一、地质勘查
铁矿勘查工作所取得的巨大成绩和丰硕成果,完全有赖于国家对铁矿勘查的重视和给予巨额投入。80年代以前铁矿勘查所投入的资金、力量和工作量,均居所有金属矿产之首。从“二五”(1958~1962年)至“六五”(1981~1985年)期间,历年都保持一支上万人的铁矿专业队伍。70年代,尤其是富铁矿找矿与科研会战期间,队伍每年都在5万人以上;1978年最高达到12万人,占全国地质职工总数的12.8%。
1950~1995年,全国用于铁矿勘查的费用总共37.8亿元。机械岩心钻探工程约为3000万m,及大量槽探、井探、坑探等工程。
(一)铁矿地质勘查阶段的划分
从整个地质勘探工作阶段的性质来看,普查找矿主要是解决“有没有矿和矿在哪里”的关键问题,提出可供进一步工作和详细普查的意见,是铁矿地质勘查中极为重要的工作。
铁矿地质勘查工作的3个阶段,在具体工作中有时不易截然分开,各阶段任务虽然明显不同,但又彼此之间互相联系,在地质勘查中,一般是从实际出发,灵活掌握和应用。
(二)铁矿地质勘查的技术和方法
1.铁矿地质勘探类型和探矿工程密度
在铁矿地质勘探中,按照经济的原则使用探矿工程控制矿体,首要的是确定探矿工程密度。依据矿体分布范围、规模大小、形态变化、构造复杂程度和矿石质量变化情况等,也就是按照控制矿体难易程度,将铁矿床划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种勘探类型,然后分别不同勘探类型采用不同的工程密度布置工程,以控制铁矿体的变化和圈定矿体(表3.2.9)。
表3.2.9铁矿床勘探工程间距表
表3.2.10铁矿床勘探类型划分依据
在铁矿地质勘探中,因要满足矿山设计对地质资料和矿产储量的需要,故对矿体不同部位应确定不同的勘探控制程度。通常将铁矿储量划分为A、B、C、D四个级别:A级储量供矿山编制采掘计划用,一般由矿山生产部门勘探;B级储量是地质勘探阶段取得的高级储量,分布于矿山建设的首采地段;C级储量是矿山设计的依据,其勘探工程密度较B级储量控制稀疏;D级储量是由稀疏探矿工程控制,只能作为矿山远景规划或进一步勘探的依据。
在地质勘查的不同阶段,以及不同类型矿床,各种级别的储量比例要求不同:矿区勘探阶段,铁矿床B级储量要达到10%~20%,B+C级储量要达到50%;矿区详查阶段一般不要求B级储量,其中,C级储量占主要比例,D级储量占10%~30%;矿体比较复杂的矿床,只要求探明C+D级储量,C级储量占全部储量的40%即可。在主要勘探区段或第一期开采范围以外的矿体或区段,只用稀疏工程配合物探方法大致查明矿体规模、形态和分布范围,控制D级储量,作为今后扩大矿山规模和延长矿山服务年限的依据。
查明铁矿石质量是勘探中最主要的地质工作,所有勘探工程的目的就是最大限度地穿切矿体并系统采取矿样。因此,矿石的样品采取、加工和测试都有明确规定,以保证样品及化验结果的可靠性和代表性。其中:
(1)基本分析 主要查明矿石中铁组分含量,要求按矿石类型分段连续取样,一般样长1~2m,槽井和坑道采样一般用刻槽法,断面规格5cm×2cm或10cm×3cm。基本分析项目为全铁(TFe),但当硅酸铁、硫化铁及碳酸铁含量达到5%时,应增做磁性铁(mFe),用mFe圈定矿体,并用来圈定氧化矿体界线。对矿石中的伴生有用组分、有害杂质、造渣组分等,应根据其含量变化和工业指标要求,确定是否做基本分析或组合分析。
