低品位复杂难选铁矿选矿技术进展及研究方向
罗良飞 陈雯 严小虎 麦笑宇
（长沙矿冶研究院，湖南，长沙，410012）
摘要：我国自产铁矿石跟不上钢铁工业发展是不争的事实。如何合理开发利用微细粒低品位复杂难选铁矿资源对于缓解我国铁矿石供需矛盾及保障我国钢铁工业和国民经济的安全具有十分重大的意义。对我国近年来复杂难选铁矿石选矿技术进展进行了综述，同时针对我国复杂难选铁矿石的性质特点及存在的问题，提出了下一步的研究方向。
关键词: 微细粒；低品位；难选铁矿；选矿；进展；研究方向
Progress and Research Direction in Complex refractory low-grade
iron ore
Abstract：Iron ore self-produced can not keep up iron and steel industry developing is an
indisputable fact. How to develop and utilize complex and refractory low-grade micro-fine iron ore rationally , For ease the contradiction between supply and demand of iron ore and the
protection of China's iron and steel industry and the national security is of great significance. The complex refractory iron ore beneficiation technology in recent years were reviewed, At the same time the future research directions for our complex nature of refractory iron ore are proposed aim at the ore characteristics and problems.
Keywords: Fine grained; low-grade; refractory iron; dressing; progress; research
钢铁工业持续稳定的发展需要稳定、足量、优质的铁矿石。进入2l世纪，随着我国国民经济的高速发展，拉动了我国钢铁行业高速增长，对铁矿石的需求量大幅度增加。2001年的钢产量仅1.285亿t，到2007年达到4.892亿t、2008年5.01亿t。我国自产铁矿石已远远满足
[1]
不了钢铁发展需求，2001年进口铁矿石0.923亿t，2008年进口铁矿石达4.44亿t。进口铁矿石的数量已占我国成品铁矿石需求总量的一半以上,我国已成为全球第一大铁矿石进口国。由于铁矿石供需缺口的增大，导致国内外铁矿石价格暴涨，海运费大幅攀升，澳大利亚、巴西和印度三国对我国铁矿石出口获取垄断暴利，大幅度增加我国钢铁行业的成本。对国外铁矿石的过度依赖，严重影响我国钢铁工业可持续性发展。因此，迫切需要选矿工艺技术进步来合理开发利用现有铁矿资源，尤其是占我国铁资源比例不少的微细粒低品位复杂难选铁矿石，来提高铁矿石的自给率，维持稳定、足量、优质的铁矿石供给，实现钢铁工业持续稳定和谐发展。这是当代选矿科研工作者肩负的历史重任。 1 微细粒低品位复杂难选铁矿资源利用现状
“贫”、“细”、“杂”是我国铁矿资源的主要特点，平均铁品位32%，比世界平均品位低l1个百分点。据国土资源部统计，截止2006年底，全国铁矿石查明资源储量607.26亿t，其中97%的铁矿石需要选矿处理，并且复杂难选矿比例大(约占铁矿石储量的1/3)。
[2]
