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我国铁矿山选矿技术成就与发展展望
  发布日期:2011/5/13 | 点击次数:3326
 
分析概括了我国铁矿山选矿新技术的发展情况,从铁矿石的选别工艺、选别设备、选别药剂等方面进行了阐述,说明了近几年来选矿新技术的应用所取得的成效,并联系当前铁矿山选矿的实际情况、以及存在的现实问题,展望了铁矿山选矿技术的发展方向与趋势。
关键词:铁矿山 选别工艺 选别设备 选别药剂 发展展望
我国铁矿石总储量约为462.32亿t(不包括台湾省),其中C级以上储量约220.31亿t[1、2],占世界总储量的17.86%左右。我国铁矿石的特点是:(1)贫矿多、富矿少。矿石平均品位低,贫矿占总储量的97.5%,入炉富矿仅占2.5%。(2)矿石类型复杂,氧化矿、多金属共生矿石及难选矿石多,且嵌布粒度细。因此几乎全部开采的矿石都需经选矿处理,以提高冶炼原料品位与有用成分综合利用程度。进入21世纪,矿产资源作为一种重要的国家战略资源,作为社会经济发展的重要基础原料,在国民经济建设、国防科技建设等方面有着举足轻重的作用。随着我国钢铁产量的飞速增长,高炉冶炼的铁原料需求量大增,对质量的要求也越来越高。铁矿山面临着巨大的机遇和挑战,应该大有作为,然而国内铁矿石的品位越来越低,而高炉炼铁对铁精矿品位要求越来越严格,国外优质铁矿石源源不断的进口强烈地冲击着国内铁矿石市场。铁矿山在这种大形势下要想生存只有加强自身技术的改造,在矿山管理、矿山技术等方面联系本矿山实际情况,不断探索,积极和高等院校、科研院所合作,加强新技术的开发应用。
可喜的是,近年来在我国选矿工作者的积极努力下,不断开拓、不断创新、积极探索、抓住机遇、敢于挑战,一批选矿科技成果已跻身于世界先进水平行列,大大促进了生产力的发展,支持了国民经济建设的发展。
1、选矿工艺取得重大突破
目前国内选矿厂处理的铁矿石主要有磁铁矿和赤铁矿两大类,其中磁铁精矿产量约占我国铁精矿产量的3/4,而且国内大部分铁矿山在选矿技术革新方面针对的也主要是这两类矿石。
1.1磁铁矿石选矿工艺的进展
我国铁矿资源比较丰富,就储量而言仅次于俄罗斯、加拿大、澳大利亚和巴西等国家[3]。在铁矿资源中,鞍山式铁矿分布最广,是我国最重要的铁矿床,其储量约占全国铁矿石总储量的一半以上,而且规模一般比较大,其矿石类型以磁铁矿为主,是当前国内铁矿选矿厂最主要的入选矿石类型。近年来出现的比较成功的新工艺具有代表性的主要有:“阶段磨矿﹑弱磁选―反浮选工艺”,“全磁选选别工艺”,“超细碎―湿式磁选抛尾工艺”。
1.1.1 阶段磨矿﹑弱磁选―反浮选工艺
我国目前入选的磁铁矿由于粒度细,使得磁团聚在选别中的负面影响日益明显,导致依靠单一的磁选法提高精矿品位越来越难,把磁选法与阴离子反浮选结合起来,实现选别磁铁矿石过程中的优势互补,有利于提高磁铁矿石选别精矿品位。阶段磨矿﹑弱磁选―反浮选工艺是我国铁精矿提铁降硅较有效工艺之一。鞍钢弓长岭选矿厂采用阳离子反浮选工艺,经
一次粗选一次精选获得最终精矿﹑反浮选泡沫经浓缩磁选后再磨﹑再磨产品经脱水槽和多
次扫磁选后抛尾﹑磁选精矿返回反浮选作业再选,精矿铁品位从64%提高至68.89%,精矿中的SiO2含量降至4%以下,铁的作业回收率98%以上。太钢尖山铁矿采用阴离子反浮选工艺流程,经高效浮选药剂一次粗选一次精选三次扫选,改造前精矿品位65.5%左右,SiO2含量为8%左右,改造后获得精矿铁品位68.9%以上,SiO2含量4%以下,反浮选作业回收率98.5%左右的指标,并且精矿浆的理化性质满足了长距离管道输送的要求。
