“采用該礦用懸浮焙燒系統(tǒng)處理寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦，不僅所需焙燒溫度低、速度快、時間短、運行穩(wěn)定、焙燒產(chǎn)品質(zhì)量好，而且可回收大量余熱，有利于節(jié)能降耗。整個系統(tǒng)操作簡便，生產(chǎn)安全，具有推廣應(yīng)用價值。”

   近日，由中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所（簡稱“成都綜合所”）專門針對我國難利用礦石——鮞狀赤鐵礦而研發(fā)的礦用懸浮焙燒爐順利通過了專家組的評審驗收。

    作為此項目的主審，我國金屬選礦領(lǐng)域的專家、中國地質(zhì)調(diào)查局研究員金永鐸對該項目贊不絕口。他說：“這是具有強大生命力的設(shè)備，很有推廣價值和應(yīng)用前景！”

向世界難題發(fā)起挑戰(zhàn)

    寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦是我國分布最廣、儲量最多的沉積型鐵礦，也是我國乃至世界上最難利用的鐵礦，其利用問題曾被喻為世界性難題之一。

據(jù)了解，這類鐵礦床廣泛分布于湖北、湖南、江西、四川、云南、貴州、廣西等省(區(qū))及甘肅南部地區(qū)，現(xiàn)已探明的該類鐵礦儲量達(dá)37.2億噸，占全國沉積鐵礦探明儲量的73.5%，預(yù)計資源量可達(dá)上百億噸。鄂西、湘西是我國寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦的主要富集區(qū)。

    在20世紀(jì)50年代，國家為開發(fā)鄂西地區(qū)鮞狀赤鐵礦投入了大量地質(zhì)勘查工作，查明鐵礦資源儲量16.87億噸。截至2003年底，依據(jù)湖北省礦產(chǎn)資源儲量表的統(tǒng)計結(jié)果，恩施自治州已查明的鐵礦有19處，累計探明鐵礦石資源儲量12.85億噸，占湖北省鐵礦石總資源儲量29.96億噸的42.89%，居湖北省第一位，名列全國寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦儲量首位。此外，還有30余處鐵礦點勘查工作程度較低，僅做過礦點檢查，從成礦地質(zhì)條件分析資源潛力較大，預(yù)測遠(yuǎn)景資源量在10億噸以上。

    但是，由于鮞狀赤鐵礦為中品位高磷低硫酸性鮞狀赤鐵礦，屬難選礦石，多年來一直因未能解決利用問題，而被劃入表外儲量，成為呆礦而沉睡地下。從2006年起，寧鄉(xiāng)式鮞狀赤鐵礦開始有人問津，可研究成果因為指標(biāo)不理想、工藝復(fù)雜、設(shè)備缺乏、成本高等，都未達(dá)到工業(yè)化開發(fā)利用鮞狀赤鐵礦的目的。國內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)只是把鄂西鐵礦作為配礦，用量較少。

    “鮞狀赤鐵礦資源集中，為我國僅存的少數(shù)幾個未開發(fā)的整裝礦山。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國鐵礦資源的保障程度已不足，供需矛盾十分突出。大力開發(fā)高效、適應(yīng)鄂西鐵礦資源特點的利用工藝技術(shù)，使該類呆礦變?yōu)?lsquo;活礦’，對提高我國鐵礦資源保障程度具有重大意義。”成都綜合所劉亞川態(tài)度十分明確地說，“作為國家公益性地質(zhì)調(diào)查隊伍，成都綜合所有責(zé)任也有義務(wù)圍繞國家整體戰(zhàn)略，針對世界性難題進(jìn)行攻關(guān)。”

    也正源于此，2008年~2010年，成都綜合所實施了地調(diào)項目——“鄂西寧鄉(xiāng)式鐵礦利用工藝技術(shù)研究”，拉開了向世界性難題挑戰(zhàn)的序幕。

    事實上，對實施這一項目，當(dāng)時許多人心里并沒有十足的把握。“許多科研單位針對鮞狀赤鐵礦利用問題進(jìn)行了多年的持續(xù)攻關(guān)，但一直沒有獲得突破。成都綜合所能行嗎？”對此，國內(nèi)一些專家甚至成都綜合所內(nèi)部的人士都發(fā)出了不同聲音。

    “我們在金屬礦產(chǎn)選冶領(lǐng)域具有雄厚的實力，尤其是通過對釩鈦磁鐵礦多年的持續(xù)攻關(guān)，在難利用鐵礦的選冶科研方面積累了大量經(jīng)驗，這些都是我們開展鮞狀赤鐵礦利用研究的優(yōu)勢。”成都綜合所領(lǐng)導(dǎo)在集思廣益的基礎(chǔ)上，最后下定了決心——干！

    但是，要想攻克世界性難題絕非易事，需要一流的團(tuán)隊和敢于擔(dān)當(dāng)?shù)捻椖控?fù)責(zé)人。成都綜合所抽調(diào)精兵強將，成立了以所長劉亞川、研究院張裕書為項目負(fù)責(zé)人的科研專題組，開始了為期兩年的技術(shù)攻關(guān)。

