2 017中国矿业科技大会 铁矿节能、降耗、增效新方向之—— 铁矿资源集约化高效利用共性创新技术 1 2 017中国矿业科技大会 汇 报 提 纲 研究背景 研究方向 结语 2 2 017中国矿业科技大会 研究背景 一 钢铁工业的飞速发展，导致我国铁矿石呈严重的供不应 求状态，2016年我国进口铁矿石10.24亿吨，对外依存度 86%，中国钢铁工业的国际话语权和安全性进一步降低。 2006-2016我国进口铁矿石量 3 2 017中国矿业科技大会 研究背景 一 针对国内铁矿石特点及市场情况，我们必须加大国内铁矿资源的高效 开发利用基础研究的力度，一方面要研究复杂难选铁矿资源如何开发利用 ， 做好技术储备，节能减排、提高资源利用效率；另一方面优化铁矿产品 结构、延伸铁矿产业链，开发超级铁精矿，为直接还原和粉末冶金等行业 提供优质原料；实现铁矿资源的优质优用、劣质能用。 4 2 017中国矿业科技大会 集约化高效利用技术研究方向 二 2 .1 含碳酸盐铁矿分步浮选技术 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 .4 超级铁精矿高效制备技术 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 2 2 2 2 2.6 硼铁矿全组分经济利用技术 5 2017中国矿业科技大会 .1 含碳酸盐铁矿分步分散协同浮选技术 2 鞍山地区含碳酸盐赤铁矿石主要分布在东鞍山、小孤山、眼前山和黑石砬 子等，总储量超过10亿吨，其中以东鞍山铁矿储量最大，约5亿吨。生产实践 表明，东鞍山含碳酸盐赤铁矿石的浮选难度极大，随着碳酸铁含量的增加，浮 选指标呈下降趋势，原矿碳酸铁含量超过5%时，生产上无法实现浮选分离。 东北大学与鞍钢集团矿业午夜YY联 合，针对“鞍山式含碳酸盐赤铁矿石 高效浮选技术”开展了系统的研究与 开发工作，创造性地提出了含碳酸盐 铁矿石分步分散协同浮选技术，并取 得良好分选效果。 6 2 017中国矿业科技大会 2 .1 含碳酸盐铁矿分步分散协同浮选技术 精矿SEM-EDS分析图像 尾矿SEM-EDS分析图像 7 2017中国矿业科技大会 .1 含碳酸盐铁矿分步分散协同浮选技术 2 菱铁矿对选别影响： 菱铁矿含量对赤铁矿可浮性的影响 8 2 017中国矿业科技大会 2 .1 含碳酸盐铁矿分步分散协同浮选技术 p 基于“固-固罩盖界面调控”浮选理论，研发了含碳酸盐铁矿石的“ 分步浮选” 新技术 油酸钠体系下矿物可浮性差异 第一步“正浮选“选出菱铁矿 2 017中国矿业科技大会 2 .1 含碳酸盐铁矿分步分散协同浮选技术 p 基于“固-固罩盖界面调控”浮选理论，研发了含碳酸盐铁矿石的“ 分步浮选” 新技术 油酸钠体系下矿物可浮性差异 第二步 反浮选赤铁矿与石英分离 2 017中国矿业科技大会 2 .1 含碳酸盐铁矿分步浮选技术 p 含碳酸盐铁矿石 “分散浮选”高效利用技术研究及应用 强化分散作用前(a)后(b)赤铁矿表面 “ 分步-分散协同浮选”原则流程 强化分散作用前后矿粒的存在状态示意图 2017中国矿业科技大会 .1 含碳酸盐铁矿分步浮选技术 2 分步浮选技术实例： 东鞍山含碳酸盐铁矿石化学多元素分析 成分 TFe FeO 9.24 SiO2 Al Ca Mg 0.22 Mn K 含量/% 34.43 49.41 0.08 0.28 0.28 0.04 东鞍山含碳酸盐铁矿石铁物相分析结果 铁相态 磁性铁 0.34 碳酸铁 4.98 (半)假象赤、褐铁 26.01 硅酸铁 总量 铁含量 /% 2.96 8.63 34.29 铁分布率 /% 0.99 14.53 75.85 100.00 1 2 2 017中国矿业科技大会 集约化高效利用技术研究方向 二 2 .1 含碳酸盐铁矿分步浮选技术 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 .4 超级铁精矿高效制备技术 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 2 2 2 2 2.6 硼铁矿全组分经济利用技术 1 3 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 悬 浮 焙 烧 悬浮焙烧是流态化焙烧的一种，是将 粉体物料在悬浮状态下加热到一定温度后， 通入还原气体将物料中的赤铁矿、菱铁矿 和褐铁矿还原为磁性铁矿物的过程。焙烧 后物料经磁选可获得高品质铁精矿。 