1.1.2 全磁选选别工艺
全磁选工艺是在现有阶段磨矿﹑弱磁选―细筛再磨再选工艺流程的基础上,再用高效细筛和高效磁选设备进行精选。与反浮选工艺相比该工艺流程简单,工艺可靠,投资省、工期短、易操作。首钢矿山选矿厂入选矿石属于鞍山式贫磁铁矿,矿石呈条带状和片麻状构造,金属矿物以磁铁矿为主,有少量的赤铁矿,全磁选工艺在首钢矿山选厂应用多年,其铁精矿品位一直保持在67%左右,曾获得铁精矿质量全国冠军[6]。国内以高频振网筛、BX磁选机、磁选柱、盘式过滤机等为主要设备的全磁选工艺首先在本钢南芬选矿厂和歪头山选矿厂采用,该工艺流程切入点准确,开口少,对于优化整体工艺流程、达到降硅提铁的最终目的,既合理又经济。应用结果表明,精矿铁品位可提高至69.5%左右,精矿中的SiO2含量降至4%以下,尾矿品位和金属回收率基本不变,新增加加工成本小于20元/t。
1.1.3 超细碎―湿式磁选抛尾工艺
该工艺是将矿石细碎至5mm或3mm以下,然后用永磁中场强磁选机进行湿式磁选抛尾。该工艺对于节能降耗﹑有效利用极贫铁矿石和提高最终铁精矿质量具有特别重要的意义。马钢高村铁矿为了开发利用品位20%以下铁矿石,试验研究采用高压辊磨机将矿石细碎至3mm以下,中场强湿式磁选抛除40%左右粗粒尾矿, 将入磨物料的铁品位提高至40%左右,经再磨再选后获最终铁精矿,该工艺最终铁精矿品位达65%以上,SiO2含量降至4%以下,尾矿品位10%以下。另外,山东莱芜铁矿﹑金岭铁矿等采用锤碎机―湿式永磁中场强磁选工艺,入选物料的粒度为-5mm占80%以上,可抛除产率30%~40%左右的粗粒尾矿。
1.2 红矿选矿工艺的进展
我国红矿资源储量大,可选性差,主要分布在辽宁、河北、甘肃、安徽、内蒙、河南、湖北、山西、贵州等地。国内易选的磁铁矿资源正面临着日益短缺的局面,后备磁铁矿矿山明显不足,相对好选的红铁矿矿山大多进入深层开采时期,采矿成本逐年升高,红矿选矿一直是我国选矿界的一大难题。近年来,我国选矿科技工作者坚持不懈进行选矿攻关,针对红矿的具体特征研制出新型选矿药剂、工艺及设备,使我国红矿选矿技术取得了重大突破,工艺技术指标达到国际先进水平。
1.2.1 连续磨矿--磁选--浮选联合工艺
鞍钢调军台选矿厂在研究比较了“连续磨矿,弱磁—强磁—阴离子反浮选流程”、“连续磨矿,弱磁—强磁—酸性正浮选流程”、“阶段磨矿、重选–磁选-酸性正浮选”、“连续磨矿,弱磁—强磁—阳离子反浮选流程”等工艺后,根据实验结果确定采用“连续磨矿,弱磁—强磁—阴离子反浮选流程”,该流程结构合理、紧凑,对矿石性质变化的适应性较强,生产稳定。调军台选矿厂根据此流程改造后,在原矿品位29.60%的情况下,取得了精矿品位67.59 %以上,尾矿品位10.56%,金属回收率82.24%的指标。目前除了调军台选矿厂外,已有齐大山选矿厂、东鞍山烧结厂按此流程完成了技术改造,司家营选矿厂、舞阳红铁矿选矿厂、弓长岭红铁矿选矿厂已经按此流程开始建设,并取得了重大进展。以此流程为基础的关门山、胡家庙红铁矿选矿厂也正在筹划建设中。
1.2.2 阶段磨矿--重选--磁选--浮选联合工艺
齐大山选矿厂从2001年起采用阶段磨矿、重选-强磁-阴离子反浮选工艺流程分别取代一选车间的阶段磨矿、重选-强磁-酸性正浮选工艺流程及二选车间的焙烧磁选工艺后,一选车间的精矿品位从63.60%提高到66.21%,二选车间精矿品位从63.26%提高到66.80%,目前整个选厂自2004年4月份起铁精矿品位一直稳定在67%以上,尾矿品位也由原12.5%降至11.14%,SiO2由原8%降至目前4%以下,铁精矿品位比改造前提高3.8个百分点,尾矿品位降低1.36个百分点,一级品率达99.80%以上。鞍钢东鞍山选厂也采用该工艺获得得到了精矿品位64.49%,金属回收率76.11%的技术指标。
