礦產(chǎn)資源稟賦條件與開發(fā)利用異質性：基于河北鐵礦資源聚集區(qū)的研究

王伊杰，劉天科，王雪峰，時晨

（中國自然資源經(jīng)濟研究院，北京 101149）

鐵礦資源是戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，中國鋼鐵生產(chǎn)量和消費量均居世界首位。隨著中國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化步伐加快，鐵礦資源需求持續(xù)增長，2019年，中國鐵礦砂及其精礦進口量為10.69億t，鐵礦石原礦產(chǎn)量8.45億t，國內鐵礦石供給緊張，對外依存度不斷提高，鐵礦石供需矛盾突出[1-2]。中國各地區(qū)鐵礦資源質量懸殊、自然稟賦條件各異，總體上資源稟賦較差，鐵礦平均品位為33%，富鐵礦石儲量僅占全國鐵礦石儲量的2%左右[3]。并且，人均占有量不高，遠低于世界平均水平。研究資源稟賦條件與開發(fā)利用的內在規(guī)律，提高資源利用效率，對于緩解供需矛盾具有重要意義。

河北省是中國鐵礦資源重要的分布區(qū)和主要開采區(qū)，也是鋼鐵工業(yè)的重要布局區(qū)，開發(fā)利用條件好，適合進行規(guī)模化、集約化開采[4]。河北省鐵礦床產(chǎn)出與地殼演化關系密切，不同地質時期產(chǎn)出的鐵礦床類型差別很大，主要的礦床類型有巖漿型、沉積變質型、矽卡巖型等，但是同一成礦帶上礦石的性質較為相似。河北省有眾多鐵礦企業(yè)，外部經(jīng)營環(huán)境具有相似性，例如經(jīng)濟環(huán)境、政策導向、基礎設施、工業(yè)需求、技術水平、氣候特征等，那么礦山開發(fā)利用水平主要受資源稟賦條件影響，在進行不同礦山資源稟賦條件與開發(fā)利用異質性研究時，可以簡化分析維度。

本文調查研究了河北省主要類型鐵礦資源的稟賦條件和開發(fā)利用狀況，并對礦山的綜合利用潛力作出了分析，給出了相應的對策建議，研究結果對實現(xiàn)河北鐵礦資源價值的最大化以及對于世界同樣類型的鐵礦資源的利用具有重要的借鑒意義。

1 研究區(qū)概況

河北省鋼鐵工業(yè)發(fā)達，鐵礦資源豐富，但是富礦少、貧礦多，大多數(shù)是低品位貧礦或超貧鐵礦石。全省鐵礦查明資源儲量95.16億t，占全國鐵礦資源儲量的11.17%，居全國第3位。2020年河北省鐵礦石產(chǎn)量3.21億t，占全國鐵礦石總產(chǎn)量的37.04%，居全國第1位，可見河北省鐵礦資源在中國的重要性[5-7]。

河北省具有工業(yè)意義的鐵礦床，按成因可以分為巖漿型、沉積變質型、接觸交代-熱液型等，其中以沉積變質型為主，占全省資源儲量的85.34%。河北省鐵礦資源分布相對比較集中，主要分布在承德張家口地區(qū)、河北東部、邯鄲邢臺地區(qū)（張承、冀東、邯邢地區(qū)）。承德地區(qū)主要是以釩鈦磁鐵礦為主的巖漿型鐵礦床，富含釩和鈦，含鐵量低。河北東部主要是沉積變質型鐵礦床，礦床規(guī)模大，礦體露出地表或在淺部。邯鄲邢臺地區(qū)主要是以磁鐵礦石為主的接觸交代-熱液型鐵礦床，也稱為矽卡巖型鐵礦，大多為中小型礦床[8-9]。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

在河北省承德市、秦皇島市、唐山市、邯鄲市、邢臺市、保定市6個有代表性的資源聚集區(qū)中選取15座大型鐵礦山（實際年采礦量0.981億t、實際年選礦量0.981億t，占河北省鐵礦產(chǎn)能的86%。）進行調查研究，考查采礦、選礦工藝流程和廢石尾礦利用情況，計算采礦回采率和選礦回收率，采集原礦、精礦、尾礦等礦石樣品，通過化學分析法測定樣品物相和品位。

