地质科学院矿产综合利用研究所攻克鲕状赤铁矿

　　“采用该矿用悬浮焙烧系统处理宁乡式鲕状赤铁矿，不仅所需焙烧温度低、速度快、时间短、运行稳定、焙烧产品质量好，而且可回收大量余热，有利于节能降耗。总系统操作简单便捷，生产安全，具有推广应用价值。”

　　近日，由中国地质科学院矿产综合利用研究所（简称“成都综合所”）专对于我国难利用矿石——鲕状赤铁矿而研发的矿用悬浮焙烧炉顺利通过了专家组的评审验收。

　　作为此项目的主审，我们国家金属选矿领域的专家、中国地质调查局研究员金永铎对该项目赞不绝口。他说：“这是具有强大生命力的设备，很有推广价值和应用前景！”

　　宁乡式鲕状赤铁矿是我国分布最广、储量最多的沉积型铁矿，也是我国乃至世界上最难利用的铁矿，其利用问题曾被喻为世界性难题之一。

　　据了解，这类铁矿床广泛分布于湖北、湖南、江西、四川、云南、贵州、广西等省(区)及甘肃南部地区，现已探明的该类铁矿储量达37.2亿吨，占全国沉积铁矿探明储量的73.5%，预计资源量可达上百亿吨。鄂西、湘西是我国宁乡式鲕状赤铁矿的主要富集区。

　　在20世纪 50年代，国家为开发鄂西地区鲕状赤铁矿投入了大量地质勘查工作，查明铁矿资源储量16.87亿吨。截至2003年底，依据湖北省矿产资源储量表的统计结果，恩施自治州已查明的铁矿有19处，累计探明铁矿石资源储量12.85亿吨，占湖北省铁矿石总资源储量29.96亿吨的42.89%，居湖北省第一位，名列全国宁乡式鲕状赤铁矿储量首位。此外，还有30余处铁矿点勘查工作程度较低，仅做过矿点检查，从成矿地质条件分析资源潜力较大，预测远景资源量在10亿吨以上。

　　但是，由于鲕状赤铁矿为中品位高磷低硫酸性鲕状赤铁矿，属难选矿石，多年来一直因未能解决利用问题，而被划入表外储量，成为呆矿而沉睡地下。从2006年起，宁乡式鲕状赤铁矿开始有人问津，可研究成果因为指标不理想、工艺复杂、设备缺乏、成本高等，都未达到工业化开发利用鲕状赤铁矿的目的。国内部分钢铁企业只是把鄂西铁矿作为配矿，用量较少。

　　“鲕状赤铁矿资源集中，为我国仅存的少数几个未开发的整装矿山。随着我们国家国民经济的快速发展，我国铁矿资源的保障程度已不足，供需矛盾十分突出。大力开发高效、适应鄂西铁矿资源特点的利用工艺技术，使该类呆矿变为‘活矿’，对提高我国铁矿资源保障程度具有重大意义。”成都综合所刘亚川态度十分明确地说，“作为国家公益性地质调查队伍，成都综合所有责任也有义务围绕国家整体战略，针对世界性难题进行攻关。”

　　也正源于此，2008年~2010年，成都综合所实施了地调项目——“鄂西宁乡式铁矿利用工艺技术探讨研究”，拉开了向世界性难题挑战的序幕。

　　事实上，对实施这一项目，当时许多人心里并没有十足的把握。“许多科研单位针对鲕状赤铁矿利用问题进行了多年的持续攻关，但始终没获得突破。成都综合所能行吗？”对此，国内一些专家甚至成都综合所内部的人士都发出了不同声音。

　　“我们在金属矿产选冶领域具有雄厚的实力，尤其是通过对钒钛磁铁矿多年的持续攻关，在难利用铁矿的选冶科研方面积累了大量经验，这些都是我们开展鲕状赤铁矿利用研究的优势。”成都综合所领导在集思广益的基础上，最后下定了决心——干！

