铁矿工业发展中的问题及对策

铁矿工业发展中的问题及对策

随着我国经济发展的快速发展，钢铁工业呈现出全球发展趋势，矿石需求显著增加。近年来我国生铁、粗钢及铁矿石生产情况见表1。从表1明显看出,2002年以来钢铁生产速度加快,2003年生铁产量比上年增长18.49%,粗钢产量比上年增长21.24%,国产铁矿石及进口铁矿石生产量也较上年分别增长12.81%(小矿点生产铁矿石未统计入内)及32.68%。2004年钢铁生产增加幅度更大,而且钢铁价格仍居高不下,并在持续上升之中,充分说明近几年我国经济建设处在一个大发展的形势之下。由于我国工业化程度低,目前仅处于全面工业化初期,在工业化建设中,建筑、汽车、交通、通讯、机电各个行业都需要钢铁的支持。所以钢铁生产飞速发展,铁矿石需求和生产迅猛增长。2005年,国家虽然出台了一些相关宏观调控政策,对有些行业的过快发展有所抑制,钢铁生产的增长势头可能有所减缓,但是,今后随着我国居民消费结构的升级,工业化城镇化步伐加快,对钢铁产品的需求还将继续增加,钢铁工业还将继续发展,铁矿山铁矿石的生产也将继续发展,这是总的趋势。1中国矿产业的发展方向1.1矿供应紧张局面持续发展近几年随着钢铁生产的大发展,铁矿石市场遇到了前所未有的繁荣时期,产量大增。2003年国家骨干铁矿山生产铁矿石2.6亿t,到2004年增加到3.1亿t,同比增长率为19.23%。加上未统计的地方小矿点,2004年实际产量为3.85亿t,同比增长率为48.08%。国内铁矿石产量及增长幅度均创历史新高。2002～2004年由于市场上铁矿石供应短缺,供应紧张局面持续发展,并愈演愈烈,导致巴西及澳大利亚CVRD、BHP等铁矿石生产巨头提出2005年铁矿石价格提高71.5%。国内铁矿石市场价格也分别涨至600～800元/t(铁精矿品位64%～66%),有的甚至涨到900～1100元/t。铁矿石高利润的刺激,使铁矿石生产及供货商加快了改组步伐,矿山新建工程不断增加,快速扩大产量。小矿点一拥而上,形成了全民开矿的高潮,部分缓解了一些我国铁矿石严重短缺、供不应求的局面。2005年根据钢铁发展情况,钢产量将达到3.4亿t,国产铁矿石及进口铁矿石都将有较大幅度增长。根据中国工程院今年初向国家提供的咨询报告中用几种办法测算,我国钢消耗高峰可能在2015年到来,其钢铁产量为3.2亿～3.4亿t,那么今年的钢产量就已经达到2015年的预测需求,并且国家发改委及钢铁协会近期表明,在第11个5年计划内钢铁产量控制在4.0亿t。所以今后“十一·五”期间铁矿石的需求量还要增加,但不会出现像近几年的增加幅度。何况近几年国内外铁矿石扩产规模都已形成,所以今后铁矿石的供应紧张局面将会缓和,价格可能会有小幅回落。这是铁矿石生产企业值得注意的问题。1.2铁精矿质量得到提高我国铁矿选矿厂经过几十年的发展,对于鞍山式磁(赤)铁矿石英岩(占我国铁矿总储量的48%)及其它相类似的矿石类型,1995年以前磁铁矿石生产出含铁64%～65%的铁精矿,氧化铁矿石生产出60%～62%的铁精矿也许会被冶炼厂所接受,但是这种铁精矿含硅太高,前者含SiO28%～10%,后者含SiO210%～15%,对炼铁影响大。所以,自1978年巴西及澳大利亚优质铁矿石先后进入中国后,炼铁厂逐渐体会到使用低硅高铁的优质铁矿石炼铁给企业带来的巨大利润后,从而逐渐对低品位的国产铁精矿越来越不感兴趣,曾一度导致1995～2000年我国铁矿山出现萎缩,甚至停产。这是一个几十万矿山职工就业和安全的严重问题。