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獻禮十九大——“呆礦”變“寶藏”

來源:地調局成都綜合利用所 作者:地調局成都綜合利用所 發布時間:2017-10-18

 7月中旬,籌備近一年的釩鈦資源綜合利用產業技術創新戰略聯盟在北京成立。由攀鋼和中國科學院過程工程研究所發起的這一科技聯盟,集結了國內相關科研院所、高等院校和重點釩鈦企業的科技力量,將根據釩鈦資源綜合利用技術路線圖,分工協作、著力解決制約中國釩鈦產業發展的一系列關鍵核心技術難題。

  釩鈦產業“組團” 

  專攻綜合利用難關 

  7月15日,在北京中國地質調查局重點實驗室建設專題會會場,記者找到了釩鈦資源綜合利用產業技術創新戰略聯盟第一屆理事會理事、中國地質科學院礦產綜合利用研究所副所長陳炳炎。同時還得知了一個消息:中國地質調查局正在規劃設立釩鈦磁鐵礦綜合利用技術研究重點實驗室,而且即將落戶中國地質科學院礦產綜合利用研究所。

  又是釩鈦資源的綜合利用。

  聯想到國土資源部、財政部近日發布的《關于開展礦產資源綜合利用示范基地建設工作的通知》,也將攀西等地區的釩鈦磁鐵礦綜合利用明確納入了示范基地建設的重要內容,記者不由得又增加了幾分好奇:

  為何國家對“釩鈦資源綜合利用”如此重視?釩鈦資源綜合利用產業技術創新戰略聯盟將在其中扮演怎樣的角色?

  “我國并不缺釩鈦資源,但問題是利用難度太大。”

  陳炳炎告訴記者,釩和鈦作為重要的戰略資源,廣泛應用于冶金化工、航空航天、國防軍事等核心領域,是國民經濟發展和國家安全的重要保障。自然界中,90%以上的釩鈦資源存在于釩鈦磁鐵礦中。在我國,釩鈦磁鐵礦并不缺乏,僅攀西地區釩、鈦的保有儲量就占全球第三位和第一位。然而,與國外已開采利用的釩鈦磁鐵礦相比,我國尤其是攀西釩鈦磁鐵礦,為典型的低品位伴生礦,鐵、鈦緊密共生,具有難選、難冶煉、難分離等資源特性。從總體上看,資源開發的規模和水平仍然較低,開發方式比較粗放,一些關鍵技術仍未實現突破,特別是大量尾礦和高爐渣中的鈦未得到有效利用。

  “只有依靠科技進步的力量,才能突破資源綜合利用的道道難關,逐步形成高效、清潔、可持續的資源利用模式,形成具有全球競爭力的釩鈦產業群。這也是我們組建‘戰略聯盟’的根源。”陳炳炎說。

  話題自然落到剛剛成立的釩鈦資源綜合利用產業技術創新戰略聯盟上。據陳炳炎介紹,聯盟由攀鋼和中國科學院過程工程所共同發起,聯合承德鋼鐵集團有限公司等5家企業、清華大學等9家大學、中國地質科學院礦產綜合利用研究所等4家科研院所共同組建,其目標就是通過“產學研”的緊密結合,以釩鈦磁鐵礦資源綜合開發利用及其產業化為目標,盡快突破釩鈦資源綜合利用的關鍵核心技術,提高我國釩鈦資源綜合利用效率和總體技術水平,為我國未來釩鈦產業科學發展提供戰略支撐。

  展開聯盟未來發展的技術路線圖,一幅有關釩鈦綜合利用的美好前景展現在眼前:基于聯盟科技成果將建成15條示范生產線,年新增產值1665億元以上;集成或形成100項以上的專利、成果,最終形成不少于4項釩鈦資源綜合利用的成套工藝及裝備技術;年減排二氧化硫12萬~16萬噸、固體廢棄物500多萬噸、含釩廢水不少于100萬噸。

