菱褐铁矿选矿研究成果产业化过程中的问题与对策

随着我国钢铁行业的迅猛发展，近年来我国铁矿石的供需矛盾El益突出，2006年进口铁矿石量已超过矿石总需求量的50%，价格在2005年上涨71.5%的基础上，又上涨19%。

铁矿石原料已经成为制约很多钢铁公司发展的瓶颈[1]，是否有稳定的铁矿石原料基地已经成为钢铁企业能否持续发展的主要影响因素。

为此，寻找新的铁矿原料成了各大钢铁公司的首要任务。

铁矿原料的紧缺及矿石开采巨大的利润空间，在国内形成了见矿就开的全民办矿高潮，有的小矿山只有球磨机没有分级机，磨碎就选，土法上马，连含铁只有10%左右的极贫磁铁矿石也有人开采[2]。

在这种形势下，很多企业甚至个体经营者，纷纷将投资方向转向过去无人敢问津的菱、褐铁矿开发，往往忽视了此类矿开采过程中可能出现的问题，从而造成不必要的损失。

本文针对菱、褐铁矿选矿技术及其产业化过程中的问题进行了探讨。

1 菱铁矿的特征及分选优劣势分析1.1 菱铁矿的矿石特征菱铁矿(FeCO3)密度为(3.7～3.9)×103kg/m3，比磁化系数为(35～150)×10-9m3/kg，多数嵌布粒度微细(如果磁化焙烧，焙烧后因气体挥发磁铁矿晶格更细)、成分复杂、品位低，铁主要以碳酸铁的形式存在，理论品位48.2%，部分菱铁矿因Mg2+和Mn2+替代Fe2+形成类质同象而为镁、锰菱铁矿，且赋存于赤(褐)铁矿和磁铁矿中，部分甚至褐铁矿化而致使理论品位通常在32%～48%之间[3]，这样的铁品位很难被钢铁公司所接受。

某些公司由于菱铁矿来源于自有矿山，为了不造成资源浪费，勉强将菱铁矿精矿配人铁精粉中使用，但在使用过程中发现配人量达到7%～8%就会明显影响烧结矿强度。

因此菱铁矿必须通过磁化焙烧使FeCO3相变为Fe304，然后用回收天然磁铁矿的方法回收。

1.2菱、褐铁矿焙烧-分选的优劣势分析众所周知，铁矿是一种附加值较低的产品，尽管这几年铁矿石需求量很大，铁矿价格较高，很多投资者将投资目光转到菱、褐铁矿领域，但由于其分选技术难度大，工艺流程长，选矿成本相对略高，没有成熟的可借鉴的大规模生产厂，很多投资者对投资开发菱、褐铁矿持观望态度。

针对这一现象，笔者总结多年菱铁矿选矿经验，对菱铁矿与磁、赤铁矿的选矿优劣势进行综合分析。

1.2.1菱、褐铁矿选矿劣势1)投资大。

要达到与磁、赤铁矿选矿相同的技术指标，必须先对菱、褐铁矿进行磁化焙烧，焙烧后的原矿才能达到与原生磁铁矿相近的入选条件，这一段要增加焙烧系统的设备投资及焙烧成本。

2)焙烧矿矫顽力大。

人工磁铁矿与天然磁铁矿相比，有磁性弱、矫顽力强的缺点[4]，这将导致两个问题：①对磁选设备要求较高，需要对磁选设备的磁场强度和磁系结构进行调整，如果采用常规的磁选设备，铁精矿品位及回收率均难以达到要求。

②矫顽力强对阶段磨矿的实现造成不良影响，需要在脱磁器及分级方法上予以强化，才有可能达到天然磁铁矿的分级效果。

3)粒度变细影响分选。

菱铁矿焙烧粒度变细，导致铁矿物在弱磁选中容易流失，在进一步的浮选中恶化浮选过程，药剂耗量大。

4)毛细孔发达。

焙烧矿孔洞发育，导致毛细水含量高，即使采用陶瓷过滤机过滤，也很难将精矿水分含量控制在16%以下，这样势必增加运输成本，并影响球团烧结效果。

1.2.2菱、褐铁矿选矿优势1)分选段投资少。

与赤、褐铁矿直接分选相比，菱、褐铁矿通过磁化焙烧相变成人工磁铁矿后，用弱磁选设备即可回收，相对于弱磁一强磁-浮选回收红铁矿而言，分选阶段投资较少。

2)磨矿费用低。

由于焙烧过程中，大量CO2气体和结构水从菱、褐铁矿中挥发出来，使得相变后的人工磁铁矿具有结构疏松、孔洞发育的特点，多次对比试验研究表明，焙烧后的人工磁铁矿与原生矿相比，相对可磨度提高1.5～2倍。