1.2.3 强磁—反浮选—焙烧联合工艺
目前国内红铁矿的还原焙烧磁选工艺因其成本高和铁精矿品位低应用不是很广,该工艺主要适合褐铁矿、菱铁矿等烧损较大的铁矿石。由于该类铁矿石的理论品位较低,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。马鞍山矿山研究院针对江西铁坑褐铁矿等铁矿石的试验研究结果表明,焙烧产品的铁品位可达到65%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。
2、选矿设备取得重大进展
近年来,我国铁矿石选矿工艺水平的提高得到了新型选矿设备及国外先进设备的支持,尤其是近年来在破碎、磨矿分级、选别(包括重选、磁选、浮选等)、脱水、过滤等方面研制或引进许多新型高效设备,并得到了成功应用,为选矿技术进步提供了设备保障。
2.1破碎设备
几十年来,我国的金属矿山一直为节能降耗、提高经济效益而努力,“多碎少磨”是基本的原则。破碎设备的进展主要表现在研制应用新型外动颚匀摆颚式破碎机、双腔颚式破碎机、双腔回转式破碎机、冲击颚式破碎机等独创、实用性破碎设备上。但这些设备在技术上、使用效果上和国外引进的破碎设备相比,还有一定差距。美卓、山特维克等国外公司的高效圆锥破碎机,使最终破碎粒度平均降低5~8mm。国内已经研制的的可代替细碎和一段粗磨的高压辊压机,目前正在马钢南山矿业公司等矿山进行工业试验。此外,目前柱磨机在国内部分矿山中也有一定应用,该种设备节能降耗幅度大,可提高系统的产量30%-50%以上,且设备运转率高,对环境影响小。
2.2 磨矿设备
由于球磨机是一种有很多优点的成熟设备,因此磨矿设备的研究主要集中在节能和磨机衬板上。磨机的节能降耗主要体现在磨矿设备的规格、、磨矿介质、设备结构性能,磨矿设备与工艺流程的配置方式上。磨机衬板的发展经历了从金属衬板(锰钢、高铬合金刚、硬镍合金等)到非金属衬板(橡胶衬板),再发展到磁性衬板[7],使用磁性衬板能使得磨机负荷小,使用寿命长,噪音小等优点,磁性衬板已成功应用在本钢歪头山铁矿、鞍钢齐大山选矿厂、包钢选矿厂等企业,取得了显著的经济效益。此外,对磨矿的自动控制,助磨剂的研究也有一定进展。
2.3 细粒筛分分级设备
近年来,通过不断引进消化国外的先进技术,我国的细粒筛分分级设备已达到国际水平。MVS高频振网筛在我国冶金矿山铁精矿提质降杂工艺中得到广泛应用,目前已成功应用于首钢选矿厂、本钢选矿厂、鞍钢选矿厂、武钢选矿厂等矿山企业。生产实践证明,用该细筛代替传统的尼龙细筛,筛分质效率可由不足30%提高至50%或更高,明显提高了再磨机的效率,在铁精矿提质降杂的同时节约了能耗。此外, GYX31-1207高频振动细筛,也能有效地提高铁精矿品位,该设备机械性能好,筛分效率也不错,筛网的使用寿命也较长,目前在黑山铁矿已得到成功应用。新型斜窄流分级设备在分级过程中具有单位占地面积产能大,分级效率高,性价比高,应用范围广等特点。目前已在云锡公司黄茅山选厂和云南谰沧铅矿得到有效应用。
美国德瑞克高频细筛在我国磁铁矿选矿厂也已得到应用。莱芜矿业公司、鲁南矿业公司采用该细筛代替普通尼龙细筛后,原矿处理量增加25%以上,精矿品位提高近1个百分点。
2.4 磁选设备