(2)组合分析 查明有益、有害组分含量与分布,并计算伴生组分的含量。组合样须分矿体、矿石类型等按工程组合,重量一般为100~200g,从基本分析样的副样中按样长比例提取。分析项目一般根据光谱全分析和化学全分析结果确定,分析项目主要是SiO2、S、P等。
(3)光谱全分析 及化学全分析前者是了解矿石和围岩中的元素及其大致含量,以作为确定化学全分析项目的依据,样品从矿体不同部位及不同矿石类型样品中采取。后者是定量查明各种矿石类型中主要元素及其组分含量,以确定铁矿石的性质与特点,它是在光谱全分析及岩矿鉴定基础上进行的。样品或从组合分析副样中提取,或单独采集有代表性的样品。每种矿石类型一般需做1~3件,全分析总和应在99.3%~100.7%范围以内。
(4)物相分析 主要是利用物理化学相分析方法,确定铁矿石中铁的赋存状态、含量及分配率,以确定矿石的自然分带,为确定矿石选冶工艺及条件提供依据。铁矿物相分析一般分析磁性铁、硅酸铁、碳酸铁、硫化铁及赤褐铁矿5个类别。
(5)单矿物分析 查明矿石中铁矿物化学成分,伴生有用组分的赋存状态及分布规律,主要为工业利用确定选冶流程。易分选的单矿物样一般重2~20g。
铁矿石样品加工要按Q=Kd2公式进行,并抽3%~5%样品进行内检,样品缩分误差不大于3%。化学测试的质量要进行内、外检查,以确定基本分析的偶然和系统误差。内检数量要达到10%,外检数量要达到3%~5%,样品总数较少时,必须不少于30件。铁矿石的化学分析和物相分析允许偶然误差不能超过“规范”的规定。
为确定矿石工业利用性能和选冶加工工艺流程,凡需选矿石均应采取选矿试验样。详细普查阶段和矿区勘探阶段都应进行可选性试验及流程试验。选矿试验结果是评价铁矿床工业价值及确定含量计算工业指标的依据,选矿试验样必须具有充分的代表性。实验室扩大连续试验样品重量一般为数吨,半工业和工业试验所需样品重量随着试验工厂的生产规模和试验时间而定。选矿试验一般由勘探单位负责进行,半工业试验由勘探单位和工业部门配合进行,工业试验则由工业部门负责进行。
矿床开采技术条件的查明和研究是铁矿勘探工作中的重要环节。在工作中要测定矿石和近矿围岩的物理技术性能,为铁矿开采提供必要的技术参数:包括体重、块度、湿度、孔隙度、松散系数和安息角等。其中,铁矿石的大、小体重也是储量计算的重要参数,按“规范”规定铁矿石体重测定,小体重测定每一种类矿石不得少于30件;大体重测定,每件(次)体积不得小于0.125m3。
铁矿床地质勘探最终工作要进行储量计算。勘探阶段计算储量所采用的工业指标不同于普查和详查阶段所采用的通用指标,而要由地质勘探部门根据各个矿床地质实际资料来确定边界品位、工业品位、可采厚度和夹石剔除厚度等,并经工业利用部门和有关上级部门审定批准,然后根据批准下达的指标圈定矿体和计算矿石储量。通常应严格按照指标圈定矿体,并选择最合理和正确的储量计算方法,按矿体、分矿石类型划分各类边界和块段,分别计算其储量和平均品位,同时计算能综合回收利用组分的储量,划定采空区和氧化带深度等。
铁矿地质勘探工作的成果、实施过程和技术要求是按统一的规范进行的。我国的《铁矿地质勘探规范》,于1958年第一次颁布,以后随着钢铁工业和铁矿采掘业的发展而不断修改补充。最初的铁矿勘探规范全称为《矿产储量分类规范(铁)》。1977年颁布了《金属矿床地质勘探规范总则(试行)》。1981年地质部和冶金工业部联合颁布了《铁矿地质勘探规范(试行)》。1989年全国储量管理委员会试编新的铁矿地质勘探规范,增加了矿床综合经济评价的内容等,给铁矿勘探注入了经济分析的新内容。
