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中图分类号T D 9 5 1 硕士学位论文 学校代码 Q 5 三3 密级 ‘ 低品位铬铁矿回收利用研究 R e s e a c ho nR e c y c l i n go f L o w g r a d eC h r o m i t e 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 李志辉 工程硕士 化学工程 化学化工学院 刘有才副教授 论文答辩日期立生删 答辩委员会主席 中南大学 2 0 1 3 年1 2 月 万方数据 学位论文原创性声明 l I I I I I III I I I I I II I I I II I I I I I l U lIIIl Y 2 6 8 5 0 4 1 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名 日期丝年竺月丝日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名 日期竺 至年旦月立日 导师签名 日期垆丝月乡日 万方数据 中南大学硕士学位论文摘要 低品位铬铁矿回收利用研究 摘要随着优质铬资源的大量消耗，低品位铬铁矿将是我国铬产量 重要来源。因此，高效回收低品位铬铁矿资源具有重要的战略意义。 通过化学分析、X 射线衍射 X 】m 、X 荧光光谱 X R F 等分 析方法，获得了南非某铬铁矿矿石的主要元素含量、矿物组成及其含 量以及矿物的嵌布粒度特性。结果表明该矿为典型的氧化矿，主要 成分为橄榄石、铬铁矿及少量磁铁矿，含硫、磷很低。矿石中的铬含 量为7 ．2 3 ％，主要以铬铁矿形式存在；含铁1 0 ．3 8 ％、镁1 2 ．4 7 ％，其 中有小部分铁以磁铁矿形式存在。具有回收价值的元素主要为铬。 针对矿石特性，综合国内外铬铁矿选别技术，对铬铁矿样品进行 了重选、磁选、浮选、磁浮组合等探索性试验研究。确定了“弱磁脱 铁一强磁富集铬一反浮选除硅”组合技术方案。确定最优工艺条件为 湿式弱磁选磁感应强度为1 8 0 0O e ，矿石粒径一7 4 m 占8 0 ．7 ％，获得 了铬产率为0 ．5 7 ％、品位为3 ．6 1 ％的磁铁精矿；弱磁尾矿经高梯度强 磁选的磁感应强度为9 0 0 0O e ，获得了C r 品位为1 7 ．7 6 ％，回收率为 8 0 ．2 5 ％的铬铁矿精矿；高梯度磁选精矿经再磨至矿石粒径7 4 “m 占 9 0 ％后采用反浮选以G E 一6 0 9 为捕收剂，以淀粉为抑制剂、氢氧化 钠为调整剂，按一次粗选、三次精选流程选别。闭路试验获得了C r 品位为2 6 ．0 2 ％、作业回收率为8 9 ．0 0 ％的铬铁精矿，全流程中铬铁矿 精矿中C r 的综合回收率达到7 1 ．4 0 ％。图1 6 幅，表1 6 个，参考文献 8 7 篇。 关键词低品位铬铁矿；磁选；浮选；重选；磁浮联合技术 分类号T D 9 5 1 万方数据 R e s e a r c ho nR e c y c l i n go fL o w g r a d eC h r o m i t e A B S T R A C T 1 M t hal a r g ea m o u n to fc o n s u m p t i o no fh i g hq u a l i t y c h r o m i t er e s o u r c e s ．1 0 w g r a d ec h r o m i t eh a sb e c o m et h em a i ns o u r c eo f c h r o m i t ep r o d u c t i o ni nC h i n a ．T h e r e f o r e ，E f f i c i e n tr e c y c l i n gt h el O W g r a d ec h r o m i t e r e s o u r c eh a si m p o r t a n ts t r a t e g i cs i g n i f i c a n c e ． M a i ne l e m e n tc o n t e n t ，m i n e r a lc o m p o s i t i o na n dc o n t e n t ，a sw e l la ．