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打破铁矿石资源依赖症

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一场席卷全国的“黑色风暴”,改写了国产铁精矿低质量的历史。

截至2007年底,中国探明铁矿石储量607亿吨,主要以赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿为主,具有贫(平均品位32%)、细、杂等特点,需经选矿后才能用于炼铁生产。

长期以来,由于选矿思路、理论认识以及技术和装备的局限性,中国对降低铁精矿中的二氧化硅含量的重要性认识不够,导致国产铁精矿铁品位低、二氧化硅含量高:铁精矿品位一直徘徊在62%左右,二氧化硅含量在8%~11%,高炉利用系数仅为1.6 t/m3·d~2t/m3·d;而国外铁精矿品位多在66%以上,二氧化硅含量在4%以下,高炉利用系数在2.4 t/m3·d~3.4t/m3·d。相比之下,中国高炉炼铁效益存在明显差距。

黑色风暴来袭

随着改革开放,中国开始进口铁矿石作为炼铁原料,有条件的钢铁企业逐渐加大铁矿石进口量,减少甚至不用国产铁精矿。

1995年~2000年,国产铁精矿明显滞销,致使铁矿山生产萎缩,部分企业减产甚至停产,使中国30多万铁矿山职工面临待业和下岗的威胁,这会对社会的稳定产生严重影响。

针对这一状况,长沙矿冶研究院和武汉大学的科研团队看在眼里、急在心上,积极探究国产铁精矿不受高炉炼铁欢迎的原因,以寻求应对措施,使铁矿山走出困境。

从1999年起,该团队认真研究分析了国产铁精矿质量与国外进口铁精矿质量存在的差距,以及铁精矿质量对高炉炼铁的重要影响。与国外进口铁矿石相比,国产铁精矿不仅铁品位低,而且二氧化硅等杂质含量高,严重降低高炉炼铁效益。

根据这一研究成果,他们明确提出了“提铁降硅(杂)”、“铁前成本一起核算”,“集团效益最大化”及 “铁精矿质量铁、硅、铝三元素综合评价”的学术思想。

为了让钢铁企业接受这一学术思想,该团队奔走于鞍钢、酒钢、太钢等国内主要大型钢铁联合企业,同时在全国性矿山会议和炼铁会议上进行演讲,并在国内期刊杂志,宣传国产铁精矿质量对提高我国钢铁企业经济效益以及促进矿山企业发展、保障社会稳定的重要性,使钢铁行业统一了对提高铁精矿质量的认识。

鞍钢集团率先接受这一学术思想,实施提铁降硅战略,并组织矿山和炼铁厂一起计算总效益,经过反复测算,品位在64%左右的铁精矿,品位提高1个百分点,每吨精矿需要付出选矿成本14元左右,而炼铁效益可提高55元,企业整体效益在40元以上。

鞍钢弓长岭铁矿选矿厂首先采用阳离子反浮选,将铁精矿品位从65% 提高到69%以上,铁精矿中二氧化硅含量从8%降低到4%左右,齐大山和调军台选矿厂铁精矿品位从65%提高到67.5%以上,二氧化硅含量从8%降低到4%左右。

由于铁精矿质量的全面提高,鞍钢炼铁效益大幅提升,使鞍钢炼铁用铁矿石的自给率达到了85%~90%。至此,鞍钢使用自产铁精矿为公司所产生的效益占公司当年总利润的30%~40%。

在鞍钢的带动下,本钢、太钢、武钢、酒钢、包钢、唐钢、首钢等大型钢铁企业和国内其他矿山企业纷纷实施提铁降硅(杂)战略,企业的需求带动全国科研院所、大学和企业进行产学研联合,开发了适合各种类型铁矿提质降杂的新技术、新工艺、新设备和新药剂,在全国掀起了一场提铁降硅(杂)的“黑色风暴”。

经过几年的努力,中国铁矿选矿技术达到世界领先水平,铁精矿品位从62%左右提高到67%左右,二氧化硅含量从8%~10%降低到4%左右。

技术路线革新

长沙矿冶研究院在国产铁精矿提铁降硅(杂)的系统研究与实践项目中创造性地提出“提铁降硅(杂)”、“铁前成本一起核算”,“集团效益最大化”及建立了“铁精矿质量铁、硅、铝三元素综合评价”理论体系,为国产铁精矿实施提铁降硅(杂)战略提供了理论指导。

