923999铁算盘心水论坛:献礼“十九大”——醒来,中国鲕状铁矿

来源:地调局成都综合利用所 作者:地调局成都综合利用所 发布时间:2017-10-18

  “唤醒沉睡的宝藏!”当地质队员找到埋藏于深山亿万年的矿产资源时,常用这句话表达心中的喜悦与激情??墒?,如果记者告诉你,在我国,有一种差不多百年前就找到的铁矿资源——远景资源量超百亿吨的鲕状赤铁矿,却因选矿技术掣肘,直到今天——中国经济社会发展急需铁矿石而又受制于进口铁矿石屡创天价的今天,仍只能“沉睡”时,你会作何感想?

  最终“唤醒”这百亿吨“宝藏”的,是他们——以刘亚川、张裕书、李元坤为项目负责人的中国地质科学院矿产综合利用研究所的地质科技工作者们。近期,记者来到成都市,走进综合所科研大楼,采访了解开鄂西鲕状赤铁矿选矿这个“世界难题”的科学家们。

  历史闪回:宁乡式鲕状赤铁矿的百年沧桑 

  上世纪20年代初,地质学家丁格兰在江西省萍乡作地质调查时,发现了那里的鲕状赤铁矿层,遂命名为“萍乡式铁矿”。因为他认为此类铁矿无重大经济价值,甚至都未曾确定含矿层的地质时代,只是在1923年的《地质专报》上有所提及而已。

  1935年,谢家荣、孙健初和程裕淇等学者在长江中下游考察时,在湖南省的攸县、茶陵、宁乡、新化、安化及湖北省的宜都、枝江、长阳等地, 又一次发现了这种铁矿。这一次,他们将赋存于上泥盆统海相地层中的鲕状赤铁矿,命名为宁乡式铁矿。3年后,王曰伦等地质学家,对宁乡上泥盆统的铁矿区进行了系统的地质调查,并发表了《湖南宁乡铁矿地质》。

  上世纪50年代末和70年代的铁矿会战中,新中国投入大量人力物力,开展了宁乡式铁矿勘查工作,提交了500余份普查、勘探报告等。经过五六十年间断续的地质工作,已经查明,宁乡式鲕状赤铁矿是我国分布最广且储量最多的沉积型铁矿,广泛分布于华南的湖北、湖南、江西、四川、云南、贵州、广西及甘肃南部,已探明储量达37.2亿吨,占全国沉积铁矿探明储量的73.5%,预测资源量则可达上百亿吨。其中,仅在湖北省的长阳、五峰、巴东、建始县境内,就发现宁乡式鲕状赤铁矿矿产地 89 处,其中大型矿床 4 处、中型矿床21处、小型矿床27处,查明铁矿资源储量近17亿吨。

  不仅在中国,世界其他地方比如美国、法国等,都发现了大量的鲕状赤铁矿。但是,这种铁矿因鲕粒繁多,结构复杂,品位低且含磷高,选冶效果差,被全球矿业界公认为难选冶矿石。虽然发达国家也在攻克这个难题。但是,无论是意大利,还是法国和日本,最终都无一例外地避重就轻绕道而过,或只选择高品位的富铁矿石进行脱磷,或避开选矿这个程序而选择了在高能耗的冶炼过程中实现脱磷。

  从上世纪60年代起,我国也开始攻关宁乡式低品位铁矿的开发利用难题,当年的成都综合所与我国多家科研单位、大专院校等,都先后进行过研究,并开展了数次规划论证。遗憾的是,所有科研项目,差不多都在矿石“磷高难降”、“铁贫难富”这两只“拦路虎”面前,夭折了。

  宁乡式铁矿的开发利用,还要等待多久?谁能找到“芝麻开门”的秘诀,唤醒沉睡的宝藏?

  新世纪长镜头:明知山有虎,偏向虎山行 

  面对鲕状赤铁矿选冶这一世界级难题,中国能走出一条自主创新的低品位鲕状赤铁矿的低碳选矿之路吗?

  “我们所再次选择宁乡式鲕状赤铁矿攻关,就意味着选择了一条曲折的充满荆棘的科研之路,很像在攀登一座看不到顶的险峰?!辈煞弥?,综合所所长、宁乡式铁矿利用工艺技术研究项目第一负责人刘亚川对记者说。

  是的,新世纪之初,当这项科研项目再一次被提到地科院综合所议事日程的时候,一石激起千层浪。有人充满担心:我们并非没有上马过这项研究,如果再一次无功而返,岂非劳民伤财?有人提出质疑:以发达国家的先进技术与设备,尚且没能取得突破,我们再搞,成功的可能性到底有多大?有人说得更干脆:还是不要以卵击石吧!