二、矿山开采
铁矿山的开拓方式有露天开采和地下开采(平峒、斜井、竖井)两大类别。我国在1949~1957年期间,80%以上的矿山为地下开采,露天开采的不到20%。随后,由于一批露天矿相继建成投产,地下开采的比重急剧下降,到90年代初,露天开采的比重升到了80%,地下开采的比重则降到了20%。
(一)露天开采
露天矿穿孔、铲装、运输等技术装备不断更新。目前,在全国重点矿山穿孔已形成牙轮钻和潜孔钻并用的结构,完全淘汰了冲击钻。1996年,牙轮钻台年综合效率为23787m,最高31611m(水厂铁矿);潜孔钻台年综合效率14066m,最高25279m(兰尖铁矿)。铲装设备向着大型化、现代化方向发展。1996年,重点露天矿使用最多的是4~4.6m3电铲,台年平均综合效率133.3万t,容量最大的16m3电铲,台年平均效率347.5万t,最高482.1万t(齐大山铁矿)。运输方式主要为汽车和铁路运输,部分采用胶带运输。80年代以来,本溪钢铁公司和鞍山钢铁(集团)公司的一些矿山逐步用108~154t的电动轮汽车取代了其他汽车,实现了运输汽车大型化、现代化。1996年,108t汽车的台年效率平均为35.9万t;154t汽车为89.5万t,最高123万t(齐大山铁矿);使用最多的42t汽车,台年效率平均为27.6万t,最高44.3万t(白云鄂博铁矿)。1965年以后,部分重点矿山采用了铁路电机车运输,1996年,重点露天开采矿山电机车的台年平均效率:80t电机车为79.18万t、100t电机车为54.99万t、150t电机车为88.26万t。
露天开采的采矿工艺,长期采用全境推进,宽台阶缓帮作业的采剥工艺,现在已开始转向陡帮开采,横向推进新工艺。80年代以来,许多大型露天矿由山坡露天转入深凹开采,由于作业条件恶化和运输出现问题,从而制约了生产能力的提高。1994年开始实施了“深凹露天矿开采综合技术研究”的“八五”攻关项目,现已取得了初步成果。
在爆破器材和技术方面也有所发展,陆续采用了岩石炸药、铵油炸药、硝铵炸药、乳化油炸药等等,在生产中应用了大区多排孔微差爆破技术。
(二)地下开采
1996
目前,地下开采的采矿方法主要是无底柱采矿法,大约占72%,其次是浅孔留矿法,占9%,房柱式和壁式采矿法占8%,空场法占7%,有底柱分段崩落采矿法占3%,充填法占1%。地下开采的矿山巷道支护由50年代的木支护发展到了现在木支护、混凝土支护和喷锚支护三种支护方法并存的局面。凿岩装运也逐步向机械化方向发展,现在已普遍采用凿岩台车凿岩、装运机铲装、电机车运输。由于采矿方法、技术装备、支护方法等方面的不断改进,地下矿山的全员劳动生产率有了很大提高,新中国成立初期的1949年,全国重点地下矿山的全员劳动生产率只有19.9t/(人·a),到1995年已达到561t/(人·a),提高了近30倍。
三、选矿与加工技术
1996年全国入选铁矿石21497万t,占全国产铁矿石原矿25228万t的85.2%。入选铁矿石生产铁精矿粉8585.7万t,其中重点选矿厂处理原矿10961万t,生产铁精矿粉4158万t,占全国铁精矿粉产量的48.4%。
(一)矿石破碎
(二)磨矿工艺
磨矿后的分级基本上使用的是螺旋分级机。为了提高效率,部分选矿厂用水力旋流器取代二次螺旋分级机。
(三)选别技术