2007年底，全国铁矿累计查明资源储量为684.46亿吨，查明资源储量绝大部分为贫矿，富铁矿查明资源储量仅有10.02亿吨，占全部铁矿查明资源储量的1.6%，暂难利用的铁矿区962处，查明资源储量143.29亿吨，暂难利用的矿区查明资源储量占全部铁矿查明资源储量的23.4%。由于受经济技术水平的制约，一些现有铁矿山在开采过程中剥离出大量微细粒低品位贫杂矿石被堆置未利用，另外还有大量微细粒低品位铁矿石至今尚未开发利用。如大冶铁矿尾矿，含铁高达35%；惠民铁矿储量近20亿t，铁品位30%左右微细粒低品位复杂难选铁矿至今仍未开发利用；鄂西高磷铁矿储量约22亿吨，该矿长达40年处于“休眠”状
态；袁家村铁矿也有相当可观储量的闪石型氧化矿待搁置等等。所有这些都需要选矿技术的进步，新的高效分选设备、新的高效选矿药剂以及新工艺的研究开发取得突破性进展。
我国难选铁矿主要表现在：1铁矿物嵌布粒度细，当前选矿工艺技术很难达到有效磨选的要求；2铁矿物种类多、嵌布关系复杂，选择性回收难；3有害杂质P、S、K、Na等含量高，很难达到铁矿石入炉冶炼要求；4铁矿中含其它有价金属多，综合回收难度大。 2 我国低品位复杂难选铁矿石选矿技术进展 2.1 菱铁矿选矿技术
菱铁矿属于低品位复杂难选矿之一，我国菱铁矿资源较为丰富，已探明储量18.34亿t，多数位于陕西、山西、贵州、甘肃和青海、新疆、云南等地区。菱铁矿的理论铁品位较低，仅48.2%，且经常与钙镁锰呈类质同像共生，用物理选矿方法铁精矿品位很难达到45%以上。简单易行的选矿工艺有重选、强磁选、浮选及联合流程，但精矿品位均难以达到钢铁公司入炉要求。再加上菱铁精矿烧结性能较差，因此，菱铁矿精矿很难被钢铁公司所接受。昆明钢铁公司由于菱铁矿来源于自有王家滩菱铁矿，为了不造成资源浪费，勉强将菱铁矿精矿配入铁精粉一同烧结，但在使用过程中配入量小于10%，否则就会严重影响烧结矿强度。因此，菱铁矿必须通过磁化焙烧使FeCO3转变为Fe3O4，然后采用弱磁选方法回收，这样，既提高了精矿的品位，又能显著改善铁精矿的烧结性能。 选矿典型实例：
（1）大西沟菱铁矿，储量达高达3.02亿吨，菱铁矿石原矿品位仅28.01%，由于受到选矿技术的制约，一直没有得到有效的开发利用。2004年长沙矿冶研究总院与龙钢合作，采用煤基回转窑在中性气氛中对菱铁矿进行全粒级磁化焙烧，焙烧矿粗磨弱磁选抛尾，粗精矿再磨-弱磁选-阳离子反浮选获得最终铁精矿。半工业性试验在菱铁矿原矿品位25.31%的条件下，取得了焙烧矿品位30.08%，最终铁精矿品位61.48%，尾矿品位8.25%，金属回收率83.83%的优异技术经济指标。专家鉴定结论为：该技术研究攻克了回转窑焙烧菱铁矿的世界性技术难题,突破了菱铁矿工业利用的技术“瓶颈”，综合技术水平处于国内首创、国际领先，并申请了国家发明专利（申请号：20010031735.6）。2006年建成年处理90万吨菱铁矿规模的一期工程，安置就业人员1200人，已生产铁精粉31.6万吨，产值3.28亿元，实现利润7644万元。800万吨/年规模的大西沟菱铁矿二期开发工程，作为陕西省“十一五”重大工业项目及省政府确定的近期开工的“十大”重点工程，已于2008年11月21日开工建设。
（2）新疆克州切列克其菱、褐铁矿，地质储量4899万t，主要为菱铁矿，地表为氧化矿。设计为处理量200万t/a，原矿铁品位为41.72%，精矿产量113.46万t/a，精矿品位63.25%，铁的回收率为86%，采用长沙矿冶研究院回转窑磁化焙烧-弱磁选流程，于2008年4月6日投产。
（3）王家滩菱铁矿，储量近3000万t，含铜（0.2-0.3%）和硫（3%左右），原矿铁品位28%左右，属镁锰类质同像复杂难选矿，长沙矿冶研究院采用磨矿-铜硫混浮-闪速焙烧-弱磁选流程获得了铜精矿（βCu21%，ε78%）、硫精矿（βS35%，ε70%）、铁精矿（βFe57%，ε85%）的指标，目前正进行初步设计。
（4）接龙铁矿、綦江铁矿，属菱铁矿为主的混合矿，长沙矿冶研究院采用原矿-焙烧（磨矿-闪速焙烧）-弱磁选工艺进行了研究，实验室试验指标相当理想，目前正在进行设计。
（5）大冶铁矿尾矿，铁品位高达34%，主要含铁可用矿物为碳酸铁、赤褐铁、磁铁矿、硫铁矿，长沙矿冶研究院和武汉理工大学进行了综合回收试验，闪速焙烧-弱磁选工艺可以回收铁精矿品位60%，回收率大于80%。
