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攀枝花矿产资源特征及循环经济发展策略探讨

2011-8-16 13:39:00 来源:
  作者:杨保祥
  (攀枝花钢铁研究院,四川攀枝花617000)
  摘要:文章着重描述了攀枝花矿产资源特征、资源矿物流向和资源产品定位,分析了资源矿物使用行业的不同特点,明确了针对攀枝花矿产资源利用的循环经济目标,根据资源循环利用技术水平和资源循环开发现状,提出了攀枝花矿的循环经济发展策略。
  关键词:攀枝花矿;循环经济;矿产特征;综合利用
  中图分类号: TD98   文献标识码:A
  Study on Characteristic of The Panzhihua Mineral Resources and Strategy of Circulation
  Economy Development
  YAN GBao2xiang
  ( Panz hihua I ron and S teel Research Instit ute , Panz hihua , S ichuan 617000 , China)
  Abstract :In this articl explors ,characteristic of Panzhihua mineral resources ,flow of the mineral resources
  and targeted product of resources. The different professional characteristics of the resources mineral usage
  were analyzed ,and circulation economic target of Panzhihua mineral resource were investigated. Based on
  the current situation of engineering level and Panzhihua circulation economy development ,the suggestions
  and st rategy of circulation economy development have been put forward.
  Key words :Panzhihua ore ;Circulation economy ;Minerals characteristic ;Comprehensive utilization
  
  1 引 言
  攀枝花矿产资源丰富,地质勘测表明,钒钛磁铁矿储量达100 亿吨,占全国铁矿储量的20 %。钒资源储量为1578. 8 万吨,占全国钒资源储量的62 % ,占世界钒储量的11. 6 %。钛资源储量为8.7 亿吨,占全国钛资源储量的90. 5 %,占世界钛储量的35. 2 %。此外还伴生有90 万吨钴、70 万吨镍、25 万吨钪、18 万吨镓以及大量的铜、硫等资源。攀枝花矿产资源开发利用经历了以高炉冶炼钒钛磁铁矿、雾化提钒和钛精矿选矿为代表的三个重要转折,在攀钢逐步实现了铁、钒和钛元素的规模化利用,形成系列铁钒钛产品的生产能力。随着攀枝花矿产资源综合利用的深入、提取冶金技术进步以及开发利用技术的不断完善,综合利用攀枝花矿中的钴、镍、铜、钪、镓和硫等有价元素也正在成为可能。有效利用矿产资源优势体现了循环经济发展的总体要求,对提高攀枝花资源综合利用水平和循环经济发展有积极的现实意义和深远的历史意义,是实现资源优势向经济优势转化和和谐社会构建的有效途径。