我国磁选设备的进展比较快,从弱磁到强磁,从电磁到永磁,从干式到湿式等,人们都做了大量的研究工作,并取得很大进展,出现了一批较高水平的磁选设备。目前国内开发研制的磁选设备主要有:a.湿式弱磁选设备,典型的包括φ1050系列永磁筒式磁选机、LP系列立盘永磁磁选机、BX系列新型高效永磁磁选机、新型BK系列专用永磁磁选机、YCMC型系列永磁脉动磁选机、磁选柱等;b.永磁大块矿石干式磁选机,具有代表性有CTDG系列永磁大块矿石干式磁选机;c.中磁场永磁筒式磁选机,代表性的有ZC、WCT系列中磁永磁筒式磁选机。d.强磁选机,主要有CS系列感应辊式强磁选机、Shp系列平环式强磁选机、Slon系列立环脉动高梯度强磁选机、DPMS系列开梯度永磁强磁选机、YCG系列粗粒永磁辊式强磁选机等。
2.5 磁--重选设备
目前复合力选矿技术取得很大进展。开发应用的磁--重选设备主要有磁选柱[9]、磁团聚重选机、低场强自重介跳汰机、CSX系列磁场筛选机等。他们的特点是复合力场,除磁力外还有重力和水动力,是磁选和重选的结合。各种力起到相互补充的作用,因而,提高了分选的选择性。这些设备现都在实际生产中得到应用,其中磁选柱、磁团聚重选机应用较广。
本钢南芬和歪头山选矿厂采用磁选柱对磁铁精矿提质降杂,精矿铁品位可提高至69%以上,精矿中的SiO2含量降至4%以下,精矿回收率达98.57%。通钢板石沟铁矿选矿厂采用8台∮600磁选柱,使精矿品位由原来的65.5%提高到67.48%,包钢选矿厂采用磁选柱处理弱磁选精矿的工业分析试验,精矿品位由61%提高到65%,SiO2含量由3.5%降至2.13%[5]。
太钢峨口铁矿选矿厂采用变径型磁聚机处理嵌布粒度极细的北区矿石,铁精矿品位由63.88%提高至66.01%。首钢水厂选矿厂采用电磁聚机代替普通永磁磁聚机的研究结果证明,铁精矿品位可提高2个百分点以上,同时亦表明可以放粗选别粒度[8]。
2.6 浮选设备
浮选设备在铁矿石选矿作业中应用很广泛,目前国内广泛应用的浮选设备主要是各种类型浮选机,类型有自吸气机械搅拌式、充气机械搅拌式和充气式三种,针对浮选机的研究主要集中在浮选机槽体结构、叶轮形状、叶轮转速、叶轮直径、定子等方面。使用教多的包括XT系列浮选机、BF系列浮选机、JJF系列浮选机、CF系列浮选机等等,近年比较新型的主要有XTB棒形浮选机,以及细粒顺流浮选机和XPM型喷射浮选机等。此外,原来广泛应用于煤炭工业的浮选柱,中科院余永富院士等在国内首次将最先进的微泡型“浮选柱”成功运用于铁矿石阳离子,近期在鞍山钢铁公司进行了成功的工业试验,不仅大大简化了工艺流程,而且选出的铁矿石纯度更高。
2.7 过滤脱水设备
近年来,过滤脱水设备有重大突破,新的过滤脱水设备主要有盘式真空过滤机、压滤机、陶瓷过滤机,最新研究开发的还有膜过滤技术。盘式真空过滤机是针对金属矿物密度大、沉降速度快、粘度大的特点进行优化设计。具有结构坚固合理、滤盘运转平稳、自动调速强搅拌、轴端密封可靠、不漏矿浆等特点。目前已有近百家选矿厂300多台盘式过滤机取代了原有过滤机,过滤指标明显改善。陶瓷过滤机是利用陶瓷板上的微孔产生毛细作用,液体在无外力情况下,靠毛细作用进入陶瓷板上的微孔孔道,并在真空泵产生的负压作用下,达到固体与液体分离的目的。鞍钢东鞍山选矿厂使用陶瓷过滤机表明,与筒式内滤机相比,过滤设备系数由0.227t/(m2.h)提高到0.757t/(m2.h),滤饼水份由13.48%降至9.41%。目前东鞍山选矿厂已将原有筒式内滤过滤机更换为陶瓷和盘式过滤机设备各50%。
3、选矿药剂不断更新
选矿药剂的进步对我国铁矿石选矿工艺的发展特别是提铁降硅工作的开展起到了重要作用。国内研制的铁矿浮选药剂主要有捕收剂和抑制剂,捕收剂又分为阴离子捕收剂、阳离子捕收剂、螯合捕收剂3大类。