  但是,综合所里,更多的科技人员却热议着:当前,国际铁矿石市场被外国矿业巨头垄断,铁矿石价格一路飙升,中国处处受制于人,扭转这种局面的最有效办法,就是立足国内找铁。我国目前的三种类型铁矿中,以鞍山为代表的沉积变质型铁矿和以攀枝花为代表的岩浆型铁矿,都已实现了开发利用,唯有以宁乡为代表的鲕状赤铁矿,仍在沉睡,这种状况不能再继续下去了!开发利用储量巨大的鲕状铁矿,对于我们这个以实现矿产资源综合利用为己任的地质科研单位来说,责无旁贷!

  刘亚川所长看得更长远。他的话掷地有声:“已经找到的呆矿,如果得不到利用,将毫无意义。而且,正在重庆开展的几个铁矿整装勘查项目,都是难选冶矿,都需要通过综合利用实现其价值。在当前我国矿产资源供给吃紧形势下,上马鲕状铁矿项目,意义重大。再说,矿山企业、商业性投资者不愿冒风险涉足的科技攻关项目,更需要我们公益性地质科技工作义无反顾地担当?;挂吹?,当今选矿设备、选矿药剂等在不断更新换代,都已今非昔比,问题是,我们必须在总结以往失败的选别方法基础上,另辟蹊径,以饱满的热情和强烈的责任心,找到一条节能降耗和低成本的选矿之路!”

  就这样,2005年,宁乡式铁矿利用工艺技术研究的论证工作,开始了。

  “思路决定出路”——对于科学研究来说,同样如此。张裕书等项目组科技人员,立即投入了对以往国内外研究成果、相关资料的搜集、整理、对比,以期通过梳理与研究,提出新的科研思路。

  此时,国内攻关鲕状赤铁矿的科研单位已经有八家,他们都不约而同地选择了惯常的选矿思路,即提铁降磷(提高铁的品位,降低磷的品位)的正浮选之路,但都在降磷难关面前踌躇不前。

  其实,综合所在上世纪70年代,就曾对高磷鲕状赤铁矿进行过至少四种方法的试验研究。当然,结果均不如人意。

  比如,采用焙烧磁选流程,铁精矿品位虽达56%,但碱比1.2的烧结矿品位下降为48%;围岩混入率高,在采用鞍山式竖炉闭路焙烧时,其围岩与未烧透的铁矿石因属非磁和弱磁性,在磁滑轮作业中一同进入返矿中,再进竖炉焙烧势必造成恶性循环,而要克服此弊端,流程将更为复杂,且存在着难以解决的粉矿处理问题。

  采用重选—浮选流程,烧结出的样品与单一重选流程样品相比,品位很接近,若不考虑除磷则更无意义;而继续深选,也只能选除已解离的碳酸盐矿物,大部分硅质矿物仍存留铁精矿中,冶炼时,必须大量配入石灰石,精矿品位再度降低,因此,也无多大意义。

  采用重选—直接还原—磁选流程,可获得含铁94%的金属铁粉,原矿回收率达85%,选别指标较好。但是,在试验室中取得的指标较好,却难以在现实中实现1250摄氏度高温和长达3个小时还原时间,在当前我国工艺条件下,无法实现工业化生产。

  再有,鄂西宁乡式铁矿含磷高是其特点,作为伴生元素,每1亿吨铁矿石中,伴生的磷矿石就达1500万吨左右,相当一个中型磷矿。因此,磷的综合利用,也是个不可忽略的问题。

  在科学的道路上,无论成功的经验,还是失败的教训,对后来者,都是宝贵财富。现在,项目组总结了国内外以及自己以往科研实践的利与弊,就意味着他们已经站在了前人的肩膀上,就意味着他们可以趋利避害,向着新目标前进了。于是,在此基础上,他们又通过对鲕状赤铁矿深入的工艺矿物学研究和还原相变研究,提出了新的科研技术路线。

  2005年末,浸透着综合所科技人员心血的《鄂西宁乡式铁矿利用工艺技术研究》课题,被列入中国地质大调查项目中。

  沧海与桑田蒙太奇:在鄂西深山寻找实验样品 

  从2006年起,张裕书、李元坤、蒙立栋、刘述平等项目组科技人员,一头扎进了鄂西的崇山峻岭中。

  张裕书是位年逾五十的女矿物学家,但仍像年轻人一样攀山越岭?!疤炷?,没想到的是,鄂西不少地方都有人在偷偷地乱采滥挖赤铁矿,完全是破坏性的?!彼诮邮芗钦卟煞檬蓖葱募彩?,“那一刻,我忽然意识到,我们的科研是在与时间赛跑,与盗采矿产资源的人赛跑。因为,如果采富弃贫的非法行为再延续下去,将来即使解决了选矿问题,怕是也无法整装开发了?!?/font>

