高品位铁精矿的应用现状及前景展望

    铁精矿生产企业目前比较关注的一个热点问题就是铁精矿生产的走向问题，即几年后，计划生产什么质量的铁精矿，生产几个档次的铁精矿产品，使得企业可持续发展，获得最佳的综合效益。我国铁矿选矿厂目前生产的铁精矿品位一般在58％～68％之间，经过烧结或制成球团之后进入高炉。根据目前市场状况预测，为非高炉炼铁提供高品位铁精矿(大于69．00％)将是有条件的铁精矿生产企业未来重点发展方向之一。 
    高品位铁精矿根据不同用途，也称为超级铁精矿、高纯铁精矿、优质铁精矿等，是指含铁量高，脉石含量低的铁精矿。它既是选矿的深加工产品，又是一种很有发展潜力的新型功能材料。目前高品位铁精矿主要分为两类：其一指铁品位高于69．00％，二氧化硅及其它杂质含量小于3．00％的磁铁矿精矿，可以用于非高炉炼铁(直接还原铁或熔融炼铁等)；其二是指铁品位高于71．50％，二氧化硅及其它杂质(酸不溶物)含量小于0．20％～3．00％的磁铁矿精矿，主要用于粉末冶金、磁性材料等领域。 
高品位铁精矿的制备是近年来随着冶金工业的 发展而兴起的，对其质量，目前国家还没有统一的标准。高品位铁精矿的用途不同，其要求铁的含量也不同，而且对主要杂质(二氧化硅或酸不溶物)含量要求也不同。表1是不同领域对高品位磁铁矿精矿的要求。 
   表1 高品位磁铁矿精矿的质量标准 ％ 

1 国内外高品位铁精矿应用现状 
    1．1 世界利用高品位铁精矿非高炉炼铁现状 
    直接还原、熔融还原等非高炉炼铁工艺是钢铁工业发展的重要的前沿技术和方向。长期以来，国际钢铁界、世界各钢铁生产国和企业对非高炉炼铁工艺都给予了极大的关注，进行了广泛、深入的研究工作。 
直接还原法是铁矿石在固体状态下直接还原成金属铁的一种生产过程，其产品称为直接还原铁或海绵铁。利用普通煤、石油或天然气等热源及还原剂直接还原高品位铁精矿，可制取直接还原铁。直接还原铁可用于电炉炼钢以代替废钢，与使用废钢相比有许多优越性，如有害杂质低、质量稳定、来源广泛，是钢铁工业发展的一个重要方向；直接还原铁还可用作高炉炉料，提高高炉产量，降低焦比；转炉用直接还原铁可代替废钢和铁矿石作冷却剂，冷却效果介于矿石和废钢之间，一般是废钢的1．0～2．0倍，此外可降低钢中P、S、Cu、Zn等含量，有利于提高钢的质量。
    20世纪70年代后，直接还原铁的产量开始显著增长。1990年全世界铁产量为55 000万t，还原铁产量为l 788万t，所占比例为3．25％，到了2004年，世界铁产量为68 000万t，而还原铁产量已经达到了5 460万t，所占比例为8．03％。
2004年，直接还原铁产量位居前4位的国家是印度、委内瑞拉、墨西哥和伊朗。在还原铁产量前8位的国家中，或者是石油生产大国，或者是缺少主焦煤国家。生产方法主要有气基和煤基两种，其中气基占绝对优势。
    1．2我国利用高品位铁精矿非高炉炼铁现状
    我国直接还原铁生产的研究开发开始于1958年，但在很长的时间内是以利用当地资源建设地方小型钢铁生产线为目的。同时我国电炉钢产量长期
    以来占钢铁总产量的比例远低于世界的平均水平，我国吨钢生产消耗的废钢量也远低于世界的平均水平。所以，过去废钢的短缺对我国钢铁生产和钢铁工业的发展的压力及影响未明显显现。随着我国钢铁工业的快速发展，废钢的短缺逐渐成为影响我国钢铁工业发展的因素之一。2004年我国废钢的消耗量为4 700万t，进口废钢量为l 024万t，2005年进口废钢量达l 083万t。到2015年我国的废钢仍要依靠进口来满足国内钢铁生产的需要。直接还原铁是废钢的替代品，发展直接还原铁是解决废钢短缺的有效途径之一。
    目前我国主要采用煤基法生产直接还原铁，生产能力远不能满足钢铁工业的发展。近几年我国直接还原铁的产量如表2所示，进口直接还原铁的数量如表3所示。
    表2 我国直接还原铁产量    万t