3)沉降速度快，便于回水利用。

焙烧后的人工磁铁矿沉降速度较原生矿快3～5倍，这一特质使得焙烧矿冷却水可以快速澄清，得到回用。

同时沉降速度快可大幅度减少沉降面积，减少浓缩脱水设备投资。

2菱、褐铁矿选矿技术产业化存在的问题2.1成本问题相对于其它磁、赤铁矿选矿而言，菱铁矿选矿必须先焙烧将FeCO3转化为Fe304。

焙烧成本有一定增加，但由于焙烧后矿石相对可磨度增加2倍多，而磨矿费用在选矿成本中所占比例近一半，焙烧成本的增加和磨矿成本的降低相抵，成本增加幅度并不是很大。

加之当前铁矿价格上涨，菱、褐铁矿在经济上有了开发利用的可能。

但生产实践中，焙烧成本的高低很大程度上取决于操作者的技术水平，因此由技术开发者总结出影响焙烧成本的关键因素，并对主要岗位技术工人进行理论及实践两方面的培训，同时在生产初期跟踪产业化进程中关键影响因素的变化并及时调整技术方案，以达到综合成本最低的目的。

2.2技术问题讲到菱、褐铁矿选矿技术，很多选矿工作者都能如数家珍般讲到许多方法，有些学者在实验室进行了大量研究工作，写了洋洋洒洒数十万字的论文。

但能在工业上低成本实现顺利选矿的几乎没有，究其原因，不是因为没有先进的焙烧方法，也不是因为存在重大的不可克服的技术关键。

多数工业应用上的失败，都是因为细节问题没有得到深入的研究解决，而这些决定成败的关键细节问题，往往是在连续试验、半工业试验甚至工业试验中才会逐渐暴露出来。

如燃料选择和使用不当导致灰份过高，局部焙烧不均匀，固定碳的流失导致焙烧能耗高，窑内压力控制不当导致窑头出矿不顺等。

这些问题并不是不可克服的重大关键难题，但的确是导致流程不顺行的主要原因，还有一些在生产实践中逐渐暴露出来的问题，必须结合现场其它相关技术参数的变化综合考虑后解决。

而要发现并真正解决这些问题，就要求从反应原理人手进行前期科研工作的研究人员有在生产一线潜心研究的精神，只有这样才能结合实验室工作的具体情况，准确把握问题的关键并及时加以解决。

因此，笔者认为，潜心解决研究成果工业化过程中的全流程顺行细节问题，是实现产业化的关键所在。

2.3协作问题从实验室研究到工业化生产，并不仅仅是一个机械的放大过程，尤其是原料性质不稳定、不可预见因素较多的矿石开发与生产过程中，一旦出现产品质量达不到预期要求，生产质量不稳定，流程不顺行的问题，需要有经验的技术人员从问题产生的原因着手，制定解决问题的方案，而成果开发者从初期的研究方案设计，到影响产品质量的关键技术及控制点，都进行过深入细致的研究，最有可能很快发现问题产生的原因并提出解决方法。

此外，由于实验室研究工作和生产实验有较大的差异，研究人员长期致力于开发研究工作，现场解决工程问题的能力与在生产一线工作的技术人员有一定的差距，有机的将科研院所研究人员与企业技术人员结合在一起，合理分工，紧密配合，是实现科研成果产业化的重要环节。

尽管所有的研究成果走向产业化的进程中都面临这一问题，但菱、褐铁矿矿石性质的复杂性、在焙烧过程中控制技术的多变性，尤其是没有现成的生产线可以借鉴，一旦在大规模生产中出现问题，必须及时找出问题产生的原因，解决这些问题是否会产生其它不良后果等进行综合分析考虑，这就要求在实验室中进行了多年研究的科研人员，结合具体情况，找出问题所在，由企业中有经验的工人师傅按照研究人员的思路精心操作，同时企业给予适当的资金支持，使得问题-暴露就得到及时解决，从而使产业化得以顺利完成。

