照生產(chǎn)、冶煉以及管理方式的不同，可以將鐵礦石分為單質(zhì)鐵礦、二價(jià)亞鐵礦、六價(jià)高亞鐵礦、三價(jià)氧化礦石、含碳酸鐵礦石和含綠泥石鐵礦石等多種不同的類型[2]。而在鐵礦工藝發(fā)展過程中，由于單質(zhì)鐵礦埋藏距離距地表較遠(yuǎn)，在未來的很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都不能開采，因此本文只研究二價(jià)亞鐵礦、三價(jià)氧化鐵礦、六價(jià)高鐵礦、碳酸鐵礦、綠泥石鐵礦等。通過如圖1 所示的方式可以對(duì)礦石中的鐵元素進(jìn)行鑒定。

根據(jù)上圖中的鑒定步驟，能夠得到鐵礦石的化學(xué)成分分析和物相分析，表1 為除綠泥石礦石外的所有類型鐵礦石的理論品位區(qū)間。

表1 鐵礦石中鐵元素品位

鐵礦石品位主要指一個(gè)鐵礦石中含有鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，上表中的鐵礦石中除赤鐵礦與磁鐵礦外，幾乎所有種類的鐵礦石最高品位都在50% 以下，這說明盡管鐵礦石種類十分豐富，但是其含鐵量最高的礦石只局限在赤鐵礦和磁鐵礦之間[3]。若想獲得冶煉鐵礦石的最高利益，還是需要以赤鐵礦或磁鐵礦作為冶鐵的原料。且大多數(shù)的鐵礦石品位波動(dòng)范圍較大，在尋找冶鐵礦物前，需要做好鑒定工作。

在基于鐵礦工藝發(fā)展歷程進(jìn)行銻礦礦物學(xué)特征研究之前，還需要明確鐵礦石的物相分布問題。在根據(jù)圖1 對(duì)二價(jià)亞鐵礦、六價(jià)高亞鐵礦、三價(jià)氧化礦石、含碳酸鐵礦石和含綠泥石鐵礦石進(jìn)行物相分析時(shí)得知，越是向更深的區(qū)域開采，鐵礦石中的含鐵量就越豐富，尤其是對(duì)赤鐵礦與磁鐵礦具有非常大的影響，因此對(duì)開采深度與鐵礦石含量進(jìn)行研究并得到結(jié)論，如表2 所示。

表2 開采深度對(duì)鐵礦石含量的影響

除赤鐵礦與磁鐵礦以外，還有含碳酸的鐵礦石在這方面有一定的影響作用[4]。因此，若想得到純度更大的鐵礦石，需要盡量向距地表更遠(yuǎn)的方向挖掘。

2 鐵礦工藝發(fā)展中鐵礦石質(zhì)量研究

2.1 鐵礦石粒度對(duì)金屬冶煉的影響分析

在金屬冶煉的過程中，所用鐵礦石原料的粒度越均勻，則高爐的透氣性越好，鐵礦石粒度對(duì)金屬冶煉的影響效果如圖2所示。

圖2 鐵礦石粒度對(duì)金屬冶煉的影響效果示意圖

如上圖所示，在礦石進(jìn)入高爐前通常會(huì)嚴(yán)格篩選礦石種類，將其粒度維持在10mm ～50mm 之間。相比起來，將鐵礦石研磨成粉末狀會(huì)擁有更好的冶煉效果，如果使用鐵礦粉進(jìn)入高爐，可以在減少鐵礦粉總質(zhì)量的前提下使粒度更加均勻，從而提高金屬冶煉的質(zhì)量和產(chǎn)量[5]。將鐵礦粉末團(tuán)成球狀，會(huì)對(duì)金屬冶煉的效果造成較大影響，此時(shí)的粒度組成相對(duì)前兩者不均勻，但因?yàn)槠渑c高爐火焰相接觸的表面積更大，就導(dǎo)致金屬冶煉的速度會(huì)更快，效果更好。

