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中国铁矿的“科技革命”

2024-03-12 钛白粉
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  “我们整个弓长岭矿山600多人最后只剩下200来人,400多人被迫下岗。当时作为车间主任,工人下岗的事情都需要我处理,心里真的特别难受。”如今已是鞍钢矿业科技部副部长的韦锦华向《科学新闻》记者回忆道。

  当年,矿石滞销像瘟疫般蔓延,中国铁矿石行业跌入低谷。由于开采成本过高,国内很多铁矿山被迫停产。

  彼时熬煎的韦锦华做梦也没有料到仅仅8年后,这个曾经被视为没有价值的贫铁矿山,却因为鞍钢矿业突破性创新的“提铁降硅”技术而再次焕发新机,由此也掀开了中国贫铁矿大规模高效利用的“科技革命”。

  事实上,中国已探明的铁矿资源量高达775亿吨,居世界第四位。但是,与巴西、澳大利亚等铁矿石出口大国相比,中国铁矿石的品位明显偏低,平均品位仅为30%。

  鞍钢矿业是中国最大的铁矿山企业,具有近百年的悠久开采历史,建国以来已累计采出铁矿石16亿吨。目前掌控资源量达到276亿吨,超过国际三大矿业巨头掌控的资源量总和,在国内国际确立了独一无二的资源优势。

  不过,其中贫赤(磁)铁矿占鞍钢矿业铁矿资源的比例却高达90%。早在1975年,鞍钢矿业的前身鞍山矿业便开始着手进行贫赤(磁)铁矿选矿技术的研发。

  在“提铁降硅”技术出现前,鞍钢矿业已针对贫赤(磁)铁矿选矿工艺流程做了多达37次的改造。

  鞍钢矿业设计研究院院长刘晓明和记者说,就是在这种持续不断的研发中,上世纪90年代阶段磨矿、粗细分选等先进的技术先后在鞍钢矿业诞生。

  不过,贫赤铁矿选矿关键技术欠缺的局面始终没有被打破,直到当时在鞍钢弓矿公司主抓科学技术工作的邵安林提出要进行“提铁降硅”的新实验。

  如今已是鞍钢矿业总经理的邵安林对记者表示,国外铁精矿之所以能迅速占领中国市场,原因就在于质量高、价格低廉。

  如巴西铁矿的品位为66%~67%,二氧化硅的含量仅为1%左右;而我国有些高品位矿石虽然也能达到65%,但二氧化硅含量却普遍高达10%。

  中国工程院院士、长沙矿业研究院高工余永富接受记者正常采访时也指出:“如果矿石中酸性硅含量过高就必须多加石灰石进行中和,而炼铁高炉的容积却是固定的。肚中杂质变多后,就导致铁精矿的最终品位下降。”

  铁精矿的品位下降带来的后果是在消耗同等能源时,中国铁精矿只能产出1吨铁、国外却能生产1.5吨,这便是进口矿石在中国市场受欢迎的最重要原因。

  基于此,余永富提出一种贫赤铁矿“提铁降硅”的重要理论,即在选矿源头将二氧化硅去除,最终提高出炉铁的质量与数量,而他的这一想法与远在鞍山的邵安林不谋而合,双方就此在鞍钢矿业内部展开合作。

  这是一种全新逆向的“反浮选”思路。当时中国选矿环节已出现“浮选法”,即使用药剂或利用矿粒本身的疏水性将铁“浮出”,再把其余含石英(二氧化硅)的脉石扔掉。由于石英也具有可浮性,那么是否能反其道而行之,利用浮选原理不选铁而改选石英?

