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铁矿选矿技术及其发展前景
刘美美
(西安科技大学 化工学院 710600)
摘要:伴随着我国发展建设的速度加快,钢铁需求持续快速增长,铁矿石资源短缺的状况日益突出。国产资源的不足,使得利用进口铁矿来满足国内钢铁生产需要成为必然。中国目前是铁矿石的最大购买国。据海关总署统计,2005 年我国有56.7%的铁矿石需求依赖于国外进口,2006 年和2007 年的进口依存度也分别达到52.1%和53.45%。我国铁矿资源的需求面临的严峻形势引来很多学者的深入思考和研究。因此铁矿资源勘查、铁矿石选矿及铁矿价格走势等方面的研究文献呈逐年上升趋势。
关键词:铁矿资源 资源特点 开采技术 发展前景
建国以来,我国铁矿采矿规模得到了突飞猛进的发展,我国已相继建成了齐大山铁矿、水厂铁矿两座生产能力达1000万t/a的露天铁矿。目前我国露天矿采出的铁矿石占总量的90% ,但是随着时间的推移,地下开采必将成为主导。随着采矿规模的扩大,采矿技术也得到迅速发展,特别是近30年来,全面开展了各种现代化采矿工艺和技术的攻关研究,使我国铁矿采矿技术水平迅速提高,有力地促进了铁矿开采的发展,取得了显著的成效。随着我国国民经济的连续高速增长,国内钢铁业也得到快速发展 。钢铁工业的迅速发展必将使铁矿石资源的需求量迅速增加。预计2010年我国的钢材需求量为3.12~3.37亿吨 ,需要铁矿石达到5.8~6.3亿吨。我国铁矿石资源储量尽管居世界第五,但因人口众多,人均占有量仅36.23t(世界人均占有量为51.19t) 。自1985年起,我国自产的铁矿石就不能满足国民经济发展的需要,并且呈逐年下降势,2006年,我国自产铁矿石的保证度仅60% ,预计到2010年将进一步降到35%~40% ; 同时, 我国资源开发利用水平低,资源损失、浪费现象比较严重。当前,我国已经成为铁矿石进口量仅次于日本的第二大铁矿石进口国家 。因此,研究采用正确的可持续发展策略,确保我国铁矿资源长期稳定的供应,对保证我国国民经济的持续发展具有重要的意义。
一.我国铁矿资源的特点
大截至2007年底,全国铁矿石累计查明资源储量682亿t,保有资源储量607亿t,其中基础储量282亿t,铁矿区2867处。另有相当数量的低品位铁矿资源(平均品位15% ) ,预计未查明资源在1000亿t以上,其中大、中型矿山深边部近期可利用的铁矿资源约200亿t。我国铁矿石储量虽然丰富,但是贫矿多,占全部矿石储量97% ,铁矿石平均品位只有33% ,比世界铁矿平均品位低11 个百分点,比巴西和澳大利亚铁矿平均品位低近20个百分点。
我国大型铁矿少,除了鞍山、本溪、翼东、攀枝花和包头白云鄂博等少数几个特大铁矿以外,多数铁矿规模小,分散在全国各地。而且我国铁矿石矿床类型多,矿石类型复杂,多种元素共生矿多,难以采选、难以综合利用、生产成本较高。我国适于露天开采的铁矿逐步减少,露天开采的比重已降至75% ,剥采比逐年上升。每吨成品剥采比与巴西和澳大利亚相比高出5~8倍。即便是开采难度小的铁矿,经过几十年的开采后可采资源不足的矛盾也逐渐显现出来。同时,多数重点铁矿山及地方骨干矿山圈定的矿量逐渐减少,开始进入生产中后期,规划的后备资源开发难度较。
二.铁矿的开采技术
1. 露天开采
1.1间断—连续开采
这种采矿技术是在工作面用电铲装载矿石,经汽车运输和破碎机破碎后,用胶带运输机将矿石运出采场。这种工艺有利于发挥汽车和胶带机的优点,适合于深凹露天矿开采。自20世纪80年代开始,我国先后在大孤山、东鞍山等铁矿应用该开采工艺。1997年齐大山铁矿通过引进,建成了采场内可移动式矿岩破碎—胶带运输系统,标志着我国深凹露天矿开采工艺进入了世界先进水平。
1.2 高台阶采矿
随着露天开采设备大型化的发展,国外一些矿山研究并采用高台阶开采工艺。我国对高台阶开采技术的研究起步较晚,采用高台阶开采的露天矿不多,台阶高度最大也只有14~15m。近几年来,我国大型露天铁矿装备水平有了很大提高,采用10m 以上的大型挖掘设备逐渐增多,为高台阶开采新工艺的实施提供了有利的技术保证。为此,国家将本项目列入“八五”科技攻关项目,南芬露天铁矿南山扩帮区开采参数优化表明,与12m台阶相比,18m高台阶开采的单位成本可降低5.76%~6.12% ,动态效益每年可节省1052~1162万元。南芬露天铁矿18m高台阶开采工艺研究和实践表明,高台阶开采技术是成功的,经济效益可观。
