SeriesNo. 357 March 2006 金 属 矿 山 METAL M I NE 总第357期 2006年第3期 孙炳泉(1963 - ) ,男,中钢集团马鞍山矿山研究院选矿研究所,所 长,教授级高级工程师, 243004安徽省马鞍山市湖北路9号。 近年我国复杂难选铁矿石选矿技术进展 孙炳泉 (中钢集团马鞍山矿山研究院) 摘 要 我国铁矿资源长期紧缺已是不争的事实,合理开发利用复杂难选铁矿石资源对于缓解我国铁矿石供 求矛盾及保障我国钢铁工业经济的安全具有重大意义。对我国复杂难选铁矿石选矿技术进展进行了综述,同时针 对我国复杂难选铁矿石的性质特点及存在的问题,提出了下一步的研究方向。 关键词 难选铁矿石 菱铁矿 褐铁矿 鲕状赤铁矿 复合铁矿石 Progress in Chinas Beneficiation Technology for Complex Refractory Iron Ore Sun Bingquan (M aanshan Institute ofM ining Research, SinoSteel Group) Abstract Chinas long -time shortage of iron ore resource is an undoubted fact . To rationally exploit and utilize com2 plex refractory iron ore resource is of great importance to the relaxation of the contridiction between the supply and demand of iron ore and the security of the iron and steel industrial economy . The paper reviews the progress in Chinas benefication technology for complex refractory iron ores . Meanwhile, in light of their property features and the existing problems, the o2 rientation of further research is pointed out . Keywords Refractory iron ore, Siderite, Limonite, Oolitic hematite, Complex iron ore 钢铁工业持续稳定的发展迫切需要稳定、 足量、 优质的铁矿原料供给。进入21世纪,随着世界经济 的复苏和结构调整的加快,特别是我国经济的快速 发展,拉动了我国钢铁工业持续高增长,我国钢铁总 产量已经居世界第一, 2003年的钢产量达到了2. 2 亿t, 2004年的钢产量超过了2. 7亿t。随着我国钢 铁工业规模的不断扩大,我国已经超过日本成为世 界最大的铁矿石进口国, 2003年进口铁矿石1. 5亿 t, 2004年进口铁矿石达2. 08亿t, 2005年进口铁矿 石达2. 75亿t。进口铁矿石的数量已占我国成品铁 矿石需求总量的一半以上。由于铁矿石供求缺口的 增大,导致国内外铁矿石价格暴涨,海运费大幅攀 升,运输系统处于极度紧张状态。对于铁矿石进口 依存度的提高,已成为我国钢铁工业经济安全的重 大隐患。因此,迫切需要依靠技术进步来最大限度 地利用国内现有铁矿资源,尤其是受目前选矿技术 限制而不能利用的复杂难选铁矿石以及目前虽能利 用但质量和利用率较低的铁矿石,增储增效,充分挖 掘现有铁矿山的生产潜力,提高铁矿石的自给率,缓 解进口矿的压力,维持稳定、 足量、 优质的铁矿原料 供给,以保障钢铁工业持续稳定的发展。 