表3 我国直接还原铁进口量 万t

    从表2看出，目前我国直接还原铁的发展处于上升势头，但产量仍然很低。2004年，我国的直接还原铁产量仅占世界直接还原铁总产量的0．8％。
    1．3 粉末冶金用铁粉生产现状
    高品位铁精矿在粉末冶金中主要是用来生产优质的还原铁粉。还原铁粉是粉末冶金制品必需的大宗基础原料，它在这方面的耗量占还原铁粉总耗量的70％一80％；而汽车制造业是粉末冶金制品的最大用户，目前1辆汽车耗量大约7 kg左右；铁粉也是发展高效电焊条制造业的重要原料。此外，铁粉在火焰切割、脱气物料、静电复印、显影剂用载体、人体热敷袋、节能蓄电池、合金添加元素、谷物选种、催化剂等领域的应用，近年来也得到了迅速发展，其耗量呈不断上升趋势。还原铁粉生产的基本原理是基于下列化学反应式：
    Fe304+4C→3Fe+4CO，
    3Fe203+C→2Fe304+CO，
    FeO+C→Fe+CO．
    世界铁基粉末冶金技术的发展突飞猛进，面对我国资源的特点，以低碳沸腾轧钢铁鳞为原料生产还原铁粉使我国的铁粉生产规模及其质量都受到限制。而适合应用的铁精矿粉资源很丰富，与铁鳞相比，无论是在提高铁粉产量方面，还是提高铁粉物理、化学、冶金性能方面都有巨大的优势。进入还原系统的原料越纯，杂质含量就越少，还原铁粉质量就越高。近年来，西欧、北美和日本的还原铁粉80％都是以高品位铁精矿生产的，而我国大多数厂家都是以铁鳞为原料。因此，即使处于国内先进水平的还原铁粉，与国外先进水平相比尚有一定差距。高品位铁精矿和铁鳞都可以作为生产还原铁粉的原料，但前者较后者有明显的优点。
    (1)还原铁粉用的铁鳞必须是低碳沸腾钢的轧钢铁鳞，其来源有限，化学成份不稳定。而高品位铁精矿具有纯度高，杂质含量少，性能稳定等特点。
    (2)高品位铁精矿为选矿深加工产品，粒度较细，因而还原速度快，还原效率高。
    (3)采用高品位铁精矿可省去用铁鳞时所需的破碎、磁选、烘干等原料处理工序。
    用铁精矿粉为原料生产铁粉对于铁基粉末冶金工业其意义尤为重要，它关系到我国铁基粉末冶金材料和制品质量能否继续提高，汽车用高强度结构零件是否能够优质生产等问题，也涉及到我国还原铁粉工业今后是否能正常发展和竞争生存等至关重要的问题。
目前我国矿山企业已经有通过生产含SiO2及其它杂质较低的高品位铁精矿来生产还原铁粉，产量约为5万t。

    2 高品位铁精矿的生产前景分析
    非高炉炼铁是我国钢铁工业的前沿技术，粉末冶金用还原铁粉是铁精矿深加工的一种用途广泛的功能性材料。利用高品位铁精矿走非高炉炼铁或粉末冶金之路具有广阔的市场前景，我国一些资源条件好的矿山具备开拓这个方向市场的条件和能力。
随着我国近几年铁精矿提质降杂技术的发展，使得我国钢铁企业积累了大量的铁精矿精选技术和经验。国有大型企业目前的铁精矿品位可达65％～68％，产量占国内铁矿石产量的40％，而大多数选矿厂的铁精矿都是相同品位的一种产品。我国很多矿山(如齐大山铁矿、南芬铁矿、歪头山铁矿等)矿石的主要特点是粗细浸染不均匀。因此理论上分析，生产高、低两种品味（甚至两种以上）的铁精矿产品会降低选矿厂的生产成本，使得工艺流程更加合理。
    高品位铁精矿的制备技术需根据精矿中脉石矿物的种类、嵌布粒度以及与铁矿物的共生关系确定选矿工艺与方法。主要的工艺方法是浮选和磁选。
    对于品位较高的赤铁矿或镜铁矿，正浮选和反浮选都可得出质量高的高品位铁精矿。从国内外研究和生产情况看，目前用阳离子反浮选法从磁选精矿中脱硅是提高铁精矿质量的有效方法之一。脱硅浮选用阳离子捕收剂进行反浮选，可不添加铁矿物抑制剂，在中性矿浆中或碱性矿浆中浮选。反浮选主要在美国和加拿大应用较多，该法以其经济和有效见长。
    常用的阳离子捕收剂主要是脂肪胺及其盐酸盐，选择何种阳离子捕收剂取决于矿石的粒度、化学成分及矿浆温度。处理细粒产品建议使用选择性高的醚胺和二元胺。精选铁精矿石，加拿大阿达姆斯选厂采用醋酸胺，而格里弗特选厂则用季胺，美国里谢夫选厂采用C13—C15胺和二元胺，我国则用十二胺等。
    朝阳某选矿厂采用磁选一阳离子反浮选工艺，在给矿品位为65．50％的情况下，获得铁精矿品位为71．50％、产率为70．00％、二氧化硅含量为O．28％的指标，同时获得了部分品位为68．00％的中矿。
    对某些磁铁矿来说，采用干式或湿式弱磁场磁选机，或者两者联合使用，也可获得较高纯度的高品位铁精矿。例如，南芬某选矿厂矿石采用两段电磁精选机处理，获得的精矿品位为72．04％，该铁精矿可生产还原铁粉。近年来许多单位采用弱磁选或重选在实验室中得出了铁品位高于71．00％的高品位精矿。
    对赤铁矿矿石，湿式强磁场磁选机效果较好，1965年，加拿大普列斯特钢铁公司由卡提尔采矿公司买进螺旋选矿机选出的镜铁矿精矿，磨至-0．355 mm作为琼斯磁选机的给矿，经强磁选，SiO2含量可由6．00％降到0．30％以下，不溶物含量降到O．40％左右。该厂每天生产大约20 t高价氧化铁，用于制造钡铁氧体。强磁场磁选机在降低电流强度的条件下，借助水流的强烈冲洗作用，也可以处理磁铁矿，生产出铁品位为70．80％、Si02含量为1．50％的高品位铁精矿。

    3 结论
    我国的钢铁行业将会向高质量、精加工方向发展，铁精矿加工企业必须适应钢铁行业的变化。而直接还原铁和粉末冶金是钢铁行业最具有发展前景的两个方向，因此生产高品位的铁精矿，满足这两个行业的需要，提高产品附加值，是铁精矿加工企业开发新产品，提高经济效益的一个新途径。