图3.2.23弓长岭铁矿磁选和细筛工艺流程
图3.2.24齐大山选厂工艺流程
表3.2.11列出了1996年我国重点铁矿选矿厂不同矿石类型的选矿技术经济指标。
表3.2.11重点选矿厂按矿石类型技术经济指标
(四)烧结球团技术
我国在细精矿烧结的技术上已达到相当水平。鞍钢早在50年代初就在烧结机上成功地把酸性烧结矿制作方法改为碱性烧结矿制作方法,在世界上第一个用消石灰或生石灰作熔剂解决了细精矿烧结问题。
烧结球团的装备水平也有所提高,全国共有烧结机419台,总面积15522m2,其中:130m2级以上的烧结机有22台,合计面积4107m2;24~129m2的烧结机197台,合计面积9387m2;小于24m2的烧结机200台,合计面积2028m2。1994年2月24日在马鞍山钢铁厂投产的300m2烧结机,是我国除宝钢外自行设计、制造和建设的规模最大的现代化烧结机。
全国1995年烧结的主要技术经济指标为:利用系数1.36t/(m2·h),烧结矿品位53.00%,烧结机日历作业率80.94%,烧结矿合格率为84.92%,工人劳动生产率为2170t/(h·a)。
四、环境保护
解决环境问题,首先需要重视的是复垦工作。通过复垦减少占地、减轻污染。在唐山地区曾开展了尾矿复垦工艺研究,把冶理尾矿纳入工艺流程,使采、选、排、复土、植被形成一个较完整循环的采矿复垦作业工序。通过四种复垦模式历经三年的复垦试验,在唐山中小铁矿复垦了1345.9hm2,复垦率达到30.26%,复垦经济效益1550万元,年种植效益19.6万元。这次试验为鞍山式铁矿排土场、尾矿冶理及复垦提供了技术途径。
其次要开展废石或尾矿的综合利用研究。我国许多铁矿都是综合性矿床,废石或尾矿中往往含有多种有用组分。回收和提取这些有用组分,不但能在经济上带来收益,而且可以减轻废石和尾矿对环境的污染。攀枝花铁矿年产铁矿石1350万t,同时又从铁矿尾矿中回收了钒、钛、钴、钪等多种有用和稀有金属。铁的价值只占矿石总价值的38.6%,而从尾矿中综合回收的五氧化二钒、硫钴精矿、钛精矿、氧化钪等产品的价值却占了60%以上。再如梅山铁矿,该矿是个埋藏集中、储量大、品位高的大型地下开采铁矿山,年产铁矿石200万t。由于矿石中含硫达2.5%左右,直接进行烧结配料,造成二氧化硫对大气的污染和对农田的大面积危害,并影响烧结矿质量。上海梅山冶金公司充分利用矿山的资源优势用选矿副产品硫精砂生产硫酸作为一条开展综合利用和深加工、提高经济效益的好途径。利用选矿自身优势,把焙烧废渣变成铁品位高的铁精矿用于烧结;利用其排放废水作为选矿循环水的补充水,做到了把“三废”消化在生产工艺中,变废为宝,化害为利。尾气排放由于选择了“二转二吸”工艺而使尾气排放低于国家标准,生产出的硫酸成品达到国家一级品质量标准。按年产2万t硫酸计,可产硫酸渣2.1万t,仅硫酸渣一项年经济效益即达231万元。
对于环境污染比较严重的矿山必须进行治理,制订必要的措施,添置和更新必要的环境保护设备。目前在这方面普遍存在的问题是环境保护经费不足,老企业环境保护欠账太多。如马鞍山,建市38年中,生产钢铁8000多万t,上缴利税60亿元,而环境保护投资却欠账20亿元。
今后资源开发和环境保护要协调发展。企业在新建、扩建和改建过程中要严格执行“三同时”,以避免新污染源的产生。一个地区在制定经济社会发展规划时,必须遵循“经济建设、城乡建设、环境建设同步规划、同步实施、同步发展”的三同步方针。