此外，还有很多选矿工作者对于菱铁矿进行了研究。昆钢集团罗明发、雷云对王家滩菱铁矿进行了浮选铜硫-焙烧-弱磁选流程取得了铁精矿品位57.23%（含硫0.18%），铁回收
率82.94%，铜精矿品位16.08%，铜回收率82.92%的指标；周亮等对云南某菱铁矿进行了选矿试验研究，原矿-0.5mm，在1050℃、30%焦炭、2êO、40min条件焙烧下，磨矿至-200目，取得了精矿产率52.62%，品位57.74%，回收率84.16%的指标。 2.2 赤褐铁矿选矿技术
赤褐铁矿也属于复杂难选矿之一，褐铁矿富含结晶水，极易泥化，比磁化系数很低，通常采用物理选矿回收铁精矿品位低于60%，同时很难获得较高的金属回收率。褐铁矿选矿最简单、原始的方法是洗矿，在全民开矿时、不计浪费资源时期常见。正规的选矿方法有絮凝脱泥、强磁选、重选、浮选及还原磁化焙烧-弱磁选等方法，其中最为有效的选矿方法还原磁化焙烧一弱磁选。
选矿典型实例：
（1）铁坑铁矿，铁坑铁矿保有储量2500万t，属于典型的褐铁矿，原矿含铁37%，赤褐铁占总铁的97%。2002年长沙矿冶研究院进行的探索性试验，铁精矿品位达到56.63%，SiO2降到5.89%以下；2003年马鞍山矿山研究院进行的褐铁矿探索试验中，褐铁矿精矿品位也达到了TFe56.50%以上[5]。2004年，马鞍山矿山研究院对江西铁坑褐铁矿进行了选择性絮凝一强磁选技术工业试验，未能工业化。后来在生产中采用马鞍山矿山研究院强磁一反浮选流程，生产指标与实验室研究结果有一定差距[6]。
（2）某褐铁矿，长沙矿冶研究院采用絮凝-强磁选回收易泥化褐铁矿，在铁精矿品位保持不变的前提下，可大幅度提高金属回收率。与直接强磁选相比，絮凝一强磁选工艺可将某矿含大量易泥化褐铁矿铁矿石的金属回收率提高l0～l5个百分点[7]。
（3）鲁中某褐铁矿，原矿含铁31%，含铁矿物以褐铁矿为主，占铁矿物总量的86%，长沙矿冶研究院对其进行了多方案研究，强磁选铁品位仅48%，铁回收率不到80%，采用磁化焙烧-弱磁选，在较粗的磨矿细度下，可以获得铁精矿品位60%左右，金属回收率94%的理想指标。公司拟用现闲置的回转窑对其进行磁化焙烧。
（4）包子铺铁矿，原矿含铁35%左右，含铁矿物以褐铁矿为主，占铁矿物总量的90%，长沙矿冶研究院对其进行了脱泥、强磁、重选及联合流程试验，结果均不理想，精矿品位低，回收率也低。采用磁化焙烧-弱磁选方案，得了精矿品位60%，回收率92%的理想指标。后续完成了处理量600Kg/h的闪速焙烧试验，取得了相近的选矿技术指标。该项目正在进行可行性研究。
（5）云南峨山褐铁矿，60万t/a贫褐铁矿焙烧磁选项目工程于2009年8月8日竣工投产，该项目由长沙矿冶研究院技术总承包，采用回转窑磁化焙烧弱磁选技术，年产铁精粉37万t，产值2.2亿元，税500万元。
此外，近期研究还有：邓强等对贵州某难选褐铁矿进行了焙烧-磨矿分级-细粒弱磁-粗粒再磨弱磁选试验，取得了精矿品位61.22%，回收率77.82%的指标[8]。曾克文等对蒙古某褐铁矿进行焙烧选矿试验，在800℃条件下焙烧20min，磨矿至68.1%-0.074mm，弱磁96kA/m，取得了精矿品位65.03%，铁回收率90.49%[9]。卢东方等对某褐（赤）铁矿进行了选择性絮凝脱泥、磁选、浮选、重选试验，在原矿含铁37.34%，采用强磁选指标最好，铁品位54.12%，回收率62.16%指标[10]。李广涛等对四川某高磷鲕状赤褐铁矿进行了试验，采用焙烧-弱磁-反浮选流程取得了铁精矿品位60.92%（P0.225%），回收率72.74%的指标[11]。高春庆等对宁夏某褐铁矿进行了磨矿-强磁-反浮选-粗浮尾再选试验取得了精矿产率39.23%,品位55.34%，铁回收率53.42%[12]，薛伟等对江西某褐铁矿进行弱磁-强磁-正浮-分级重选-细粒浮选试验取得了精矿品位65%，铁回收率80%的指标[13]。袁启东等对云南东川包子铺高磷赤褐铁矿进行了阶段磨矿-高梯度强磁选粗粒抛尾-正浮选除磷-反浮选得到铁精矿品位58.22%（磷0.397%），铁回收率58.20%的指标[14]。 2.3 混合型微细粒低品位铁矿选矿技术
