為了改善高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提高鐵礦資源有效利用率和自產(chǎn)礦石的競爭力，最終實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)整體效益最大化，促使鐵礦石選礦技術(shù)向著提鐵降雜的方向發(fā)展。本文通過入爐鐵精礦品位對高爐煉鐵效益影響的分析，闡述了提高入爐鐵精礦品位對提高鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈效益的重要性，介紹了近年來選礦廠圍繞提高鐵精礦質(zhì)量降低選礦生產(chǎn)成本所采取的措施，綜述了我國在高效分選新工藝新設(shè)備和新型藥劑等研發(fā)方面的技術(shù)步，指出了未來的發(fā)展方向。
2002年提出了對鐵精礦采用提鐵降雜技術(shù)進(jìn)行鐵前降硅(雜)，形成鋼鐵企業(yè)/集團(tuán)利益最大化的理論，促進(jìn)了我國鐵礦石選礦技術(shù)和鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展。
當(dāng)時國內(nèi)的煉鐵工業(yè)形勢是國產(chǎn)鐵精礦不僅鐵品位低，更重要的是SiO2含量高。我國磁鐵礦精礦一般含鐵62%-66%，含Si02 7%-10%；氧化鐵礦石鐵精礦一般含鐵55%-63%，含Si02 8%-12%。而進(jìn)口國外鐵精礦：巴西粉礦鐵品位65%-66%、塊礦鐵品位66%-67%，其SiO2含量僅0.5%-1.5%；澳大利亞粉礦鐵品位63%，塊礦64%-65%，其SiO2含量只有3%-4%。由于國產(chǎn)鐵精礦質(zhì)量低，導(dǎo)致我國高爐入爐鐵品位低，消耗礦石、煤和焦炭量大，高爐利用系數(shù)低、效益低；而國外成品鐵礦石則由于品位高、Si02含量低，從而使高爐利用系數(shù)高、效益高。國內(nèi)煉鐵企業(yè)為了獲取高爐煉鐵的最大效益，都愿意多“吃”優(yōu)質(zhì)進(jìn)口鐵礦石，并逐步減少國內(nèi)鐵礦山自產(chǎn)鐵精礦的使用比例。
為改變國產(chǎn)鐵精礦不受國內(nèi)鋼鐵公司歡迎的這種不利局面，國內(nèi)鐵礦山選礦廠轉(zhuǎn)化思路，徹底拋棄從前只在選礦廠內(nèi)部討論“合理鐵精礦品位和回收率”框框的束縛，把鐵精礦質(zhì)量高低擴(kuò)展到選礦 - 煉鐵的大范圍來研究和討論，以追求選礦-煉鐵效益最大化為自標(biāo)。從而為我國鐵礦選礦工業(yè)發(fā)展開啟了新的研究方向。
1選礦廠提高鐵精礦質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的措施
提鐵降硅（雜）思想提出后，國內(nèi)選礦廠從追求合理鐵精礦品位和回收率，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰非筇岣哞F精礦質(zhì)量、節(jié)能減排、增加經(jīng)濟(jì)效益為中心，開發(fā)了適合各種類型鐵礦提質(zhì)降雜、降本增效的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備和新藥劑，現(xiàn)已取得了顯著的成效。
1.1采用預(yù)選工藝
預(yù)選是指礦石在進(jìn)入磨礦作業(yè)之前，用適宜的選礦方法預(yù)先分離出部分尾礦的選別作業(yè)。由于冶金工業(yè)的快速發(fā)展，對鐵礦石的需求量越來越多，加之采礦工業(yè)的發(fā)展，采用先進(jìn)的采礦方法和大型的采掘設(shè)備，使采出的礦石品位下降，貧化率增加。為了提高人磨礦石品位，降低選廠能耗，減少磨礦量，近年國內(nèi)外磁選廠廣泛采用預(yù)選工藝。