  为了实现“提铁降硅”技术,在邵安林的领导下,鞍钢矿业开始了前所未有的创新实践。

  2002年,鞍钢矿业设计研究院 教授级高工吕建华在实验室第一次采用了“提铁降硅”的新流程,当下居然获得高达65%的铁精矿品位。在大规模投入生产后,铁精矿品位达到67.5%左右。

  这项鞍钢矿业拥有自主知识产权的《鞍山贫赤(磁)铁矿选矿新工艺、新药剂与新设备研究及工业应用》成果,先后荣获中国冶金科学技术特等奖和国家科技进步奖二等奖,被称为中国铁矿山的一场“黑色风暴”。

  这种阶段磨矿、粗细分选、重磁阴离子的反浮选工艺流程,从根本上解决了中国贫赤铁矿资源工业利用难的问题,也使得鞍钢矿业在选矿工艺技术方面达到了世界领先水平。

  利用这一成果,鞍钢矿业对所属的齐大山选矿厂等老选厂实施了全面技术改造。改造后的铁精矿综合品位达到67.45%,比改造前提高了3.04个百分点;铁精矿二氧化硅含量降至4.5%,比改造前下降4.8个百分点,从而使鞍钢真正拥有了高品质原料生产基地。

  鞍钢的入炉炉料品位也由“十五”初期的54.79%提高到2009年的59.39%,不仅高于澳矿与巴西矿的品位,每年还可减少消耗原矿1200万吨。

  截至2012年年底,“提铁降硅”技术在鞍钢矿业已经累计创效100亿元,年创铁前效益5亿元以上。

  当“提铁降硅”在鞍山获得成功的消息传出后,全国各地许多矿山纷纷前来免费取经。邵安林和记者说,当时从设备到药剂都掀起了一股“黑色风暴”,许多企业都纷纷改造生产线,一些已经倒闭的选矿厂又再次“复活”。

  中投顾问冶金行业研究员魏启宁告诉《科学新闻》,“提铁降硅”技术的研发、试验、运用在业内产生巨大影响,极大地提升了铁矿石的洗选效率。

  令人敬佩的是,在邵安林的带领之下,鞍钢矿业并没有止步不前,而是在采选矿烧球整体工艺上进行持续创新,因而形成了从探矿、采矿、选矿到烧结、球团为一体全系统的资源开发利用专有技术,从根本上解决了贫赤铁矿大规模开发展利用的难题。

  譬如作为矿山生产的首要环节,爆破在采矿中起着及其重要的作用。目前鞍钢矿业露天采场年爆破量2亿多吨,炸药年需求量约为6万余吨,炸药性能对爆破效果及铲装、运输和破碎工序作业效率和成本有着重要的影响。

  鞍钢矿业的科学技术人员运用先进的技术,进行复合油相材料的研发工作,成功解决了行业难点技术问题,打破国外对该项技术的垄断,实现了炸药领域中关键技术的重大突破,对确保我国冶金矿山企业的安全生产、节能减排、减少相关成本都产生重要影响。

  而《鞍山式含碳酸盐铁矿石高效浮选技术探讨研究》是鞍钢矿业近年来取得突破的又一项关键技术。

  该项目是国家中长期科学技术发展规划的优先课题,通过“分步浮选”工艺,成功解决了含碳酸铁矿石入选时铁矿物与脉石无法分离的问题,为国内含碳酸盐难选铁矿石的回收利用提供了技术支撑,技术水平达到国际领先,被列入国家矿产资源节约与综合利用示范工程,获得国家财政部专项资金支持。

  该成果推广后,仅鞍钢矿业每年就多入选碳酸铁矿石100多吨,年创效益2.34亿元。

  鞍钢矿业还开展了赤精矿高配比球团矿工业试验研究,使球团矿中赤精矿配料比由原来的30%提高到45%,为增加球团矿产量,满足鞍钢炼铁需求奠定了基础。其开展的细粒赤精矿厚料层烧结技术的研究与应用,通过对精矿的烧结特性进行深入研究,较好地解决了赤精矿厚料层烧结难的问题。在提高烧结矿质量的同时,获得了高炉每吨生铁焦比降低7千克的成果。