  2 攀枝花矿产资源特征
  攀枝花钒钛磁铁矿含矿岩体沿安宁河、攀枝花两条深断裂带断续分布,一般多浸入震旦系灯影组白云岩中,或震旦系与前震旦系不整合面之间。岩体由辉长岩、橄榄辉长岩和橄长岩组成。含矿岩体为海西晚期富铁矿,为高钙、贫硅、偏碱性的基性和超基性岩体。矿床为典型的晚期岩浆结晶分凝成因,分异好,呈层状构造,其中大型矿床有攀枝花、太和、白马和红格等。矿体赋存于韵律层的下部,呈层状,似层状,透镜状,多层平行产出,单层矿体长达1000米以上,厚几十厘米至几百米。四大矿区中,攀枝花矿区矿石中Fe含量为31 %~35 % , TiO2含量为8. 98 %~17. 05 % ,V2O5含量为0. 28 %~0. 34 % ,Co含量为0.014 %~0. 023 % ,Ni含量为0. 008 %~0. 015 %,与太和矿同属高钛高铁矿石;白马矿是高铁低钛型矿石,TiO2含量为5. 98 %~8. 17 % ,平均矿石品位Fe为28. 99 % ,V2O5为0. 28 % ,Co为0.016 % ,Ni为0. 025 %;红格矿属低铁高钛型矿石,TiO2 含量9. 12 %~14. 04 % ,其它组元平均品位Fe为36. 39 %,V2O5为0. 33 %,同时矿石中含镍量比较高,平均为0. 27 %。攀枝花、白马、太和三矿区矿石化学组元基本相同,只是含量有所变化。随矿石中铁品位的升高, TiO2 、V2O5 、Co和NiO的含量增加,SiO2、Al2O3、CaO的含量降低,MgO的含量对于攀枝花、太和矿区而言是随铁品位增高而降低,但对于白马矿区则相反。
  矿石中主要金属矿物有:钛磁铁矿(系磁铁矿、钛铁晶石、铝镁尖晶石和钛铁矿片晶的矿物相) 和钛铁矿,其次为磁铁矿、褐铁矿、针铁矿、次生黄铁矿;硫化物以磁黄铁矿为主,另有钴镍黄铁矿、硫钴矿、硫镍钴矿、紫硫铁镍矿、黄铜矿、黄铁矿和墨铜矿等。
  脉石矿物以钛普通辉石和斜长石为主,另有钛闪石、橄榄石、绿泥石、蛇纹石、伊丁石、透闪石、榍石、绢云母、绿帘石、葡萄石、黑云母、拓榴子石、方解石和磷灰石等。
  化学光谱分析表明,攀枝花矿含有各类化学元素30 多种,有益元素10 多种,若按矿物含量进行排序,依次为Fe - Ti - S - V - Mn - Cu - Co -Ni - Cr - Sc - Ga - Nb - Ta - Pt ;若以矿物经济价值排列,则排序为Ti - Sc - Fe - V - Co – Ni。
  3 资源矿物流向及其综合利用水平
  铁矿物:钛磁铁矿是攀枝花钒钛磁铁矿石中的主要含铁矿物,由磁铁矿、钛铁晶石、铝镁尖晶石和钛铁矿片晶等组成,以磁铁矿为主。从原矿到冶炼含钒铁水,铁元素的回收率约为70 %。另外,钛铁矿、次铁精矿和浮硫尾矿等也是主要的含铁矿物。次铁精矿全部进入攀钢现生产流程的烧结工序;钛精矿在用作硫酸法钛白原料时,铁转化成硫酸亚铁二次铁资源;硫钴精矿中的铁应用很少。
  钛矿物:主要为钛铁矿和钛铁晶石。钛铁晶石的分子式为2FeO. TiO2 ,具有强磁性,呈微晶片晶,与磁铁矿致密共生,形成磁铁矿—钛铁晶石连晶(即钛磁铁矿) ,在磁选过程中以钛磁铁矿进入精矿。大量的钛沿烧结—高炉进入高炉渣中,这部分钛几乎没有得到任何利用,现在作为资源性废物堆存于渣场。钛铁矿是从矿物中回收钛的主要矿物,主体为粒状,其次为板状或粒状集合体,晶度较粗,主要富集于磁选尾矿中,经过弱磁选—强磁选—螺旋、摇床重选—浮硫—干燥电选,得到钛精矿、次铁精矿和浮硫尾矿。微细粒级中的钛得到回收后钛的选矿回收率为15 %左右。钛精矿的用途包括硫酸法直接制钛白粉,或冶炼高钛渣回收铁,高钛渣作硫酸法钛白和氯化法钛白的生产原料,或用作冶炼含钛铁合金(或复合合金)的原料。