本鋼歪頭山鐵礦選礦廠，在粗碎之后人自磨前，對0-350mm 的礦石采用CTDG1516型大塊礦石永磁干式磁選機(jī)預(yù)選，拋廢產(chǎn)率12%-13%，使入磨礦石品位提高3.62個百分點，磁性鐵回收率99%以上，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1000萬元以上。鞍鋼弓長嶺選礦廠一選車間，采用CTDG-1220N型大塊礦石永磁干式磁選機(jī)對0-75mm的中碎產(chǎn)品預(yù)選，原礦品位31.61%，精礦品位33.68%，尾礦產(chǎn)率8.73%、品位9.97%，鐵回收率97.04%，年經(jīng)濟(jì)效益4350萬元。首鋼水廠選礦廠對0-12mm的細(xì)碎產(chǎn)品采用C80型永磁磁滑輪，一粗一掃工藝干式預(yù)選，可丟棄產(chǎn)率8%-9%，品位10.50%合格尾礦，入磨礦石品位提高1-1.5個百分點。所丟棄尾礦量基本等于增加一個系統(tǒng)的磨礦量，為多產(chǎn)精礦提高精礦質(zhì)量創(chuàng)造了有利條件。
昆鋼王家灘菱鐵礦采用長沙礦冶研究院研制的磁選機(jī)對0-6mm原礦進(jìn)行粗粒預(yù)選，可將菱鐵礦品位由31.45%提高到35.18%，預(yù)選效果顯著。酒鋼樺樹溝鐵礦總儲量2.7億t，主要鐵礦物為鏡鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦，均屬弱磁性鐵礦；脈石礦物為碧玉、重晶石、石英。為提高選礦廠入磨礦石的鐵品位，樺樹溝鐵礦完成了年處理量450萬t的預(yù)選拋尾工程項目，拋尾設(shè)備采用美國奧托昆普公司的永磁強(qiáng)磁選機(jī)，對15-30mm粒級塊礦進(jìn)行預(yù)選，可拋掉產(chǎn)率13.66%、品位10.43%的合格尾礦，入磨礦石鐵品位由34.12%提高至37.86%；對0-15mm粒級粉礦進(jìn)行預(yù)選，拋掉的尾礦產(chǎn)率為11.04%、品位為12.13%，入磨礦石鐵品位則由31.90%提高到34.35%。降低了鐵礦山的出礦品位，減少了運(yùn)輸成本和選礦加工費(fèi)用。
預(yù)選工藝的另一個優(yōu)點是可以拋出較粗粒級的合格尾礦，將其直接填充至采空區(qū)，不僅可以解決尾礦的排放問題，而且降低了充填成本，具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 采用多碎少磨工藝
破碎磨礦作業(yè)能.耗約占選礦廠總能耗的50%-70%，其中磨礦作業(yè)的能耗又占碎磨作業(yè)能耗的80%以上，降低磨礦作業(yè)能耗的有效途徑就是降低入磨礦石粒度，即多碎少磨。主要措施是采用大型化、大破碎比、高效、低耗的新型破碎設(shè)備，使入磨礦石粒度降低。近年來，我國選廠通過引進(jìn)山特維克(Sandvik)、美卓(Metso)等國外公司的高效液壓圓錐破碎機(jī)，使入磨礦石粒度降至0-12 (10)mm，節(jié)能降耗效果明顯。如太鋼尖山鐵礦擴(kuò)建后的破碎系統(tǒng)通過將6臺國產(chǎn)2200型圓錐破碎機(jī)(中碎2臺、細(xì)碎4臺）全部更換為生產(chǎn)能力大、破碎效果好的進(jìn)口美卓HP-500型破碎機(jī)和山特維克H-8800型破碎機(jī)，使破碎產(chǎn)品粒度-12mm含量達(dá)到90%左右，選礦廠整體產(chǎn)能提高8%以上，小時節(jié)約電耗128kW。
采用高壓輥磨機(jī)也是降低入磨礦石粒度的有效措施。高壓輥磨機(jī)由于利用層壓破碎的工作原理，能量利用率高，礦石粉碎能耗一般為0.8-3.0kW ? h/t，比常規(guī)的破碎設(shè)備節(jié)能30%左右，系統(tǒng)產(chǎn)量提高25%-30%。目前已在國內(nèi)鐵礦選廠得到推廣和應(yīng)用。
馬鋼南山鐵礦凹山選礦廠通過引進(jìn)1臺德國魁伯恩(Koeppern)公司RP630/17—1400型高壓輥磨機(jī)將0-18mm細(xì)碎產(chǎn)品破碎到0-3mm，使選礦廠的處理能力由550萬t/a提高至700 萬 t/a。