s m i n e r a ld i s s e m i n a t i o ns i z ec h a r a c t e r i s t i e so fa nc h r o m i t ef r o mS o u t h A f r i c aw e r ei n v e s t i g a t e db ys o m em e t h o d s ，s u c ha sX I m ，X R Fm a i n c h e m i c a la n a l y s i s ，a n de ta 1 ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em i n ei Sat y p i c a l o x i d i z e do r e ，i nw h i c hm a i ni n g r e d i e n t sa l eo l i v i n e ，c h r o m i t e ，a n das m a l l q u a n t i t yo fm a g n e t i t ea n dt h eo r ec o n t a i n sl o ws u l f u ra n dp h o s p h o r u s ． 1 1 1 eC rg r a d ei nt h eo r ei so n l y7 ．2 3 ％，m a i n l ye x i s t i n gi nt h ef o r mo f c h r o m i t e ．T h eF ea n dM gg r a d ei nt h eo r ea r e10 ．3 8 ％a n d 12 ．4 7 ％， r e s p e c t i v e l y ．As m a l lp e r c e n t a g eo fi r o ne x i s t si nt h ef o r mo fm a g n e t i t e a m o n g t h eo r e ．C ri St h em a i nr e c y c l i n gv a l u ee l e m e n tf o rt h ec h r o m i t e ． B a s e do nt h em i n e r a lc h a r a c t e r i s t i ca n ds e p a r a t i n gt e c h n i q u et o c h r o m i t ea th o m ea n da b r o a dn o w , g r a v i t ys e p a r a t i o n ，m a g n e t i c s e p a r a t i o n ，f l o t a t i o n ，a s w e l la sm a g n e t i c s e p a r a t i o n a n df l o t a t i o n c o m b i n a t i o nt e c h n o l o g yw e r er e s e a r c h e dt ot h es a m p l eo fc h r o m i t e ．A l s o ajo i n tt e c h n o l o g ys o l u t i o no f ‘‘W e a km a g n e t i cr e m o v e dm a g n e t i t e s t r o n gm a g n e t i cr e c y c l e dc h r o m i u m r e v e r s ef l o t a t i o nr e m o v e d s i l i c o n a f t e rr e g f i n d i n g ”w a sd e s i g n e d ．T h eo p t i m u me x p e r i m e n tc o n d i t i o n sa r e d e t e r m i n e da sf o l l o w s m a g n e t i ci n d u c t i o ni n t e n s i t yo fw e tm a g n e t i c s e p a r a t i o ni s 18 0 0O e ，a n d8 0 ．7 ％g r i n d i n go r ei sl e s st h a n7 4p mp a r t i c l e s i z e ．t h eo b t a i n e dm a g n e t i t ec o n c e n t r a t eh a dai r o np r o d u c t i v er a t eo f 0 ．5 6 ％，a n dg r a d eo f 3 ．