难选铁矿 预氧化 蓄热还原 再氧化 磁 选 Fe3O4 γ-Fe2O3 精 矿 Fe O 3 4 ( FeCO 、 3 Fe O 2 3 Fe2O3·nH2O等) 1 4 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 竖炉 回转窑 悬浮焙烧 全面占优的悬浮焙烧系统 粒度：0 ～ 1mm 焙烧效果：好 粒度：20～75mm 焙烧效果：差 能耗高﹥46 kgce/t 产能低、环境污染 严重。 工作粒度：0～ 25mm 焙烧效果：一般 能耗高：﹥60 kgce/t 产能低、产品质量不均， 结圈导致运行不稳。 能耗低：﹤42 kgce/t 产能高、无污染、产品 质量均匀。 1 5 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 单台年处理铁矿石达200万t 排放废气粉尘浓度≤30mg/Nm3 燃料来源充足、热效率高 DCS集中控制易操作、易管理 1 6 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 小试阶段 中试阶段 工业化阶段 l东北大学 l 东北大学 l 沈阳鑫博 l 鞍钢、酒钢 l 东北大学 l 沈阳鑫博 l沈阳鑫博、鞍钢 l成都所、酒钢 1 7 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 难选铁矿现有工艺与悬浮焙烧磁选（PSRM）技术指标对比 现有工艺（%） PSRM（%） 差值（%） 品位 回收率 品位 回收率 矿石 品位 回收率 东鞍山 铁矿石 6 3 60～65 64～66 0 66.60 60.00 82.04 84.00 +3.60 +17～22 酒钢粉矿 4 1 4～46 0～20 +10 18-20 眼前山 排岩矿 — 6 3.01 61.68 +61.68 五峰鲕状赤 铁矿 4 6.31 7.31 0 — 6 6 0.13 5.10 74.58 82.78 +74.58 +37.98 东鞍山正浮 选尾矿 5 44.80 +7.7 1 8 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 东北大学、朝阳县政府、朝阳天马集团联合建设“东北大学朝阳矿冶 产业技术研究院”，总投资约3000万元，其中包括悬浮磁化焙烧中试 平台，高压辊干式粉碎-分级系统，焙烧后物料磨选系统等。 1 9 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 高压辊干式粉碎-分级系统已经投入使用，悬浮磁化焙烧中试平台8月 6日正式运行，焙烧后物料磨选扩大连选系统正在安装。 2 0 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 新建悬浮焙烧中试系统，中试规模达300~500kg/小时，今 年将陆续完成酒钢块矿、山钢塞拉利昂唐克里里铁矿、魏桥 赤泥中试试验。 2 1 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 工业化进程 目前，东北大学与鞍钢矿业集团、酒泉钢铁集团、河北钢铁集团、山 东钢铁集团、中国中钢集团等多家单位合作完成了多种国内典型劣质铁矿 资源的预富集-悬浮焙烧-磁选试验研究工作，均取得了良好的焙烧效果和 分选指标。酒钢与鞍钢悬浮焙烧技术相关工程已进入或即将进入工业化阶 段。 2 2 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 酒钢悬浮焙烧工业化进展 2 016年6月酒钢粉矿悬浮磁化焙烧项目一期工程已正式开工建设，设计投 资4.8亿元，建设一条年处理粉矿165万吨的悬浮焙烧选矿生产线，标志着悬浮 焙烧项目步入工业化建设阶段。待项目全部建成投产后，据估算酒钢集团吨铁 矿石成本预计可降低57.98元，年降低生铁成本3.01亿元，经济效益巨大，同时 ， 该工程被列为2017年甘肃省省列重大项目。 2 3 2 017中国矿业科技大会 2 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 酒钢粉矿悬浮磁化焙烧系统 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 鞍钢悬浮焙烧工业化进展 鞍钢矿业集团在扩大连续试验取得的研究成果基础上，完成了东部 尾矿2850万t/a 预富集-悬浮焙烧-磁选项目的初步设计，工程总投资约 1 5亿元，据估算该项目在不增加新采出矿石量的前提下，每年可回收合 格铁精粉260~300万t，精矿成本仅为260元/t左右。 