高铁锰矿煤基直接还原-分选研究.pdf

分类号 UDC 密级 编号 中l 匆大，擎 C E N T RA I ，S O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目．⋯高然锤矿煤基直接还原．_ 分选研窕⋯ 学科、专业⋯⋯⋯⋯⋯一Z 些王猩⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯一楚⋯鹏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯⋯⋯黄捶崴一熬攮⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 二O 一二年五月 分类号U D C 硕士学位论文 高铁锰矿煤基直接还原．分选研究 P r o c e s sf o rc o a l - - b a s e dd i r e c tr e d u c t i o na n d m a g n e t i c ．●，●●●● S e p a r a t l o no tn l g n 一1 r O nm a n g a n e S eo r e 作者姓名 学科专业 学院 指导教师 赵鹏 矿业工程 资源加工与生物工程学院 黄柱成教授 答辩委员会主席 中南大学 2 0 1 2 年5 月 也V ㈣印 删刁 舢6 二舢9 二 舢1 一 删2 舢Y 髓 士置 原创性声明 本人声明，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单位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。 作者签名 盔舀趱 日期 丝￡兰年羔月弘日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名』擅导师签名避日期业年』月掣日 摘要 我国的锰矿资源分布极不均衡，且其中的杂质含量较高，多金属 伴 共 生的现象比较严重，7 0 ％以上的锰矿中铁含量偏高，而现有 的机械选矿、化学选矿等技术都不能充分有效利用复杂伴 共 生锰 矿资源。本文针对某高铁锰矿，进行了煤基直接还原．磁选分离的试 验研究，为实现高铁锰矿的综合利用提供理论依据，获得主要创新点 和结论 1 对高铁锰矿的工艺矿物学特性进行了系统地检测和分析， 揭示了采用传统的分选方法难以实现铁、锰有效分离的原因。矿石中 所含主要矿物为赤铁矿、褐铁矿和 M n ，F e 2 0 3 ，铁矿和锰矿存在部分 类质同象，导致铁、锰分离困难。 2 运用热力学和动力学对高铁锰矿煤基直接还原进行了分析， 高铁锰矿煤基直接还原动力学分析表明属于未反应核模型。研究了高 铁锰矿煤基直接还原焙烧过程，其中赤铁矿、褐铁矿和M n 0 2 通过分 解，逐级还原成金属铁相和M n O 相，而板状的铁锰氧化物 M n ，F e 2 0 3 通过分解成锰氧化物和铁氧化物并逐级还原，金属铁相从板状的铁锰 氧化物中呈碎粒状形成晶核并逐步聚集长大，当还原温度为11 0 0 ℃， 还原时间为1 0 0 m i n 时，金属铁颗粒粒度达5 9 r n 以上，其中的锰含量 达到9 ％．1 7 ％。 3 高铁锰矿煤基直接还原．磨矿磁选分离试验研究结果表明， 还原分选效果随着还原温度的提高和还原时间的延长显著提高。当采 用无烟煤作还原剂时，在还原温度为1 1 0 0 ℃，反应时间为1 0 0m i n ， 还原产物磨矿细度为小于O ．0 7 4 m m 的含量占9 0 ％左右，弱磁选磁场 强度为1 5 0k A ／m 时，铁品位为5 6 ．1 3 ％、铁回收率为9 2 ．6 0 ％、锰含 量为2 4 ．7 1 ％的磁性产品，以及含铁仅3 ．9 5 ％、锰品位为6 1 ．4 3 ％的非 磁性产品，铁锰分离效果良好。 关键词高铁锰矿，综合利用，煤基直接还原，磁选分离 A B S T R A C T r f H●●●●●●⋯ lh ed l s t n b u t l o no r - m a n g a n e s eo r er e s o u r c e si nC h i n aI S v e r y i m b a l a n c e ，i nw h i c ht h ei m p u r i t yc o g e n ti sv e r yh i g h ，m o s to ft h e m a n g a n e s ed e p e s i t sa r em u l t i m e t a la s s o c i a t e d ，a n d7 0 ％o ft h ei r o n c o n t e n ti nm a n g a n e s eo r ei ss l i g h t l yh i g h e r ．A l lo ft h e s el e a dt oar e s u l t t 1 1 a tt h et r a d i t i o n a ls e p a r a t i o nm e t h o d ss u c ha sm e c h a n i c a lb e n e f i c i a t i o n ． c h e m i c a lm i n e r a lp r o c e s s i n g ，e t cp r o d u c e dp o o re f f e c t ．