  “我國釩鈦資源本身的特征決定了其綜合利用是一個系統工程,僅僅依靠一個或少數單位的力量是難以完成的,而且,國內各個科研單位都根據專業特性有所偏重。這樣看來,把國內產學研多方優勢技術力量集中在一起,建立一個聯合開發、優勢互補、利益共享、風險共擔的技術創新平臺,是當前國家大舉推動礦產資源綜合利用背景下的必要之舉。” 陳炳炎強調。

 

“中國釩鈦之都”的科技騰飛之路 

  在四川南部攀西大裂谷、川滇交界處,有一個名叫攀枝花的美麗城市。每一位來訪的游客,都會永遠銘記春季那里攀枝花樹的一片火紅,也會永遠銘記,半個世紀來這座新興資源性工業城市的崛起與繁榮。

  “不建設好攀枝花,我睡不好覺。”毛澤東說。

  然而,建好攀枝花,不是當年探明10億多噸鐵礦儲量以及豐富的煤炭資源和冶金輔助原料就可以的,還必須解決這里低品位礦石的冶煉問題。

  攀西釩鈦磁鐵礦是超大型的多金屬共生礦床,資源儲量巨大,但是其礦石含鐵品位低,礦石結構十分復雜,其選礦和共伴生釩、鈦的分離提取難度很大。比如,礦石中鐵、鈦致密共生,釩則以類質同相賦存于鈦磁鐵礦中,復合礦中的鈦鐵晶石粒度極細并以網絡狀鑲嵌,用機械方法難使其單體解離,給煉鐵帶來巨大困難;再比如,含鈦礦物主要是粒狀鈦鐵礦和鈦鐵晶石,只有粒狀鈦鐵礦可以單獨回收,而鈦磁鐵礦中鈦鐵晶石和片狀鈦鐵礦及脈石中所含的鈦都不能用選礦方法分離回收,鈦的回收率很低;還有,鈦磁鐵礦中有4%~7%的鎂鋁尖晶石,選礦時使鐵精礦和鈦精礦中的鎂和鋁的含量高,不利于應用。這些,都令當年的蘇聯專家堅定地斷言:攀枝花鐵礦煉不出鐵,是“呆礦”!

  中國的科技工作者,就是有讓“呆礦”活起來的本事。

  為攻克這些世界性的難題,我國從上世紀60年代就開始組織國內的眾多科研機構、大專院校和廠礦企業共同開展技術攻關,先后攻克了爐渣變稠、渣鐵分離困難、“泡沫渣”、粘罐等一系列重大技術難題,突破了釩鈦磁鐵礦高爐冶煉不能噴煤的禁區,形成了獨有的普通高爐冶煉高鈦型釩鈦磁鐵礦技術,把國外專家認為無法利用的“呆礦”變成了寶貴的資源。

  1970年7月1日,攀鋼高爐第一爐鐵水出爐,拉開了攀西釩鈦磁鐵礦綜合開發利用的序幕。

  此后,攀鋼又開發出獨特的霧化提釩和轉爐提釩工藝,使我國從釩進口國變成釩出口國,推動了我國鋼鐵品種的升級換代;具有世界領先水平的釩氮合金生產技術,打破了美國全球壟斷的格局,將釩氮合金的全球市場占有率提升到50%;建成了年產260噸高純氧化釩生產線,氧化釩清潔生產工藝開發已經取得了重大突破。而選鐵尾礦提取鈦精礦專有技術的突破,為鈦資源的進一步開發利用奠定了堅實基礎。

  憑借著科技的巨大動力,享有“中國釩鈦之都”稱號的攀枝花市現已形成了鋼鐵、釩鈦產業群,實現了釩鈦的初步有效利用。攀鋼已成為我國最大的鈦原料和鈦白粉生產基地,中國最大、世界第二大釩制品生產基地,我國最大的鐵鉻用鋼生產基地,西部最大的鋼鐵生產基地。除攀鋼外,區內龍蟒集團礦業有限公司、太和鐵礦等釩鈦磁鐵礦開發企業,也都在快速、高效發展。

  就在數日前,攀鋼又傳出令人振奮的消息:公司釩鈦礦資源綜合利用中試線已全線工藝貫通,以高新技術為核心、總投資200多億元的攀鋼西昌釩鈦基地,即將投產。據了解,這是我國最大的釩鈦資源綜合利用基地,也是世界最大的釩鈦資源延伸加工基地。專家認為,它的投產將對中國釩鈦產業產生巨大影響。