6 1 ％；m a g n e t i ci n d u c t i o ni n t e n s i t yo f h i g hg r a d i e n t m a g n e t i cs e p a r a t i o no f w e a km a g n e t i cs e p a r a t i o nt a i l i n g si s9 0 0 0O e ，t h e o b t a i n e dc h r o m i t ec o n c e n t r a t eh a dac h r o m i u mg r a d eo f17 ．7 6 ％a n d r e c o v e r yo f8 0 ．2 5 ％；h i g hg r a d i e n tm a g n e t i cs e p a r a t i o n c o n c e n t r a t ei s s e p a r a t e db yf l o t a t i o n ，a f t e r9 0 ％g r i n d i n go r ei sl e s st h a n7 4p a np a r t i c l e s i z et h r o u g hr e g r i n d i n g ，u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a t s t a r c hi su s e da s i n h i b i t o r , N a O Hi su s e da sa d j u s t i n ga g e n t ，G E 一6 0 9i su s e d a sc o l l e c t i n g a g e n t ，ac i r c u i to fo n er o u g h i n g ，a n dt h r e ec o n c e n t r a t i n gi sa d o p t e da s l I 万方数据 中南大学硕士学位论文 A B S T R A C T r e v e r s ef o t a t i o nf l o w s h e e t ．B yt h ec l o s e d c i r c u i tt e s ta b o v e ，t h e o b t a i n e dc h r o m i t ec o n c e n t r a t eh a dac h r o m i u mg r a d eo f2 6 ．0 2 ％a n da n o p e r a t i n gr e c o v e r y o f8 9 ．0 0 ％，t h ec o m p r e h e n s i v er e c o v e r yr a t eo f c h r o m i u mi r o no r e ，a l lg r i n d i n go r ew a sl e s st h a n7 4p a np a r t i c l es i z e ，i n t h ew h o l ep r o c e s sw a su pt o71 ．4 0 ％．16f i g u r e s ，16t a b l e s ，a n d8 7 r e f e r e n c e s ． K E YW O R D S l o wg r a d ec h r o m i t e ，m a g n e t i cs e p a r a t i o n ；f l o t a t i o n ； g r a v i t ys e p a r a t i o n ；m a g n e t i cs e p a r a t i o n a n df l o t a t i o nc o m b i n a t i o n t e c h n o l o g y C l a s s i f i c a t i o n T D 9 5l 1 1 1 万方数据 中南人学硕士学位论文目录 目录 1 文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 铬矿资源概述及其主要特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．1 世界铬铁矿储量和资源分布概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．2 我国铬铁矿储量和资源资源的分布概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．3 铬矿物种类及特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．