B a s e do nt h e r e s e a r c ho nt h ep r o p e r t i e so fac e r t a i nh i g h - i r o nm a n g a n e s eo r e ，ap r o c e s s i nw h i c ht h ec o a lw a st h er e d u c i n ga g e n tf o rc o a l ．b a s e dd i r e c tr e d u c t i o n a n dm a g n e t i cs e p a r a t i o no ft h eo r ew a ss t u d i e d ，w h i c hc a np r o v i d e t h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h e c o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no fh i g h - i r o n m a n g a n e s eo r e ．H e r ea r e t h em a i nc r e a t i v ep o i t sa n dc o n c l u s i o n s 1 B a s e d o nt h e m i n e r a l o g y c h a r a c t e r i s t i co ft h e h i g h - i r o n m a n g a n e s eo r e ，t h ee x p l a n a t i o n st ot h ep o o rs e p a r a t e i n ge f f e c t f o r t r a d i t i o n a l s e p a r a t i o nm e t h o d sw e r eg a v e ．T h em a i nm i n e r a li nt h e h i 曲- i r o nm a n g a n e s eo r ew e r eh e m a t i t e - l i m o n i t ea n d M n ，F e 2 0 3 ，a n d s o m eo ft h ei r o nm i n e r a l sa n dm a n g a n e s em i n e r a l sw e r ei n t e r g r o w na n d a s s l c i a t e d ． 2 1 1 1 ea n a l y s i so ft h e r m o d y n a m i c sa n dk i n e t i c so ft h ep r o c e s sf o r c o a l - b a s e dd i r e c tr e d u c t i o na n dm a g n e t i cs e p a r a t i o no ft h eh i g h - i r o n m a n g a n e s eo r ew e r er e v i e w e d ，a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eu n r e a c t e d c o r em o d e lw a sb a s i c a l l yc o r r e s p o n d e d ．I nt h ep r o c e s s ，t h ed e c o m p o s i t i o n a n dt r a n s f o r m a t i o nf u n c t i o n ‘o fh e m a t i t e l i m o n i t ea n dM n 0 2a p p e a r e da t t h ef i r s t ，w h i c hw e r es t e p - b y s t e pr e d u c e ds u b s e q u e n t l yi n t om e t a l l i ci r o n a n dM n O ．B u tb o a r di r o na n dm a n g a n e s eo x i d e s M n ，F e 2 0 3w a s d e c o m p o s e dt oi r o no x i d ea n dm a n g a n e s eo x i d ef i r s t l y , a n dt h e nt h e g r a d u a ld e o x i d i z i n gp r o c e s so ft h eo x i d e sa p p e a r e d ．n l em e t a l l i ci r o n n u c l e u sw a sf o r m e df r o mt h eg r a t e ds t y l ei nb o a r d M n ，F e 2 0 3 ．