鄂西高磷铁矿开发技术路线之思考

中南冶金地质研究所矿物工程研究中心湖北省矿物材料及应用工程技术研究中心二〇一二年七月·济南鄂西高磷铁矿开发技术路线之思考贺爱平1.鄂西高磷铁矿资源现状鄂西是我国高磷鲕状赤铁矿矿集区，已探明资源量20亿吨，潜在资源量15亿吨以上。矿床规模大而集中，在面积不大的宜昌、恩施两地区，有大型铁矿4处、中型铁矿25处（部分经进一步勘查可上升为大型）、小型铁矿23处。鄂西铁矿资源总量堪比我国十大铁矿任一矿区的资源量，其资源量占全国同类铁矿资源总量的53.6%，占湖北省铁矿资源总量的68.2%，占湖北省铁矿保有储量的80%以上，是湖北省乃至我国未来铁矿资源的重要保障。因矿石中铁矿物嵌布粒度微细、磷含量高，铁矿物与铝、硅、磷质脉石矿物呈鲕状、豆状、肾状等复杂形式产出，机械选矿提铁脱磷困难，精矿铁品位难于提高而磷难于完全脱除，使得这一类铁矿资源一直不能满足我国钢铁企业现有生产工艺的需求，未能大规模开发利用。鄂西高磷铁矿的化学组成特点是贫铁、高磷、低硫。主要矿区化学分析结果见表1（幻灯片中文字和表格顺序与论文集中有变化，但不矛盾，下同）。表1主要矿区化学分析结果矿区名称化学成分%TFePSSiO2CaOAl2O3MgO宜都松木坪45.950.990.0313.955.518.871.07宜昌官庄38.720.420.1111.62秭归杨柳池38.320.940.04322.72长阳田家坪37.800.770.1813.40长阳火烧坪37.850.900.0699.1214.264.622.19长阳青岗坪43.700.850.02610.83长阳马鞍山39.441.440.04717.786.030.08长阳石板坡40.610.820.08115.107.967.011.18五峰谢家坪37.770.560.06717.663.628.861.09五峰阮家河43.190.800.03517.5五峰黄粮坪47.530.66五峰龙角坝40.950.800.1412.26恩施铁厂坝42.830.500.02522.62建始伍家河40.110.570.0217.3112.5010.01.50建始太平口41.330.820.2216.46建始十八格45.260.760.05312.092.2110.47建始尹家村33.230.900.01525建始官店45.110.930.02612.447.06.671.35巴东黑石板38.370.940.014巴东仙人岩39.840.790.2516.133.765.191.10巴东瓦屋场38.170.750.13巴东龙坪43.400.870.04320.195.07.00.85宣恩长潭河41.951.100.0413.496.896.991.52鄂西高磷铁矿的矿物组成也较复杂（见表2）。组成矿石的矿物有20余种，可分为铁矿物（工业利用矿物）,磷矿物、硫矿物（冶金有害矿物），脉石矿物及其他矿物。表2鄂西高磷铁矿矿物组成铁矿物磷矿物硫矿物脉石矿物其他矿物主要次要赤铁矿褐铁矿（针铁矿、水针铁矿）菱铁矿铁白云石磁铁矿鲕绿泥石胶磷矿磷灰石(碳磷灰石氟磷灰石）黄铁矿方解石白云石石英玉髓粘土矿物白云母电气石绿帘石海绿石锆石蛋白石绢云母斜长石金红石黄铜矿硬锰矿菱锰矿铁矿物组成并不简单，具有多个含铁矿物相。其中最主要的是赤铁矿，其次是磁铁矿、菱铁矿、鲕绿泥石和褐铁矿。部分矿区岩矿鉴定和化学物相分析结果见表3。表3部分矿区矿石矿物组成（岩矿方法定量）矿区名称矿物组成火烧坪赤铁矿65%，方解石13.16%，白云石12.15%，胶磷矿5.33%，石英3.47%，其他0.39%松木坪赤铁矿40-55%，胶磷矿5%，石英3%，玉髓5-7%，海绿石、鲕绿泥石少量，碳酸盐少见。