  攀枝花地區是我國釩鈦磁鐵礦的主要成礦帶,也是世界上同類礦床的重要產區之一。自20世紀50年代開始,經過四川省地礦局、冶金地勘局、中國地質科學院等單位的幾代地質工作者先后三次大的地質普查和勘探會戰,攀西資源寶庫已經向人們敞開了大門:這里蘊藏著全國20%的鐵、62%的釩、90%以上的鈦,已探明攀枝花、白馬、太和、紅格等四大礦區及周圍眾多中小型礦床,探明資源儲量101.2億噸,其中不僅釩鈦資源儲量巨大,還有數量可觀的鉻、鎵、鈷、鎳、銅、鈧、釔、鉑族、稀土等共伴生組分。更令人興奮的是,通過國土資源部開展的礦產資源潛力評價典型示范,2009年全國礦產資源潛力評價領導小組在四川攀西攀枝花式釩鈦磁鐵礦典型示范區共圈出27個釩鈦磁鐵礦含礦巖體,估算出鐵礦潛在資源量194億噸。據此,2009年12月2日,四川省啟動了攀西釩鈦磁鐵礦整裝勘查項目,現已展現出良好的前景。

  如此誘人的資源寶藏,顯然,如果能夠從根本上破解綜合利用的科技難題,“中國釩鈦之都”的未來必將更加輝煌。

選礦技術攻關 

  “撿回”特大型礦山 

  資源綜合利用,貫穿著攀西地區礦業發展的全過程;中國地質科學院礦產綜合利用研究所,則參與了攀西釩鈦磁鐵礦綜合利用的整個進程,并在其中發揮了不可代替的重要作用。

  1956年,時任508地質隊攀枝花礦區主任工程師的秦震托人找到了地質部北京礦物原料研究所(中國地質科學院礦產綜合利用研究所的前身),請研究所幫助解答“攀枝花鐵礦為什么含鈦高”這個礦物學課題。從此,中國地質科學院礦產綜合利用研究所在全國率先對攀枝花鐵礦進行了可選性試驗研究,成為一支始終站在攀西釩鈦磁鐵礦開發利用科技戰線前列的生力軍。

  上世紀60年代以后,中國地質科學院礦產綜合利用研究所在攀枝花釩鈦磁鐵礦的開發利用實驗研究中,集中精干力量,建立了各種專業配套的專門研究隊伍和實驗設施,對釩鈦磁鐵礦礦石物質組成、選鐵、選鈦、氧化球團生產、鈦白粉生產、五氧化二釩生產、冶煉新流程等進行了全方位的堅持不懈的實驗研究。70年代初,綜合所干脆從北京遷往四川峨眉縣,全力以赴投入攀西釩鈦磁鐵礦的開發利用各項試驗研究中。1980年,科技成果豐碩的中國地質科學院礦產綜合利用研究所,獲得地礦部唯一的“功勛研究所”稱號。

  據中國地質科學院礦產綜合利用研究所科技處處長熊述清研究員介紹,地科院綜合所主要聚焦釩鈦磁鐵礦選礦和冶煉環節的科研攻關,特別是選礦。

  在選鐵試驗方面,地科院綜合所借助物質組成研究的優勢和礦石功指數研究的領先優勢,首先提出的粗粒拋尾、多碎少磨、階磨階選新工藝,在生產中發揮了良好的作用,現已成為攀西地區釩鈦磁鐵礦選礦生產主打工藝。

  不僅如此,地科院綜合所還于上世紀80年代在國內率先對極低品位礦石合理利用進行了前瞻性研究。

  攀西釩鈦磁鐵礦中有近一半為表外礦,即含鐵品位在15%~20%的低品位礦,在當時的技術經濟條件下暫無利用價值。但地科院綜合所在詳細分析研究后認為,表外礦雖然含鐵品位低,但鈦鐵分離相對容易,可獲得優質鈦鐵精礦,礦石性質利于選鈦。研究表明,表外礦在礦體中的空間分布狀態是與表內礦呈互層狀產出,露天開采時,可隨著表內礦同時采出。因此,表外礦利用不增加采礦成本,不需另建礦山,這些因素足以彌補因品位低、選礦比高帶來的成本增量,為表外礦的利用指明了發展道路。