W h e nt h e c o n d i t i o nw a sr e d u c t i o nt e m p e r a t u r e s 110 0 。C ，d u r a t i o n 10 0m i n ，t h e p a r t i c l es i z eo ft h ei r o nw a s5g r na tl e a s t ，i nw h i c ht h er a t i oo ft h e m a n g a n e s e w a s9 ％一17 ％． 3 I nt h es t u d i e so nt h ep r o c e s sf o rc o a l - b a s e dd i r e c tr e d u c t i o na n d m a g n e t i cs e p a r a t i o no ft h eh i g h i r o nm a n g a n e s eo r e ，t h ee x p e r i m e n t a l H I r e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ee f f e c to fr e d u c t i o na n ds e p a r a t i o nw a sb e t t e r a n db e t t e rw i t ht h ei n c r e a s i n gt h er e d u c t i o nt e m p e r a t u r e sa n dt h et i m ea n d t h e o p t i m i z e c o n d i t i o n sw a sr e d u c t i o n t e m p e r a t u r e s 110 0 ℃、 ， d u r a t i o n 1 0 0 m i n ，t h eg r i n d i n g f i n e n e s so f r e d u c t i o n - r o a s t i n g p r o d u c t s a b o u t 9 0 ％一0 ．0 7 4 m m ，a n dt h em a g n e t i cf i e l di n t e n s i t yi nt h el o w i n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o n 150 k A ／m ，u n d e rw h i c ht h ei r o ng r a d e w a s5 6 ．13 ％a n dt h ec o n t e n to ft h em a n g a n e s ew a s2 4 ．71 ％i nt h e m a g n e t i cp r o d u c t si nw h i c ht h er e c o v e r yo fi r o nW a s9 2 ．6 0 ％w h i l et h e i r o ng r a d ew a so n l y3 ．9 5 ％a n dt h ec o n t e n to ft h em a n g a n e s ew a s61 ．4 3 ％ i nt h e n o n - m a g n e t i cp r o d u c t s ．T h e r e f o r e ，t h es e p a r a t i n g e f f e c to f c o a l ．．b a s e dd i r e c tr e d u c t i o na n dm a g n e t i cs e p a r a t i o no ft h eh i g h ．i r o n m a n g a n e s e o r ew a sr e m a r k a b l e ． K E YW O R D S h i 曲- i r o nm a n g a n e s eo r e ，c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ， c o a l b a s e dd i r e c tr e d u c t i o n ，m a g n e t i cs e p a r a t i o n I V 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 目勇匙⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯i 第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 锰矿资源概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．1 世界锰矿资源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 国内锰矿资源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 ．