    “要促進(jìn)鮞狀赤鐵礦的大規(guī)模開發(fā)利用，必須加強高效脫磷脫硅浮選藥劑的研究、新型磨礦和選礦設(shè)備的研究以及適應(yīng)性強、成本低的選別工藝等方面的研究。”張裕書在認(rèn)真總結(jié)以前的科研成果的基礎(chǔ)上，確定了自己的主攻方向。針對鮞狀赤鐵礦礦石礦物組成復(fù)雜、脈石礦物含鐵量高、要求藥劑捕收能力強等特點，他們通過多次試驗，研發(fā)出了較好的陰離子脫磷捕收劑和陽離子脫硅捕收劑，并針對新型浮選藥劑開展了浮選試驗研究，取得了良好效果。

    2009年，成都綜合所對鮞狀赤鐵礦的科研攻關(guān)終于取得了突破。他們研發(fā)的磨礦-脫泥-浮選工藝通過擴(kuò)大連續(xù)性試驗，獲得了鐵品位57.62％、磷含量低于0.03％、鐵回收率達(dá)80％以上的合格鐵精礦產(chǎn)品，使鮞狀赤鐵礦的各項研究指標(biāo)一下子躍居全國同類研究領(lǐng)先水平。由此，我國數(shù)十億噸酸性鮞狀赤鐵礦資源的利用問題迎刃而解。該項成果被評為“2010年中國地質(zhì)調(diào)查局十大進(jìn)展”。

攻克最后一個“堡壘”

    如果說成都綜合所研發(fā)的磨礦-脫泥-浮選工藝，讓難利用的鮞狀赤鐵礦“一夜復(fù)活”的話，那接下來他們研制的礦用懸浮焙燒爐，無疑讓鮞狀赤鐵礦成為了在低成本情況下得到高質(zhì)量鐵精礦的“富礦”。

    “多項研究表明，鮞狀赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等復(fù)雜難選鐵礦利用常規(guī)的選礦方法較難獲得高質(zhì)量的鐵精礦，磁化焙燒處理這些礦石是最有效的方法之一。”劉亞川說。

    為實現(xiàn)鮞狀赤鐵礦的低成本高效利用，該所又于2011年聯(lián)合東北大學(xué)實施了地調(diào)項目——“礦用懸浮焙燒爐研制”。

    目前，我國工業(yè)上使用的磁化焙燒設(shè)備主要有豎爐、回轉(zhuǎn)窯等。豎爐只適宜于焙燒塊礦，原料利用率低，物料呈堆積態(tài)，傳熱效率低，自動化程度低，處理量小，中心易欠燒，表面易過燒。回轉(zhuǎn)窯可以實現(xiàn)全粒級焙燒，但設(shè)備投資大，熱量利用率低，焙燒成本高，對物料、燃料、含水量、焙燒氣氛、溫度等要求嚴(yán)格，需精確控制，否則容易結(jié)圈，導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)率低。

    “所以，研制一種高效、節(jié)能的磁化焙燒裝備，以填補焙燒設(shè)備上的不足，成為了鮞狀赤鐵礦高效利用的又一個關(guān)鍵。”張裕書說，“本項目就是針對鮞狀赤鐵礦等復(fù)雜難選鐵礦石，在以往懸浮焙燒研究的基礎(chǔ)上，研制出一種高效的磁化焙燒設(shè)備——礦用懸浮焙燒爐，為我國復(fù)雜難選鐵礦石的開發(fā)利用開辟了新途徑。”

    但是，研制這樣的設(shè)備面臨著諸多技術(shù)難點：鐵礦石中含有低熔點物質(zhì)，在高溫和還原氣氛共同作用下容易形成“結(jié)圈”，堵塞設(shè)備；磁化焙燒獲得的磁鐵礦，如果直接排入水中冷卻，會浪費大量的熱量，但如果在空氣中冷卻，若條件選擇不當(dāng)或設(shè)計不合理，會使磁鐵礦氧化成弱磁性的赤鐵礦，降低選別指標(biāo)；如果流態(tài)化預(yù)熱、流態(tài)化反應(yīng)以及流態(tài)化冷卻裝置設(shè)計不合理，將會造成運行不暢（堵料）、還原產(chǎn)品質(zhì)量不高（低效）以及浪費大量熱量（耗能）。

    所以，如何研制一套既能回收大量余熱，又不產(chǎn)生結(jié)圈、設(shè)備運行通暢、焙燒指標(biāo)良好的磁化焙燒爐，不僅是本項目的技術(shù)難點，也是項目的重中之重。