  钒矿物:矿石中的金属钒绝大多数与铁矿物类质同相,在选矿过程中进入铁精矿,经过烧结—
  高炉—铁水雾化提钒(或转炉提钒) 得到钒渣,钒的回收率大于42 %。钒渣经多膛炉焙烧—浸出—沉淀—熔片得到V2O5成品, 或还原生产V2O3,V2O3和V2O5 电铝热法生产高钒铁,或生产钒氮合金。
  钴、镍矿物:钒钛磁铁矿中的钴镍矿物主要有硫钴矿、钴镍黄铁矿、辉钴矿、紫硫铁镍矿和针镍矿等。其中攀枝花、太和矿区以钴镍黄铁矿和硫钴矿为主;白马矿区以镍黄铁矿为主;辉钴矿在三个矿区都存在。钴镍金属除以硫化物的包裹体或细脉状存在于钛磁铁矿和钛铁矿等矿物中外,其余部分主要以含镍、钴的独立矿物存在于硫化矿物中,这种镍、钴矿物粒度微细,不能破碎解离,只能富集到硫化物精矿中。硫化物在矿石中分布不均,颗粒大小不等,但大部分可以单独回收。在回收钛精矿过程中,硫化物是以浮硫精选尾矿形式(硫钴精矿) 存在,镍、钴品位已达到工业利用标准,攀钢钛业公司选钛厂对镍和钴进行了部分回收。
  在硫钴精矿中,除镍和钴之外,还存在大量的S、Cu 资源,在硫钴精矿的深加工时可考虑回收。目前硫钴精矿主要是以硫铁矿物形式用于制硫酸,利用水平很低。
  镓、钪矿物:由于镓和钪属稀散金属,按攀钢现有生产流程,经过选矿冶炼后,镓在提钒浸渣中有所富集,镓品位达到0. 012~0. 015 % ,成为提镓主要原料。钪同样在高炉渣中得到富集,达到20g/ t ,成为提钪的重要原料之一。另外,钛精矿在冶炼成高钛渣后,在熔盐氯化时,钪富集在氯化烟尘中,是另一提钪原料。
  到目前为止,提钪和提镓只有在实验室进行过试验研究,由于技术、市场等多方面原因,始终停留在试验水平,所以钪和镓的回收利用率几乎为零。
  其它有益元素矿物:在钛磁铁矿中还存在有锰和铬;硫化物中还有硒、碲和铂族元素;在钛铁矿中还存在Ta 、Nb 等元素,这些元素有部分已达到或接近工业利用水平,但目前因工艺生产等原因未能回收。
  二次资源矿物:在攀钢生产中,形成的二次资源矿物有尾矿、高炉渣、瓦斯泥、脱硫渣、钢渣、转炉含铁尘泥、轧钢铁鳞和硫酸亚铁等。其中从脱硫渣、钢渣、转炉含铁尘泥和轧钢铁鳞中选出的铁返回到烧结生产,或作含铁原料,或作提钒冷却剂,或制取铁粉作钛白还原剂,或制作硬磁材料,基本做到了合理利用。而含钛高炉渣的利用仅限于替代砂石,制作混凝土骨料和水泥掺和料,利用率和利用水平较低。
  4 资源产品定位及影响因素探讨
  钒属于高熔点稀有金属,具有银灰色光泽,主要用于钢铁生产。钒在世界工业发达国家低合金钢、工具钢和其它合金钢中的用量达87 % ,钒作为添加剂可以大大提高钢的强度和韧性。钒在有色金属中作为钛的合金元素有着重要意义。Ti6A14V 合金在室温下稳定性好,具有很好的疲劳强度。Ti6A16V2Sn、Ti8AlMoV 合金用在驱动装置构件、飞机、造船骨架结构及反应堆工业中。五氧化二钒作为有机和无机氧化反应的催化剂,广泛用于硫酸制造、石油炼制和有机合成工业中。钒的化合物还应用于生产颜料、干燥剂、油漆、玻璃着色剂和釉彩等。