2 锰矿资源的利用现状及发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．2 ．1 锰矿石的机械选矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．2 ．2 锰矿石的火法富集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 ．2 ．3 锰矿石的化学选矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 ．2 ．4 锰矿石分选技术的发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 1 ．3 铁锰矿资源的选矿加工技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 1 ．4 直接还原法处理铁锰矿⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 1 ．5 本文的研究目的与研究思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 1 ．5 ．1 研究目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 1 ．5 ．2 研究思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 第二章原料性能与研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15 2 ．1 原料性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 2 ．1 ．1 高铁锰矿性质及其工艺矿物学研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．1 ．2 还原用煤性质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．2 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 2 ．2 ．1 试验流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．2 ．2 试验步骤和方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 2 ．2 ．3 试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．3 分析与检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．3 ．1 化学成分检测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．3 ．2 显微结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 第三章高铁锰矿直接还原行为研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 3 ．1 高铁锰矿煤基还原热力学与动力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．1 ．1 热力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 ．2 动力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．2 高铁锰矿还原行为研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31 3 ．2 ．1 不同还原温度下的还原⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．2 ．2 不同还原时间下的还原⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 3 ．3 高铁锰矿还原过程物质的迁移与长大⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 3 ．3 ．1 还原温度对物相转变的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 3 ．3 ．2 还原时间对物相转变的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 第四章高铁锰矿煤基直接还原．分选研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．1 高铁锰矿直接还原．分选的影响因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．1 ．1 还原温度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．1 ．