1.3 應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備
影響磁選精礦品位的主要是磁性鐵礦物和石英脈石的連生體，單靠多次磁選無法把連生體分選出去，只有采用反浮選技術(shù)，利甩連生體中石英和浮選藥劑作用后，石英表面疏水可以粘附在氣泡上易于浮選的特性，實現(xiàn)連生體與鐵礦物的分選，達(dá)到脫硅提高鐵精礦質(zhì)量的目的。
進(jìn)一步提高國產(chǎn)鐵精礦質(zhì)量的需求，也帶動了高效新型選礦設(shè)備的研究與發(fā)展。2000年以來，國內(nèi)研制出多種選別磁鐵礦石的精選設(shè)備，如：磁力和重力結(jié)合的磁-重脈動低磁場的磁重選礦機(jī)（磁選柱、淘洗磁選機(jī))、磁力和粒度篩分相結(jié)合的磁場篩選機(jī)、高頻振動篩以及多磁極的BX弱磁選機(jī)等，這些精選設(shè)備可有效地分散物料的磁團(tuán)聚，排出其中夾雜的貧連生體和脈石礦物’提高鐵精礦品位。
對于弱磁性赤(褐）鐵礦的分選，除了常用的Slon型立環(huán)脈動高梯度強(qiáng)磁選機(jī)外，近年國內(nèi)又研發(fā)了用于回收微細(xì)粒弱磁性赤(褐）鐵礦的新型高效ZH型組合式濕式強(qiáng)磁選機(jī)，其具有分選磁場強(qiáng)度高，對細(xì)粒級礦物回收效果好、回收率高等優(yōu)點。該機(jī)采用隔粗篩加三道分選盤式結(jié)構(gòu)，前置專門配套的隔粗裝置隔除礦漿中的機(jī)械夾雜和少量粗顆粒礦渣，分選主體采用梯度高達(dá)105高斯的多層感應(yīng)磁極介質(zhì)及三盤對應(yīng)的介質(zhì)參數(shù)，形成上盤0.1-0.3T的弱磁選體系，以回收少量強(qiáng)磁性的磁鐵礦和假象赤鐵礦，中盤是1-1.5T磁場強(qiáng)度的中磁選體系，用于回收中粗粒級赤鐵礦，下盤磁場強(qiáng)度高達(dá)1.7-1.8T，對于回收微細(xì)粒赤鐵礦及易泥化的褐鐵礦極其有效。安徽李樓鐵礦二段強(qiáng)磁掃選分流對比試驗結(jié)果表明，在給礦條件相同的情況下，與Slon立環(huán)強(qiáng)磁選機(jī)相比，ZH型強(qiáng)磁設(shè)備分選所得鐵精礦品位高出0.3個百分點，尾礦品位低10.09個百分點，磁選作業(yè)回收率高26.57個百分點。
1.4 研發(fā)新型選礦藥劑
由于我國貧赤鐵礦嵌布粒度微細(xì)，細(xì)磨過程中泥化嚴(yán)重，因此耐礦泥的陰離子反浮選技術(shù)在國內(nèi)廣泛應(yīng)用，伴隨該技術(shù)而開發(fā)的脈石礦物以石英為主的鞍山式鐵礦高效利用的NaOH、苛化淀粉、石灰和脂肪酸類捕收劑四種藥劑制度組合也成為經(jīng)典的藥劑制度而沿用至今，雖然各研究院所及企業(yè)在陰離子捕收劑種類上推陳出新、百家爭鳴，但20多年來始終沒有超越該工藝流程.開發(fā)之初所確立的原則工藝流程、四種反浮選藥劑、30oC以上的浮選溫度等關(guān)鍵技術(shù)根本。
近年在陰離子浮選藥劑研發(fā)方面取得的主要成績是開發(fā)出了高效利用太鋼袁家村鐵礦、安徽李樓鐵礦等難選鐵礦的陰離子浮選藥劑，這類型鐵礦的主要特點是脈石礦物除石英外，還有相當(dāng)部分的角閃石、綠泥石等含鐵硅酸鹽礦物，新研發(fā)的藥劑不僅對綠泥石、角閃石有很好的選則性，同時還具有溫度適應(yīng)范圍廣、耐礦泥的特點。近年一些新研發(fā)藥劑的工業(yè)應(yīng)用情況列于表1中。
