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我国铁矿资源综合利用现状及存在问题

1.铁矿资源储量及其特点
    我国铁矿资源分布非常广泛,遍及全国31个省、市和自治区的700多个县、旗。截止2006年底,全国铁矿石查明资源储量607.26亿t,其中,基础储量220.92亿t,占36.4%,资源量386.34亿t。辽宁、四川、河北、山西、云南五省合计查明资源储量372.52亿t,占总查明资源储量的61.3%。
    我国铁矿资源多而不富,以中低品位矿为主,富矿资源储量只占1.8%,而贫矿储量占47.6%。中小矿多,大矿少,特大矿更少。矿石类型复杂,难选矿和多组分共(伴)生矿所占比重大。难选赤铁矿和多组分共生铁矿石储量各占全国总储量的1/3,共伴生组分主要包括V、Ti、Cu、Pb、Zn、Co、Nb、Se、Sb、W、Sn、Mo、Au、Ag、S、稀土等30余种,最主要的有Ti、V、Nb、Cu、Co、S和稀土等,有的共(伴)生组分的经济价值甚至超过铁矿价值,如白云鄂博铁矿中含有丰富的REO和Ta、Nb;攀枝花钒钛铁矿中的V和Ti储量居世界前位。随着分离和应用技术的提高,这些共(伴)生组分将得到充分的综合回收利用。有些红矿有用组分嵌布粒度细,或者与有害组分嵌布紧密,难以选别回收,造成铁矿物选矿回收率低,大量有用组分流失到尾矿中。有些以中低品位为主但易采易选的磁铁矿矿床,其中夹有大量边际效益的低品位矿石,如有适当的经济刺激政策,也可得到充分开发利用。
    2.开发利用现状及开发过程中资源的利用情况
    随着我国国民经济迅速发展,国内钢铁市场需求日益强劲,近20年来,钢产量翻了几翻,对铁矿石的需求量呈不断增长的趋势,对铁矿山建设也提出了更高的要求。目前我国已形成具有年产铁矿石5亿t能力的生产体系,并建成鞍山—本溪、西昌—攀枝花、冀东—密云、五台—岚县、包头—白云鄂博、鄂东、宁芜、酒泉、海南石碌、邯郸—邢台等重要铁矿原料基地,铁矿石采掘规模居世界第一,但仍不能满足日益增长的国内需求;铁矿石生产集中程度也不高,据2006年的统计,全国共有铁矿山3933处,其中大中型矿山224处,占矿山总数的5.7%。大部分铁矿石采用的是露天开采,特别是大型矿山,更是以露天开采为主。2006年全国有齐大山(1700万吨)、水厂(850万吨)、南芬(1200万吨)、南山(600万吨)、白云鄂博(1200万吨)、兰尖(600万吨)等年产矿石量超过300万t的露天铁矿山16座;而年产量超过100万t的地下矿山仅10座,如镜铁山(330万吨)、梅山(340万吨)、西石门(200万吨)、程潮(150万吨)等。全国有重点选矿厂35座。
    大中型铁矿山露天采剥工艺多为组合台阶或分条扩帮开采工艺。开拓方式主要为铁路-汽车联合运输方式,或采用单一汽车、平硐溜井运输方式。
   大中型铁矿地下矿山开拓方式多以竖井开拓为主,也有平硐溜井斜坡道开拓方式,还有竖井斜井、竖井斜坡道联合开拓方式。采矿方法以无底柱分段崩落法为主,有底柱分段崩落法、浅孔留矿法等也有应用。
    小型坑采矿山普遍存在着设备简陋,生产条件差、安全设施不健全,每年都发生数起透水、冒顶、地表塌陷等重大事故,破坏了矿体的整体性,再实行规模开采已十分困难,丢矿、漏矿等现象十分严重。
    据统计,2006年全国铁矿石产量58817.14万吨,其中,42家重点企业产量14193.9万吨,占全国产量的24.13%;24家地方骨干企业产量2487.20万吨,占全国产量的4.23%;小矿产量42136.04万吨,占全国产量的71.64%。
       国有重点矿山和地方骨干企业以露采为主,在16681.1万吨的产量中, 露采产量为13491.67万吨,占80.88%,平均采出品位30.53%,平均回采率96.35%;坑采产量为3189.43万吨,占19.12%,平均采出品位38.29%,平均回采率78.67%;国有重点矿山产量14193.9万吨,平均出矿品位30.5%,采矿回收率96.5%;其中,露采11909.01万吨,占83.9%,出矿品位30.5%,采矿回收率96.5%;坑采2284.89万吨,占16.1%,出矿品位39.16%,采矿回收率78.64%;地方骨干企业产量2487.20万吨,其中,露采1582.66万吨,占63.63%;坑采904.54万吨,占53.31%。