阮家河砂质鲕状赤铁矿石：赤铁矿45-50%，绿泥石20%，石英30%，褐铁矿15-20%；菱铁矿质鲕绿泥石矿石：褐铁矿50-80%，石英5-40%，硬锰矿10-15%，绿泥石10%官店赤铁矿58%，石英24%，胶磷矿7%，方解石6%，白云石2%，绿泥石2%，其他1%十八格赤铁矿65-75%，鲕绿泥石2-3%，石英5-7%，泥质物20%黑石板Fe4：鲕绿泥石20-90%，赤铁矿0-30%，菱铁矿0-35%，石英0-20%，玉髓0-5%，粘土矿物0-40%，蛋白石0-5%，白云石0-5%Fe3：赤铁矿35-95%，菱铁矿0-60%，绿泥石0-60%，石英0-70%，方解石0-30%，白云石0-40%，蛋白石0-5%，粘土矿物0-30%2.鄂西高磷铁矿开发现状在鄂西的宜昌、恩施两地区，正式注册成立的高磷铁矿开发（试验）独立法人单位八家，已颁发水泥配料用铁矿矿权证约20家，已批准设置水泥配料用铁矿约30家（大多主要出售冶金用铁矿），另有一些偷盗采活动。这些单位或个人除个别是在进行高磷铁矿选冶试验研究外，大多在从事原矿采售，矿石销往涟钢、重庆和山西等地。品位在50%以上的矿石，单吨毛利在200元左（2011年）。巨大的铁矿需求和过高的铁矿价格，使得廉价的高磷铁矿作为低磷高铁冶炼原料的配矿使用，冶炼企业和矿石开采者均有利可图。上述铁矿开采、销售有着很大的市场需求，与我国近十年来铁矿价格不断大幅攀升、冶炼用矿石供应较为紧张关系密切。表4是我国钢铁产量、矿石供给量、价突增年分的统计结果。中国钢铁生产部分指标年份（年）生铁（万吨）粗钢（万吨）国产铁矿石（万吨）进口铁矿石（万吨）TFe65%铁精矿价（元/吨）19492518.559//19803802371211258725/199062376635180001434.2/199711511108912686155114402000130371257924000699746020021707418155231431114955020032023122011261081483158020053370034900509002729565020064041742266588173200072020084706751306824004440017002010597336270010720061900140020116300068300132694686501500表43.开发鄂西高磷铁矿的意义我国钢铁产量巨大，铁矿石自给率低，对进口铁矿依赖程度高，致使近十年来国际铁矿价格一路大幅上扬（参表1）。虽然进口优质铁矿提高了钢铁冶炼原料品质，使高炉冶炼技术指标有较大提升，但过高的铁矿价格冲兑了上述技术指标提升带来的效益，导致全国钢企利润率极低。2011年，我国一部分钢企出现亏损，全国大中型骨干钢企平均利润率仅为2.4%。为应对国内铁矿供应不足的瓶颈，我国加大了国外矿权投资、整顿铁矿进口秩序等措施。但国外投资环境复杂多变，勘查和开发的各项成本高，故对国外铁矿依赖的程度不能太高，勘查和开发国内铁矿资源是保障我国铁矿资源战略安全的基础。因此要加强国内铁矿开发，大力推进鄂西高磷铁矿开发利用，从而将这一铁矿战略资源转化为反击国际铁矿寡头垄断、平抑国际铁矿价格的战术资源。鉴于我国严峻的铁矿供给形势、国家铁矿资源开发战略与规划、和近些年高磷铁矿选冶技术的较大突破，鄂西高磷铁矿已具备了较好的半工业乃至工业开发试验条件。目前不规范的采售总量每年也有数百万吨，说明该类铁矿可用、市场容量较大、利润不菲。科学、规范、有序地开展鄂西高磷铁矿开发利用工作，有利于资源保护和统筹规划，便于加强资源管理、理顺矿权关系，将借名开采和偷盗采等半非法与非法开采转为合法而规范的明采。采用何种工艺技术路线开发利用这一资源，则需根据不同矿区矿石工艺特征和不同投资主体的目标意愿来确定。鄂西高磷铁矿有其独特的矿石性质。一是铁矿物的微细粒嵌布特征和矿石的鲕状构造，决定了这类矿石选矿的产品（或选矿的目标）是铁矿物集合体而非解离了的单体铁矿物，在保证回收率的前提下，机械选矿产品的全铁品位只能达到55%～60%。二是矿原品位波动大，低者刚达到工业品位，高者达55%以上；三是酸性至碱性矿石均存在。