  “目前,攀西四大礦區都先后開展對低品位表外礦的開發利用,其核心技術多以地科院綜合所于上世紀研究成功的粗粒拋尾的階磨階選技術為基礎。該部分資源的合理開發利用,至少為攀西釩鈦磁鐵礦增加了近40%的有效儲量,相當于新發現又一特大型釩鈦磁鐵礦床。” 說起這樣始料未及的成果,熊述清頗感自豪。

  熊述清特地談到了資源稟賦特殊的紅格礦區。

  紅格釩鈦磁鐵礦是上世紀70~90年代探明的特大釩鈦磁鐵礦,總資源儲量達35.7億噸,而且礦石中鉻的含量特別高,總儲量達到900萬噸,是一宗巨大的鉻資源基地。新世紀初,紅格礦開始開發,針對紅格北礦區礦石特點,地科院綜合所科技人員深入現場,結合實際,經小型試驗、擴大試驗和工業試驗,在一系列的技術創新的基礎上,開發出一套適合紅格礦的新工藝:選鐵,采用“粗磨拋尾—細磨精選”流程,選鈦,采用“強磁—浮選”流程。這種為紅格礦量身定做的粗磨拋尾技術,能及早拋棄產率達30%~45%的脈石尾礦,相當于對原礦進行了高度濃縮,減少了后續生產作業處理量,更有利于對鐵、鈦、釩的后續綜合利用,生產成本大幅度降低,資源利用率大幅度提高,使紅格難選氧化礦獲得高效利用。

  依據這項科研成果,2004年龍蟒集團的系列選礦廠陸續上馬,生產指標在攀西地區釩鈦磁鐵礦選礦企業中迅速名列前茅。

  很顯然,正是由于擁有多年來在礦產綜合利用特別是釩鈦磁鐵礦選冶、利用工藝方面取得的巨大成就,中國地質科學院礦產綜合利用研究所當仁不讓地成為釩鈦資源綜合利用產業技術創新戰略聯盟的核心單位之一。

當前釩鈦磁鐵礦技術突破的核心是“鈦” 

  與過去不同的是,釩鈦資源綜合利用已從企業和科研院所關注的層面,上升到國家層面。

  據有關人士透露,由國家發改委牽頭制定的《“十二五”釩鈦資源綜合利用及產業基地規劃》即將出臺,這也是新中國成立以來國家組織編制的第一個釩鈦產業規劃。有消息稱,目前各地正在研究制定相關落實細則,相關配套政策也在研究制定中。

  在征求意見稿中,人們明晰地看到了兩個突出的變化:

  一是我國調整了釩鈦資源利用的整體思路,即對釩鈦與金屬伴(共)生礦的冶煉,釩鈦將成為主產品。以往對釩鈦與伴(共)生金屬礦資源的利用,往往是鋼鐵先于釩鈦。相對于鋼鐵,釩鈦附加值更高。在鋼鐵產能過剩、釩鈦資源利用不合理的情況下,“十二五”時期對釩鈦與金屬伴(共)生礦的冶煉,釩鈦將成為主產品,鋼鐵則成為副產品。

  二是對釩鈦利用產業設定了嚴格的準入條件。比如,在釩鈦磁鐵礦利用上,選礦規模年入選原礦量不低于300萬噸,且必須配套相應規模的選鈦廠。釩資源回收率不低于92%,鈦資源回收率不低于15%,資源中伴生的鉻、鈷、鎳等稀有金屬要實現規模化回收利用,釩鈦鐵精礦的使用必須要以實現釩資源的回收為前提。

  與此相應的,國土資源部在釩鈦資源綜合利用方面的舉措,也相當給力。

  除了即將實施的礦產資源綜合利用示范基地設立了釩鈦項目外,在去年開始實施的《礦產資源節約與綜合利用專項》中,也有安排了多個與釩鈦磁鐵礦有關的項目,而且成效明顯,不僅帶動了礦山企業大規模投入礦產資源綜合利用,而且盤活了一批呆礦。