2 5 2017中国矿业科技大会 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 2 悬浮焙烧技术预期效果： 1 、预富集-悬浮焙烧-磁选技术的 应用，可实现贫杂赤铁矿、菱铁矿、 褐铁矿石以及尾矿资源的高效利用， 初步估计可盘活大量的复杂难选铁 矿资源； 2 、大幅提高我国难选铁矿石的回 收率，较现有工艺提高15个百分点 以上，属我国复杂难选铁矿石高效 利用方面的重大突破。 2 6 2 017中国矿业科技大会 集约化高效利用技术研究方向 二 2 .1 含碳酸盐铁矿分步浮选技术 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 .4 超级铁精矿高效制备技术 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 2 2 2 2 2.6 硼铁矿全组分经济利用技术 2 7 2 017中国矿业科技大会 2 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 深度还原 过程 铁矿物还原-铁颗粒长大示意图 深度还原：指将不能直接作为炼铁原料的复杂难选铁矿石在比磁化焙烧更 高的温度和更强的还原气氛下，使铁矿石中的铁矿物还原为金属铁，并使 金属铁生长为一定粒度铁颗粒的过程。 2 8 2017中国矿业科技大会 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 2 在国内率 先提出了复杂 难选铁矿石的 深度还原高效 分选技术，先 后获得国家自 然科学基金重 点项目和面上 项目、科技部 深度还原铁颗粒SEM照片 深度还原铁颗粒粒度表征 863项目、科 技支撑计划项 目的资助。 深度还原中试线 深度还原中试试验 2 9 2017中国矿业科技大会 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 2 磷处理路线: 脱 磷 工 艺 效果显著 添加脱磷剂 脱磷剂 脱磷剂用量大 磷资源浪费 P 富 磷 工 艺 富 控制富集 脱磷冶炼 钢材 富磷渣 磷 铁 粉 3 0 2 017中国矿业科技大会 2 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 全流程试验结果(质量分数/%) 产品 铁粉 尾渣 合计 产率 48.83 51.17 100.00 铁品位 铁回收率 89.63 3.37 96.21 3.79 45.49 100.00 高磷铁粉化学成分分析(质量分数/%) TFe MFe FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO 9.63 86.17 2.23 3.52 2.31 0.72 0.22 S 8 0.01 对于含磷1.31%的高磷鲕状赤铁矿，采用富磷工艺在最佳条件下可获 得铁品位89.63%，磷含量1.82%的高磷铁粉。该铁粉经脱磷炼钢工艺处理， 在获得钢材的同时，还将获得P2O5大于10%的高磷钢渣。高磷钢渣可作为 磷肥使用或进一步提取磷的原料。 3 1 2 017中国矿业科技大会 集约化高效利用技术研究方向 二 2 .1 含碳酸盐铁矿分步浮选技术 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 .4 超级铁精矿高效制备技术 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 .6 硼铁矿全组分经济利用技术 2 2 2 2 2 3 2 2 017中国矿业科技大会 2 .4 超级铁精矿高效制备技术 超级铁精矿与洁净钢 超级铁精矿：也称高纯铁精矿，指含铁品位高于71.5%，二氧化硅及其 它杂质（酸不溶物）含量小于0.2%的铁精矿。既是选矿的深加工产品， 又是一种具有发展潜力的新型功能材料。主要用于粉末冶金、磁性材料、 纯净钢等领域。 洁净钢：指对钢中杂质元素含量具有非常严格的控制要求的钢种，一般 要求硫、磷的质量分数小于0.01%。 国内外对洁净钢的研究都给予了高度重视和极大关注，洁净钢的生产水 平已成为钢铁企业综合竞争能力的重要表现之一。 3 3 2 017中国矿业科技大会 2 .4 超级铁精矿高效制备技术 优质磁铁矿 弱磁选 普通铁精矿 TFe65%-67% SiO23%-9% TFe30%-35% 转炉三脱 普通钢 焦煤炼焦 高炉冶炼 铁水脱硫 高炉铁水含碳4.30%～5.10%,C在转 炉炼钢时变成CO2排放,吨钢CO2排放量高 达140kg～170kg。 