3 結果分析

3.1 鐵礦資源稟賦條件

礦床地質成因不同形成不同類型的鐵礦石，礦石類型、礦石品位、共伴生元素的綜合利用價值是影響礦石質量的主要因素[10]。本文對15座礦山鐵礦石原礦物相進行了分析，結果見表1。磁鐵礦中的鐵和總鐵品位的分布見圖1。承德市的巖漿型鐵礦床（礦山1～6）鐵品位在10%～20%，磁鐵礦中的鐵占比30%～55%。河北東部秦皇島和唐山市的沉積變質型鐵礦床（礦山7～11），鐵品位在20%～30%，磁鐵礦中的鐵占比50%～92%。保定市的沉積變質型鐵礦床（礦山12），鐵品位為11.12%，磁鐵礦中的鐵占比42%。保定、邯鄲和邢臺市的矽卡巖型鐵礦床（礦山13～15），鐵品位為25%～50%，磁鐵礦中的鐵占比大于90%。

圖1 三種類型鐵礦床總鐵品位分布Fig.1 Total iron grade of three types iron ore

表1 鐵礦石原礦物相分析/%Table 1 Mineral phase analysis of iron ores

礦山編號 所在地區(qū) 礦石類型 含量/分布率 磁性鐵中的鐵 菱鐵中的鐵 赤鐵中的鐵 硫鐵中的鐵 硅酸鐵中的鐵 總鐵品位12保定市沉積變質型 含量 4.67 1.42 4.04 0.23 0.76 11.12分布率 42.00 12.77 36.33 2.07 6.83 100.00 13 矽卡巖型 含量 25.88 0.60 1.21 0.07 0.20 27.96分布率 92.56 2.15 4.33 0.25 0.72 100.00 14 邯鄲市 矽卡巖型 含量 36.66 0.13 1.09 1.62 0.56 40.06分布率 91.51 0.32 2.72 4.04 1.40 100.00 15 邢臺市 矽卡巖型 含量 43.95 0.03 0.70 0.10 0.56 45.34分布率 96.93 0.07 1.54 0.22 1.24 100.00

三種類型鐵礦中鐵的品位和鐵在磁鐵礦中的分布見圖1、2。通過分析可以看出，河北省巖漿型鐵礦床品位最低，其次為沉積變質型鐵礦床，矽卡巖型鐵礦床品位最高。磁鐵礦中鐵占比也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律。因此，矽卡巖型鐵礦床資源稟賦條件較好，礦石類型、礦石品位都有利于開發(fā)利用。

圖2 三種類型鐵礦床鐵元素在磁鐵礦中的分布率Fig.2 Distribution rate of iron element in magnetite of three types iron ore

3.2 鐵礦資源采礦

河北省鐵礦的開采方式和采礦回采率見表2。河北省鐵礦開采以露天開采為主，11座露天開采礦山全部使用組合臺階采礦法。地下礦山開采主要方法為崩落采礦法、空場采礦法和充填采礦法。目前大型地下鐵礦的開采方法主要以崩落采礦法為主，其中主要采用無底柱崩落法，自然崩落法和有底柱崩落法。由于充填采礦法對礦山環(huán)境破壞較小，近十多年來在地下鐵礦山開采中得到推廣應用。本文中4座地下開采礦山，有2座使用崩落采礦法，有2座使用充填采礦法。從開采回采率角度看，露天開采的礦山開采回采率普遍較高，最高為97.00%。露天開采更能充分地利用資源，但是對環(huán)境的破壞也更為嚴重。

表2 開采方式和采礦回采率Table 2 Mining methods and mining recovery rate

3.3 鐵礦資源選礦

河北省鐵礦資源稟賦條件各異，加工處理難度各有不同，根據(jù)鐵礦資源稟賦特點，大多數(shù)礦山采用高壓輥磨、磁選、浮選等工藝方法對原礦進行選礦加工。本文調查研究的15座礦山主要的選礦指標見表3。從表3可以看出，6座巖漿型鐵礦主要選礦方法為磁選，目的礦物有磁鐵礦，其次為鈦鐵礦、赤鐵礦、磷礦等。6座沉積變質型鐵礦選礦方法為磁選、重選－強磁－陰離子反浮選聯(lián)合工藝，目的礦物有磁鐵礦，其次為赤鐵礦等。3座矽卡巖型鐵礦主要選礦方法為磁選，主要目的礦物為磁鐵礦。

表3 選礦主要指標Table 3 Main mineral processing performances

三種類型鐵礦床鐵元素選礦回收率分布見圖3。6座巖漿型鐵礦選礦回收率為30%～50%，6座沉積變質型鐵礦選礦回收率為65%～90%，3座矽卡巖型鐵礦選礦回收率為90%。巖漿型鐵礦原礦入選品位低，稟賦條件差，選礦回收率也低，沉積變質型鐵礦稍好。矽卡巖型鐵礦入選品位高，磁鐵礦占比高，稟賦條件好，選礦回收率較高。鐵礦的稟賦條件是選礦指標好壞的先天基礎。