  与此同时,鞍钢矿业为适应炼铁优化炉料结构的需要,在年产380万吨烧结矿生产能力的基础上又先后建设了4条球团矿生产线万吨/年。

  为进一步提高烧结矿和球团矿质量,鞍钢矿业还积极开展了烧结、球团新技术的研究攻关,开展了新型粘结剂试验研究,采用复合膨润土取代钠基膨润土,使球团矿品位达到65.5%,质量达到国内领先水平。

  中国冶金矿山企业协会常务副会长雷平喜对《科学新闻》记者表示:“中国贫铁矿之所以利用得这么好,都在于鞍钢矿业所起的带头作用。假如没有他们在选矿方面做的探索,中国贫矿选矿技术与工艺不可能取得现有的突破。”

  在解决中国贫铁矿利用的历史性难题后,以打造“百年矿山”为目的鞍钢矿业又瞄准资源的充分利用问题。近年来鞍钢矿业对过去难以利用的贫、杂等典型的鞍山式赤铁矿进行了高效利用,据估算可盘活铁矿石资源量达6亿多吨。

  半个世纪以来,露天和井下不能同时开采是困扰铁矿业扩大产量规模的根本性问题。如何在复杂条件下走出贫铁矿高效规模开发的新路,是扭转我国进口铁矿石高依存度的关键。

  针对这一现状,鞍钢矿业公司做了系统的关键研发技术,最终形成了大型铁矿山露天井下协同开采及风险防控关键技术,破解了急倾斜矿体多采场同步规模开采、深凹露天矿高陡边坡风险防控、采空区塌陷涌水重大安全风险隐患等世界共性难题,为建成国内首个亿吨级铁矿山企业发挥重要作用。

  为稳定铁矿山后续生产能力和降低生产费用提供保障,鞍钢矿业通过使用先进工艺和一流装备,使眼前山铁矿由露天开采转为地下开采,其生产能力将由300万吨/年提高到800万吨/年。

  刘晓明指出,针对铁路运输大量占用土地资源且对沿线居民生活影响大、安全风险隐患多的问题,鞍钢矿业在新建的鞍千矿业有限责任公司以及对齐大山铁矿、东鞍山铁矿实施改扩建的过程中,摒弃铁路运输方式,采用了皮带运输系统,既减少了用地以及对周边居民生活、安全的影响又降低了日常生产运行费用。

  为了提高矿石回采率、降低损失贫化,鞍钢矿业优化了采掘设计。通过开展倾斜、中厚矿体无底柱、分段崩落法低贫损开采模式研究,设计了以中深孔落矿、端部控制出矿为特征的空场崩落组合法开采方案,解决了急倾斜矿体崩落法的损失贫化控制难的问题。

  同时,在矿岩交接部位使用先进的爆破技术,实行矿岩分穿、分爆、分装、分运,大大降低了矿石的损失贫化。

  “在矿山生产中,我们严格按照工艺作业规程的要求,坚持贫富、大小、薄厚、易难四个兼采的原则,使大量的残矿、挂帮矿和难采薄矿体得到充分回收利用。”邵安林说。

  此外,鞍钢矿业还积极地推进智能化采矿,近年来在其所属各大矿山广泛采用了自主研发、具有世界领先水平的GIS地质信息系统和GPS调度管理系统来进行采掘管理。

  在对各矿区进行详细勘探,取得详实地质资料的基础上,鞍钢矿业应用先进的大型矿山工程软件,建立了三维实体地质模型和数据库,自主研发了矿山生产计划编制与优化、爆破设计与优化、采掘计划执行情况验收等数字化管理系统,并全面推广应用了GPS调度管理系统,实现了采矿生产和资源管理的数字化,大幅度的提升了生产效率和矿石回采率。

  邵安林和记者说,目前鞍钢矿业的露采回采率高达97%以上,地采回采率达到88%以上,均居于国内同行业领先水平。

  以“提铁降硅”选矿新技术、浮选柱提纯磁铁精矿工艺技术、KS新型浮选捕收剂、赤铁矿尾矿铁资源回收再利用新工艺等为代表的一系列鞍钢矿业新技术,在中国铁矿石业界掀起了一场轰轰烈烈的科技革命。