他们首次创造性提出铁精矿质量用“铁、硅、铝”三元素综合评价,并建立了评价理论体系。该评价理论体系突破传统的单一铁品位评价标准以及只在选矿厂内部研究合理铁精矿品位的技术经济评价模式,把提高铁精矿质量扩展到选矿—烧结—炼铁的大范围来研究评价,在大系统内取得炼铁成本最低、集团利润最大化经济效益的铁精矿品位才是合理的铁精矿品位。运用模糊数学理论创建评价模型进行最佳铁精矿品位的优化评价,最后得出最合理的铁精矿品位和二氧化硅的含量。

国内对铁精矿中铁品位关注较多,而对二氧化硅、氧化铝等杂质重视不够的状况,阻碍了选矿技术进步,偏离了“精料方针”的正确方向。

因此,应明确提出铁矿山选矿厂应该对铁精矿进一步开展提铁降硅(杂)工作,研究、采用先进合理的高新工艺技术。虽然铁精矿品位的提高将会增加采矿和选矿生产成本,使矿山效益下降,但能显著提高炼铁效益,为此,要解决好矿山系统和冶炼系统经济效益的合理分配,达到二者整体效益最佳化。

铁精矿提质降硅(杂)技术路线为:弱磁选和强磁选铁精矿中石英主要呈连生体(主要和铁矿物)存在,若采用多次磁选精选难以除去,而利用石英可浮性好的特点,采用反浮选石英可以有效地把石英从铁精矿中脱除。其次,连生体和单体石英的比重比铁矿物低,采用磁力和重力综合力场也能有效地分选出石英,从而得到高铁低硅的高质量铁精矿。

在提质降硅(杂)的学术思想倡导下,长沙矿冶研究院对代表中国主要铁矿性质的三大类型矿石开展选矿工艺技术创新性的研究,并与鞍钢、本钢、酒钢、武钢紧密合作,将选矿新技术应用于工业生产。

十年“提铁降硅”路

国产铁精矿提铁降硅(杂)的系统研究与实践历时10年,长沙矿冶研究院作为该项目研究的引领者创造性地提出了综合评价铁精矿质量的理论体系,改变了钢铁行业及铁矿山的传统思维,促使企业以效益最大化为目标重视铁精矿质量的提高。

该研究成果在莱钢、江西新余、鞍山大孤山、鞍千矿业、唐山司家营、河南舞阳铁矿、湖南祁东铁矿等国内多家大中型铁矿山得到推广应用,覆盖中国铁矿山达到80%,不仅使数家2000年前后濒于关闭的矿山企业恢复生产并快速发展,还为中国数十亿吨铁矿石资源的高效利用奠定了技术基础,保障了铁矿产业的持续高速发展。

国产铁精矿质量大幅度提高,改写了我国长期以来铁精矿质量低的历史。国产铁精矿质量产生质的飞跃,促使国内重点钢铁企业高炉炼铁的技术指标和经济效益明显提高。据统计,2008年至2010年仅6家钢铁公司的新增利税已达47.2亿元,节支5.98亿元,共计53.18亿元。

尽管矿业的科研技术和创新极大缓解了中国铁矿石原料紧缺的局面,但2011年中国进口成品铁矿石仍高达6.86亿吨,对外依存度高达59.6%。

为此,该研究团队从几年前就开始进行更难选的菱铁矿、褐铁矿和鲕状赤铁矿的基础研究工作和应用技术研究,菱、褐铁矿回转窑磁化焙烧—磁选—反浮选技术实现了工业应用并日趋成熟,更加低成本利用菱、褐铁矿及鲕状赤铁矿的闪速磁化焙烧已经完成中试,即将推向工业应用。

这一技术如果成功用于工业,将盘活上百亿吨复杂难选铁矿资源,从根本上改变中国钢铁原料对国外资源的依赖。