圖3 三種類型鐵礦床鐵元素選礦回收率分布Fig.3 Distribution of iron ore beneficiation recovery rate of three types of iron ore deposits

3.4 共伴生元素綜合利用潛力

鐵礦中共伴生元素綜合回收，是充分利用礦產(chǎn)資源，提高礦山經(jīng)濟效益的重要措施[11-12]。從原礦化學分析結果來看，河北省沉積變質型和矽卡巖型鐵礦中除鐵元素以外，其他元素均未達到綜合回收的最低標準，巖漿型鐵礦中含有可以利用的共伴生元素。承德市的礦山企業(yè)對礦石中有益元素進行了綜合回收利用，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

樣品化學分析結果表明，巖漿型鐵礦中原礦中伴生有TiO2和P2O5兩種有益元素，且達到了綜合回收的最低標準。有的礦山企業(yè)采用強磁選和螺旋溜槽工藝回收TiO2，采用浮選法回收P2O5。由于巖漿型礦石性質復雜，有用元素嵌布形態(tài)及粒度多變，并且TiO2品位較低，回收工藝也較為簡單，導致TiO2的回收率較低。巖漿型鐵礦中鈧的含量為30～80 g/t，高于一般鐵礦中的平均含量，有綜合回收利用的潛力，可以為礦山增加收益。

3.5 尾礦綜合利用潛力

礦產(chǎn)資源的綜合利用主要包括共伴生有價組分回收利用、廢石和尾礦綜合利用等[13-16]。2020年，我國尾礦總產(chǎn)生量約為12.95億t，其中鐵尾礦約為5.397億t，占比41.66%。2020年，河北省鐵尾礦產(chǎn)生量約為2.0億t，占全國鐵尾礦總產(chǎn)生量的37.06%[7]。近年來我國在尾礦再選回收有價組分、尾礦用作建筑材料、尾礦充填礦山采空區(qū)、尾礦庫復墾、礦山廢棄地生態(tài)恢復等方面做了很多工作，尾礦利用率顯著提高。2020年，我國尾礦綜合利用量約為4.41億 t，綜合利用率34.05%，推動了尾礦的減量化、資源化和無害化發(fā)展，同時有效保護了生態(tài)環(huán)境。

X射線衍射分析結果表明，沉積變質型鐵礦石尾礦中石英、長石及硅砂礦物含量較高，可根據(jù)其性質研究尾礦利用的方式，加強用于制作建筑材料或裝飾材料方面的研究。另外，可根據(jù)尾礦粒度不同分別研究其用途，作為砂石骨料、鐵路道砟、水泥材料、生產(chǎn)各類磚等。充填采空區(qū)或填埋露天礦坑是尾礦整體利用的較直接和有效的方式，這種方式既節(jié)約企業(yè)堆存尾礦成本也保護了土地資源。

4 結 語

（1）生產(chǎn)要素決定資源利用效率，但是前提條件是資源稟賦具有比較優(yōu)勢。資源開發(fā)利用效率增長是內生的，隨著資源稟賦條件的改變而改變，好的資源稟賦條件是主導因素。河北省矽卡巖型鐵礦稟賦條件優(yōu)于巖漿型鐵礦和沉積變質型鐵礦，鐵礦入選品位高，磁鐵礦占比高，資源利用效率高。

（2）和產(chǎn)業(yè)相適應的技術和基礎設施是資源高效利用的內生驅動力。雖然河北省巖漿型鐵礦和沉積變質型鐵礦開發(fā)利用受限于稟賦條件，導致資源的回采率和回收率不高，但是通過改進工藝技術，升級采礦和選礦設備，將企業(yè)逐步向技術密集型產(chǎn)業(yè)升級，鐵礦資源利用效率有提升空間。

（3）資源的綜合利用不僅可以節(jié)約集約利用資源，還可以提高企業(yè)的收益。建議從礦石性質研究入手，加強對巖漿型鐵礦中鈦元素的工藝礦物學研究，改進選礦工藝流程，利用高效的選礦藥劑，進一步降低鐵精礦中TiO2的品位，提高鈦精礦中TiO2的品位及回收率。

（4）政府要出臺和落實稅費、生態(tài)修復、土地利用等配套政策措施，鼓勵共伴生元素綜合利用、尾礦利用、充填采礦等，提高礦山企業(yè)高效利用資源和保護生態(tài)環(huán)境的積極性。