     2006年全国重点矿山和地方骨干企业选厂的平均入选品位31.23%,平均精矿品位64.88%,平均尾矿品位10.5%,平均选矿回收率为90.1%。其中,重点矿山企业选厂的平均入选品位31.15%,平均精矿品位64.82%,平均尾矿品位10.74%,平均选矿回收率为79.69%。
     按矿石类型分,全国重点矿山的磁铁矿选厂的平均入选品位30.23%,铁精矿品位67.11%,选矿回收率82.67%,尾矿品位8.59%;红矿选厂的平均入选品位30.98%,铁精矿品位68.49%,选矿回收率82.3%,尾矿品位8.29%;多金属矿选厂的平均入选品位34.34%,铁精矿品位61.77%,选矿回收率71.7%,尾矿品位15.86%。
    从矿石类型来看,磁铁矿的选矿指标较好,红矿的选矿指标由于近年来选矿工艺得到了较好的改善,特别是政府大力推广红矿选矿的提铁降硅选矿新技术,终于取得了令人满意的成绩。一般地讲,
    机械化和自动化水平高的大型选矿厂的回收率比前几年有了较大的提高。多金属矿的选矿指标近年虽也有提高,但在精矿品位和回收率、尾矿品位等方面仍有较大差距,其选矿技术和工艺流程有待进一步改善,以提高精矿品位和选矿回收率。
   专家分析,铁矿石以露天开采为主的情况很可能将在近期出现逆转。初步统计表明,到2010年后,我国约有一半的露天矿将出现资源危机,同时,浅地表易处理的铁矿石保有储量也呈大幅减少的趋势。因此可以认为,地下开采将是今后我国开采铁矿石的主要发展趋势。然而,令人担忧的是,我国地下铁矿企业由于历史的原因,普遍采用崩落采矿法等落后采矿方法,矿石贫化损失达35%~40%,矿山资源综合回收率仅在50%左右,大量资源被丢弃而无法回收。
     尽管我国铁矿资源储量位居世界前列,但因人口众多,人均占有量仅36t(世界人均占有量为51.19t),仅为世界人均占有量的70%。特别是由于铁矿资源品位低,平均品位33%,尚不到世界上富矿资源国平均品位的一半,因此自1985年起,国产铁矿石已不能满足钢铁工业发展的需求,进口逐年扩大,目前我国铁矿石的进口依存度已超过50%。
      3.综合利用情况:成绩与不足
     根据矿石类型、矿物组合、有用元素含量及其赋存状态和矿石综合利用特点,可将我国铁矿按共(伴)生资源状况划分为4种类型:
    (1)单一铁矿石型:矿石矿物简单,主要为磁铁矿,或赤铁矿与菱铁矿互为主次。除铁外,一般不含其他有用组分,个别伴生有Ga,但未被回收。属于此类的有沉积铁矿如江西余江式铁矿,受变质沉积铁矿如辽宁、河北、山西一带的鞍山式铁矿。
    (2)铜-硫(钴)-铁或锡-硫(钼)-铁矿石类型:又称铁多金属矿,除铁外,常共生Cu、S、Co、Zn、Mo、Sn、石膏,伴生有Cu、S、Pb、Zn、Co、Au、Ag、Sn、Mo、W等组分。属于此类的有接触交代-热液铁矿及与火山-侵入活动有关的铁矿。该类型代表性矿床有大冶、程潮、金山店、鲁中、梅山、金岭、西石门、符山等。
    (3)钒-钛-铁矿石类型:又称钒钛磁铁矿,矿石成分复杂,除铁外,尚共生有V、Ti,伴生有Cu、Ni、Co、S、Cr、Se、Te、Sc、Ge、Ga等组分。主要矿物有钛磁铁矿(钒钛磁铁矿)、钛铁矿及钛、铁的硫化矿物;主要脉石矿物有辉石(钛辉石)、斜长石、绿泥石(橄榄石)。该类型矿床以攀枝花地区钒钛磁铁矿床规模最大,承德地区大庙钒钛磁铁矿次之。
    (4)多金属-稀土-铁矿石型:该类型的矿产成因类型为沉积变质热液叠加铁矿床,白云鄂博铁矿属于此类。白云鄂博铁矿床是世界独特的大型锆石-稀土-铌钽多金属共生矿床,除铁外,共生有稀土、铌钽,稀土资源占世界稀土总储量的80%,占我国稀土总储量的97%,被称为“稀土之乡”,铌的储量仅次于巴西,居世界第二位。
