鐵礦工藝發展中礦物學特征及選礦效果分析

張新佳

（太鋼集團嵐縣礦業有限公司，山西 呂梁 033000）

工藝礦物學是一種研究工業冶煉原料及其冶煉產物的礦物組成成分的學科，由于現代社會對于金屬礦物及非金屬礦物的大量需求，工藝礦物學也越來越受到人們的重視。尤其是在現代科學礦物元素提取技術迅速發展以后，工藝礦物學的理論研究不斷向其他相關學科滲透，人們對于礦石的評價與提取技術也有了新的認識，大多數礦物都有了較以往更加合理的利用。大多數天然存在的礦石都不能夠直接利用，因此想要利用從自然界天然采集的礦物中提取出需要的元素，需要對礦石進行一系列十分復雜的加工和處理[1]。在這個過程中，礦石質量的好壞決定著整個礦物冶煉流程優越性的重要指標，直接決定著金屬冶煉的工藝流程。而工藝礦物學之所以在礦物冶煉領域具有如此大的作用，均是因為其在選礦流程的思想體系上具有指導作用，因此更好地優化選礦流程即是工藝礦物學的發展方向。本文基于此對鐵礦工藝發展中礦物學特征及選礦效果進行分析，并結合多方資料合理探討基于工藝礦物學的選礦方法對礦物冶煉流程的正面影響和負面影響，并對其造成的效果進行分析。首先確定了八種常見鐵礦石的理論品位區間，探究了鐵元素含量較高的兩種鐵礦石種類。然后以礦物開采深度作為研究對象，分析其對礦石中鐵元素品位的影響。接著分析基于鐵礦石粒度、鐵礦石強度、鐵礦石含鐵量對鋼鐵冶煉工藝的影響，最后對工藝礦物學的選礦方法可能造成的效果進行分析。

圖1 礦樣鑒定流程示意圖

1 基于鐵礦工藝發展的鐵礦石成分分析

擁有鐵元素的礦石類型十分復雜，按照生產、冶煉以及管理方式的不同，可以將鐵礦石分為單質鐵礦、二價亞鐵礦、六價高亞鐵礦、三價氧化礦石、含碳酸鐵礦石和含綠泥石鐵礦石等多種不同的類型[2]。而在鐵礦工藝發展過程中，由于單質鐵礦埋藏距離距地表較遠，在未來的很長時間內都不能開采，因此本文只研究二價亞鐵礦、三價氧化鐵礦、六價高鐵礦、碳酸鐵礦、綠泥石鐵礦等。通過如圖1 所示的方式可以對礦石中的鐵元素進行鑒定。

根據上圖中的鑒定步驟，能夠得到鐵礦石的化學成分分析和物相分析，表1 為除綠泥石礦石外的所有類型鐵礦石的理論品位區間。

表1 鐵礦石中鐵元素品位

鐵礦石品位主要指一個鐵礦石中含有鐵元素的質量分數，上表中的鐵礦石中除赤鐵礦與磁鐵礦外，幾乎所有種類的鐵礦石最高品位都在50% 以下，這說明盡管鐵礦石種類十分豐富，但是其含鐵量最高的礦石只局限在赤鐵礦和磁鐵礦之間[3]。若想獲得冶煉鐵礦石的最高利益，還是需要以赤鐵礦或磁鐵礦作為冶鐵的原料。且大多數的鐵礦石品位波動范圍較大，在尋找冶鐵礦物前，需要做好鑒定工作。

在基于鐵礦工藝發展歷程進行銻礦礦物學特征研究之前，還需要明確鐵礦石的物相分布問題。在根據圖1 對二價亞鐵礦、六價高亞鐵礦、三價氧化礦石、含碳酸鐵礦石和含綠泥石鐵礦石進行物相分析時得知，越是向更深的區域開采，鐵礦石中的含鐵量就越豐富，尤其是對赤鐵礦與磁鐵礦具有非常大的影響，因此對開采深度與鐵礦石含量進行研究并得到結論，如表2 所示。

