铁矿石冶金价值评价方法.pdf

2 0 1 3年第 2 期 现代冶金 铁矿石冶金价值评价方法 俄 罗斯 A ． E ． B t l ／ I K O B 摘要 由于缺乏按化学成分快速判断铁矿石冶金价值的通用方法， 很有必要研究铁矿石概括性的或系统质量指 标的判别方法。在安赛乐米塔尔铁米尔套公司烧结生产中采用的铁矿石分类方法中， 利用 了一种期望函数， 该方 法根据铁品位 、 脉石成分、 存在的有用成分和有害夹杂 ， 可以实现铁矿石的系统评价 ， 与传统烧结生产用矿相比较 ， 可以对任何铁矿石的化学成分给予评价， 完成原矿富选冶金价值的预测。 关键词 化学组成； 含铁矿物； 有益和有害夹杂 在钢铁生产计划的不同时期都要求必须对铁矿 石的价值给出评价。关于其冶金价值首要的大致评 定 ， 可以依其化学成分获得 ， 首先是根据铁品位。但 是 ， 这样的预评 价不能反映 出原料 的诸多特性 。评 价的主要准则应包括 铁品位 、 主要铁矿类型 、 脉石 的组成和特性 、 含有的有益和有害夹杂 、 化学组成的 稳定性 、 粒度 、 强度 。 有关铁矿原料价值判断方法的研究 ， 许多研究 者进行了这方 面的工作 ， 所利用 的一般原则不 同质量铁矿石冶炼 同样生铁 的成本 。与此相关 ， 完 全计算每种炉料高炉冶炼的技术经济指标是很复杂 和繁重的， 而常用的确定铁 矿石冶金价值 的方法是 采用 比较简单的计算方法 ， 为此 ， 就需要忽略一些材 料 的特性 ， 比如湿度 、 块度 、 氧化镁和氧化铝 的质量 分数 ； 而有时像硫 、 磷和其他成分 的质量分数 ， 在铁 矿石中的差别很小时 ， 也忽略掉。 在国际市场上 ， 对铁矿石质量提 出了严格要求 在有害杂质质量分 数最小和脉石组 成稳定 的条 件 下 ， 烧结矿的铁品位为 6 0 ％ ， 铁精矿为 6 5 ％ ～ 7 0 ％ ， 在“ 安赛乐米塔尔铁米尔套 ” 烧结生产 中， 主要利用 的是低质量原料 。铁品位能满足 目前要求的只有磁 铁矿精矿， 在其余的铁料中， 铁品位是比较低的。由 于硫 、 氧化铝 、 磷 、 化合水的存在 ， 在整个冶炼过程中 增加了材料 、 能源和经济的消耗 ， 从而降低了原料的 价值 。 近些年来 ， 烧结原料发生 了质 的变化逐渐 减少了外购磁铁精 矿， 而增加 了哈 萨克斯坦 阿塔 苏 、 坎托别 、 阿坦索尔等等 矿床普通矿和列别金采 选公 司精矿的份额。计划尽量转 向使用国内 自己的 铁矿基地的铁矿物上。这样 ， 实现 了从单一原料 向 多成分烧结原料的转变 ， 多成分原料的铁矿部分 ， 目 前 由 1 5～2 0种烧结粉 、 精矿和炼钢废料组 成。由 此 ， 目前 ， 在烧结原料中实际可以利用的所有铁矿物 已知类型有 磁铁矿和水针铁矿精矿 、 化学成分差异 很大的磁铁矿、 赤铁矿 、 磁铁一赤铁矿和假象赤铁矿 见表 1 。 表 1 安赛乐米塔尔铁米尔套公司烧结生产所用铁矿石的化学成分 ， ％ 物料 F e F e O S i O 2 C a O Mg O Mn O A I 2 0 3 S P L OI 矿石 坎托别 阿坦索尔 阿塔苏采选公司 块矿 烧结粉 沼伊思塔斯 列别金矿 磁铁精矿 5 4． 8 3 2 6． 1 4 1 3． 8 7 3． 1 8 0． 8 8 0． 3 3 2 ． 5 9 2． 2 8 0 0． 0 5 0 0 ． 