從表1中可以看出，對于安徽李樓鐵礦，新藥劑與現(xiàn)場原藥劑二者在用量相當(dāng)?shù)臈l件下，采用新藥劑獲得的浮選指標(biāo)有較大提高；對于太鋼尖山鐵礦和司家營鐵礦，在獲得浮選指標(biāo)相近的情況下，采用新藥劑浮選的直接效果是藥劑用量大幅度減少。與現(xiàn)場原藥劑相比，三個礦山采用新藥劑后的浮選溫度均得到降低，其中以司家營鐵礦的浮選溫度降幅最大，高達(dá)15oC。以司家營鐵礦浮選溫度降低15oC進(jìn)行節(jié)能減排計算分析可知，可以節(jié)省鍋爐及供暖設(shè)備投資以及帶來的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用2424萬元/年，其他藥劑費(fèi)用節(jié)約605.16萬元/年；同時溫度降低具有顯著的環(huán)境保護(hù)效益，按年處理量300萬t選廠計算，每年可以少用6.06萬t原煤，按工業(yè)鍋爐每燃燒一噸標(biāo)準(zhǔn)煤，就產(chǎn)生二氧化碳2.62t，二氧化硫8.5kg，氮氧化物7.4kg計算，一年可以少排二氧化碳15.88萬t，二氧化硫515.1t，氮氧化物448.44t。
2未來研究方向及工作重點
進(jìn)一步提高鐵精礦質(zhì)量、促進(jìn)高爐煉鐵降本增效的研究方向及工作重點應(yīng)集中在以下兩個方面：
選礦作業(yè)
1) 加強(qiáng)預(yù)選拋尾技術(shù)與裝備的開發(fā)與應(yīng)用，包括研制高效大型破碎設(shè)備、大型粗粒濕式磁選設(shè)備、大型干式預(yù)選強(qiáng)磁選設(shè)備以及粗粒重選拋尾設(shè)備等；
2) 研發(fā)大處理量超細(xì)磨礦設(shè)備、選擇性磨礦和分級技術(shù)；
3) 研發(fā)高效復(fù)合力場弱磁設(shè)備、大處理量高場強(qiáng)強(qiáng)磁設(shè)備、微細(xì)粒鐵礦高效浮選設(shè)備；
4) 研發(fā)鐵礦物與各類型含鐵硅酸鹽脈石礦物選擇性分離的高效環(huán)保浮選藥劑；高效綠色耐低溫的鐵礦選礦藥劑；微細(xì)粒浮選技術(shù)(如微泡浮選技術(shù))；
5) 加強(qiáng)選礦過程中清潔生產(chǎn)，包括研發(fā)新型環(huán)保藥劑、減少固體廢物排放(如通過尾礦充填實現(xiàn)無尾排放)、尾礦水的清潔循環(huán)利用等。加大對礦山固體廢棄物的利用領(lǐng)域拓展方面的研發(fā)投人。
高爐煉鐵作業(yè)
(1) 結(jié)合原料特點改進(jìn)煉鐵工藝。精礦質(zhì)量提高以后，精礦中礦物的組成發(fā)生了變化，后續(xù)高爐煉鐵作業(yè)也應(yīng)該根據(jù)原料質(zhì)量提高，研發(fā)出適宜礦石性質(zhì)改變得新工藝。
(2) 研發(fā)高效低成本控制粉塵和煙氣的新技術(shù)與新裝備，控制煉鐵時從尾氣排入大氣中的SO2、CO2、粉塵等對環(huán)境的影響，實現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)。
3結(jié)語
1) 提高鐵精礦品位、降低硅、鋁等雜質(zhì)含量是提高高爐煉鐵效益的重要途徑。
2) 加大國產(chǎn)鐵礦選礦技術(shù)研發(fā)投入、創(chuàng)新驅(qū)動礦業(yè)技術(shù)升級提高鐵精礦質(zhì)量并降低其生產(chǎn)成本是促進(jìn)鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、提高國際競爭力的關(guān)鍵措施。
3) 在選礦技術(shù)、藥劑和裝備的研發(fā)方面，重點強(qiáng)化選擇性分離效果以提高產(chǎn)品質(zhì)量、強(qiáng)化微細(xì)粒礦物的回收以提高資源利用率。
4) 著眼高端綠色發(fā)展，拓展冶金礦山大宗固體廢棄物、鋼鐵企業(yè)冶金渣綜合利用領(lǐng)域，研發(fā)高爐廢氣、固體懸浮物處理技術(shù)與裝備，減少三廢排放，是鋼鐵行業(yè)健康發(fā)展的需要，也是企業(yè)的社責(zé)任。
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