经过我国选矿工作者的努力,近几年在我国铁矿山选矿厂开展了“提铁降硅”的研究和改造后,所生产的铁精矿质量赶上并超过了国外进口铁矿石的质量,对于鞍山式磁(赤)铁矿石类型的选矿铁精矿含铁提高到67%～69%,含SiO2降低到4%以下,其它类型矿石的铁精矿质量也都有所提高,大大提高了高炉炼铁的经济效益。国内铁矿山生产的铁精矿又重新获得了国内钢铁公司的重视和使用,大大缓解了对进口铁矿石的依赖程度,缓解了从2002年起由于钢铁的快速发展急需从国外进口大量铁矿石,而国外铁矿石一下子也买不到那么多,从港口向内地也运不出的全面紧张的巨大压力。否则,CVRD和BHP等公司2005年的铁矿石价格提高就不是71.5%,而可能是171.5%等等的提价了。因此,我国选矿工作者前一阶段对我国铁矿石研究,提高铁精矿质量,并在选矿厂开展“提铁降硅”生产工艺改造,对保障国内炼铁所需铁矿石的供给和平抑进口铁矿的矿价起到了重要作用。“降硅提铁”或“提铁降硅”的核心是要刻意研究降低铁精矿中的硅含量,硅降低了,铁精矿的铁品位也自然就提高了。现将开展“降硅提铁”改造后的选矿厂的铁精矿质量的提高情况列于表2。如表2所示,弓长岭、齐大山、尖山铁矿改造前选矿厂的铁精矿品位为63%～65%,但SiO2含量为9%～11%,对高炉炼铁的利用系数、焦比、渣量等不利影响较大。而经反浮选改造后的铁精矿品位分别提高到67.5%及69%,SiO2含量降低到4%以下。本钢南芬选矿厂原来铁精矿含铁已到67.5%,但是其中SiO2含量为6.5%,为了降硅对该磁选铁精矿进行磁选柱分选,铁精矿品位达到69.5%,SiO2含量降低到4%以下。酒钢选矿厂处理的镜铁矿,脉石矿物主要为纤枚岩、碧玉、石英等含铁硅酸盐,经竖炉磁化焙烧-磁选后,铁精矿品位只能达到55.5%。2005年长沙矿冶研究院和酒钢选矿厂对该铁精矿采用阳离子反浮选后,铁精矿品位可以提高到61%～62%,其中SiO2由11%降低到5%～6%。降硅提高铁精矿质量普遍受到了炼铁厂欢迎,而该作业消耗成本不高。经过提铁降硅改造后,选矿厂经济效益也得到了明显提高。如山东鲁南矿业公司选矿厂反浮选改造后,每吨铁精矿生产成本增加25.5元,而提高品位使铁精矿价格提高57.5元/t,降低SiO2使价格提高50元/t,对于年产铁精矿27万t的选矿厂,年综合效益增加2153万元。1.3矿界及采矿场的控制为了保证球团、高炉自动化及规范化操作,钢铁公司对选矿厂输出的铁精矿质量要求稳定、波动小。尖山选矿厂输出的铁精矿中SiO2含量波动控制在±0.2%。弓长岭选矿厂输出的铁精矿中SiO2含量波动由以前的±0.6%下降到现在的±0.4%。选矿厂的给矿是从天然的矿山上挖下来的,虽然在采矿场也进行了配矿,但对矿石矿物成分及化学成分调配是很有限的,而球团及炼铁要求输入的铁精矿的质量波动越小对下面工序的生产越有利。为稳定铁精矿质量,上述二选厂采用最终铁精矿(反浮选铁精矿)送入大直径搅拌槽内储存12h或24h,以减缓从采矿场来选矿厂原矿石的矿物成分、化学成分的波动。尖山铁矿反浮选铁精矿先后经过2个○/14m×14m)的搅拌槽(共4个)储矿,对于质量差的大的部分铁精矿,采用先送入储矿仓,逐步与以后来的质量好的铁精矿配矿以保证最终输出的精矿质量稳定。鞍钢弓长岭选矿厂反浮选铁精矿进入1个○/16m×16m的搅拌槽(共2个),来达到质量稳定的目的。2近年来，我国矿业技术的发展2.1提高弱磁选铁精矿的质量为了降低铁精矿中的硅含量,进一步提高铁精矿品位,在我国近年来推广使用了阴(阳)离子反浮选技术,阴离子反浮选技术指标好,生产稳定。阳离子反浮选矿浆温度低,15℃即可,故一般情况下矿浆不需要加温,加入的药剂种类相对较少。