1 ．4 我国铬铁矿资源特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 铬铁矿工业要求及用途⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．1 冶金级铬矿石的工业要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．2 耐火级铬矿石的工业要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．3 化工级铬矿石的工业要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．4 铸石级铬矿石的工业要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 铬铁矿供需现状及有效解决我国铬铁矿资源短缺的建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 ．1 铬铁矿供需现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3 ．2 有效解决我国铬铁矿资源短缺建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 铬矿的选矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．4 ．1 铬铁矿的物理选矿法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．4 ．2 化学选矿法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 1 ．4 ．3 综合利用与无废工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 1 ．5 铬铁矿的冶炼⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 1 ．6 铬铁矿的检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 1 ．7 论文的研究背景及主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 1 ．7 ．1 论文的研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 1 ．7 ．2 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 试验原料、研究方法及矿石性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．1 试验原料的来源及制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．2 试验试剂和仪器设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．3 ．1 矿石性质研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．3 ．2 重选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．19 2 ．3 ．3 磁选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．19 2 ．3 ．4 浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 2 ．3 ．5 元素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 万方数据 中南大学硕士学位论文目录 2 ．4 结构和组成研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．4 ．1 原矿化学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 2 ．4 ．2 矿石中主要矿物⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 铬铁矿的选矿试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 ．