  从那一刻起,鄂西神农架神秘的洞窟与漫野绿荫、武当山瑰丽的宫殿与遍岭山花,再也吸引不住矿物学家的眼球;楚韵巴风的人文景观,侗歌苗舞的彻夜狂欢,再也拉不住矿物学家前行的脚步。项目组人员的目光,紧紧盯住了裸露在山野间的那些红褐色的岩石上——那里,有着他们梦寐以求的鲕状赤铁矿。在他们眼里,鄂西的红岩,远比武当山宫殿金色的琉璃瓦更光芒四射。当地质锤敲打坚硬红岩发出的金属般叮当声在寂静山间回荡的时候,在他们听来,远比任何侗族大歌悦耳动听。

  美丽的鄂西地区,4亿年前,在被地质学家称为“鱼的世界”的中泥盆世时期,曾经是汪洋中的一片海湾。在这里,沉积了砂岩和少量碳酸盐。铁矿层, 也就开始产于碳酸盐岩内。到了晚泥盆世时, 海水进一步蔓延, 于是,沿湘、赣交界和鄂西、湘西北相对较封闭的海盆或海湾深达数十米的温暖海底,渐渐形成了一批以鲕状赤铁矿为主的大中型铁矿床。亿万年中,由于未受到强烈地质活动影响,赤铁矿物和石英、黏土、磷、硅等,像树木的年轮那样,一圈圈地层层包裹,紧紧胶着,你中有我,我中有你,像热恋中的情人生生死死拥抱在一起,而且,多数赤铁矿单体或集合体粒度极小,只有5~30微米大小,极难粉碎与分离。

  就这样,大自然在赐给人类鲕状赤铁矿宝藏的同时,也给人类预留了一道大大的难题。

  现在,综合所专家行色匆匆的步履,就穿行在这片“曾经沧海难为水”的鄂西山野间。他们在恩施、宜昌、五峰地区的官庄、黄粮坪、谢家坪矿区踏勘,收集矿区地质资料和前人工作材料。同时,在官庄、官店、火烧坪、黄粮坪、谢家坪等矿区,采集探索性小样。在恩施,他们还与湖北省地质二队签订了协议,由二队承担官店矿区原矿采样,供科研使用……

  当项目组返回成都时,官店矿区6吨试验矿样,已经运抵研究所。

  来不及修整,项目组成员立即投入了科研之战。

  科研大特写:站在科学高峰上欢呼,将“世纪难题”踩在脚下 

  在影视作品中,我们常??吹缴碇喟壮ど赖目蒲Ъ?,坐在一尘不染的实验室中,将面前各种各样晶亮试管中五颜六色的试剂倒来倒去,又高雅又神秘。其实,那只是艺术需要。

  当记者走进综合所工艺矿物学和选矿实验室,发现这里简直就是一个微缩的生产车间——在这里,恩施来的6吨样品,再加上项目组野外踏勘时在其他几个矿区采集到的样品,要分别进行碎样,按不同的矿点和层位加以区分、记录、编号;对破碎出的正式试验样品,要添加预先设置好的试剂,均匀地涂抹在小小的狭长的玻璃片上,制作成玻片;要在显微镜下,耐心地一丝不苟地观察、分辨、记录下不同数据;最后,要按照不同选别方案,进行选矿探索性试验工作……

  在这里,粉碎矿样的微型磨机,每天都在发出嗡嗡的噪音;透明的有机玻璃容器中,矿粉在溶液与试剂的作用下,发生着化学变化,散发出各种气味,流入下边像小簸箕一般的铁槽中,伴随着铁槽横向震动筛选,其中的铁、锍、硅等元素,依自身各不相同的比重,一步步次第分流到更下边的不同容器中……

  在这里,尽管科研人员都穿着耐脏的深蓝色大褂儿,但褐色的粉尘、暗红的铁锈和试剂等,仍难免将蓝衫染得红一块紫一块。实际上,这里的“白领”远比车间里的“蓝领”辛苦得多。因为,工人只要按照既定的千篇一律的工作流程操作,只要保证机器正常运转,就可以了??煽萍既嗽辈怀?,他们要在矿物每一次的物理或者化学演变后,立即停下来,将新获得的实验样品制成玻片,放到显微镜下,放到其他精密仪器中,仔细观察、记录其变化情况,用以验证自己的设计与设想……