弓长岭、尖山、鲁南选矿厂均处理弱磁选铁精矿,弱磁选铁精矿中的硅铁连生体采用单一磁选很难分离出来,采用反浮选技术,可以藉石英的可浮性把硅铁连生体有效的分离出来,使原来含铁63%～65%、含SiO28%～10%的铁精矿含铁提高到67.5%～69%,SiO2降低到4%以下,为高炉炼铁提供了优质铁精矿。阴(阳)离子捕收剂反浮选脱硅选矿厂生产指标见如表3所示。2.2高频振动详细筛选的应用2.2.1振动细筛drcic美国Derrick(德瑞克)公司研制生产的聚胺酯筛网高频振动细筛(筛孔0.15mm、0.10mm)筛孔开孔率高且耐磨损(9～10个月),对于铁矿物单体解离度高的磁选铁精矿,经细筛隔除粗粒硅铁连生体后,筛下产品即为高质量最终铁精矿。山东鲁南矿业公司选矿厂在三段磨矿分级磁选闭路中采用一台ZSG48-60W-SSTK型5路重叠式高频振动细筛(给矿量120t/h)代替原有的4台GPS高频振动细筛和2台尼龙平面筛。第二段磁选铁精矿细筛,筛下产品送反浮选,筛上磁选脱水再磨,由于筛分效率提高(70%),循环负荷降低,使原第三段磨矿2台球磨机现在只使用1台球磨机和1台胶泵,减少了1台球磨机和1台胶泵,减少装机功率340kW。第三段磨选电耗由从前的16.8kW·h/t降为现在的9.15kW·h/t,年节约电费120万元、钢球和衬板费40万元,同时减少4个工作人员。并且铁金属回收率从原有68.65%提高到74.07%。其工艺流程见图1。太钢尖山铁矿选矿厂2005年二季度购买了8台德瑞克振动细筛,与磨矿分级配套,经过一个季度的实际生产应用,可以使原来需4台球磨机磨矿工艺流程,简化为3台球磨机,省去了1台球磨机工作。初步可以说明使用Derrick振动细筛效果是好的。德瑞克振动细筛价格虽然较高,每台10万美元,经进口及运费到厂可能需要花100～110万元人民币,但经生产实际证明经济效益还是很大。2.2.2在细磨分级选别系统中的应用在磨矿分级系统中,存在的主要问题不是矿石磨不细,而是磨细了螺旋分级机或水力旋流器分不出来,由于这2种分级设备除按矿石粒度大小分级外,还受矿石颗粒的比重影响,不能完全按粒度大小分级,分级效率不高,导致比重大的铁矿物过磨。按粒度分级最理想的设备是筛子,MVS振网筛具有0.135mm×0.18mm、0.14mm×0.23mm、0.14mm×0.26mm,0.09mm×0.09mm等大小筛孔的筛网,在细磨分级选别系统中可以使用MVS振动筛网对磁选粗精矿进行分级,筛上粗粒级返回再磨,筛下产品再进行分选,可避免在分选过程中将铁矿物和脉石矿物的连生体带入磁选铁精矿中,提高了铁精矿的品位,也有效地降低了再磨矿量。目前首钢矿业公司、弓长岭选矿厂、本钢歪头山选矿厂都在应用MVS振网筛。近几年来,由于唐山陆凯研制生产的MVS电磁振网筛价格低廉,细粒筛分效率比以前使用的尼龙细筛提高了很多倍,并能有效提质降耗,在某些方面可以代替美国德瑞克细筛使用,所以很受选矿厂的欢迎。不足之处是筛网磨损寿命短(20d左右),但是当筛分弱磁选铁精矿需要使用筛孔为0.09mm×0.09mm筛网时(如大孤山前一段弱磁选铁精矿经该筛网筛分(磁选)后即为成品铁精矿),则陆凯筛和德瑞克细筛有竞争力,因为这样细的筛网,美国德瑞克筛也是用不锈钢丝编织而成的,其筛子寿命相近。2.3磁选柱的应用效果2.3.1磁选柱的应用磁选柱是鞍山科技大学研制的一种磁力和重力相结合的电磁式脉动低弱磁场的磁重选矿机,它主要用于弱磁选铁精矿再精选。磁选粗精矿给入磁选柱中上部后,磁性矿粒,特别是单体磁铁矿粒由上而下,团聚与分散交替进行,再加上由下而上切向上升水流冲洗淘洗作用,使夹杂在其中的单体脉石和中贫连生体,由上升水流带动上升,在柱体上缘溢出成为尾矿,磁性矿粒在连续向下的磁力及磁团聚磁链的重力作用下从柱体的下部排出成为磁性铁精矿。