2.2 鐵礦石強(qiáng)度對(duì)金屬冶煉的影響分析

鐵礦石的強(qiáng)度與礦石中鐵元素的含量息息相關(guān)，若礦石中鐵元素的含量較高，則礦石本身的強(qiáng)度就會(huì)相應(yīng)更大，此時(shí)的高爐內(nèi)料柱損壞粉化程度會(huì)相應(yīng)降低，也不會(huì)產(chǎn)生太多的粉末。若礦石中鐵元素的含量較低，則礦石本身的強(qiáng)度就會(huì)相應(yīng)更小，此時(shí)的高爐內(nèi)料柱損壞粉化程度會(huì)相應(yīng)提高，在產(chǎn)生大量粉末的同時(shí)，降低高爐透氣性，降低金屬冶煉的產(chǎn)出率。

2.3 鐵礦石中鐵元素含量對(duì)金屬冶煉的影響分析

鐵礦石中含鐵量越低，則金屬冶煉過程中所需脈石的量就越高，熔劑與焦炭的用量也會(huì)相應(yīng)增加，高爐內(nèi)的鋼鐵相對(duì)產(chǎn)出率也就隨之降低了。因此，鐵礦石的品位與該礦石的冶煉價(jià)值一般呈正比，品位越高的礦石冶煉價(jià)值越大，品位低到一定程度的礦石則不具備太大的冶煉價(jià)值。當(dāng)兩種礦石的品位值相差不大時(shí)，以所需脈石的量作為冶煉價(jià)值的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，脈石越多，產(chǎn)出的渣量就越多，該高爐內(nèi)出產(chǎn)的鋼鐵價(jià)值就越低。除此以外，高爐所在區(qū)域的焦炭等資源的價(jià)格也能夠影響金屬冶煉的經(jīng)濟(jì)成本。

3 鐵礦選礦效果分析

基于工藝礦物學(xué)的選礦方法，在選礦過程中需要重點(diǎn)判斷該礦區(qū)鐵礦石的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)。在物理性質(zhì)中，對(duì)鐵礦石的粒度和強(qiáng)度均需進(jìn)行詳細(xì)的探究，確保所選礦區(qū)中出產(chǎn)的礦石是適合進(jìn)行鋼鐵冶煉的鐵礦石。在化學(xué)性質(zhì)的鑒定中，首先需要判斷鐵礦石中鐵元素的含量，若鐵礦石品位過低，則不具備礦石開采冶煉的價(jià)值[6]。第二，需要判斷鐵礦石中脈石的含量，脈石在鋼鐵冶煉的過程中會(huì)轉(zhuǎn)化為一些影響鋼鐵產(chǎn)出的煙塵，若脈石含量過大，則會(huì)導(dǎo)致鋼鐵出爐率降低。第三，需要鑒定鐵礦石中其他化合物或氧化物的含量，一些化合物會(huì)在高爐煉鐵的過程中增大出鐵率，降低出鐵時(shí)間，但是另一些化合物會(huì)造成截然相反的結(jié)果。最后，鐵礦石中還會(huì)含有一些對(duì)人體有害的元素或物質(zhì)，如硫元素、磷元素、砷元素等，這些元素在高溫下會(huì)反應(yīng)生成有毒的氣體或物質(zhì)，造成工作人員的傷亡，在選礦時(shí)應(yīng)盡量避免含有這類元素的鐵礦石進(jìn)入高爐。

4 結(jié)語

本文系統(tǒng)地論述了鐵礦工藝發(fā)展過程中礦物學(xué)特征及選礦效果，分析了鐵礦石中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及采礦深度對(duì)鐵礦石含量的影響，并在此基礎(chǔ)上考查了基于工藝礦物學(xué)的選礦方法對(duì)金屬冶煉工程的影響，為日后研究更流暢的礦物冶煉流程奠定了理論基礎(chǔ)。