9 9 5 2． 4 5 1 ． 4 9 1 2． 8 O 1 ． 3l 0． 2 1 0 ． 2 7 5 ． 6 5 0． 6 9 0． 0 7 1 2 ． 4 5 5 6． O1 1 0． 0 0 1 0． 6 7 2． 3 0 0． 40 0 ． 8 9 1 ． 3 2 0． 3 9 3 0． 01 9 6 ． O l 4 6． 6 5 8． 8 0 1 5． 2 6 5． 6 0 0． 8 1 0 ． 8 2 1 ． 8 1 0． 3 8 4 0． 0 2 8 8 ． 4 7 4 4． 1 2 0． 7 7 2 5． 4 6 0． 3 0 0． 1 5 0 ． 4 0 3 ． 4 6 0． 0 5 3 0． 0 9 2 2 ． 6 8 4 9． 3 4 0． 5 5 1 1 ． 1 4 0． 2 6 0． 2 6 0 ． 2 3 4． 7 2 0． 0 21 0． 7 7 2 1 1 ． 5 8 2 2 0 1 3年第 2期 由于缺乏按化学成分快速判断冶金价值的通用 方法 ， 因此 ， 有必要研制铁矿石质量通用和系统指标 评价方法。在“ 安赛乐米塔尔铁米尔套” 公司烧结 生产中采用的铁矿 石分类方法中， 利用 了一种期望 函数。在这种函数 中 ， 还存在有客观期望和最可取 的对无量纲不同指标 自然意义的改变意愿。这种函 数具有这样优良的特性 ， 像连续性 、 单一性 、 平滑度。 除此而外 ， 这种曲线还表示出如下事实 ， 在期望接近 0和 1的领域 ， 它的“ 灵敏性” 实际上要低于中问区 域。期望函数方程的一般形式为 de x p [一e x p 一 y ] ， 在纵坐标轴上标注了从0到 l 变化的期望值， 沿横坐标轴指 明了铁矿石化学成分控 制指标 自然 值。对于 目前这种情况 ， 就是指铁 品位 、 氧化钙 、 镁 、 锰 、 硅 、 铝等 的质量分数 ， 以及 硫 和磷 的质量 分数 见图 1 。在质量等级中每一种指标都分为 很好 、 好 、 满意 、 不好和很不好 见表 2 。 表 2 与期望函数控制点相应的铁矿原料质量指标等级 很好 好 满意 不好 很 不好 6 0 7 0 0． 56 ． 0 21 0 0． 5一 1 ． O O 一5 00 ． 1 0 一O 0 5 O一2 5 56 J 0． 40 ． 5 1 ． 52． O 0． 40 ． 5 51 O 0． IO ． 3 0 ． O 50． 1 2 3 5 0 5 5 O． 20 ． 4 1 ． 0 一1 ． 5 O． 20 ． 4 l 0一l 5 0． 3 一O ． 5 0． 10 ． 1 5 3 4 455 0 0 10 ． 2 0 ． 5一1 ． 0 0． 10 ． 2 1 52 0 0． 5 1 ． O 0． 1 50． 2 4 5 404 5 00． 1 00． 5 0 0． 1 2 03 5 15 O． 2一1 ． 0 51 0 所给等级的确定是在试验和原料质量的基础上 来完成 。这些指标是 由烧结生产的专家们和 “ 安赛 乐米塔尔铁米尔套” 公 司的工厂试验室提供的。甚 至还考虑到在烧结料 中铁矿石化学成分变化的可控 范围。 为了比较不 同类型矿物原料， 就必须调整化学 组成 ， 将它们控制在同样的条件 下。比如 ， 列别金采 选公司精矿含有 1 0 ％ ～1 3 ％ 的结晶化合水 ， 在烧结 时会脱掉， 从而导致其他化学元素质量分数的增大。 