  几年里,项目组成员,就是这样一天天做着各种不同的设计与实验,一次次向破解鲕状铁矿石最佳选矿技术方法发起冲击。当你了解到科研人员在千百次的试验中,要千百次经受失败的无情打击的时候,你才能理解他们的科研之路是多么曲折漫长,他们的精神世界是多么坚韧不拔。

  时间,记录了项目组选矿攻坚克难的辛勤付出,也见证着他们一步步攀登科技高峰的创业史:

  2006年到2007年,项目组完成了探索试验样和正式试验研究矿样的采集与制备,对6个探索样和正式样开展了工艺矿物学研究工作,对7个样品开展了不同磁选方法和磁—浮联合工艺的选矿探索试验研究。得到的结果是,单一磁选工艺虽然能使铁的品位大于50%,铁精矿回收率达到80%左右,但精矿中磷的含量则在0.55%~0.85%,为不合格精矿。经再磨—脱泥—浮选后,磷虽然降到0.3%以下,铁精矿品位达55%,但回收率又太低。总之,两年的努力奋斗,以失败而告终。

  鲕状赤铁矿选矿科研工作,一时间似乎陷入了绝境。 

  这时候,新的选矿药剂和新的选矿方法,成了横亘在项目组面前的一座大山。

  2008年,项目组终于艰难地登上了“科研之山”,迎来了“柳暗花明又一村”——新的磨矿—磁选—解胶磁选工艺研究,最终获得铁精矿品位56.12%、磷0.13%,铁回收率73.35%的好成绩。特别是,在开展磨矿—脱泥—浮选工艺研究脱硅脱磷浮选探索试验时,项目组研制的EM-1脱磷和EM-506阳离子脱硅捕收剂问世了——新药剂的发明,不仅让长久以来困扰项目突破的难题迎刃而解,更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!

  2009年,磨矿—脱泥—浮选工艺更上层楼,获得了铁品位57.62%,磷低于0.03%,铁回收率达80%以上的合格铁精矿产品!

  在矿业领域,一项科技创新成果要想从实验室走向生产一线,还必须再攀上最后一道“山岭”——中试,就是说,要经过一项几乎与生产实际一样的科学检验。2010年6月,鲕状赤铁矿选矿新技术项目在综合所峨眉基地中试成功!10月,当记者走进峨眉山脚下的中试车间时,看到的场景与在各地矿山见过的选矿车间差不多一模一样,只是有的设备略小些而已。在宽敞明亮的车间里,科研人员向记者详细介绍着几个月前中试的情况。记者则抚摸着在初冬阳光里静默无言的庞大设备,耳畔似乎传来中试成功时科研人员在机器轰鸣中的欢呼雀跃之声。因为,中试的成功,标志着鲕状赤铁矿选矿科研成果,可以真正应用于生产实践了!

  “市场经济条件下,科学研究不仅要与生产相结合,更要与市场相结合。因为,再好的科研成果,如果进入生产环节后因产品价格过高而不能被市场接受,也是枉然?!弊酆纤献以谔傅秸庀畛晒耐乒闶?,这样告诉记者,“这项新成果,在推广应用上有着先天的优势:选矿流程短,能耗低,可以利用选矿的常用设备,还能综合回收磷,对环境的污染大大减少,有利于环保和共伴生矿产资源的综合利用;铁精矿吨成本只有100元多一点,远远低于吨成本近180元的焙烧方法。凡此种种,都预示着此项科技新成果的良好市场前景?!?/font>

  采访结束时,记者心中不时回荡起马克思的那句名言:“在科学的道路上,没有平坦的大路可走,只有不畏艰险沿着崎岖小径攀登的人,有希望达到光辉的顶点?!奔钦呔醯?,综合所鲕状赤铁矿选矿研究的科技工作者们,已经越过了一道道险峰峻岭,登上了光辉的顶点??墒?,刘亚川所长说,科研无止境,他们对鲕状赤铁矿的选矿工艺学研究,只是迈上了一个成功的新台阶,他们还将继续攀登综合利用新高峰。

  刘所长还告诉记者,他们新成果面世的消息一经传出,湖北一家企业立即要求综合所进行成果转化;重庆钢铁公司则立即停止了正在筹备的桃花选矿厂焙烧工艺选矿厂的基建工程,主动找上门来,希望综合所用新的工艺武装他们的新选厂。现在,桃花矿的试验研究工作,正在紧张进行中。

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