  中國國土資源經濟研究院綜合利用專項技術處處長賈文龍告訴記者,《礦產資源節約與綜合利用專項》是財政部、國土資源部投入礦業領域的重大項目之一,包括獎勵資金和循環經濟發展示范工程資金兩部分,其中,獎勵資金劃分為4個類別:一類1000萬元,二類800萬元,三類500萬元,四類200萬元。攀西地區的龍蟒集團攀西紅格礦業有限責任公司就獲得了1000萬元的獎金。

  在紅格北礦區釩鈦磁鐵礦節約與綜合利用獎勵資金申報材料上,記者看到了一個企業依靠科技進步走過的一個個堅實步伐:2003年底,完成紅格釩鈦磁鐵礦綜合利用選礦試驗研究;2008年底,完成紅格釩鈦磁鐵礦綜合利用高效分選工藝技術優化科研;2009年,采用該項技術對選廠進行技術改造,采用高效設備粗選拋尾工藝,實現了對暫難利用表外礦的綜合回收利用。據統計,2007~2009年三年間使礦山回采率提高至95.76%(設計回采率為90%),回收暫難利用低品位鐵礦石450萬噸,提高鈦精礦回收率2倍~2.5倍,三年多回收資源總價值達2.88億元。

  據賈文龍透露,2010年,紅格礦業開發了“釩鈦磁鐵礦轉底爐煤基直接還原一電爐深還原、熔分新工藝”,使其在國內外首次采用轉底爐電爐流程冶煉釩鈦磁鐵礦,實現了鐵、釩、鈦的有效分離和利用。該公司申請國家專項的獎勵資金,將用于進一步提高選礦鈦回收率及轉底爐直接還原利用鐵、釩、鈦、鉻兩大項目上。

  巧合的是,紅格礦業的技術支持也是中國地質科學院礦產綜合利用研究所。

  熊述清自豪地說,正是他們,在國內首先從紅格礦區成功回收了鉻,為攀枝花、白馬礦區、太和礦區的開發利用工業設計提供了實驗研究依據。“由于我國提釩的技術已經十分先進了,這些年,地科院綜合所主要是圍繞鈦進行攻關。”

  “從攀西釩鈦磁鐵礦中回收鈦鐵礦是世界性的難題!”他告訴記者,我國礦業工程技術人員在選鈦試驗研究中走過的每一步路都充滿了探索性和創新性,所取得每個成果都是世界領先的。其中,地科院綜合所科技人員率先提出的“強磁—浮選”工藝,無論是從仿瓊斯磁選機磁選到高梯度磁選機磁選,還是以異羥肟酸、氧化石臘皂為捕收劑浮選,到以MOS、EM351為捕收劑的浮選,每一次技術進步都是開創性的。這些研究成果,直接推動了我國選鈦技術的進步,為我國鈦產業的蓬勃發展奠定了堅實基礎。

  上世紀末,地科院綜合所還與攀鋼集團公司和相關科研院所共同完成的微細級鈦鐵礦選礦技術攻關。如今,成果已成功應用于攀鋼選鈦廠全流程技術升級改造,對微細粒鈦鐵礦實現了高效回收利用,使鈦的總回收率從12%左右提高到24%以上,實現了攀鋼選鈦技術的歷史性突破。

  隨著中國鈦產業發展的突飛猛進,國內鈦礦原料產業愈發顯得滯后。“同樣是高爐渣綜合利用,提釩產業化技術取得重大突破后,一舉使我國由釩進口國成為釩出口國。鈦產業也是一樣,技術突破才是關鍵。”國土資源部一位專家表示。

  由此,人們再次審視數日前釩鈦資源綜合利用產業技術創新戰略聯盟的成立,不禁充滿了新的期望:國家層面的強力推動加上企業與科研單位的緊密配合,或許在不久的將來,基于釩鈦磁鐵礦綜合利用水平提升之上的中國鈦產業,就能真正地破冰前行。

  人們相信,釩鈦資源綜合利用的春天到了,美麗的攀枝花將會更加火紅。

 

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