　　但是，要想攻克世界性难题绝非易事，需要一流的团队和敢于担当的项目负责人。成都综合所抽调精兵强将，成立了以所长刘亚川、研究院张裕书为项目负责人的科研专题组，开始了为期两年的技术攻关。

　　“要促进鲕状赤铁矿的大规模开发利用，必须加强高效脱磷脱硅浮选药剂的研究、新型磨矿和选矿设备的研究以及适应能力强、成本低的选别工艺等方面的研究。”张裕书在认真总结以前的科研成果的基础上，确定了自己的主攻方向。针对鲕状赤铁矿矿石矿物组成复杂、脉石矿物含铁量高、要求药剂捕收能力强等特点，他们通过多次试验，研发出了较好的阴离子脱磷捕收剂和阳离子脱硅捕收剂，并针对新型浮选药剂开展了浮选试验研究，取得了良好效果。

　　2009年，成都综合所对鲕状赤铁矿的科研攻关终于取得了突破。他们研发的磨矿-脱泥-浮选工艺通过扩大连续性试验，获得了铁品位57.62％、磷含量低于0.03％、铁回收率达80％以上的合格铁精矿产品，使鲕状赤铁矿的各项研究指标一下子跃居全国同类研究领先水平。由此，我国数十亿吨酸性鲕状赤铁矿资源的利用问题迎刃而解。该项成果被评为“2010年中国地质调查局十大进展”。

　　如果说成都综合所研发的磨矿-脱泥-浮选工艺，让难利用的鲕状赤铁矿“一夜复活”的话，那接下来他们研制的矿用悬浮焙烧炉，无疑让鲕状赤铁矿成为了在低成本情况下得到高质量铁精矿的“富矿”。

　　“多项研究表明，鲕状赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等复杂难选铁矿利用常规的选矿方法较难获得高质量的铁精矿，磁化焙烧处理这些矿石是最有效的方法之一。”刘亚川说。

　　为实现鲕状赤铁矿的低成本高效利用，该所又于2011年联合东北大学实施了地调项目——“矿用悬浮焙烧炉研制”。

　　目前，中国工业上使用的磁化焙烧设备主要有竖炉、回转窑等。竖炉只适宜于焙烧块矿，原料利用率低，物料呈堆积态，传热效率低，自动化程度低，处理量小，中心易欠烧，表面易过烧。回转窑能轻松实现全粒级焙烧，但设备投资大，热量利用率低，焙烧成本高，对物料、燃料、含水量、焙烧气氛、温度等要求严格，需精确控制，否则容易结圈，导致工业生产作业率低。

　　“所以，研制一种高效、节能的磁化焙烧装备，以填补焙烧设备上的不足，成为了鲕状赤铁矿高效利用的又一个关键。”张裕书说，“本项目就是针对鲕状赤铁矿等复杂难选铁矿石，在以往悬浮焙烧研究的基础上，研制出一种高效的磁化焙烧设备——矿用悬浮焙烧炉，为我国复杂难选铁矿石的开发利用开辟了新途径。”

　　但是，研制这样的设备面临着诸多技术难点：铁矿石中含有低熔点物质，在高温和还原气氛共同作用下容易形成 “结圈”，堵塞设备；磁化焙烧获得的磁铁矿，如果直接排入水中冷却，会浪费大量的热量，但如果在空气中冷却，若条件选择不当或设计不合理，会使磁铁矿氧化成弱磁性的赤铁矿，降低选别指标；如果流态化预热、流态化反应以及流态化冷却装置设计不合理，将会造成运行不畅（堵料）、还原产品质量不高（低效）以及浪费大量热量（耗能）。

　　所以，如何研制一套既能回收大量余热，又不产生结圈、设备运行通畅、焙烧指标良好的磁化焙烧炉，不仅是本项目的技术难点，也是项目的重中之重。

　　以刘亚川和张裕书两人为负责人的项目组联合东北大学知难而进，围绕上述技术难点开始了有明确的目的性的研制工作。他们通过先期的热平衡计算、设备设计，于2012年1月10日安装好了该套设备，并通过了专家验收。随后在完成焙烧系统的初步验收和初步调试后，他们按照专家在验收和调试时提出的意见对设备做了大量的整改和提升。经过试验，他们研发了鲕状赤铁矿连续悬浮磁化焙烧-磁选-反浮选工艺，获得了铁精矿全铁品位60.13％、回收率74.59％、含磷0.24％的优异技术指标。