  钒消费与钢铁发展密切相关,影响钒生产的因素主要是资源和市场。从多年的提钒工作经验和钒产品的市场发展趋势看,V2O5 和高钒铁依然是钒系列的主导产品,金属钒、碳化钒和氮化钒等则是钒的方向性产品。根据攀钢的生产实际和国内外的市场特点分析,钒资源系列产品应定位为:钒钛铁精矿、含钒铁水、钒渣、五氧化二钒、三氧化二钒、高钒铁、金属钒和碳氮化钒等。实现全方位的钒产品开发将有利于攀枝花经济社会的可持续发展,为在21 世纪大展宏图打下基础。
  钛的矿物有70 余种,目前工业可用矿物有钛铁矿、金红石(锐钛矿) 和白钛石。根据矿物性质钛铁矿和金红石矿又有砂矿和岩矿之分,攀枝花钛精矿属岩矿范畴。国内钛铁矿岩矿TiO2储量为14. 7亿吨,钛铁矿砂矿储量为4000 万吨,主要集中分布在广西、广东和海南等省的广大沿海地区。金红石砂矿储量为700 万吨,以湖北大阜山和山西代县碾子沟为主要分布区域;金红石砂矿储量为80万吨,以河南方城和湖南华容为代表。国外的钛矿以加拿大、俄罗斯、澳大利亚、美国和印度等为主要储量分布国和生产国,也是钛生产的主要竞争对手。钛矿最主要的用途是制造颜料钛白,其次是生产海绵钛。据粗略估计,全世界每年生产的钛矿原料90 %左右用于生产制造钛白,5 %左右用来生产海绵钛,其余用来生产焊条涂料以及金属制件硬质涂层的碳化钛和氮化钛。钛的有机化物可作各种聚合作用的催化剂,在印染工业中还可作防水胶使用。钛白不仅是性能优良的白色颜料,而且是重要的化工原料,广泛应用于涂料、油墨、塑料、橡胶、造纸和化纤工业中。
  海绵钛是生产钛制品的中间产品。钛的比重小、强度大,具有良好的耐热性和耐低温性,其合金是制造超音速飞机、火箭和航天飞机不可缺少的原料。80 年代以后,钛在化学工业、冶金工业、海洋事业和电力工业等方面发展很快,新发展的领域还有医疗补形、储氢合金、超导材料、深海潜艇、汽车制造、建材及体育用品等。
  钛矿物中钛主要以氧化钛的形式存在,通常在矿石采选时选出钛精矿。钛精矿可以直接用作硫酸法钛白的原料,工序包括酸解——除铁净化——水解漂洗——煅烧——钛白成品;也可将冶炼高钛渣经除铁富集后,用作硫酸法钛白原料;亦可将高钛渣经过氯化得到粗四氯化钛;除钒、硅后得到精四氯化钛。四氯化钛可采用科罗尔法用钠和镁还原生产海绵钛;或者进行氯化氧化,生产氯化钛白。
  近年来,国内外市场对高档钛白和海绵钛产品需求强烈,为此攀钢钛产品应该着眼高质量精品满足市场需求,理顺钛白生产环节,提高钛白档次,同时重视其它钛产品生产工艺开发,将钛产品定位在护炉矿、钛精矿、高钛渣、人造金红石、高档次钛白、氯化钛白、钛合金、含钛合金钢种等,形成攀枝花特色钛系列产品,以增强攀枝花矿的整体市场竞争力。
  钴属高熔点、耐腐蚀和有磁性的金属,用于生产高温、防腐、磁性和硬质等合金,也用于干燥剂、催化剂和颜料等产品中。钴的消费水平是衡量一个国家军事、钢铁、电器、机械和化学等工业先进与否的重要标志之一。钴是一种伴生矿,产量与镍、铜等主金属生产有关。矿物主要有硫钴精矿、红土矿、硫化铜镍矿、钴土矿、硫砷钴矿等,存在形式为硫化物、氧化物和硫砷化物。全国钴储量为50万吨(不包括攀枝花钴资源) ,集中分布在甘肃、山东、山西、新疆、吉林和四川等省区。由于钴的生产工艺比较复杂,且与原料密切相关,市场需求较旺,所以钴价一直偏高。攀枝花矿中的钴主要存在于硫钴精矿中,所以提钴过程基本为主金属选矿富集—硫酸化焙烧—焙砂浸出—浸出液净化—钴产品分流,净化过程回收镍和铜等。世界主要产钴国有扎伊尔、赞比亚、俄罗斯和加拿大等。国内总体上是钴的纯进口国。由于攀枝花矿中的硫钴精矿为低品位矿,所以对攀枝花而言,产品定位应为硫钴精矿、硫酸和各种钴盐为宜。