[4]
[3]
国内大多铁矿都含有两种以上的铁矿物，导致选矿工艺复杂，分选效率差。当铁矿中含相当数量的赤铁矿、镜铁矿、针铁矿、磁铁矿、褐铁矿等，各种铁矿物物理化学性能及嵌布粒度相关悬殊，同时，其脉石矿物较复杂，含铁硅酸盐含量高，属于较为难选铁矿。最近研究比较多的工艺流程有弱磁-强磁-反浮选、弱磁-强磁-分级-重选-反浮选、脱泥-反浮选、磁化焙烧-弱磁-反浮选等联合工艺。
选矿典型实例：
（1）袁家村铁矿，属于典型的微细粒嵌布磁赤混合型铁矿，储量12.5亿t。铁矿物种类多，有石英型原生磁铁矿、氧化矿、镜铁矿、镜铁次贫矿、磁（赤）铁矿，还有闪石型原生磁铁矿、氧化矿，砾岩型铁矿等，铁矿物嵌布粒度普遍小于45μ，细至10μ。主要脉石为石英、其次有阳起石、绿泥石等难选含铁硅酸盐矿物。长沙矿冶研究院对十一种类型铁矿进行了深入的研究，经过全方位、多方案对比试验，最终推荐弱磁-强磁-阴离子反浮选流程为建厂流程，设计处理量2200万t/y原矿、选矿指标精矿品位65%，铁回收率大于70%，超大型选厂正在建设中。
（2）祁东铁矿，属于典型的极微细粒嵌布磁赤混合型铁矿,储量3.66亿t。铁矿物嵌布粒度普遍小于38μ，细至10μ，主要脉石为石英、其次有阳起石、绿泥石等难选含铁硅酸盐矿物。长沙矿冶研究院经过实验小试验、扩大试验，推荐选择性絮凝脱泥-阳离子反浮选流程，30万t/y中试厂已经建成投产，取得了精矿品位63.02%，铁回收率大于65%的指标。第二期300万t/y的选厂正在建设中。
（3）洞口铁矿，属于典型的极微细粒嵌布磁赤混合型铁矿,储量5亿t。磁铁矿嵌布粒度较粗，-200目占75%即可获得弱磁精品位近70%，赤铁矿嵌布粒度极细，需磨至-19μ才能解离，主要脉石为石英、其次有阳起石、绿泥石等难选含铁硅酸盐矿物。长沙矿冶研究院经过实验小试验流程弱磁-选择性絮凝脱泥-阳离子反浮选流程。
此外，近期研究还有：马鞍山矿山研究院采用强磁-正浮选对镜铁山粉矿（-15mm）进行了试验研究，与现场采用的单一强磁选工艺相比，铁精矿品位提高2个百分点，铁金属回收率提高12个百分点以上[15]。周少珍等对某微细粒复杂难选铁矿进行了研究，采用重选-磁选-反浮选联合流程，取得了精矿品位67.79%，回收率83.23%的指标[16]。蔡政安对徐州铁矿集团镇北铁矿混合矿进行了磁选-焙烧-磁选取得了精矿品位65.69%，回收率94.35%的指标；采用磁选-强磁-焙烧-磁选流程取得了精矿品位65.46%，回收率93.95%指标[17]。 2.4 高杂质铁矿选矿技术
当铁矿中含有较高的P、S、K、Na等有害杂质时，常用的选矿工艺及药剂很难达到铁矿石入炉冶炼要求，必须针对这些杂质进行专门的药剂研制及特殊的选矿工艺研究。常用选矿方法：浮选、高效磁选、焙烧、生物浸出及联合流程。
选矿典型实例：
（1）鄂西铁矿，铁矿储量约22亿吨，属于高磷鲕状赤铁矿，原矿中磷含量近1%，是典型难选矿。武汉钢铁公司联合国内包括长沙矿冶研究院在内的八大科研院校进行了攻关，并组织中国科学院、工程院士王淀佐等院士、专家进行了评审。武汉钢铁公司最终选择长沙矿冶研究院进行焙烧-弱磁选-阴离子反浮选扩大试验。
（2）惠民铁矿，储量近20亿t，分地表氧化矿和深部原生矿，原矿铁品位仅31-33%，磷含量高达0.85%～1.05%，磷与铁镶嵌关系复杂，原生矿含硫近1.5%，铁矿物嵌布粒度细，原生矿需磨至-13μ，氧化矿需磨至-19μ，是典型的复杂难选矿。长沙矿冶研究对原生矿和氧化矿分别进行试验，原生矿采用浮硫-焙烧-弱磁-酸浸流程，可以得到铁品位53%，回收率80%，硫含量0.1%，磷含量0.047%的指标，氧化矿采用焙烧-弱磁-酸浸流程取得精矿品位56.80%，回收率72.50%，精矿中含硫0.08%、磷0.46%的指标。对焙烧弱磁选精矿进行了微生物浸出降磷试验，均可以降至0.3%以下。