表2 開采深度對鐵礦石含量的影響

除赤鐵礦與磁鐵礦以外，還有含碳酸的鐵礦石在這方面有一定的影響作用[4]。因此，若想得到純度更大的鐵礦石，需要盡量向距地表更遠的方向挖掘。

2 鐵礦工藝發展中鐵礦石質量研究

2.1 鐵礦石粒度對金屬冶煉的影響分析

在金屬冶煉的過程中，所用鐵礦石原料的粒度越均勻，則高爐的透氣性越好，鐵礦石粒度對金屬冶煉的影響效果如圖2所示。

圖2 鐵礦石粒度對金屬冶煉的影響效果示意圖

如上圖所示，在礦石進入高爐前通常會嚴格篩選礦石種類，將其粒度維持在10mm ～50mm 之間。相比起來，將鐵礦石研磨成粉末狀會擁有更好的冶煉效果，如果使用鐵礦粉進入高爐，可以在減少鐵礦粉總質量的前提下使粒度更加均勻，從而提高金屬冶煉的質量和產量[5]。將鐵礦粉末團成球狀，會對金屬冶煉的效果造成較大影響，此時的粒度組成相對前兩者不均勻，但因為其與高爐火焰相接觸的表面積更大，就導致金屬冶煉的速度會更快，效果更好。

2.2 鐵礦石強度對金屬冶煉的影響分析

鐵礦石的強度與礦石中鐵元素的含量息息相關，若礦石中鐵元素的含量較高，則礦石本身的強度就會相應更大，此時的高爐內料柱損壞粉化程度會相應降低，也不會產生太多的粉末。若礦石中鐵元素的含量較低，則礦石本身的強度就會相應更小，此時的高爐內料柱損壞粉化程度會相應提高，在產生大量粉末的同時，降低高爐透氣性，降低金屬冶煉的產出率。

2.3 鐵礦石中鐵元素含量對金屬冶煉的影響分析

鐵礦石中含鐵量越低，則金屬冶煉過程中所需脈石的量就越高，熔劑與焦炭的用量也會相應增加，高爐內的鋼鐵相對產出率也就隨之降低了。因此，鐵礦石的品位與該礦石的冶煉價值一般呈正比，品位越高的礦石冶煉價值越大，品位低到一定程度的礦石則不具備太大的冶煉價值。當兩種礦石的品位值相差不大時，以所需脈石的量作為冶煉價值的另一個標準，脈石越多，產出的渣量就越多，該高爐內出產的鋼鐵價值就越低。除此以外，高爐所在區域的焦炭等資源的價格也能夠影響金屬冶煉的經濟成本。

3 鐵礦選礦效果分析

基于工藝礦物學的選礦方法，在選礦過程中需要重點判斷該礦區鐵礦石的物理性質及化學性質。在物理性質中，對鐵礦石的粒度和強度均需進行詳細的探究，確保所選礦區中出產的礦石是適合進行鋼鐵冶煉的鐵礦石。在化學性質的鑒定中，首先需要判斷鐵礦石中鐵元素的含量，若鐵礦石品位過低，則不具備礦石開采冶煉的價值[6]。第二，需要判斷鐵礦石中脈石的含量，脈石在鋼鐵冶煉的過程中會轉化為一些影響鋼鐵產出的煙塵，若脈石含量過大，則會導致鋼鐵出爐率降低。第三，需要鑒定鐵礦石中其他化合物或氧化物的含量，一些化合物會在高爐煉鐵的過程中增大出鐵率，降低出鐵時間，但是另一些化合物會造成截然相反的結果。最后，鐵礦石中還會含有一些對人體有害的元素或物質，如硫元素、磷元素、砷元素等，這些元素在高溫下會反應生成有毒的氣體或物質，造成工作人員的傷亡，在選礦時應盡量避免含有這類元素的鐵礦石進入高爐。

4 結語

本文系統地論述了鐵礦工藝發展過程中礦物學特征及選礦效果，分析了鐵礦石中鐵元素的質量分數及采礦深度對鐵礦石含量的影響，并在此基礎上考查了基于工藝礦物學的選礦方法對金屬冶煉工程的影響，為日后研究更流暢的礦物冶煉流程奠定了理論基礎。