2.地下开采
2.1空场采矿法
空场采矿法是比较传统的采矿方法,包括:VCR法(大直径深孔球状药包后退式崩落采矿法)和地下金属采矿连续化。20世纪80年代, VCR法首先在我国凡口铅锌矿试验成功。该采矿方法的实质是:将露天矿的台阶崩矿技术应用到地下开采中,即在采场的局部面积上,先形成切割槽,然后以这一切割槽为自由面和补偿空间,采用大直径深孔装药进行全阶段高或台阶状崩矿,崩落的矿石由采场下部的出矿系统运出。地下铁矿山连续开采主要包括:矿房的连续回采、矿体(床)的连续开采、矿石的连续运送及全工艺过程的连续化。即在开采过程中一步化,回采过程中落矿、出矿、矿石运搬工艺的连续作业化,井下矿石的转载、运输、提升等环节矿石的连续化,掘进、落矿、出矿、运搬、运输等全工艺过程的连续化。
2.2充填采矿法
我国先后采用干式、分级尾砂胶结、全尾砂胶结、碎石水泥浆胶结等新工艺与新技术。最近,我国成功地试验了一批具有世界先进技术水平的充填采矿工艺。具有代表性的是:高水全尾砂速凝固化胶结充填新工艺、高浓度全尾砂自流输送及泵压输送充填新工艺、粗粒级水砂充填新工艺、膏体泵送充填工艺与技术等。该采矿技术近年来发展迅速,已经成为了今后地下采矿工艺的一个发展方向。特别是根据矿体的开采技术条件,以及从环境保护角度考虑位于地表移动范围内的大量建筑物和村庄需要保护矿区,又位于城市边缘,不允许采用崩落法采矿,必须采用充填采矿法。
2.3多种矿石资源的综合开采
我国的铁矿资源品位较低,伴生矿较多。因此,为了节约资源,我们应该充分利用每种矿石资源,使每种资源各尽其所。在潘洛铁矿铁矿层的顶层赋存石灰石矿,为开发利用矿产资源,结合铁矿开采系统, 采用浅孔留矿法和浅孔房柱法兼采石灰石矿,延长了矿山服务年限,提高了经济效益。
三. 铁矿尾矿的综合利用技术
众所周知,尾矿库具有基础投资大、运营成本高、安全与环保风险大等特点,因此,尾矿处置处理是建设矿山企业无法回避的重大课题。随着经济发展对矿产品需要的大幅度增加,矿产资源开发规模随之加大,尾矿的产出量不断增加。为了管理好这些尾矿,修筑尾矿库、铺设尾矿输送管路等基础工程不仅要消耗大量的资金,而且投产后的生产运行也将耗费大量的人力、物力、财力, 随着尾矿量的增加、尾矿坝堆高的上升,堆坝和管理工作量越来越大、越来越困难,细粒尾矿还会对大气、土壤和水资源产生严重污染。
1.尾矿性质
尾矿中金属矿物主要以菱铁矿和赤铁矿为主,在现有技术条件下
回收不经济;脉石矿物主要有石英、白云石、方解石、磷灰石及高岭土等黏土矿物。粒度较细:-200目占83.06%、-400目占67.72%。比重3.01g/cm 、容重1.17g/cm 、比表面积10.44m /g ,塑性指数11.57。多元素分析见表1,矿物组成及含量见表2。
表1 多元素分析 %
元素 TFe S P CaO MgO Al O SiO 烧损
含量 20.36 0.962 0.957 12.46 2.76 6.90 25.89 17.12
元素 FeO Fe O V O TiO MnO K O Na O C
含量 12.08 15.60 0.064 0.25 0.28 1.02 0.15 4.34
表2 矿物组成及含量 %
组成 菱铁矿 赤(褐)铁矿 磁铁矿 黄铁矿 铁白云石、方解石
含量 22.8 12.4 1.4 1.8 10.6
组成 磷灰石 石英 石榴石、透辉石 绿泥石、云母 黏土矿物 其它
含量 5.2 16.2 5.1 12.8 8.8 2.9
2.压滤技术
压滤机脱水技术是一项比较成熟的脱水技术,在国内外众多精尾矿脱水中应用普遍。城门山铜矿精矿-0.074mm占65%,滤饼水分控制在11%以下;新桥硫铁矿精矿-0.007 mm占18.8%的情况下,滤饼水分控制在12%左右;宝钢梅山铁矿尾矿-0.077mm占81%,滤饼水分控制在20%以下。从工艺条件上讲,梅山铁矿和接龙铁矿压滤机均用于尾矿浆的脱水,因此,其在梅山铁矿的应用对接龙铁矿具有重要指导意义。
3.铁矿尾矿开发利用方案
铁矿尾矿处理工艺为低浓度尾矿浆经浓密机、浓密斗浓缩后, 给入压滤机压滤脱水,工艺流程见图1。
图1 尾矿处理工艺流程
2.1用于生产较高附加值的建筑材料
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