2.4产权问题要实现技术开发者与技术使用者的密切配合，促进研究成果产业化，就要将两者的利益紧密结合在一起，如果成果转化成功，双方都能够从中及早收回前期投入并实现自己对项目的经济期望，如果失败，双方都要承担经济损失，为此，提前明确双方的利益分配是必要的。

3对策与建议3.1 国家加大科研工作前期投入由于企业比较注重很快有经济效益的项目投入，对诸如菱铁矿之类的前景不明朗但有研究价值的项目不愿意做前期投入，而愿意对其进行实验室研究也有能力完成此项研究的科研院所又因没有研究经费来源。

鉴于菱铁矿在我国铁矿资源总量中占有相当大的比重，其技术上的突破将极大地提高我国可利用资源比重，对国民经济发展有极其重要的作用，因此，应从国家层面上，鼓励研究单位、学校和企业紧密配合，形成产、学、研相结合的研究队伍，在研发阶段，由国家投入资金并予以政策扶持，在研究单位和大学对菱铁矿的成矿机理及焙烧反应热力学、动力学及相变机理、能耗变化规律等进行深入细致的研究，产生有发展潜力的原始创新技术，到了产业化阶段，由国家和研究院所共同投入研究经费，企业投入建设项目及设备购置的配套资金，共同促进菱铁矿开发利用的研究成果从实验室走向规模化生产。

当项目建成，产生经济效益后，从所得利益中返回一定比例的资金作为前期研发阶段各投入方的回报。

3.2注意研发阶段与试生产阶段科研力量的投入比例目前，我国科技成果转化为现实生产力并取得规模效益的比例约为10%～15%，而发达国家一般为60%～80%。

这与我国科研人员对自身责任的认识和强烈的技术本位是分不开的，只要达到了课题要求，开发了一种新的装置或者工艺，发表了几篇论文或者拿到了成果鉴定证书，任务就完成了。

实际上，科研成果不能高效地转化为经济价值的原因，并不在于科学教术本身，而在于科研结构和各阶段投入的认识。

日本的科研组织有一个几何级数，即l：10：100的结构[5]，这包含3个方面的含义：1)1个科学家，10个工程师，100个技术人员才能构成一个有序的科研开发队伍。

2)从构想转化为商品的过程有3个阶段，分别为创造构思阶段、中间试验阶段和商品化阶段，这3个阶段的投资分别为l：10：100。

3)在这3个阶段花费的时间和精力大体为1：10：100。

而我国曾有人对几百项获奖科技成果的投入产出做过分析，其实验室、中试、生产3个阶段的投入比为1：1.51：26.03，而全国平均的三者比值是1：5：9，这是我国科研成果产业化水平低的重要原因。

此外，我国很多的科研人员，一味追求“高、精、尖”技术，花费了大量时间和精力去开创一些新的领域，从事艰苦的、探索性的研究工作，发表了许多论文或者研究报告，但这些只不过是完成了l或者10的前期工作，85%的研究成果没有真正实现市场化的目标，这是科研成果产业化程度低的原因之一。

各阶段投入比例不合理，是影响菱铁矿开发研究成果产业化的重要因素，由于菱铁矿选矿相对较难，中间环节多，焙烧后的人工磁铁矿与天然铁矿石在物理、化学性质上均有很大的变化，尽管在实验室阶段进行了多年的研究，但至今也没有成功应用的先例，尤其没有工业实践的基础，因此，更应该加强工业应用阶段的技术力量、开发经费等方面的投入。

3.3建立健全风险投资机制在科研成果的转化过程中，工业试生产阶段是极其重要的，一项研究成果能否形成生产力并产生巨大的经济效益，关键在于能否顺利完成从实验室到工业生产的成功转化，在转化期间的人财物方面的投资相当大，而资金注入的有限性与生产规模、技术力量的投人之间的矛盾在这一阶段也尤为突出，相当多的技术含量高、市场前景好的研究成果因不能筹集到足额资金而无法实现产业化。