1 试验方案与流程设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 重选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 ．1 重选试验流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．2 ．2 磨矿细度的影响规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．3 磁选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 6 3 ．3 ．1 弱磁磁场强度选磁铁矿的影响规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．3 ．2 强磁磁场强度选铬的影响规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 3 ．3 ．3 强磁磨矿细度选铬的影响规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．4 浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．4 ．1 正浮选试验探索⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～2 9 3 ．4 ．2 反浮选试验探索⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．5 “弱磁脱铁一强磁富集铬一反浮选除硅流程”试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．5 ．1 开路试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 3 ．5 ．2 全流程闭路试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 3 ．5 ．3 推荐试验流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．5 ．4 试验成本估算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I ⋯⋯⋯⋯一3 6 4 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 攻读学位期间的主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 V 万方数据 中南大学硕士学位论文1 文献综述 1 文献综述 1 ．1 铬矿资源概述及其主要特征 1 ．1 ．1 世界铬铁矿储量和资源分布概况 在自然界中，铬主要呈铬尖晶石类矿物形式产出，这类具有工业价值的矿物 集合体被称作铬铁矿f 1 1 。铬铁矿用途很广，最重要的用途是用于生产不锈钢。在 国民经济建设中，铬铁矿占有极其重要的战略地位[ 2 1 。世界的铬铁矿资源量达1 2 0 亿t ，其中探明储量和储量基础分别为7 5 亿t 和4 8 亿t ，资源量能供应全球几百 年之需，但分布极不平衡【3 l 。只有少数国家拥有比较丰富的铬铁矿资源，如南非、 芬兰、哈萨克斯坦、津巴布韦以及印度等。国际铬发展协会资料显示，南非是全 世界铬铁矿储量最大的国家，资源储量达到5 5 亿t ，可供开采的量和己探明储量 均位居世界第一位，占世界总储量的6 0 ％1 4 , 5 】。哈萨克斯坦有3 ．2 亿t 铬铁矿，占 世界储量的2 0 ％，位居世界第二，矿床呈透镜状分布在乌拉尔山区1 3 ] 。津巴布韦 同样盛产铬铁矿，拥有1 ．4 亿t 铬铁矿，在世界铬铁矿市场占有重要地位，其矿 床呈透镜状和层状产出【6 J 。芬兰拥有1 ．2 亿t 铬铁矿，矿床分布在芬兰北部的k e m i 周围，呈透镜状产出。印度的铬铁矿主要分布在奥里萨邦东海岸，呈透镜状产出， 资源量达0 ．6 7 亿t 。巴西拥有0 ．1 7 亿t 铬铁矿，主要分布在米纳斯吉拉斯及巴伊 亚这两个州。俄罗斯的铬铁矿资源主要产自乌拉尔山地区。除此之外，伊朗、土 耳其、阿尔巴尼亚、阿曼等国有少量铬铁矿【l 】。 根据2 0 0 7 年统计数据，全世界铬铁矿年产量大约9 0 0 万t 。其中，南非产量 排在首位，占3 5 ％；次席为俄罗斯，占2 4 ％，阿尔巴尼亚、菲律宾、津巴布韦、 土耳其与芬兰分别占1 3 ％、6 ％、6 ％、5 ％和2 ％；其他国家占8 ．