  目前,鞍钢矿业慢慢的变成了采矿技术处于国内领先水平、选矿技术达到国际领先水平、铁精矿品位等选矿指标处于国际同行领头羊的铁矿山企业。

  据统计,“十一五”以来,鞍钢矿业已累计完成科研成果209项。其中,89项成果获得市级以上奖项,49项成果获得省部级以上奖,3项成果获得国家科技进步奖二等奖,2项发明专利在德国纽伦堡国际发明展览会上分获金银奖,6项发明专利在第19届全国发明展览会上获奖,科技创效106亿元以上。

  这一切与2007年初鞍钢矿业将科学技术创新作为一项核心内容纳入矿业发展的策略息息相关。在初步确定矿业发展的策略过程中,同时制定了《科学技术创新中长期发展规划》以及与之相配套的《采矿技术专题创新规划》、《选矿工艺技术中期创新规划》,将科学技术创新上升为公司重要的战略目标。

  2012年,鉴于矿业发展的策略中有关稳定恢复铁矿山能力的第一步目标已经实现,邵安林又制定了新的《科技发展规划》,进一步明确了“十二五”和“十三五”期间的科学技术创新指导思想和发展目标。

  当前,鞍钢矿业已形成了以企业为主体、以公司设计研究院为核心,以基层厂矿工程技术人员为骨干,以国内重点高校、研究院所为外力,具有矿山特色的技术创新体系。

  “鞍钢矿业坚持将科学技术创新作为矿业发展的策略的重中之重,我们要求将科技投入率在规划期内平均达到销售额的3.5%~4.5%,各主体生产单位的科研投入不能低于4.5%,一定要保持较高的增长幅度。”邵安林说。

  “十一五”以来,鞍钢矿业不断满足自主创新对资金的需要,科技投入累计达到22.8亿元,每年增幅均在10%以上。

  同时,鞍钢矿业加强了有关政策的研究,对科技投入采取宏观引导、自主申请、平等竞争、同行评审、择优支持的政策,并从整体利益出发统筹和合理的安排科技经费。

  与当初无偿转让“提铁降硅”技术不同的是,向国际矿业巨头迈进的鞍钢矿业已经意识到,保护技术知识产权以作为战略性资源的重要性。

  鞍钢矿业科技部部长的马旭峰对《科学新闻》记者表示,企业之间的竞争在很大程度上体现为拥有自主知识产权的竞争,要打造世界级铁矿山企业,鞍钢矿业一定要重视实施知识产权战略。

  公司从2008年正式开展实施知识产权战略,知识产权的拥有量从2007年前的6件发展到2013年底的993件,在采矿、选矿、烧结、散装炸药及尾矿综合利用方面已获得多项核心技术。

  目前,鞍钢矿业90%以上的专利和专有技术在实际生产中得到应用,多项成果已达到国际领先水平,5年来累计为企业创效6亿多元。

  邵安林指出,公司发展到某些特定的程度就必须承担起制定行业标准的任务,鞍钢矿业已完成了三项国家标准的制定,使国际矿业贸易有了共同遵循的准则。未来3年,鞍钢矿业计划定制1至2项国际标准。

  目前,鞍钢矿业的主要选矿技术经济指标均处于国际领头羊,以“提铁降硅”为代表的采选等技术不仅为中国解决了贫赤铁矿利用的问题,而且已经走出国门,在世界舞台上大放异彩。如设计团队先后完成了澳大利亚卡拉拉铁矿选矿厂、哈萨克斯坦卡恰尔铁矿破碎胶带系统的设计任务。

  邵安林说:“技术推广是促进我国贫铁矿资源高效开发利用的重要手段。希望国家能积极开展行业标准的制定,以技术标准引领行业发展。”■

 

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