    以劉亞川和張裕書兩人為負(fù)責(zé)人的項目組聯(lián)合東北大學(xué)知難而進(jìn)，圍繞上述技術(shù)難點開始了有針對性的研制工作。他們通過先期的熱平衡計算、設(shè)備設(shè)計，于2012年1月10日安裝完成了該套設(shè)備，并通過了專家驗收。隨后在完成焙燒系統(tǒng)的初步驗收和初步調(diào)試后，他們按照專家在驗收和調(diào)試時提出的意見對設(shè)備進(jìn)行了大量的整改和提升。經(jīng)過試驗，他們研發(fā)了鮞狀赤鐵礦連續(xù)懸浮磁化焙燒-磁選-反浮選工藝，獲得了鐵精礦全鐵品位60.13％、回收率74.59％、含磷0.24％的優(yōu)異技術(shù)指標(biāo)。

    通過評審，專家們一致認(rèn)為該設(shè)備具有工藝設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計先進(jìn)、自動控制完善、回收大量余熱等創(chuàng)新點，具有很強的適用性和推廣價值。
 
    談到該設(shè)備的優(yōu)點時，張裕書如數(shù)家珍地說，焙燒能耗低、焙燒產(chǎn)品質(zhì)量好、設(shè)備運行穩(wěn)定、焙燒成本低、焙燒溫度低、焙燒時間短，而且自動化程度高、設(shè)備作業(yè)率高、占地面積小、設(shè)備磨損小。經(jīng)測算，設(shè)備處理能力為100千克/小時左右，焙燒時間為3分鐘左右，焙燒作業(yè)單位成本為83.12元，分別為豎爐的87%、回轉(zhuǎn)窯的49%左右。

    更重要的，該設(shè)備應(yīng)用前景十分廣闊，除可以適用于30億噸以上鮞狀赤鐵礦、約18億噸菱鐵礦、10億~20億噸褐鐵礦、鏡鐵礦、羚羊鐵礦、混合型鐵礦，以及其他難選鐵礦外，對設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)后，還可以用于金礦等其它需要焙燒的礦石。

    “這套設(shè)備在我國已經(jīng)十分成熟，類似的設(shè)備在氧化鋁焙燒中得到了大量應(yīng)用，已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化。只需要按照成都綜合所研究出的新工藝，對設(shè)備進(jìn)行改造提升，就可以拓展到鮞狀赤鐵礦的焙燒中。”東北大學(xué)設(shè)計院原院長、沈陽鑫博公司董事長劉鶴群表示。

    成都綜合所對鮞狀赤鐵礦的利用研究遠(yuǎn)不止于此。他們還開展了鮞狀赤鐵礦高效清潔利用技術(shù)研究，不僅讓其能夠高效利用，而且實現(xiàn)了清潔利用。選礦廢水可回收利用，工藝中獲得的浮選尾礦和磁選尾礦均可作為水泥生產(chǎn)填料，應(yīng)用于建筑、裝飾等領(lǐng)域。

成果轉(zhuǎn)化仍需多方給力

    盡管通過對鮞狀赤鐵礦利用的持續(xù)科技攻關(guān)，成都綜合所已經(jīng)完全解決了鮞狀赤鐵礦的高效利用問題，但這一成果卻是“熟透的挑子無人摘”，還沒有得到很好的轉(zhuǎn)化和推廣。

    究其原因，一方面因為該工藝和設(shè)備前期投資大，一般需要5000萬元左右，許多企業(yè)尤其是民營企業(yè)因擁有的鐵礦資源少，覺得總體下來不劃算，不愿意應(yīng)用；另一方面，國家對利用鮞狀赤鐵礦這類低品位、難利用礦石的扶持激勵政策不夠，企業(yè)缺乏積極性。

    “要真正使鮞狀赤鐵礦得到規(guī)模開發(fā)、高效利用，國家必須出臺相關(guān)政策，對開發(fā)利用難利用礦石，要在資源配置、綜合利用示范基地建設(shè)、稅費減免等方面給予傾斜，鼓勵其積極推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新裝備。”張裕書說。

    對此，韓躍新持相同觀點。他認(rèn)為，對鮞狀赤鐵礦這些低品位、難處理的礦石利用，國家應(yīng)比照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)惠政策給予扶持。

    事實上，成都綜合所研發(fā)的這項技術(shù)和設(shè)備，對保證我國鐵礦資源的供給，保障我國經(jīng)濟(jì)安全具有十分重要的戰(zhàn)略意義。作為為世界第一鋼鐵生產(chǎn)大國與消費大國，近幾年來我國鐵礦石自給率逐年下降，對外依存度不斷攀升。其主要原因就是我國鐵礦資源中貧礦、難采、難選礦占比大，許多鐵礦資源無法得到有效開發(fā)利用。

    “鐵礦石問題已經(jīng)成為懸在整個行業(yè)頭頂?shù)囊话牙麆ΑＴ诋?dāng)前我國鐵礦石進(jìn)口居高不下的嚴(yán)峻形勢下，如何合理開發(fā)利用低品位、難利用鐵礦資源，提高國內(nèi)鐵礦石自給率已成為當(dāng)務(wù)之急。”最后，劉亞川表示，“國家應(yīng)出臺政策，建立綜合利用先進(jìn)技術(shù)示范點，讓成熟的技術(shù)盡快轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實生產(chǎn)力，以從源頭緩解我國鐵礦石自給率不足、對外依存度過高的問題。”