1 铁矿石资源及复杂难选铁矿石开发利用状况 我国铁矿石的主要特点是“ 贫 ” 、 “ 细 ” 、 “ 杂 ”, 平均铁品位32% ,比世界平均品位低11个百分点。 其中97%的铁矿石需要选矿处理,并且复杂难选的 红铁矿占的比例大(约占铁矿石储量的20. 8% )。 铁矿床成因类型多样,矿石类型复杂。探明的铁矿 资源量380410亿t。主要铁矿类型有 鞍山式 沉积变质型铁矿,以磁铁矿石为主,品位为30% 35% ,资源量为200亿t。其中鞍本地区120亿t,冀 东地区50亿t,山西、 北京、 冀西、 安徽等省市区约 30亿t; 攀枝花式岩浆分异型铁矿,以磁铁矿、 钛 铁矿为主,品位30%35% ,主要分布在四川省西 昌到渡口一带,资源量为70亿t; 大冶式和邯邢式 接触交代型铁矿,以磁铁矿石为主,品位35% 60% ,主要分布在邯邢、 莱芜和长江中下游一带,资 源量为50亿t,铁含量45%的富矿较多; 梅山式 11 玢岩型铁矿,以磁铁矿石为主,资源量10亿t,品位 35%60%; 宣龙式和宁乡式沉积型铁矿,以赤 铁矿石为主,品位低,含磷高,难处理,主要分布在河 北宣化和湖北鄂西一带,资源量3050亿t; 大 红山式和蒙库式海相火山沉积变质型铁矿,以磁铁 矿矿石为主,品位35%60% ,主要分布在云南、 新 疆一带,资源量为20亿t。在铁矿中共生和伴生铁 矿多,约占资源量27. 9% ,典型矿床有攀枝花铁矿、 白云鄂博铁矿、 大冶铁矿等,共(伴)生组分有钒、 钛、 稀土、 铜等。 目前我国菱铁矿石和褐铁矿石资源的利用率极 低,大部分没有回收利用或根本没有开采利用。我 国最大量入选的矿石为鞍山式沉积变质铁矿石,但 其中也有部分矿石由于嵌布粒度微细,矿物组成复 杂尚未得到有效的开发利用,如本钢贾家堡子铁矿, 属贫磁铁矿石,储量约1. 5亿t,由于矿石嵌布粒度 微细,结构较为复杂,目前尚未开发利用。山西太古 岚矿区的袁家村铁矿,截止1990年底,全区累计探 明及保有储量为89 450万t,矿石类型分石英型和 闪石型,有氧化矿和原生矿。矿石嵌布粒度微细,磁 铁、 赤铁矿石粒度75%80%小于0. 043 mm,其中 石英型铁矿石有20% - 0. 010 mm,闪石型铁矿石有 40% - 0. 010 mm。原矿铁品位又较低,实属复杂难 选的铁矿石。昆钢大红山铁矿,属磁铁矿-赤铁矿 混合矿石,储量约为4. 6亿t,其中有近2. 0亿t赤 铁矿,由于矿石嵌布粒度微细,脉石矿物组成较复 杂,选矿指标较低,也属复杂难选的铁矿石。宣龙式 和宁乡式铁矿,约占我国铁矿总储量的12% ,占我 国红铁矿储量的30% ,由于矿石嵌布粒度微细,矿 石结构为鲕状,含有害杂质磷高,目前尚未开发利 用。包头白云鄂博铁矿为大型多金属共生复合铁 矿,除铁外,尚有稀土、 铌等多种金属,已发现有71 种元素, 170多种矿物,矿石类型多,其中稀土储量 居世界首位。对这种矿石的选矿研究从20世纪60 年代开始,国内外多家科研院所与包钢合作进行了 大量的试验研究工作,到目前采用弱磁-强磁-浮 选回收铁和稀土的工艺流程,这一工艺流程体现了 “ 以铁为主,综合回收稀土矿物 ” 的指导思想,使包 钢的白云鄂博铁矿的选矿技术获得了重大的突破。 技术是在不断地进步,目前从技术角度看,这种工艺 获得的铁精矿品位低,其主要原因是铁精矿中含有 硅酸盐类矿物,尤其是钾钠含量高,严重影响高炉冶 炼效果。稀土矿物回收率低,总回收率不足20% , 另外其他有价元素更没有得到回收。 2 我国难选铁矿石选矿技术进展 2. 1 菱铁矿石选矿技术 由于菱铁矿的理论铁品位较低,且经常与钙、 镁、 锰呈类质同象共生,因此采用物理选矿方法铁精 矿品位很难达到45%以上,但焙烧后因烧损较大而 大幅度提高铁精矿品位。比较经济的选矿方法是重 选、 强磁选,但难以有效地降低铁精矿中的杂质含 量。强磁选-浮选联合工艺能有效地降低铁精矿中 的杂质含量,铁精矿焙烧后仍不失为一种优质炼铁 原料。