8 4 ％，中国只占 0 ．1 6 ％1 7 8 1 ．只有极少数国家能够产出铬铁矿富矿，大部分国家主要开采C r 2 0 3 含 量低于2 0 ％的贫矿【9 J 。 1 ．1 ．2 我国铬铁矿储量和资源资源的分布概况 资料显示到1 9 9 3 年底，我国探明铬铁矿矿区共5 6 处，分布于全国1 3 个省、 市、自治区【lU J 。西部地区保有储量最大，主要分布在西藏、内蒙古、新疆和甘肃 4 个省 区 ，西藏铬铁矿资源最为丰富，保有储量占全国的4 0 ．1 3 ％，位居全国 第一【l lJ ，中部地区次之，东部地区最少。我国探明铬铁矿资源累计0 ．1 3 亿t ，已 开采及已损耗的铬铁矿排除在外，保有储量约为O ．1 1 亿t 【1 0 】。其中，西藏以4 2 5 ．1 万t 的保有储量，超过总保有量的1 ／3 ，位居全国之首。内蒙古、新疆、甘肃的铬 万方数据 中南大学硕 学位论文l 文献综述铁矿保有储量依次列二、三、四名，分别为1 7 4 ．4 、1 6 5 ．2 及1 4 9 ．6 万t ，所占的比例分别为1 6 ．5 ％、1 5 ．3 ％及1 3 ．9 ％。上述省份保有储量高达9 1 4 ．3 万t ，占全国的8 4 ．8 ％1 1 2 】。河北、陕西、四川、湖北等省的铬铁矿保有量共计1 6 3 ．6 万t ，所占比例为1 5 ．2 ％。从地理区域分布看，铬铁矿依次分布在西南、西北和华北等地区，储量分别为4 2 6 ．3 、3 7 0 ．6 和2 7 4 ．9 万t ，分别占全国的3 9 ．6 ％、3 4 ．4 ％及2 5 ．5 ％；中南及东北两个区域仅占到0 ．5 ％。此外，华东地区还没有查明是否有铬铁矿I l 引。除西藏外，其他地方的铬铁矿石均为复杂型贫矿【1 4 1 。1 ．1 ．3 铬矿物种类及特征作为地壳岩石构成元素之一，铬在地壳中含量相对较为丰富，其丰度为0 ．0 3 5 ％，超过了铜、钻、镍、锌这些金属。但是总体而言，全世界探明的铬资源储量并不多，还属于稀缺元素p J 。铬的亲氧亲铁性较强，亲硫性较差，但如果环境处于还原状态或者硫含量较高时，铬也会表现亲硫性。c ，、F e 3 、A 1 3 三者离子半径非常接近，伴生在一起会出现强烈的类质同象现象。而且锰、镁、镍、钴及锌等金属元素也会与铬发生类质同象替代，因此，铬大量分布于镁、铁的硅酸盐矿物中【l “ 。铬铁矿的表层裸露在碱性介质中时，其表面会被强烈氧化，三价铬离子会被氧化至六价，生成铬酸根阴离子，这种离子易溶于水而容易发生迁移，当遇到极化性强的铜、铅离子时，就会形成难溶的铬酸盐矿物。在基性或超基性的岩浆岩如纯橄榄、辉石、斜辉辉橄以及苏长岩中经常能发现铬铁矿。自然界已发现含铬的矿物有3 0 多种，主要是以铬酸盐、氧化物以及硅酸盐形式存在，也有极少以氢氧化物、碘酸盐、氮化物、硫化物形式存在，氮化铬与硫化铬的铬铁矿矿物只在陨石中发现过。大部分类似铬铁矿的矿物并不具有工业价值，但是铬尖晶石类矿物除外。它们的化学通式是 M 酽 、F e 2 C r 3 、A 1 3 、F e ” 2 0 4 或 M 孑 、F e 2 o c r 、A I 、F e ”h 0 3 ，其中五种主要成分分别是氧化铬、氧化镁、氧化亚铁、氧化铁和氧化铝，C r 2 0 3 含量范围为1 8 ％一6 2 ％。C r 2 0 3 含量达到3 0 ％以上的矿物才具备工业价值1 1 6 ，“ l 。三类铬矿物分类如下【1 8 】铬铁矿其化学式为 M g 、F e C r 2 0 4 ，成分在镁铬铁矿及亚铁铬铁矿之问的一类矿物统称为铬铁矿I 捌。铬铁矿为等轴晶系，呈现黑色、条痕为深棕色，晶体为八面体结构，通常为粒状或致密块状的集合体，具有半金属光泽，硬度在5 ．56 ．5 之问，比重在4 ．3 4 ．8g ／c m 3 之间，显弱磁性【2 0 】。超基性岩中的岩浆会形成铬铁矿，铬铁矿易碎，风化后流失到砂矿中。铬资源主要来源于铬铁矿，当矿物中含铁高时，可以作为高级耐火材料。2 万方数据 中南大学硕士学位论文1 文献综述 富铬尖晶石化学式表示为F e C r ，A 1 2 0 a ，也叫铝铬铁矿，或者被称作铬铁 尖晶类矿石，C q 0 3 的含量在3 2 ％一3 8 ％之间。与铬铁矿具有类似的物理性质、 形状、行成原因和用途。 硬铬尖晶石化学式表示为 M g 、F e C r 、A b 2 0 4 ，氧化铬含量在3 2 ％一5 0 ％ 之间。与铬铁矿具有类似的物理性质、形状、行成原因和用途‘”1 。 1 ．1 ．4 我国铬铁矿资源特点 我国铬铁矿资源非常匮乏，含铬矿石品位低。国外很多铬铁矿矿床主要以岩浆 的早期 分凝 矿床为主，容易形成延伸稳定、规模超大的矿体，而我国铬铁矿矿 床几乎全部为岩浆的晚期矿床，形成的矿体规模小、分布分散、成分复杂，只有 极少数的矿床中矿石铬铁比大于2 ．