弱磁选铁精矿中的SiO2多与磁铁矿呈连生体存在,即使用弱磁选多次精选也难于将SiO2含量有效降低,而采用具有重力和磁力相结合的磁选柱可以获得良好的分选效果。在对弱磁铁精矿“降硅提铁”中应用效果明显。经长沙矿冶研究院对南芬磁铁矿石实验研究,本钢南芬磁铁矿石的工业试验及马鞍山研究院对歪头山磁铁矿石扩大连选试验结果见表4。表4表明,南芬选矿厂弱磁选铁精矿含铁67.50%,SiO26.5%,经磁选柱选别后,磁选柱精矿含铁69.31%,SiO2含量下降为3.30%,铁回收率为98.50%;歪头山选矿厂弱磁选铁精矿含铁63.27%,含SiO210.85%,经磁选柱选别后,磁选柱精矿含铁69.63%,含SiO23.40%,铁回收率98.00%,说明其分选性非常好。目前在国内磁选厂已推广使用。2.3.2磁场筛选机的应用磁场筛选机与传统磁选机最大的区别是不靠磁场直接吸引,而是在只有强磁选机磁场几十分之一的均匀弱磁场中,利用单体铁矿物与连生体矿物的磁性差异,使单体磁铁矿物实现有效团聚后,增大与连生体的尺寸差、密度差,再利用安装在磁场中的专用筛子,其筛孔比给矿中最大的颗粒尺寸大许多倍,这样磁铁矿在筛上形成链状磁聚体,沿筛面滚下进入精矿箱中。单体脉石和连生体由于磁性弱,不能形成磁团聚体,以分散状态存在,极易透过筛孔而进入中矿箱中排出。因此磁场筛选机比磁选机更能有效分离开脉石和连生体,它也是靠磁力和重力实现单体磁铁矿和硅-铁脉石连生体分离的有效设备,使铁精矿品位进一步提高。同时它对给矿粒度适应范围宽,只要是已解离的磁铁矿单体就能回收为精矿,只需对透过筛下的连生体再磨再选即可。郑州综合利用研究所在徐州利国马山选矿厂应用时,给矿含铁60%,磁筛铁精矿品位66.7%,铁回收率为96.37%。如表5所列出的栾州金吉公司铁矿分选厂所进行的常规磁选及磁筛分选的效果,表明磁筛分选较常规分选效果明显提高。该设备需要再磨矿量少,经济效益好,适于在中小型选矿厂使用。2.3.4浮选柱1990年以来国外在有色金属铜、铅、锌正浮选矿中广泛使用浮选柱,在铁精矿脱硅的反浮选中也大量使用,其分选效果比传统浮选机好。长沙矿冶研究院及中国矿大对我国磁铁矿脱硅反浮选中正在进行浮选柱工业试验。初步试验结果表明硅铁分选性好,给矿含铁65%,含SiO28%～10%,经一次粗选二次扫选铁精矿品位可以提高到69%,而SiO2含量降低为3.8%。铁的回收率为97%。近几年来我国在钼、钨(白钨+黑钨)选矿生产中使用浮选柱,效果也很好,具有能耗少(比浮选机少1/3)、设备少、占地面积小的优点。目前浮选柱的优化选型也在加紧试验研究之中。国外某选矿厂生产直接还原级铁精矿中间试验结果比较见表6,表明浮选柱分选比浮选机效果好。2.3.5SLON立环脉动高梯度强磁选机近5年来江西赣州研究所研制的SLON立环脉动高梯度强磁选机在多个弱磁性红铁矿选矿厂使用,证明其效果比我国其它类型的湿式强磁选机分选性能高(铁品位及回收率均较高)。2001年在鞍钢齐大山选矿厂工业生产试验中所表现出的优越性见表7。我国近十年来铁矿选矿工艺及设备研究取得了巨大进展,2004年“鞍山式赤(磁)铁矿石英岩类型矿石选矿新设备、浮选新药剂及新工艺生产应用”获国家科技进步二等奖,其选矿工艺技术及质量指标已处于国际领先水平。研究并生产出新型高效选矿新设备6～8种已普遍在选矿厂推广生产应用。由于新设备、新药剂、新工艺的发展,使我国贫铁矿石的选矿能够生产出高铁(65%～69%)、低硅(3%～4%)的高质量铁精矿,满足了我国炼铁工业的要求和发展,对实现我国高炉炼铁“精料方针”起了重要的推动作用。那种在5年前由于我国铁矿选矿厂只能生产出含铁低(60%～65%)含硅高(8%～15%),而不受钢铁公司欢迎的低质量铁精矿日子