2 还原时间的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．1 ．3 还原用煤的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．1 ．4 分选粒度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．1 ．5 磁场强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 4 ．2 高铁锰矿还原焙烧矿分选机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 第五章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 攻读硕士期间研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 硕士学位论文 第一章文献综述 1 ．1 锰矿资源概况 第一章文献综述 锰是地壳中最主要的2 0 种元素之一，在地壳中锰的平均含量大约为O ．1 ％， 在迄今已知的元素中位于第1 5 位，在重金属中则仅次于铁而居第2 位，占到了 地球质量的0 ．1 2 ％，且大多以化合物形式广泛分布于自然界中【l 】。 锰矿是工业产业基础性大宗矿产原料，也是一种重要的战略物资，在国民经 济、社会的发展中占有着非常重要的战略性地位。根据我国原冶金部制定的全 国锰矿石工艺特性分类体系表，锰矿石共分为5 个基本类型①氧化锰矿石， ②碳酸锰矿石，③共生多金属锰矿石，④硫锰矿石，⑤锰结核，其中最重要 的是氧化锰矿石和碳酸锰矿石。近些年，世界消费锰矿的主要领域是锰系铁合金、 锰的氧化物和锰盐汜1 。锰系铁合金及锰的各种化合物，在当今现代工业发展中得 到了广泛的应用，其中9 0 ％的锰被应用于钢铁工业口3 ，用量仅次于铁，3 ％的锰 用于电池工业，2 ％的锰则用于化学工业 M n 0 2 矿粉用作氧化剂和制造二氧化锰、 硫酸锰、高锰酸钾、碳酸锰、硝酸锰、氯化锰等 ，其余的5 ％左右被用于有色冶 金、电子、建材、环保、农牧业和国防等方面。统计资料显示，目前全球8 0 ％ 以上的锰矿 锰金属量 应用于生产锰系铁合金工业。锰是对所有的钢种及其钢 材的性能都有着非常重要影响，是其中的一种合金化元素，几乎各种矿石及硅酸 盐的岩石中均含有锰矿物。我国是生产锰系铁合金和金属锰的大国，每年冶金用 的锰矿石在1 0 0 0 万吨以上[ 4 J 。 自然界锰矿石中的锰大都是以M n 0 2 、] V I n 2 0 3 、M n 3 0 4 、M n O M n C O H 、 M n S i 0 3 等形式存在。在我国及世界的锰矿石资源中，二氧化锰等高价锰矿石的 储量占到总储量的8 0 ％左右。从锰矿生产技术看，全球锰矿的回收率平均约为 8 0 ％E 1 ，5 ，6 1 。 1 ．1 ．1 世界锰矿资源 从地理分布来看，世界锰矿资源在五大洲和四大洋都有锰矿床分布也比较丰 富，却是极不均衡，陆地锰矿资源主要集中在南非、乌克兰，其次是澳大利亚、 加蓬、中国、巴西、墨西哥、加纳、印度等国。世界重要的锰矿床数量超过1 5 0 个，其中主要的锰矿床主要约6 8 个，储量超过1 亿t 特大型锰矿床有1 1 处【l 捌。 根据美国地质调查局U S G S 的统计1 2 ] ，截止2 0 0 8 年底，世界陆地锰矿基础 储量达5 2 ．o o 亿t 锰金属量 ，其中居第一位的南非4 0 亿t ，占国外总量的7 8 ．4 3 ％， 硕士学位论文 第一章文献综述 其次是乌克兰的5 ．2 亿t ，再次是澳大利亚、加蓬、中国、印度、巴西、墨西哥 等国，哈萨克斯坦、加纳、格鲁吉亚和伊朗也有一些资源，见表1 ．1 。 表1 ．12 0 0 8 年世界锰矿资源分布情况 金属锰含量 T a b l e ．1 - 1T h ed i s t r i b u t i o ns i t u a t i o no f m a n g a n e s eo r er e s o u r c e si nt h ew o r l di n 2 0 0 8 t h ec o n t e n tm e t a lm a n g a n e s e 在世界陆地锰矿资源中，锰矿矿床主要的类型有沉积型、火山沉积型、沉 积变质型、热液型、风化壳型和海底结核．结壳型【6 】。可供开发且有商业价值的 锰矿资源储量约为9 ～1 0 亿t ，其中绝大多数是氧化锰矿石。高品位的锰矿 大于 3 5 ％ 主要分布在南非、澳大利亚、巴西和加蓬。乌克兰、中国和加纳的锰矿主 要以低品位为主，印度、哈萨克斯坦、巴西和墨西哥则是中等品位的锰矿资源国。 另外，世界主要产锰国同时也是世界锰矿石主要出口国南非、澳大利亚、加蓬、 巴西等的锰矿资源天然禀赋优越，矿床规模大并且构造比较简单，因而更适于大 规模、大装备、机械化露天开采。 据国际锰业协会 I M l l I ，中国是全球最大的锰矿和锰合金生产国，其中锰 合金的生产几乎占到了世界总产量的一半。世界锰矿资源的主要进口国有中国、 乌克兰、挪威、日本、法国和印度等[ 7 1 ，见表1 ．2 和表1 ．3 。 