　　通过评审，专家们一致认为该设备具备了工艺设计合理、结构设计先进、自动控制完善、回收大量余热等创新点，具有很强的适用性和推广价值。

　　谈到该设备的优点时，张裕书如数家珍地说，焙烧能耗低、焙烧产品质量好、设备运行稳定、焙烧成本低、焙烧温度低、焙烧时间短，而且自动化程度高、设备作业率高、占地面积小、设备磨损小。经测算，设备解决能力为100千克/小时左右，焙烧时间为3分钟左右，焙烧作业单位成本为83.12元，分别为竖炉的87%、回转窑的49%左右。

　　更重要的，该设备应用前景十分广阔，除可以适用于30亿吨以上鲕状赤铁矿、约18亿吨菱铁矿、10亿~20亿吨褐铁矿、镜铁矿、羚羊铁矿、混合型铁矿，以及其他难选铁矿外，对设备做适当改进后，还能够适用于金矿等其它需要焙烧的矿石。

　　“这套设备在我国已经十分成熟，类似的设备在氧化铝焙烧中得到了大量应用，已经实现了工业化。只需要按照成都综合所研究出的新工艺，对设备做改造提升，就可以拓展到鲕状赤铁矿的焙烧中。”东北大学设计院原院长、沈阳鑫博公司董事长刘鹤群表示。

　　成都综合所对鲕状赤铁矿的利用研究远不止于此。他们还开展了鲕状赤铁矿高效清洁利用技术探讨研究，不仅让其能够高效利用，而且实现了清洁利用。选矿废水可回收利用，工艺中获得的浮选尾矿和磁选尾矿均可作为水泥生产填料，应用于建筑、装饰等领域。

　　尽管通过对鲕状赤铁矿利用的持续科技攻关，成都综合所已经完全解决了鲕状赤铁矿的高效利用问题，但这一成果却是“熟透的挑子无人摘”，还没有正真获得很好的转化和推广。

　　究其原因，一方面因为该工艺和设备前期投资大，通常要5000万元左右，许多企业尤其是非公有制企业因拥有的铁矿资源少，觉得总体下来不划算，不愿意应用；另一方面，国家对利用鲕状赤铁矿这类低品位、难利用矿石的扶持激励政策不够，企业缺乏积极性。

　　“要真正使鲕状赤铁矿得到规模开发、高效利用，国家必须出台有关政策，对开发利用难利用矿石，要在资源配置、综合利用示范基地建设、税费减免等方面给予倾斜，鼓励其积极推广应用新技术、新工艺、新装备。”张裕书说。

　　对此，韩跃新持相同观点。他认为，对鲕状赤铁矿这些低品位、难处理的矿石利用，国家应比照循环经济的优惠政策给予扶持。

　　事实上，成都综合所研发的这项技术和设备，对保证我国铁矿资源的供给，保障我们国家的经济安全具有十分重要的战略意义。作为为世界第一钢铁生产大国与消费大国，近几年来我国铁矿石自给率年年在下降，对外依存度不断攀升。其根本原因就是我国铁矿资源中贫矿、难采、难选矿占比大，许多铁矿资源没办法得到有效开发利用。

　　“铁矿石问题已成为悬在整个行业头顶的一把利剑。在当前我国铁矿石进口居高不下的严峻形势下，如何合理开发利用低品位、难利用铁矿资源，提高国内铁矿石自给率已成为当务之急。”最后，刘亚川表示，“国家应出台政策，建立综合利用先进的技术示范点，让成熟的技术尽快转化成现实生产力，以从源头缓解我国铁矿石自给率不足、对外依存度过高的问题。”