RH精炼 洁净钢 普通铁精矿-高炉-转炉长流程炼钢示意图 34 2 017中国矿业科技大会 2 .4 超级铁精矿高效制备技术 优质磁铁矿 弱磁选 普通铁精矿 细 磨 电磁精选 TFe65%-67% SiO23%-9% TFe30%-35% TFe70.%-72.2% SiO20.1%-2.0% 洁净钢 电炉炼钢 直接还原 超级铁精矿 浮选脱硅 直接还原铁含碳一般小于1.00%，C在电炉炼钢时变成CO2排放，吨 钢CO2排放量仅为30kg～50kg，减排70%以上。 超级铁精矿-竖炉直接还原-电炉短流程炼钢示意图 35 2 017中国矿业科技大会 2 .4 超级铁精矿高效制备技术 超纯铁精矿 高纯铁精矿 形 成 了 首 家以低品位磁 铁矿制备超级 铁精矿、直接 还原铁、纯铁 全流程工业化 生产技术。 解决了我国 长期缺少高品 位直接还原铁 原料的难题， 为我国发展钢 铁短流程奠定 了原料基础。 3 6 2 017中国矿业科技大会 2 .4 超级铁精矿高效制备技术 2013年建成了超级铁精矿绿色制备扩大连续生产线，完成中试试验。 3 7 2 017中国矿业科技大会 2 .4 超级铁精矿高效制备技术 2 014年8月，在朝阳建平县建成10万t/a超级铁精矿绿色制备示范工 程-建平旗盛金属新材料午夜YY。 3 8 2 017中国矿业科技大会 2 .4 超级铁精矿高效制备技术 在给矿TFe品位65.27%、磨矿 细度-0.043mm占95%～97% 、 ， 浮选药剂用量80g/t条件下 经两段一闭路搅拌磨磨矿、 两段电磁精选、一段磁选、一 粗一精浮选流程，可获得TFe 品 位 7 1 . 8 7 % 、 回 收 率 为 3 8.77%的超纯铁精矿；TFe品 位 为 7 0 . 2 1 % 、 回 收 率 为 4.31%的高纯铁精矿，总回 收率达93.08%。 5 工业试验数质量流程图 3 9 2 .4 超级铁精矿高效制备技术 超纯铁精矿化学成分分析结果（%） 017中国矿业科技大会 2 成分 TFe 71.87 Mn SiO2 0.11 Ti S P Al2O3 0.11 — CaO <0.10 — 含量 成分 0.002 Cr <0.005 酸不溶物 0.15 含量 0.043 0.044 0.032 — — 纯铁化学成分分析（%） 成分 TFe C Si S P Ca Mg Al Mn Ti 含量 99.94 0.020 <0.001 0.0068 0.0006 0.0036 <0.001 0.0021 0.006 0.006 成分 含量 Sn Cu Nb Cr Ni Mo V Pb B Co < 0.001 0.000 0.002 0.008 0.007 0.002 <0.001 0.000 <0.001 0.002 以超纯铁精矿为初始原料，经直接还原-低碳熔炼，最终可获得TFe品位99.94%的纯铁， 该纯铁P含量0.0006%，S含量0.0068%，C含量0.0020%，其他成分均极低，为优质的 洁净钢基料。该技术为我国发展钢铁短流程奠定了原料基础！ 4 0 2 017中国矿业科技大会 集约化高效利用技术研究方向 二 2 .1 含碳酸盐铁矿分步浮选技术 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 .4 超级铁精矿高效制备技术 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 .6 硼铁矿全组分经济利用技术 2 2 2 2 2 4 1 2 017中国矿业科技大会 2 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 贫杂铁矿石资源化利用面临的技术难题 常规浮选药剂 常规分选工艺 贫杂铁矿石 磨 矿 分 级 粗 细 重 选 磁 选 常规浮选药剂凝固点高，分 散性差，矿浆需加温，能源 浪费和环境污染严重。 反浮选 重选精矿 浮选精矿 尾 矿 开发贫杂铁矿石常温高效浮选药 剂体系迫在眉睫！ 4 2 2017中国矿业科技大会 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 2 发现了极性基与矿物表面氢键吸附耦合的 重要作用，创造性地提出了铁矿石浮选药 剂“氢键耦合多基团协同”分子结构设计 新理论。 接枝效应会降低浮选药剂的凝固点，实现低温浮选 提出了浮选药剂不同极性基和非极性 基的基团接枝及分子组装技术，自主 研发了组装有伯胺、仲胺、醚胺、 C=O等多极性基的浮选药剂。 4 3 2017中国矿业科技大会 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 2 ★ 自主研发了新型常温高效铁矿石浮选药剂体系 根据药剂极性基团活性原子的电子态密度与矿物表面活性位点原子 的电子态密度匹配关系，开发了DWD-3，TD-Ⅱ，HBGT-135等新型浮 选药剂，解决了浮选矿浆温度过高问题。 