  镍是具有较高化学稳定性、高热稳定性、机械安定性、磁性和导电性的银白色金属,主要用于制造不锈钢、合金钢、耐酸钢、耐热钢以及电镀等,广泛应用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工和民用领域。镍工业矿物主要为铜镍硫化物型和红土氧化物型,我国以铜镍硫化物型为主。存在矿物为磁黄铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿。镍储量数百万吨,主要分布在甘肃、新疆、吉林等省区。生产工艺为选矿—熔炼冰镍—吹炼高冰镍—电解。攀枝花矿中的镍主要存在于硫钴精矿中,在净化钴浸出液时可以加以回收利用。世界主要产镍国有俄罗斯、加拿大、新喀里多尼亚、澳大利亚、印尼、古巴等。攀枝花矿产资源循环的镍产品主要将以硫酸镍为主,在适当时候发展电镍。
  镓是重要的稀散金属,它的半导体化合物具有优良的性能。广泛应用于电子、宇航和军工等领域。世界上尚未发现独立的镓矿物,一般伴生于铝土矿、闪锌矿和铁矿石中。世界大多数企业是从Al2O3 生产中回收镓,其次是从锌冶炼厂废渣或烟尘回收镓。攀枝花矿中的镓富集在提钒弃渣中,经过还原焙烧—预酸浸—再酸浸—浸液萃取—有机相反萃—反萃液沉淀、净化—碱溶—电解,得到工业镓。从发展的角度分析,攀枝花矿中的镓产品应该将以金属作为目标产品。
  钪是地球上丰度较低的金属元素,存在面很广。一般能作为提钪矿物的有钪钇石、钨矿石和各种冶金渣等,攀钢可作为提钪原料的有高炉渣和钛精矿。对高炉渣而言,提钪工艺流程为浓酸分解—熟化—溶解浸出—水解—提钛尾液—钛、钪萃取净化—沉淀—煅烧—Sc2O3 ;从钛精矿中提钪工艺流程为—高钛渣—氯化—氯化渣溶解—净化萃取—沉淀—煅烧—Sc2O3 。由于市场容量小,技术尚有缺陷,所以建议将来在技术和市场达到一定水平时,将Sc2O3 作为资源产品。
  二次资源大多是以铁钛为主的矿渣和矿物,综合回收应该以铁钛为主,辅以开发功能产品,提取有价金属元素。轧钢铁鳞和瓦斯灰等可作含铁原料回收,或进一步富集,制成高品级提铁锌原料,或作提钒冷却剂等,同时生产纯铁、铁粉和磁性材料等。目前含钛高炉渣利用率不到3 %,含钛高炉渣应按照建材和提钛原料等进行定位。尾矿绝大部分送尾矿坝堆存,作为后备资源储备。硫酸亚铁用途也正在开发中。其它气体和液体性二次资源用途还未开发出来,有的还给生产(焦化废酸、钛白废硫酸等) 和环境(含硫气体等) 带来严重影响。
  5 推进攀枝花循环经济发展的原则和实施策略
  5. 1  产业循环原则
  (1)科技先导原则。攀枝花矿产资源综合利用工作以高炉冶炼钒钛磁铁矿—雾化提钒—钛精矿选矿作为划时代特征,实现了铁、钒、钛粗产品的回收系列化,是实施资源科技发展战略的结晶。针对目前的资源生产利用现状,必须紧紧依靠科学技术,强化资源产品开发,瞄准资源产品与其它产业的新结合点,增加技术含量和附加值,开发开拓市场潜力,积极推进综合利用工作进程,提高资源循环水平。坚持科学严谨的工作态度,尊重资源循环利用技术的差异性和多样性,严格立项审批,坚持小试验—扩大试验—半工业试验—工业试验程序,结合市场科学决策项目,对工艺技术、适用设备、产品市场、环境保护、配套材料供应、国家产业政策、市场准入程度等进行系统周密研究,力求万无一失。
  (2)人才优先原则。资源循环经济是一项复杂的、艰巨浩大的系统工程,需要一大批具有献身精神、有专长、懂经营、善管理的各种人才,对循环经济发展进行规划—组织—实施,推动循环经济健康稳定发展,形成独具特色的循环经济局面。