在世界范围内，国际锰矿资源的生产和贸易，特别是主流高品位商品级锰矿 石的生产贸易主要集中于世界6 大矿业公司，即必和必拓 B 肿B i l l i t o n 、艾 拉蒙特 E r a m e t 、巴西淡水河谷 C V R D 、南非联合锰业A s s m a n g A s s o c i a t e d M a n g a n e s e 、尼克普 N i k o p 0 1 、乌克兰P r i v a t 集团 控股加纳锰业 和西澳联 合锰矿公司 C o n s o l i d a t e c lM i n e r a l sL i m i t e d 。这些矿业公司拥有着雄厚的资金、 2 硕士学位论文 第一章文献综述 技术实力和丰富的矿业管理经验及跨国运作经验，几乎控制了全球大约5 0 ％的锰 矿资源，特别是全世界的优质富锰矿资源，在世界商品级主流锰矿资源配置中处 于主导地位，具有着绝对的竞争优势【1 ’2 ，5 7 1 。 表1 ．22 0 0 7 ．2 0 0 8 年世界锰矿出口总量及主要国家锰矿出口量 万t T a b l e ．1 - 2T h ee x p o r tq u a t i t yo fm a n g a n e s eo r er e s o u r c e si nt h ew o r l da n db i ge x p o r t c o u n t r yd u r i n g2 0 0 7 - 2 0 0 80 N t 表1 ．32 0 0 7 ．2 0 0 8 年世界主要国家锰矿进口量 万t T a b l e ．1 - 3T h ei m p o r tv o l u m eo fm a n g a n e s eo r er e s o u r c e si nt h ei m p o r t a n ti m p o r t c o u n t r i e si nt h ew o r l dd u r i n g2 0 0 7 2 0 0 8 W t 此外，有着丰富的矿产资源的世界大洋底所蕴藏的结核．结核性锰矿资源也 极为浩瀚，是今后可能开发锰的重要潜在资源。锰结核是沉淀在大洋底的铁、锰 氧化物的集合体矿石，呈球状、椭球状、板状、盘状、连生体等【_ 7 ’引。它含有3 0 多种金属元素和多种具有巨大商业经济价值的有价金属，如锰、铜、钻、镍等。 根据权威资料显示，海底锰结核约为4 4 0 0 t ／k i n 2 ，总储量估计在3 0 0 0 0 亿t 以上， 并且其中蕴藏的锰、铜、钴、镍4 种有价金属的储量比其在陆地上相应的储量要 大1 ～3 个数量级。太平洋、印度洋和大西洋都有丰富的海底锰结核资源，但是最 有开发前景的地区是太平洋夏威夷群岛的东南部海域，在该地区8 0 ％的海底锰结 核的富集度达到了1 0 ～1 0 0 0 t ／k m 2 ，最富的区域平均可达6 0 0 0t ／k n l 2 。 随着世界经济的发展，各国对锰矿资源的需求持续增加，但同时陆地锰矿资 源却日益减少，人们也越来越重视海底锰结核的开发利用。西方的一些发达国家， 尤其是无陆地锰矿床的国家 英国、日本、德国、法国、瑞典和加拿大等 都己 对海底锰结核资源进行了广泛地开发应用研究。早在上世纪8 0 年代，美国、苏 硕士学位论文 第一章文献综述 联、日本、德国等国矿产商组成的跨国公司就已经着手开采锰结核资源。在冶炼 技术方面，西方国家已经建成了可以日处理锰结核约8 0t 以上的大型试验工厂。 到目前为止，海底锰结核资源的开采、冶炼技术都已基本成熟，一旦商业上可行， 便可形成新的产业，继而可迅速进入批量规模生产阶段[ 7 1 。 1 ．1 ．2 国内锰矿资源 我国锰矿的潜在资源量，特别是优质锰矿和富锰矿的远景，不少部门和单位 都做了大量的工作。上世纪7 0 ～8 0 年代，我国冶金部地质总局和中国地质调查局 先后组织多位专家，以成矿系列、成矿系列组合、成矿谱系为基础，对我国不同 时代的成矿作用进行论述，划分成矿区带、成矿系列，预测了成矿远景区。近 1 5 年，我国累计探明储量自6 ．4 4 亿t 上升到了7 ．9 3 亿t ，净增储量 资源量 约 2 ．5 亿t 。 在我国，已在2 3 个省、市、自治区勘察并发现了锰矿。根据国土资源部公 布的2 0 0 8 年末我国锰矿资源储量为4 0 0 0 万吨，其中基础储量1 0 0 0 0 万吨。 我国的锰矿地理分布不均匀，主要分布在八个省市自治区①桂西南地区，② 湘、黔、川三角地区，③贵州遵义地区，④辽宁朝阳地区，⑤滇东南地区， ⑥湘中地区，⑦湖南永州一道县地区，⑧陕西汉中一大巴山地区，这些地区 保有锰矿储量占到了全国总保有锰矿储量的8 2 ％。从行政区来看，以广西和湖 南最为重要，其次是云南、贵州、辽宁、重庆、湖北和陕西【1 , 9 , 1 0 ] ，见图1 ．1 所示。 图1 ．1 我国锰矿资源分布情况 F i g ．1 - 1T h ed i s t r i b u t i o ns i t u a t i o no fm a n g a n e s eo r er e s o u r c e si nC h i n a 4 硕士学位论文 第一章文献综述 根据中国地质调查局发展研究中心 全国地质资料馆N G A 的最新统计， 在已经勘察的锰矿产地共8 5 0 处，见图1 ．