5 、C r 2 0 3 含量达至U 4 0 ％，矿石的产量和质量远远 不能满足国内的需要1 2 l j 。目前，世界上已探明的铬铁矿储量中，我国只占0 ．1 5 ％， 可见铬铁矿资源异常匮乏，2 0 1 1 年我国进口铬铁矿石9 7 0 万吨，创历史新高，矿石 的需求几乎百分之百依赖进口吲。我国的铬铁矿资源呈现以下几方面的特点 一矿床规模小、分布零散，大部分属于小型矿床。储量超过5 0 0 万t 的大型铬 铁矿床还没有发现，我国拥有的四个中型矿床分别是位于内蒙古的贺根山矿、 位于甘肃的大道尔吉矿、位于西藏的罗布莎矿以及位于新疆的萨尔托海矿，储量 均超过了1 0 0 万t 【2 3 J 。其余矿床均属于储量小于1 0 0 万t 的小型铬铁矿床，罗布莎矿 床拥有3 9 6 万t 铬铁矿，储量最大，分布于1 0 0 多个矿体中，属于7 个矿群，但矿体 长度很短，最长的仅仅3 2 5m [ 2 0 ] 。 二分布区域极不均衡，开发利用条件较差。我国探明铬铁矿矿区5 6 个，分 别分布于1 3 个省、市、自治区，探明储量为1 3 1 4 ．9t ，矿床集中分布于西藏、甘 肃、新疆及内蒙古4 个省，四省保有储量达到9 1 4 ．3 万t ，占到全国总保有储量的 8 0 ％以上。这些矿床分布的地域均属于边远地区，运输路线长，交通状况恶劣， 而且露天采矿点少，只有6 ％左右的矿床适合露天开采，小型易采含铬高的矿基 本被采完，其中易采的两处一西藏东巧和新疆鲸鱼铬铁矿，分别出矿1 7 ．6 3 和3 1 万t 后先后于1 9 8 2 年和1 9 8 3 年关闭，其他的矿床都需要坑采[ 1 3 , 2 0 ] 。 三贫矿与富矿储量大致相当，冶金级的铬铁矿石所占比例并不高。在保有 储量中，贫矿占到4 6 ．3 ％ 4 9 9 ．3 万t 、富矿占到5 3 ．7 ％ 5 7 8 ．6 万t 。由于交通不够 便利，占总富矿量分别为7 3 ．5 ％及1 3 ．8 ％的西藏和新疆两地的铬铁矿都没有得到充 分利用。总储量中3 7 ．4 ％铬铁矿为冶金级、3 8 ．4 ％铬铁矿为化工级以及2 4 ．2 ％铬铁 矿为耐火级’抖J 。 四矿床成因单一。原生铬铁矿的形成原因一般被划成两类一类铬铁矿矿 床形成于古老的层状镁铁一超镁铁杂岩内，呈层状产出，如美国的斯提尔沃特、 3 万方数据 中南大学硕士学位论文1 文献综述南非的布什维尔德斯、津巴布韦的大岩墙、巴西巴伊亚州的坎坡莫索、印度奥里萨邦的库塔克等铬铁矿，其矿床规模和储量都很大，这类型矿床矿石储量占到了总量的7 0 ％以上[ 2 5 - 3 0 】。另一类为豆荚状矿床，这种矿床的发现于2 0 0 多年前，形成于哈萨克斯坦乌拉尔地区的古老蛇绿岩石中，多见于阿尔卑斯的橄榄岩以及蛇绿岩套地的幔橄榄岩，这些岩石都是在显生宙以后形成的，矿床特点是储量小，氧化铬品位高，含量在5 0 ％～6 0 ％之问。分布于土耳其、日本、伊朗、印度、古巴、菲律宾、巴基斯坦、阿尔巴尼亚、澳大利亚、纽芬兰等地的世界级超大型矿床均产自于蛇绿岩【3 ”7 】。至今，我国已探明铬铁矿矿床主要是豆荚状蛇状绿套岩，但是还没有发现吨位巨大、氧化铬品位很高的矿床1 3 踟。1 ．2 铬铁矿工业要求及用途铬熔点高、质极硬、耐腐蚀，加入钢中后，可以改善钢铁性能，使其拥有抗腐蚀、高强度和抗氧化等各种优良性能。因此，铬是具有极高战略地位的一种金属，它作为冶炼耐热钢、不锈钢和工具钢合金中必不可少的金属元素广泛应用于冶金工业中。在耐火材料工业中，铬铁矿也应用极广，主要用于制造铬砖、镁铬砖材料，还用作平炉、感应炉以及回转窑中的内衬材料。化学工业上，铬铁矿用来生成各种铬盐如铬酸钠、重铬酸钾等，广泛应用于制革、电镀和印染等行业【3 9 1 。据统计，2 0 0 8 年世界铬铁矿产量中2 ％是化工级，4 ％用于耐火材料和铸造工业，9 4 ％用于冶金工业1 4 U J 。铬铁矿石作为工业应用的重要矿石，按照用途的不同分为冶金、化工、耐火、铸石四个等级【4 l 】，其工业要求分别如下【4 2 】1 ．2 ．1 冶金级铬矿石的工业要求氧化铬和氧化亚铁质量分数比在2 ．5 以上，氧化铬含量大于3 2 ％的铬矿石为冶金级别，一般分为四个等级，主要用于各种铬铁合金的冶炼，如用于生产耐热钢和不锈钢的铬铁和硅铬等合金。在钢铁中通过添加铬来提高产品的强度、抗腐蚀性以及抗氧化的性能。铬铁比是衡量铬铁矿资源资源的重要参数，炉料中的铬铁比决定了铬铁合金中铬含量的高低。用于火法冶炼的铬铁矿工业标准不但对铬和铁的含量有要求，对矿石块度也有要求。用于高炉冶炼的铬铁矿块度要求在4 5 ～7 5m m 之间，用于电炉冶炼的铬铁矿块度要求在4 5 ～5 0l ／l ／n 之问。