（3）某含铁选铜尾矿，含钾钠超过4%，采用弱磁选综合回收铁，铁精矿中钾钠含量严重超标，德国某知名研究所对其进行了试验，结果也没有达到铁精矿中钾钠含量小于0.3%的要求，长沙矿冶研究院采用弱磁-阳离子反浮选流程、弱磁-高效磁选流程进行了扩大连选试验，分别取得了精矿铁品位70.58%、回收率75.73%优异指标，精矿中有害杂质K2O 0.14%、Na2O 0.031 %、S 0.078%、P 0.0070%和铁品位TFe70.78%，回收率75.46 %的指标，精矿中含有害杂质K2O 0.11%、Na2O 0.031%、S 0.048%、P 0.0020%。
（4）金山店铁矿，含硫高2.5%左右，弱磁选精矿硫含量近0.3%，随着武钢对铁精矿质量要求的提高（S小于0.1%）。长沙矿冶研究院对其样品进行了降硫试验，成功降低0.04%，金山店铁矿正对其选矿流程进行改造。
此外，近期研究还有：何姜毅等对某高磷（0.618%）铁矿进行了弱磁-强磁-摇床精选试
[18]
验，取得了铁精矿品位58.9%，回收率84.37%，矿中含磷0.188%。肖军辉等采用焙烧-浸出新工艺对某细粒难选赤褐铁矿进行了提铁降磷试验，取得精矿铁品位66.43%，回收率98.89%，
[19]
精矿中磷含量0.131%。等等。 3 研究方向
针对我国铁矿资源情况，以及钢铁工业发展对铁矿石的要求，今后应加强低品位微细粒复杂难选铁矿资源选矿技术研究，以合理开发我国铁矿资源，实现资源的高效利用，同时缓解我国钢铁工业铁矿石供需矛盾。应该着重加强下几方面研究。
（1）大规模预选抛尾设备及技术
对贫磁（赤）及混合铁矿，国内外大部分选矿厂均采用粗粒干式磁选抛尾工艺，来达到提高处理量、提高人选品位及降低生产成本的目的。即使品位20.00%以下的磁铁矿，如果磁铁矿的嵌布粒度、铁矿物与脉石矿物的镶嵌关系简单，矿石的预选粒度达到一定的程度，干式磁选机分选效果也是可行的，在本次铁矿石价格高峰时，不小地方就有生产。2004年马鞍山矿山研究院与德国KHD洪堡威达克公司对马钢高村低品位铁矿石进行了高压辊磨试验。对3～O mm品位为26.27%的辊磨产品进行磁选预抛尾，可预先抛除产率47.80%、品位8.31%的合
[20]
格尾矿。酒泉钢铁公司采用美国奥托昆普公司的永磁强磁选机对块矿预抛尾，铁品位可提
[21]
3.O8个百分点，抛尾产率达l4.28%。长沙矿冶研究院研制的DPMS永磁强磁选机、CRIMM永磁辊式强磁选机在多家矿山获得了应用。
因此，研发大规模预选抛尾设备是处理此类矿石有效途径，包括研制在大处理量高效破碎机、超大处理量高磁场磁选机、合适的布料器，以及合适干选矿石厚度，实现薄料层给矿分选，提高干选效果的抛尾工艺是应对此类矿石的最好研究方向。
（2）大处理量超细磨矿设备及工艺
对于微细粒嵌布铁矿来说，能否实现有效分选，细磨设备是关键。国外有美国Union Process公司、日本细川公司（HOSOKAWA）德国的耐驰（NETZSCH）公司、德国道莱士（Drais）公司和美国美卓（Metso）矿机公司等生产的超细搅拌磨机成套设备。 艾萨磨机（ISAMILL）是由澳大利亚MountIsa矿和NETZSCH公司发明的一种细磨设备，用于该矿的铅锌分离，该种磨机是采用水平高速搅动研磨原理来使矿物解理，其产品粒度d80可达7um，艾萨磨机功率很大，可达350kw/立方米，最大磨机容积为10立方米，处理量达到100t/h，装机功率为2600kw[22]。
国内搅拌磨机研发开始于上世纪70年代，重庆化工机械厂研制了第一台砂磨机，用于化工行业超细磨，80年代长沙矿冶研究院和秦皇岛黑色冶金设计研究院相继开发出JM-600、JM-1000和MQL-500型超细磨机，经过30多年的发展，长沙矿冶研究院在工业上成功应用近300台，已经成功研制出10/h处理量的大型搅拌超细磨机。今后研究重点开发研制更大处理量超细磨设备、提高自动化及运转稳定性、可操作性。
微细粒低品位难选铁矿选矿技术进展2011kygc