四是不同矿区产出的矿石，铁矿物种类有异，一般而言，大多数矿区的矿石以赤铁矿为主，而部分矿区或矿层则有大量褐铁矿、菱铁矿、鲕绿泥石存在；最近中南冶金地质研究所还在宜昌五峰县等地发现大量磁铁矿（图1、图2）。4.鄂西高磷铁矿开发技术路线之探讨图1宜昌五峰县龙角坝磁性铁矿层（2011年3月）图2宜昌五峰县西淌铁矿中自形半自形磁铁矿光片（－）×130基于矿石工艺性质特征、选冶技术进展、冶金产品发展方向、业主投资意愿和市场需求状况，笔者认为，鄂西高磷铁矿的开发技术路线有如下四种：一是直接作为冶炼配矿使用。对行TFe＞50%的富矿，直接出售给钢铁冶炼厂，配进高铁低磷矿一起冶炼。如此使用该类矿石，可避免选矿过程中铁的流失，提高资源利用率。二是深选提铁降磷，获得TFe55%左右，P＜0.3%、铁回收率70%左右（工业生产）的铁精矿，供钢铁冶炼使用。北京矿冶研究总院邵广全教授等，对宜昌长阳火烧坪高磷铁矿进行了实验室反浮选扩大试验研究，获得的铁精矿TFe＞57%、P0.22%、铁回收率＞78%。该工艺矿石入选粒度较粗（70%-0.075mm），并将磁铁矿选矿中精矿细筛除杂工艺加以应用，所获铁精矿各项技术指标均较好。这一技术已在长阳新首钢矿业有限公司50万吨规模工业试验选厂得到较好应用。中国地质科学院矿产综合利用研究所张裕书研究员等，在实验室扩大试验条件下，采用脱泥—阴离子反浮选脱磷—阳离子反浮选脱硅工艺（选矿综合成本为150元/吨精矿左右），处理重庆巫山桃花高磷酸性富矿（TFe50%左右），铁精矿TFe＞56%、P0.18%、回收率＞80%；采用强磁选—反浮选脱磷脱硅工艺处理巫山桃花酸性贫矿，扩大试验结果为铁精矿TFe53.41%、P0.26%、回收率＞70%。这一成果获得了业主重钢公司的认可，认为“工艺流程简单、环保、经济、实用、易工业化”，为此，重钢公司在巫山桃花矿区正在兴建年处理80万吨矿石工业试验选厂。深选的目的是合理提高入炉铁品位，降低磷含量，为炼铁炼钢创造条件。鄂西高磷铁矿中TFe＜45%的贫矿量最大，矿石中富铁鲕粒含铁多在55%-65%，贫铁鲕粒含铁则在35%-55%；根据对多个矿区贫铁矿石选矿产品的考查，精矿中鲕状赤铁矿集合体含铁多为45%-60%。因此，对贫高磷铁矿进行选矿，获得全铁品位为55%左右的精矿是合理的，也是鄂西高磷铁矿开发利用的主要方向。三是加盐深度还原焙烧，生产TFe90%左右、P＜0.1%(正在向双零努力）、铁回收率90%左右的直接还原铁产品；研究结果还认为，采用该类工艺处理鄂西高磷铁矿，磁选产生的尾矿为高铝高硅矿物微细粉体，因经过高温焙烧，硅、铝质具有一定反应活性，其物化性质类似炼钢厂细磨矿渣，经激发剂作用，可与水泥熟料矿物成分反应，因此可作为水泥混凝土矿物掺合料使用，从而实现该工艺的无固体废弃物排放。这一开发技术路线中铁的利用率高、脱磷较为彻底、产品附加值较高。但工业焙烧设备研制尚不完善。考虑到成本控制因素，这一方案适合处理TFe＞45%的矿石或选矿精矿。（还原铁用途广泛，除作电炉炼钢、特别是冶炼优质钢原料外，还可作过滤材料、粉末冶金材料、电焊条材料、化工催化剂、贵金属及有色金属还原剂、钢材切割辅材等。）我国还原铁大部分需进口，用鄂西高磷铁矿生产还原铁是可行的和有市场潜力的。四是高品位原矿或机械选矿精矿直接冶炼高磷铁水，在转炉中通过顶底吹脱磷，或在铁水沟、鱼雷罐及专用冶金炉中进行三脱预处理，脱磷后的铁水再进入转炉精炼。（转炉吹炼脱磷工艺技术始于上世纪三十年代法、德、比、卢和前苏联等国，用于处理高磷铁水并综合回收钢渣磷肥。后发展为氧气顶吹转炉冶炼、氧气底吹转炉冶炼和顶底复吹转炉冶炼对高磷铁水脱磷，同时回收钢渣磷肥。）（为进一步降低钢产品中磷含量，提高钢种规格和质量，也为减轻转炉炼钢负担、缩短转炉冶炼周期、提高转炉产量、减少转炉渣量、节省转炉造渣成本，在前述高炉冶炼高磷铁矿—转炉顶（底或顶底复）吹脱磷工艺的基础上，日本、美国和韩国等一些冶金技术比较先进的国家，相