捕收剂TD-Ⅱ与菱铁矿吸附的差分电荷密度图 捕收剂HBGT-135与石英作用 4 4 2017中国矿业科技大会 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 2 分子动力学模拟 人工合成 药剂表征 试验验证 铁矿石新型常温高效浮选药剂体系在东 鞍山烧结厂、齐大山选矿厂、鞍千矿业午夜YY 、 河钢司家营铁矿等企业成功推广应用，浮 选尾矿铁品位降低2.3个百分点以上，浮选 温度降低10℃以上，取得了显著的经济、社 会和环境效益。 工业应用 机理分析 4 5 2 017中国矿业科技大会 2 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 新型捕收剂DWD-3与GK-68闭路药剂制度及结果（司家营混磁精） 捕收剂 浮选温 捕收剂用 活化剂 抑制剂 精矿 精矿 尾矿 闭路流程 种类 度℃ 25 量g/t 400 用量g/t 用量g/t 铁品位% 回收率% 铁品位% DWD-3 400 400 1000 1000 1粗1精3扫 1粗1精3扫 66.48 66.09 80.32 78.09 16.35 17.92 GK-68 40 400 新型捕收剂DWD-3与RA-715闭路药剂制度及结果（鞍千混磁精） 捕收剂 种类 浮选温 捕收剂用 活化剂 抑制剂 精矿 精矿 尾矿 闭路流程 度℃ 量g/t 用量g/t 用量g/t 铁品位% 回收率% 铁品位% DWD-3 RA-715 25 200 200 600 1000 1100 1粗1精1扫 1粗1精3扫 68.19 68.01 90.03 87.34 12.95 16.04 40 530 无毒、无味、低温、高效！ 4 6 2 017中国矿业科技大会 集约化高效利用技术研究方向 二 2 .1 含碳酸盐铁矿分步浮选技术 .2 复杂难选铁矿悬浮焙烧技术 .3 难选铁矿深度还原磁选技术 .4 超级铁精矿高效制备技术 .5 新型绿色铁矿浮选药剂研发技术 .6 硼铁矿全组分经济利用技术 2 2 2 2 2 4 7 2017中国矿业科技大会 .6 硼铁矿全组分经济利用技术 2 丹东凤城硼铁矿化学成分分析结果（%） B2O3 Fe SiO2 MgO Al2O3 CaO S C Na2O K2O 成分 含量 6 .15 26.26 22.98 22.05 2.83 1.33 0.77 0.33 0.81 0.59 主要矿物（硼镁石、磁铁矿、蛇纹石）嵌布关系 4 8 2 017中国矿业科技大会 2 .6 硼铁矿全组分经济利用技术 硼铁矿 磁-重联合选矿 尾 矿 硼 精 矿 含 硼 铁 精 矿 B2O3品位 TFe品位 选择性还 1 2%～16% 优质的硼 5 1%～56% 主要为 蛇纹石 可生产肥料 冶金辅料 原-硼铁 高效分离 硼回收率 B2O3含量 化工原料 4 0%～60% 4 %～6% 在国家自然科学基金项目支持下，针对硼铁矿工艺矿物学特点，开 展了硼铁分选及含硼铁精矿选择性还原研究工作，提出了全组分利用方 案。 4 9 2017中国矿业科技大会 .6 硼铁矿全组分经济利用技术 2 ——含硼铁精矿阶段选择性还原-高效分选 含硼铁精矿是硼铁矿选矿终端产品，其中含B2O3 4%～6%，占原 矿硼总量的30%，含硼铁精矿中硼铁二次分离成为硼铁矿资源开发 利用的技术瓶颈，因此，研究含硼铁精矿中硼、铁高效分离具有重 要的理论与实际意义。 针对含硼铁精矿物料特性，突破了传统选矿理念，创造性提出 “ 阶段选择性还原-高效分选”选冶联合新技术，即首先将含硼铁精 矿中的铁氧化物充分还原为金属铁而硼氧化物不能被还原，然后在 二段还原过程中促使金属铁晶粒长大到适宜分选的粒度，最后对还 原熟料进行高效分选。 5 0 2017中国矿业科技大会 .6 硼铁矿全组分经济利用技术 2 ——含硼铁精矿阶段选择性还原-高效分选 铁粉 获得TFe品位93.72%，回收 率96.24%的铁粉及含 B2O314.55%，硼回收率 93.57%的富硼渣，富硼渣 活性达81.23%。 富硼渣 5 1 2 017中国矿业科技大会 三 结语 我国铁矿资源的特点和市场情况决定了我们必须开发利 用国内复杂难选铁矿资源，保证国产矿的适当比例，并优化 铁矿产业结构，铁矿资源集约化高效利用创新技术将成为铁 矿资源高效利用的重要途径；难选铁矿资源悬浮焙烧、超级 铁精矿的制备技术、全组分利用等也将成为重要的学科方向 和新的科研增长点。 5 2 2 017中国矿业科技大会 携手创新清洁新技术 共谱中华矿业新篇章 5 3