   (5)铀-硼-铁矿石型:辽宁翁泉沟含铀硼铁矿为此类铁矿的唯一例子。这是一个硼铁共生,伴生镁、铀等有用资源的多元素共生矿。B2O3储量为2184万吨,占全国硼储量的58%,铁储量2.83亿吨。由于有用矿石嵌布粒度极细,机械选矿分离主要矿物回收率很低。国内目前分离铁硼有两种主要方法,一种是高炉冶炼分离硼铁,另一种是选矿初步富集,选择性浸出法分离硼铁,硼、铁、铀、镁全面综合利用。后者比前者虽然综合利用程度更高,产品适用性好,但由于浸出法需要大量的酸,成本过高,而没有达到国家有关部门的认可。
    国家长期坚持从人力、物力、财力方面对攀枝花、白云鄂博等典型共生铁矿床进行综合利用攻关项目的投入,积极组织力量进行关键技术攻关并取得一系列成果,逐步在冶金矿山方面形成了攀枝花、白云鄂博两大矿产资源综合利用基地,对推进全国矿产资源综合利用工作起到了很好的示范作用。
    至今,我们从开采的铁矿中综合回收利用的组分已多达27种以上,其中可选出单独精矿的有铁、铜、硫(钴)、锌、钒、钛、硼、稀土、重晶石、萤石和磷灰石等12种,呈分散状态在冶炼中回收的有Au、Ag、Co、Ni、Se、Te、Sc、Ge、Ga、Bi、Cd、Nb、Ta、La、Nb等15种元素。此外,在尾矿、废石的综合利用方面也取得了很大进展。其中尤以包钢白云鄂博含稀土铌钽磁铁矿的综合利用工作最有成效。
    包钢白云鄂博铁矿是一个富含稀土铌钽磁铁矿的特大型综合共伴生矿床,目前年产75000吨稀土矿的初级产品,占全国稀土矿年产量的57%。包钢依托综合利用,成立了集稀土采冶、稀土分离、稀土加工、稀土贸易、稀土科研为一身的稀土集团公司,目前该公司已形成年产稀土精矿10万吨的生产能力,生产能力占全国稀土精矿80%以上,生产REO含量为30%~60%多种品级的氟碳铈矿和独居石混合稀土精矿,以及REO含量为68%的品位单一的氟碳铈精矿,成为我国稀土工业原料的主要生产基地,也是世界上最大生产企业。稀土产品主要有以下四大类:有30%、50%、55%和60%四种不同品位稀土精矿产品,及稀土品位为68%的氟碳铈精矿;冶炼加工产品,有氯化稀土、碳酸稀土、富镧稀土、钐铕钆富集物和镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆单一稀土氧化物;稀土金属产品,有混合稀土金属、富镧稀土金属、金属钕、金属钐、金属镝、金属铽等。稀土合金产品有稀土硅铁合金、稀土镁硅铁合金等。
    攀枝花钢铁公司从钒钛磁铁矿中分离出铁、钒、钛等金属,年产钒渣12.9万吨,钛精矿10万吨。通过科研攻关,钒的回收率提高到90%,硫、钴已在选矿阶段加以回收。
    大冶铁矿从选厂回收了铁、铜、钴和硫,从冶炼厂回收了金和银,综合利用产值占总产值的40%以上,保证了企业盈利。
     鞍钢、本钢等重点选矿厂进行了尾矿再磨再选回收铁,且鞍钢集团公司解决了一直困扰铁矿山的“红矿”选矿回收率低的问题,采用阳离子反浮选提铁降硅选矿新技术,将红矿的选矿回收率提高到80%以上,且精矿品位也提高到64%左右;梅山矿业公司和邯邢局的玉石洼等铁矿对硫铁矿也进行了综合回收。上述矿山都在综合利用矿产资源方面取得了显著成效。
    尾矿再选回收铁:尾矿再选是充分利用铁矿资源的有效措施之一。20世纪90年代以来,有些选矿厂投资建立了尾矿单独再选厂,如本钢南芬选矿厂,再选品位高达66%。有的选矿厂在原来选矿的工艺流程上进行了尾矿再选改造,如鞍山的大孤山选矿厂,分别在原工艺流程的磁选车间和三选车间都增加了尾矿处理,再磨再选后的精矿均都返回到主工艺流程中去,一并得到最终的精矿。
    尾矿和废石的综合处理:选矿厂尾矿除了再选回收有用元素以外,还可进行综合利用,将其进行分级处理后加工成墙板、砖、人造大理石、水泥砌块等建筑材料。矿山采出的废石破碎加工后,可用做建筑材料的基石、铁路道渣、充填采坑、筑尾矿坝等。如首钢矿业公司一直把发展综合利用固体废气物作为企业治理作业环境的重要措施。从20世纪90年代开始,通过借鉴兄弟单位的经验以及与科研部门合作,探索开发了陶瓷、微晶玻璃花岗岩、铁路道渣、建筑尾矿、建筑石渣、建筑砌块、彩色地坪砖等多种产品,进入了北京、天津以及周边市场,取得了一定的效果。