  (3)市场经济性原则。资源循环利用必须研究资源产品的市场属性,按照市场经济的原则办事,在市场经济性前提下,对不同工艺—产品—技术进行统一规划、分类研究和分步实施,用高新技术嫁接改造资源循环利用工艺,不断提高资源循环产业的层次和水平。
  (4)政策扶持原则。攀枝花矿产资源循环利用是世界性难题,形成良性循环需要时间、人力、物力、财力以及跨行业的支持,同时需要国家及部门在人才待遇、项目政策导向和税收指导等多方面给予政策倾斜扶持。
  (5)合作合资开发原则。攀枝花矿产资源除铁为大量回收利用外,其它如Ti 、V、Co 、Ni 、Cu、Sc、Ga 等属小金属范畴,其特征为产量小、品质高、附加值高、提取工艺过程复杂,对一些开发难度大的项目可以引进关键技术设备,或合作合资开发,既符合改革开放的总原则,又可大大推进资源综合利用工作进程。
  5. 2  资源循环策略
  (1)注重产业发展目标与循环经济的结合,按照经济生态原理和生态化工厂模式进行产业配置,建设重点产业循环链,发挥政府政策导向和支持作用,强化经济产业基础规划和环境生态保护功能建设,鼓励企业和个人参与环境治理和经济生态建设,支持与循环经济发展相关的技术开发,努力形成攀枝花整体性和区域性资源开发经济生态产业群,工业化园区和园区之间不同经济实体互为原料基础,形成新的经济协作和发展模式,鼓励使用循环再生性环保产品,扩大资源经济循环范围,提高资源利用水平和规模,逐步扩大范围,将资源性副产物进行保护性储存和利用,对经济社会和自然环境危害降低到最低水平,真正实现经济社会的可持续发展。
  (2)全面推进,重点突破。技术开发工作应当在钒资源、钛资源、镍钴资源、二次铁资源、其它有益元素资源等领域全面展开,总结完善已有技术成果,产品开发与工艺开发并重,解决与资源循环利用有关的技术、市场和环保方面的问题,追踪市场趋势,做好产品用户的联系联络工作,使之形成较为完整的技术—经济—市场体系文件,成为分析决策依据。工程建设和生产经营上可根据市场和国内外经济发展特点,在体现资源特点、可形成主导产品的前提下,对项目和产品实施重点突破,如钒系列产品和提钛技术开发,从而形成有资源特色的新经济增长点。
  (3)统一规划,实施有益元素提取与保护环境相结合战略。如含钛高炉渣既包含大量有益元素,又本身量大,TFe 品位在38 %~41 %之间。而TFe 回收率变化较大,TFe 回收率是随着激磁电流的增加而增加,当激磁电流大于2A 时,变化趋于平缓。   
  3   结论
  (1)该钒钛磁铁矿的表外矿中的主要矿物为钛铁晶石和钛铁矿,其TFe和TiO2的品位分别为16. 89 %和4. 02 %。
  (2)磁铁探索试验表明:磁选精矿TFe品位仅为38 %、TFe回收率为30 %左右。说明对表外矿采用磁选技术,还不能达到目前铁精矿市场要求的品位。
  (3)为提高表外矿资源的利用率,可将表外矿进行预处理,适当提高品位,再与表内矿混合入选,以达到回收表外矿中铁矿物的目的。
  
  参  考  文  献
  
  1. 刘维阁:表外矿利用途径[J ] ,地质与矿产, 1998 ,10 :349 - 352
  2. 朱国山: 德兴铜矿表外矿综合利用[J ] ,金属矿山,1998(1) :45 - 47
  3. 陈佩富:利用表外矿提高铁矿床资源利用率[J ] , 矿业快报. 2004 ,2:27 - 28
  4. 谢英亮,高阳:矿山表外矿资源可利用性技术经济分析应用研究[J ] ,资源科学,2002,9:88 - 92