在烧结磁铁矿精矿 时， 正好 相反 ， 由于精矿 中 F e O 氧化发展为 F e 0 ， ， 其它化学元素组成 的质量分数 是在减小。所以， 在依化学组成确定原料价值 的研 制方法中， 对应烧结料 出产率 ， 就需 引入 控制成分 除硫 而外 的修正。作为修正系数， 它将考虑烧结 损失和发生在烧结料层中所有的物理化学变化 。 在上述函数的基础 上， 确定每一控制成分的折 算无量纲质量指标。在确定 了折算指标后 ， 计算质 量的综合指标 。在形成综合 指标 时， 控制成分的每 一 个 指 标 的份 额 是 确定 的 铁 5 ％ ， 剩 下元 素按5 ％。含铁原料的综合质量指标按如下公 式确定 D d o, ’ d o ∞ ∞ d o ∞ 0 5 d o ∞ d o ∞ ∞， 此处 d 。 、 d 2 、 d 3 、 d 、 d 5 、 d 、 d 、 d s 是相应地按照铁 、 氧 化钙 、 镁、 锰 、 硅 、 硫 、 磷和氧化铝单位级别 确定 的折 算质量指标。 利用所研 制的综合指标方法 ， 在 “ 安赛乐 米塔 尔铁米尔套 ” 公 司的烧结生产 中， 对铁 矿石进 行 了 分类。对于每一种铁料的化学成分质量指标和综合 质量指标进行了计算 见表 3 ， 与所得结果相对应， 对铁矿石原料进行分类 见表 4 。 2 0 1 3年第 2期 3 表 4 铁矿石的质量综合指标分类 4 2 0 1 3年第 2期 正如预想的那样 ， 磁铁矿精矿分布于表的上部 ， 而普通矿分布于下部 ， 但也存在一定 的特殊性。索 科尔一萨拉 巴矿山选矿生产联合企业精矿质量综合 指标为 0 ． 8 4 0单位 ， 控制成分的大部分具有“ 很好 ” 的评价 ， 氧化钙 、 氧化锰 、 硫质量分数 的评价 “ 比较 满意” ， 由此要稍降低索科尔一萨拉 巴矿山选矿生 产联合企业精矿的冶金评价。科夫多尔斯基采选公 司精矿， 质量级别属于 I 级 0 ． 8 l 4单位 ， 其铁品位 与其它磁铁精矿相 比要低一些 ， 但是 ， 由于脉石的组 成较好 ， 它的冶金评价在提高。 阿塔苏块矿和列别金采选公 司及安赛尔米塔尔 克里沃伊罗格公司的精矿具有“ 较好” 的质量评价 ， 属于 Ⅱ级 与磁铁精矿相 比， 阿塔苏块矿具有较低 的 铁品位和较高的二氧化硅 ， 但是 ， 它的综合质量指标 较高 ， 显然 ， 这是 由于氧化钙 、 氧化镁 、 氧化锰的高质 量分数决定的。 碱性块矿 阿塔苏 、 坎托别 、 阿坦索尔 具有“ 满 意” 的评价 ， 属于质量级别 的 Ⅲ级 。硫质量分数高 降低了坎托别矿石 的冶金 价值 ， 而氧化铝的质量分 数高降低 了阿坦索尔矿的冶金价值 。这些元素的折 算指标相应地为 0 ． 0 2 7和 0 ． 0 9 1 单位 ， 它们的存在 使得评价“ 很差” 。 列别金采选公司精矿的特性是脉石组成较差和 氧化铝 、 磷 的质量分数高 ， 所以， 它们质量级别属于 Ⅳ级。绍伊恩塔斯矿具有较低的冶金价值， 目前 ， 在 烧结生产 中不能加以利用。 针对上述分类的检验方法进行 了各种磁铁精矿 的烧结实验。在利用索科尔一萨拉 巴矿山选矿生产 联合企业精矿条件下 ， 烧结过程得到较 高的技术经 济指标 ， 烧结矿获得较好的冶金性能。在烧结料中 每加入 1 ％的科夫多尔斯基采选矿公司的精矿来代 替索科尔～萨拉巴矿山选矿生产联合企业精矿条件 下 ， 烧结设备的单位生产率在节约 固体燃料 0 ． 