用于火法冶炼铬铁合金产品的铬铁矿石，其工业要求如表1 - 1 所示。4 万方数据 中南大学硕十学位论文 1 文献综述 表卜1 冶金级铬矿石 火法冶金 富矿 或精矿 工业要求 用于湿法冶金铬铁矿的工业要求如表卜2 所示。 袁卜2 冶金级铬铁矿石 湿法冶金 工业要求 1 ．2 ．2 耐火级铬矿石的工业要求 铬铁矿在高温下，性质稳定，既能耐酸蚀也能抗碱蚀，从而被广泛应用于生 产耐火砖、用作填料等。耐火材料级别的铬铁矿分为两个级别，一等级别的铬铁 矿用做天然耐火材料，二等级别的铬矿石用于制造铬砖、镁铬砖以及用于陶瓷工 业等。用于耐火材料工业的两个品级的铬矿石工业要求见表卜3 。 袁1 - 3 耐火材料级铬矿石的工业要求 1 ．2 ．3 化工级铬矿石的工业要求 化工级铬矿石要求三氧化二铬和氧化亚铁比在2 ～2 ．5 之间，C r 2 0 3 含量大于 3 5 ％，铬铁矿在化学工业领域主要用于生产重铬酸盐以及其他含铬的化工产品。 化工级别铬铁矿的工业要求如表1 - 4 所示。 袁1 - 4 化工级铬矿石工业要求 1 ．2 ．4 铸石级铬矿石的工业要求 用来生产铸石的铬矿石的质量要求如表卜5 所示。 5 万方数据 中南大学硕士学位论文l 文献综述袁1 - 5 铸石级铬矿石的工业要求1 ．3 铬铁矿供需现状及有效解决我国铬铁矿资源短缺的建议1 ．3 ．1 铬铁矿供需现状截止目前，全世界用于冶金工业的铬铁矿占8 5 ％、用于化学工业的铬铁矿占8 ％、用于耐火材料工业的铬铁矿占7 ％1 1 3 】。一直以来，全球范围内铬铁矿的需求和产量基本同步增长，近些年来，不锈钢工业的快速扩张和市场的巨大需求导致了全世界范围内铬铁矿资源的紧缺【9 】。我国经济的迅猛发展导致了不锈钢需求量节节攀升，大量的铬铁矿被我国消费。2 0 0 1 年，我国超过美国和日本，不锈钢需求量达到世界第一，2 0 0 6 年中国不锈钢产量跃居世界第一，达到创历史纪录的5 6 0 万t 【4 3 】。在2 0 0 0 2 0 0 8 年间，世界各国对铬铁矿的需求年均增长率达到了4 ％，受2 0 0 8 年金融危机的影响，铬铁矿的需求及其价格都出现了大幅度的下降，但是这样的局面很快被扭转。随后几年，在全球经济复苏的带动下，不锈钢的需求量持续上升，全球铬铁矿市场已呈现出供不应求的局面。2 0 0 9 年，世界的铬铁矿矿石产量大约1 9 0 0 万t ，同比下降了2 1 ．2 ％。但是，随着不锈钢粗钢产量回升到3 2 0 0 万t ，2 0 1 0 年铬铁矿产量也有所增加㈣。与中国巨大的生产和消费能力形成鲜明的反差的是，铬铁矿一直是中国严重短缺的矿种，自有矿山矿石品位低、矿山规模小、冶炼成本高居不下，铬铁矿生产能力约2 2 万讹【4 5 J 。由于铬铁矿自产能力严重不足，近年来铬铁矿的进口增长显著而且进口渠道呈现多元化趋势。2 0 0 1 年1 2 月，我国进口的6 0 0 万吨铬铁矿石中有1 6 ％来自于南非。其余部分分别来自伊朗、土耳其、菲律宾等国。2 0 1 0 年我国进口的铬铁矿更是达到了8 6 6 ．2 力．t 其中从位于前3 位的进口国依次是南非、土耳其和阿曼 ，同比增长了2 8 ．1 ％，创下了历史的新高，而且改变了2 0 0 9 年进口负增长的情形，我国铬铁矿市场对外依存度已达到9 5 ％1 4 4 1 。当前，与铁矿石在全球形成寡头垄断市场不同，铬铁矿资源还没有出现这种情况。此外，中钢集团以及五矿集团在国外拥有比较多的矿山资源。因此，铬矿石不会出现铁矿石的垄断现象。2 0 1 0 年，受国家节能减排政策的影响，我国不锈钢和特钢企业遭受了停产风波，2 0 11 年，随着节能减排工作指标的完成，生产不锈钢和特钢的企业逐渐恢复了生产，不锈钢产能也就随之不断增加，进一步加强了对铬矿石的需求。6 万方数据 中南大学硕士学位论文 1 文献综述 1 ．3 ．2 有效解决我国铬铁矿资源短缺建议 我国铬铁矿资源非常短缺，需求量的不断攀升导致我国成为了铬铁矿资源对外 依存度非常高的国家，为确保国民经济的健康发展和国家的经济安全，必须采取 有效措施保障铬铁矿石的供应。建议可以从以下几方面着手，逐步来解决我国的 铬铁矿资源短缺问题1 4 6 ] 。 第一进一步加强我国铬铁矿的勘探评估工作。我国国土的地质矿产工作程 度较低，铬铁矿资源潜力远未查明。我国有大量的矿化点需要作出评估，已发现 的2 0 多万个矿化点中，只有1 ／1 0 作出了评估。我国的固体矿产资源勘查及开采 深度仅几百米，同发达国家以及主要矿业大国相比存在很大差距。专家对我国铬 铁矿资源进行预
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