近几年我国选矿工作者主要是对脂肪酸类、石油磺酸盐类进行改性和混合用药,使其选择性明显提高,捕收能力增强,尤其是在阴离子反浮选捕收剂方面取得重大进展。新型高效阴离子捕收剂SH-37、MZ-21、RA-515分别在鞍钢调军台选厂、齐大山选厂和东鞍山烧结厂等红铁矿选厂应用获得了成功,铁精矿品位达到66%~67%以上,吨精矿药剂成本降低15%以上,对温度的适应性增强,经济效益显著。用于磁铁精矿提质降杂的新型高效捕收剂MD-28、MH-80分别在鲁南矿业公司和太钢尖山铁矿等推广应用,磁铁精矿品位提高至69%以上。新近研制的 MH-88特效捕收剂用于选别舞阳铁山庙贫赤铁矿石,获得铁精矿品位65%以上,金属回收率72.56%的良好指标。
阳离子捕收剂主要是胺类捕收剂,用于浮选硅质矿物,包括脂肪胺和醚胺。国内采用胺类捕收剂的选矿厂不多,且药剂种类较少,主要以十二碳脂肪胺和混合胺为主。 鞍钢弓长岭选厂采用了新型阳离子捕收剂YS—73。此外,武汉理工大学研制的新型阳离子捕收剂GE—601,具有耐低温、效率高的特点,不仅可解决十二胺存在的问题,而且可不需通过磁选抛尾而直接抛尾,从而可简化工艺流程。
螯合捕收剂能与矿物表面的金属离子形成稳定的螯合物,其选择性比脂肪酸类捕收剂明显提高。如水溶性的羧甲基淀粉在鞍钢调军台选厂应用于工业生产,大大简化了药剂的配制过程且降低了生产成本,年创效益300万元以上。铁精矿脱硫特效活化剂MHH-1对脱除铁精矿中的硫化矿特别是磁性较强、可浮性较差的磁黄铁矿具有明显效果,与其他活化剂相比,MHH-1具有用量少、成本低、脱硫效果明显等特点,目前该产品已经在多家矿山成功应用,因此该产品的研制为铁精矿提铁降硫提供了新途径。
4、我国铁矿山选矿技术的发展方向
虽然我国铁矿部分选矿工艺技术和精矿质量已达国际先进水平,但我国铁矿石贫、杂、细及种类多的特点,钢铁工业对铁精矿的新要求等给我国选矿工作者提出了新的挑战。因此,我国冶金矿山选矿技术还有着更深的发展:
(1)在推广应用以磁选-反浮选、高效磁选(磁重选)等为代表的高质量铁精矿选矿技术的同时,选矿工艺流程应该尽可能的高效、简单,因此应加强对选矿设备、选矿工艺的研究,尽可能以最合适的流程取得最佳的效果。反浮选工艺对提高金属的回收率具有重要的应用前景,应积极加强对反浮选药剂的研究[6]。
(2)在继续重视铁精矿提铁降硅技术的同时,今后应重视降低其它有害杂质技术的研究,包括S、P、K、Na、F等。
(3)应进一步加强嵌布粒度极细红铁矿及复合多金属红铁矿石选矿技术的研究,以进一步提高我国贫红铁矿石的利用率。
(4)在磨矿、选别设备方面,今后应抓好节能型超细碎设备的引进及合作开发,应加大引进和消化国外先进技术装备工作,尽快提升我国铁矿石整体技术装备水平。同时配套考虑粗粒抛尾工艺及相关设备的开发研究工作。应进一步加强能有效回收微细粒铁矿物的节能型选矿设备的研制,包括强磁设备的永磁化、微细粒浮选机及浮选柱等。要对具有多段连选性能的多筒磁选机更深入地研究。
(5)在选矿药剂方面,应着重于研制对各种矿石适应性强、高效、耐低温、无毒的药剂;研究同时配制、同时添加的复配药剂;目前应重点研发出能浮选非石英硅酸盐类脉石矿物的高效捕收剂、扩大反浮选工艺的应用范围。
(6)在浮选设备方面目前的研究主要向大型化和节能化方向发展,浮选粒级下限降低,把复合力场引入到浮选机中,此外浮选机的自动控制方面也应加强研究。对于浮选柱在铁矿山中的应用还有很大工作要做,具有较大前景。
(7)在过滤脱水设备方面:①研究与开发高效过滤介质;②开发多功能一体化元器件,增强密封性;③发展复合过滤技术设备;④设备大型化、节能和自动化。
参考文献
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