5 4 ％ 相对地 条件下降低 0 ． 2 9 ％ 相对地 ， 在这种情 况下 ， 会相应地降低冷态烧结矿特性抗冲击 和 磨损机械强度相应 地降低 0 ． 1 6 ％ 和 0 ． 1 8 ％ 相 对 地 。在用列别金采选矿公 司的精矿完全代替索科 尔一萨拉 巴矿 山选矿生产联合企业精矿 的条件下 ， 在多消耗固体燃料 3 ． 2 ％ 相对地 条件下 ， 单位生 产率 降 低 0 ． 8 5 ％。烧 结 矿 抗 冲 击 机 械 强 度 降 低 ． 3 2 ％ ， 抗磨损机械强度降低 ． 2 ％ 绝 对地 。在利用安赛 尔米塔尔克里沃伊 罗格公 司精 矿或者米哈伊洛夫 卡采选公 司的精矿来代替索科 尔一萨拉巴矿 山选矿生产联合企业精矿 ， 在每替代 索科尔一萨拉 巴矿 山选 矿生 产联合企业 精矿 1 ％ 时 ， 固体燃料多消耗达 0 ． 3 3 ％， 烧结装置 的单位生 产率降低 0 ． 3 1 ％ 相对地 。 在利用上述种类精矿完全代替索科尔一 萨拉巴 矿山选矿生产联合企业精矿的条件下 ， 烧结矿抗 冲 击和磨损的机械强度降低 0 ． 6 8 ％ 绝对地 。这样 ， 实验研究 的结果证实了铁矿石冶金价值评价方法的 正确性。 利用上述方法， 按照化学成分在与 “ 安赛乐 米 塔尔铁米尔套” 公司烧结生产中传统用料相比较， 可 以评价任何铁矿石。比如 ， 孟加林斯基矿床矿在 烧结 时 建 议 应 用 下 列 化 学 成 分％ F e 7 ． 4 6、 S i O2 1 2． 1 9、 Ca O_ _0． 1 0、 Mn O_ _ 0．1 0、 Mg O_ _ 0．1 l、 A 1 2 0 3 _ _ 0 ． 6 2、 S _ _ 0 ． 1 5 4 、 P - - - 0 ． 0 8 4 、 烧损 ． 0 8 。计 算表明， 对于该矿来说 ， 综合质量指标 为 0 ． 3 9 0单 位 ， 它具有“ 满意” 的评价 ， 质量级别属于 Ⅲ级。这 样 ， 所建议的铁矿 ， 尽管与碱性的块矿 阿塔苏 、 坎 托别 、 阿坦索尔 相比， 具有高的铁品位和低 的氧化 硅， 但 由于氧化钙 、 氧化镁和氧化锰含量低 ， 因而具 有较低的冶金价值。 所开发 的方 法也可以应用 在普通铁矿的富选 上。利用该方法可以进行这样 的统计分析 在主要 块矿中铁品位对冶金价值综合指标的影响。为了计 算， 按上述控制元素 的化学成分选择不同铁 品位的 矿体。按照现行化学成分 ， 阿塔苏烧结粉完全可 以 称得上是质量“ 满意” 的原料 。根据所进行的计算 结果 ， 铁 品位提高 1 ％ ， 可实现综 合指标提升 0 ． 0 3 单位。铁品位大于 5 0 ． 5 ％的矿石 ， 就转入“ 好” 的质 量级别 ， 而 当铁品位升高 到 5 6 ． 5 ％时 ， 就进入 “ 很 好” 质量级别。在矿石冶金价值 中铁品位大于 5 8 ％ 时可与索科尔一萨拉 巴矿山选矿生产联合企业精矿 相 比拟 。 阿坦索尔矿在有益元素含量很低的条件下 氧化钙 0 ． 3 ％ ～1 ． 5 ％ 、 氧化锰 0 ． 1 ％ ～ 0 ． 4 ％ 和 氧化镁 0 ． 1 ％ 一0 ． 5 ％ ， 随着铁品位的变化 ， 氧化 镁的含量从 3 ． 5 ％提高到 1 4 ． 5 ％ ， 氧化铝从 2 ． O ％ 提高到 9 ． 