    攀枝花鑫帝矿业利用攀钢废弃的极低品位含矿围岩或者采矿废石,即含全铁平均为15%~16%、含二氧化钛7%左右的贫矿石进行综合利用,利用严格科学的管理,从成本控制入手,确保企业必须在创造巨大社会效益的同时,确保获取一定的经济效益,并形成企业与环境的和谐共生,即通过对产品加工过程有可能产生的环境污染进行彻底治理和减少排土场的堆积,最终将堆积场地全部进行复垦,使荒山变绿。经过连续生产,选矿产品全铁品位可达到55%以上,二氧化钛品位可达到47%以上。目前,钒钛铁精矿日产300t左右,钛精矿日产40t左右。
     残矿的回收。矿山将采后所剩余的矿石称为“残矿”。为了提高资源的利用率,许多矿山都对残矿进行回收。但是,成本投入大和安全因素一直是困扰残矿回收的大问题。
    为了加强资源回收工作,确保生产安全,鞍钢红坑口抽调得力的干部,组建了残采工区,专门负责回收中段间的顶底柱以及矿房间的矿壁等。通过精心的组织。在确保安全的前提下,使部分残矿得到了较好的回收,每年的回收量都在5万t以上,创造了巨大的经济效益。
    低品位矿得到大规模利用。我国铁矿低品位矿数量巨大,如马鞍山高村铁矿矿石储量3.4亿吨,平均品位20.48%;其中表外矿1.27亿吨,平均品位17.22%,采矿设计仅利用了1/3。鞍钢低品位矿弓长岭、眼前山铁矿各有2000万吨有尚未利用。在进口矿突破2亿吨,进口依存度超过50%, 而且进口矿价格节节上升的情况下,最近几年我国的低品位矿得到大规模利用,铁矿石产量年年有新的突破。
    难选铁矿石科研攻关取得一定的进展。例如辽宁翁泉沟含铀硼铁矿,铁矿石储量2.83亿吨,共生B2O3储量2184万吨,占全国硼储量的58%。
    难选矿石选矿指标有望取得突破。多年来我国对弱磁性铁矿石进行了大量研究工作,并研制成功阳离子反浮选提铁降硅选矿新技术,工业试验阶段已取得重大进展,目前该项技术正在鞍钢所属矿山进行大规模推广。
    存在的主要问题:
     1)技术装备水平低下。我国大中型铁矿企业虽有部分大型先进采矿装备,但数量很少,多数规格小、型号杂、状况差、不配套、超期服役、老化严重,导致设备能耗大,效率低,普遍面临技术改造和维修问题。选矿工艺设备落后,自动化水平低,很多选矿厂基本上是人工操作,效率低。
     2)许多难选铁矿仍须加大科研攻关力度。目前我国仍有一些大型铁-多金属矿床未进行开发利用,其中一个主要原因是选矿技术不过关。太钢峨口铁矿中,大约占全铁8%的碳酸铁难以回收,全矿储量达9000万吨,尾矿铁品位达13.36%,可以再选。山西岚县袁家村铁矿储量9.6亿吨,矿山采矿和交通条件都很好,但矿石有用矿物粒度极细难选,且开采前期大部分矿石为赤铁矿,长期未能得到开发利用。要有针对性地对尚未开发的难选矿石进行选矿试验研究,寻求有效的选矿工艺,为其开发利用提供技术支持。
    3)采矿废石和选矿尾砂的综合利用和无害化处理迫在眉睫。目前铁矿企业每年剥离(掘进)的废石达6亿吨,排出的尾矿约5亿吨,对生态环境的负面影响与日俱增。目前尾砂再选虽有进展,但总体规模还不大,还不太普遍。
     4)对共伴生资源的综合回收利用力度不够。综合回收铁矿中共伴生有益元素,是充分利用矿产资源,提高矿山经济效益的重要措施。现已有攀枝花、大冶、程潮、金山店、山东金岭、莱钢马庄等矿山对矿石中富含的有益元素进行了综合回收利用。尤其是攀枝花钒钛磁铁矿中的钛更是极其重要的有益组分,其经济价值远超过铁本身。尽管目前在综合利用上取得了一定成绩和经济效益,但回收的品种和回收率均不理想。攀钢公司选矿厂-19微米钛铁矿的回收技术一直没有突破,致使分布在钛辉石中的部分钛铁矿目前无法回收,钛精矿选矿回收率偏低,只有20.88%,尾矿中二氧化钛的品位仍高达6-8%。冶金炉渣中钛的品位高达25%但却不能回收利用。另外,在伴生有益元素中,除S、Co外,还有Sc、Ni、Ga、Cv、Mn、Ta、Nb、Y 等8种无法回收。白云鄂博铁铁矿中的大多数铌钽和稀土也还未回收利用。

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