马鞍山矿山研究院对太钢峨口铁矿尾矿中碳 酸铁矿物的回收利用进行了大量的研究工作。该碳 酸铁的赋存状态是以铁镁碳酸盐类质同象系列矿物 为主,研究推荐采用筛分-强磁选-浮选联合工艺 流程,最终铁精矿品位为35%以上(焙烧后铁品位 51%以上) , SiO2含量降至4%以下,四元碱度达到 3以上,既是一种铁原料,又具有炼铁熔剂的性能, 与酸性铁精矿混合冶炼能大大改善冶金性能,预算 年效益可达数千万元。中性或还原磁化焙烧-弱磁 选是最原始且可靠的菱铁矿选矿技术,虽然加工成 本较高,但随着铁矿资源紧缺和价值的升高,该技术 的研究与应用逐渐趋于升温。块状铁矿石 (15 75 mm)采用竖炉焙烧已具有长期成功的生产实践 ,而 对于粉状铁矿石的焙烧,虽然曾进行过包括沸腾炉、 回转窑焙烧等大量的技术研究,但至今尚未有大规 模的生产实践。近几年国内有关科研院所又重新加 强对粉状铁矿石焙烧技术的研究,并提出了所谓的 “ 闪烁焙烧技术 ”,即利用回转窑焙烧技术使粉状铁 矿石快速磁化焙烧。采用该技术对武钢大冶铁矿的 强磁精矿、 酒钢强磁中矿、 陕西大西沟铁矿等富含碳 酸铁矿物的铁矿石进行了试验研究,铁精矿品位可 提高到55%60%以上。 2. 2 褐铁矿石选矿技术 由于褐铁矿中富含结晶水,因此采用物理选矿 方法铁精矿品位很难达到60% ,但焙烧后因烧损较 大而大幅度提高铁精矿品位。另外由于褐铁矿在破 碎磨矿过程中极易泥化,难以获得较高的金属回收 率。褐铁矿的选矿工艺有还原磁化焙烧-弱磁选、 强磁选、 重选、 浮选及其联合工艺。过去具有工业生 21 总第357期 金 属 矿 山 2006年第3期 产实践的选矿工艺有强磁选、 强磁选-正浮选,但由 于受褐铁矿石性质(极易泥化)、 强磁选设备(对 - 20m铁矿物回收率较差)及浮选药剂的制约,其 选别指标较差,而还原磁化焙烧-弱磁选工艺的选 矿成本较高,因此该类铁矿石基本没有得到有效利 用。为了提高细粒铁矿物的回收率,曾进行用褐煤 作还原剂和燃料的回转窑焙烧磁选技术的半工业试 验、 絮凝-强磁选技术工业试验等,均取得较好的试 验结果。例如马鞍山矿山研究院对江西铁坑褐铁矿 石进行了选择性絮凝-强磁选技术工业试验,结果 表明铁金属回收率可提高10个百分点以上,但由于 絮凝设备及选择性絮凝工艺条件的控制尚未过关而 未能工业化。近两年来,随着新型高梯度强磁选机 及新型高效反浮选药剂的研制成功,强磁选-反浮 选-焙烧联合工艺分选褐铁矿石取得明显进展,即 先通过强磁-反浮选获得低杂质含量的铁精矿,然 后通过普通焙烧或者与磁铁精矿混合生产球团矿可 大幅度提高产品的铁品位,仍不失为优质炼铁原料。 马鞍山矿山研究院对江西铁坑褐铁矿等铁矿石的试 验研究结果表明,反浮选精矿铁品位可达到57%、 SiO2含量降至5%左右,经焙烧后产品的铁品位可 达到64%以上,与焙烧、 磁选、 反浮选联合工艺相 比,生产成本大幅度下降,使该类型铁矿石具有经济 开采利用价值,并且2005年将投入生产。 2. 3 复合铁矿石选矿技术 我国大多铁矿石中都含有两种以上的铁矿物, 种类越多其可选性越差。该类铁矿石中以共生有赤 铁矿、 镜铁矿、 针铁矿、 菱铁矿、 褐铁矿等弱磁性铁矿 物者较为难选。常规的选矿工艺均可用于分选该类 铁矿石,但当矿石中含菱铁矿或褐铁矿较多时,其铁 精矿品位和回收率均难以提高。为此,近几年开展 了大量的相关研究工作,较突出的研究成果是弱磁 -强磁-浮选和磁化焙烧-反浮选等联合工艺。例 如,马鞍山矿山研究院对酒钢铁矿石(含镜铁矿、 菱 铁矿及褐铁矿等)粉矿( - 15 mm)采用强磁-正浮 选工艺的研究结果表明,与现场采用的单一强磁选 工艺相比,在铁精矿品位提高2个百分点(达到 49%以上,烧后达到58%以上)的同时,铁金属回收 率提高12个百分点以上(达到74%以上)。另外, 紧密结合酒钢焙烧精矿性质特点,避免多段磁选方 法和剩磁影响,用再磨-反浮