0 ％ ， 存在着有害元素硫 和磷 ， 它们的含量 也相对稳定 0 ． 0 4 ％ 一 0 ． 1 6 ％和 0 ． 0 3 ％ ～ 0 ． 0 8 ％ ， 脉石 中有益元素含量较低 ， 决定 了阿坦索尔矿中铁 品位 的相对提高 ， 可以提高它的冶金价值 。按照上 述所进行的分析， 铁品位每提高 1 ％， 综合指标提升 0 ． 0 2单位， 矿石铁品位小 于 4 8 ％时， 属 于“ 不好” 的 2 0 1 3 年第 2 期 5 质量级别。阿坦索尔矿要进入到“ 好 ” 质量级别 ， 铁 品位应 当不小 于 5 6 ％ ， 而要进入 到“ 很好 ” 质量级 别 ， 则铁品位应当不小 于 6 1 ． 5 ％ ， 这样 ， 与阿塔苏烧 结粉相比， 阿坦索尔矿的富选将需要更复杂的过程。 正如早先指 出的那样 ， 硫 含量高 达 4 ． O ％ 在 很大程度上降低 了价 值水平。计算表 明， 在现行实 际硫含量 2 ． 5 ％ 一3 ． 5 ％ 条件下 ， 坎托别铁矿铁 品 位提高 1 ％， 质量综合指标就会提升 0 ． O 1 单位。为 了使坎托别矿冶金价值达到较好 的质量级别 ， 其铁 品位就应不小于 6 5 ． 4 ％。硫含量降低到 1 ． 5 ％和 0 ． 5 ％， 决定 了综合 指标 相应地 提高 0 ． 0 2 6 ％ 和 0 ． 0 2 8 ％单位。坎托别矿中硫以铁硫化物的形式存 在黄铁矿 F e S 和磁黄铁矿 F e S 。所 以， 富选过 程应 当包括这些物料的破碎过程。 这样 ， 在碱性大块矿石 中， 铁 品位对冶金价值综 合指标影响的统计分析数据表明， 阿塔苏烧结粉在 富选条件下可获得较好效果。在萨布尔哈斯基 中心 选矿厂的矿石批次富选试验的数据 ， 证实 了分析结 果 见表 5 。阿塔苏矿石铁 品位提高到 5 4 ． 4 6 ％ ， 二氧化硅降低到 1 1 ． 1 6 ％， 决定了冶金价值综合指 标为 0 ． 7 4 5单位 ， 并且矿石 进入到“ 好” 质 量级别 。 阿坦索尔矿石也升入到这个级别。阿坦索尔矿石富 选 的综合指标提升到了 0 ． 6 5 0单位 ， 这是 由于铁品 位提升 5 6 ． 4 8 ％ 和二氧化硅降低 9 ． 7 1 ％ 、 氧化 铝降低 3 ． 6 6 ％ 促成的。坎托别矿经过富选能够 达到“ 满意” 的评价， 因为硫含量升高 2 ． 8 9 ％ 落在 Ⅲ级质量级别。所以 ， 所研制的方法可以应用到普 通铁矿石富选的预测上。 ● e,9 ／ } 一 } 鼹 0,7一 薰 ‘ | 婆 一 ／ 满 意 f 不好 ． - 搬不好 -6 一， - - - 4 - -3 2 --1 0 1 2，4 5 6 按 F e 、S i 、C a O 、 t n 0 、 S 、P 、A l 0 质嚣分数确定的等级，％ 图 1 根据可控化学成分转换为无量钢的等级 表5 富选铁矿的化学成分和质量综合评价 这样 ， 所研制的方法给出了根据铁 品位 、 脉石组 成、 存在的有用成分 比如， 氧化锰 和有害夹杂 硫、 磷 ， 评价铁矿原料综合冶金价值的可能性。 该法还可 比较化学成分差别巨大的铁矿石 ， 还可依 照其化学成分评价任何与烧结生产 中传统用料相 比 较的铁矿石， 还可以预测普通铁 矿富选后 的冶金价 值 。 兰金亮译自 C T a J 1 b 2 0 1 0 。 N o ． 6 沈茂森校