2 所示，其中超大型矿产地2 处，大型 产地 大于2 0 0 0 万t 1 2 处，中型8 2 处，小型3 0 2 处；矿石的平均品位仅为2 1 ．4 8 ％， 基本属于贫矿，符合国际商品级的富矿石 M n 含量≥4 8 ％ 的矿床完全缺乏；并 且其中的磷含量超过标准的锰矿占到总量4 9 ．6 ％，铁含量超过标准的达到了 7 3 ％，优质的锰矿仅为6 ．4 ％；同时伴生有含量较高的多种其它金属矿，如F e ， P b ，Z n ，C o ，N i ，A u ，A g 等。 图1 ．2 我国主要锰矿床分布情况 F i g ．1 - 2T h ed i s t r i b u t i o ns i t u a t i o no fm a n g a n e s ed e p o s i ti nC h i n a 1 ．朝阳，瓦房子；2 ．凌源，太平沟；3 一蓟县，前干涧；4 一南京，栖霞山；5 ．宣城，塔山； 6 ．乐平，乐华；7 湘潭，鹤龄；8 ．宁乡，棠甘山；9 - 桃 L v - ，响涛源；1 0 ．郴县，玛瑙山； 1 1 ．零陵，东湘桥；1 2 ．连县，小带；1 3 ．连城，庙前；1 4 ．苏澳，西帽山；1 5 ．罗定，新榕； 1 6 ．崖县，大茅；1 7 ．桂平，木圭；1 8 ．乐平，二塘；1 9 ．柳江，恩荣；2 0 ．宜山，龙头；2 1 ． 大新，下雷；2 2 ．砚山，斗南；2 3 ．建水，白显；2 4 ．宣成，格学；2 5 ．遵义，铜锣井；2 6 ． 松桃，大塘坡；2 7 ．花垣，民乐；2 8 ．长阳，古城；2 9 ．城口，高燕；3 0 ．万源，大竹河；3 1 ． 宁强，黎家营；3 2 ．汉源，轿顶山；3 3 一青川，石坎；3 4 ．平武，虎牙；3 5 ．柴达木，锡铁山； 3 6 一各静，莫托沙拉；3 7 ．库车，克朗古尔；3 8 ．昭苏，阿克苏 我国的锰矿主要是沉积形成的碳酸锰矿石，品位平均为2 1 ．1 4 ％，占全国总 储量的7 3 ．8 1 ％；氧化锰矿石是目前主要开采的类型，矿石含锰平均2 4 ．5 6 ％，储 气 硕士学位论文第一章文献综述 量占1 9 ．8 9 ％；铁锰矿石铅锌多金属矿石的平均含锰量为1 4 ．4 6 ％，局部有富矿。 从我国锰矿类型、资源分布、地质特征以及技术经济等方面，可以总结锰矿资源 的如下特点【1 , 4 , 1 0 - 1 2 】 1 锰矿资源地理分布极不均衡。虽然我国2 3 个省、市、自治区都已发现了 锰矿资源，但是大部分都在南方地区且集中于广西和湖南两省，两地占到全国锰 矿总储量的5 5 ．5 ％。 2 特大型、大型的锰矿床极少，大多规模多为中、小型，难以充分利用现 代化的工业技术进行开采。一直以来，我国锰矿产量的8 0 ％以上都来自于地方的 中、小型矿山和民采矿山。 3 矿石中有用成分含量低，杂质组分偏高，大多为贫矿。富锰矿 氧化矿 锰含量 3 0 ％，碳酸锰矿锰含量 2 5 ％ 储量仅占全国总储量的6 ．4 ％，且部分富 锰矿石在利用时还需要进行工业分选加工处理，大部分锰矿床的技术加工性能不 理想。 4 矿物组分复杂，其有害成分和伴 共 生金属含量偏高。高磷和高铁锰 矿石、含有伴 共 生金属和其他杂质的锰矿在我国锰矿石储备中占很大比例。 5 矿石结构复杂且矿物种类繁多，其中有用锰矿物的嵌布粒度细。绝大多 数锰矿床中的有用矿物属于细粒或者微细粒级别，在l l x r n 到几十微米。 6 大多数锰矿属于沉积或沉积变质型，开采条件复杂。适合露天开采的矿 山仅有6 ％，增加了采矿难度和成本，其产量规模也受到限制，现有的锰矿储量 保证年限仅为1 2 年。 虽然我国在锰矿开采、选矿、冶炼、深加工和综合利用等方面已经形成了一 个比较完整的矿业工业体系，但由于我国的锰矿床多为中小型，严重地制约了锰 矿山建设的规模，生产能力普遍不大。2 0 0 8 年，全国共有锰矿山5 0 5 个，其中 大型仅1 7 个，年产矿石量为7 8 4 ．0 7 万t 。在我国矿山的生产规模上，无论是矿 石量还是所含金属量均居世界前列，但是采矿回收率和选矿回收率均不高，采矿 回收率平均为8 4 ％，选矿回收率为7 4 ％，采选综合回收率平均仅为6 2 ％[ 1 3 3 0 目前，我国的钢产量、金属锰和锰系合金产量均居世界第一位，与此同时， 为适应电池、电子工业的发展而形成的电解二氧化锰、四氧化三锰的生产规模和 产量也均居世界首位。因此，锰矿产业在我国的经济发展中占有非常重要的支撑 地位，而这些都需要有丰富的锰矿资源来支撑。我国每年需要的锰矿石大约为 1 5 0 0 万t ，国内现有的矿山生产的保证程度不足5 0 ％。我国已成为世界上最大的 锰矿资源消费国和进口国，为确保我国现有资源的有效利用，加快经济的快速发 展，解决巨大的锰矿石需求缺口，我国从1 9 8 3 年就开始富锰矿石的进口，2 0 0 2 年更是首次突破2 0 0 万t ，到2 0 0 9 年锰矿石的进口量已达到了9 6 1 ．7 6 万t [ 1 , 9 , 1 0 】， 6 硕士学位论文 第一章文献综述 见图1 ．3 所示。 由图1 ．3 可以看出，进入2 1 世纪以来，我国进口锰矿总量逐年上升。同时， 我国进口锰矿石量占世界锰矿贸易量的比重不不断攀升，己由2 0 0 4 年的3 5 ％增 长到了2 0 0 8 年的4 2 ％，中国锰矿消费及进口量所占的国际份额大幅增加。我国 的锰资源消费构