西部资源绿色开发技术研究1117

西部矿产资源低碳绿色开发利用技术研究（1）国家战略需求、项目背景改革开放以来,我国取得了巨大的发展成就，GDP增长的10多倍，但东部的发展远快于西部，当前西部GDP仅相当于东部的40%，在构建中华民族伟大复兴梦的新时代，加快西部发展已成为国家的长期战略。西部地广物丰，特别是各类矿产资源极为丰富，未来解决中国矿产资源需求主要是靠西部。我国现已探明的100多种矿产西部均有储量，其潜在价值超过全国探明储量潜在价值的50％以上。西部地区拥有全国的97%钾盐，80.9%的钠盐，83.9%的天然气储量，38.6%的煤炭储量，23.9%的铁矿储量，30.3%的锰矿储量，72.6%铬矿储量。由于西部地区资源性产业比重大，加上技术和管理水平亟待提高，导致其经济发展呈现出“高消耗、高排放”的高碳经济特点。西部地区万元GDP能耗与和万元工业增加值能耗，分别比全国平均水平高51.8%和36.5%，比东部地区高81.5%和110.6%。最近，中国政府已明确表示，到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。要实现这一目标，难点在西部地区，亟待研发低碳绿色环境友好型矿产开发利用技术，构建西部特色低碳产业体系，为西部大开发提供坚实的产业支撑。（2）国内外发展现状、发展趋势及差距世界矿产的储量分布很不平衡，许多矿产的大部分集中在少数国家，有15种矿产3／4以上的储量集中在3个国家。由于国外资源条件相对较好，其主要精力集中于采选设备大型化和节能方面，其中的大型自磨机、浮选机具有推广价值，但其对微细粒复杂难选矿基本没有工业利用实例。我国自建国至今，尤其是改革开发以来，资源开发技术和各种矿产开发获得的巨大发展，钢产量、有色矿产品、水泥、化工、燃料等多项基础原料产量居世界第一，在为经济发展提供原动力的同时也使我国的易选易采资源如铁矿资源中的粗中粒磁赤铁矿，有色金属矿中的硫化矿，硫、磷化工矿中的粗中粒矿产资源储备不足，现有矿山很多开采期间已不足20年，为此，我国实施找矿突破战略行动，新发现矿产地426处，其中大型矿108处。仅“新疆“358”项目就有望形成两个千亿吨级的煤炭基地、两个万吨级铀矿基地、两个10亿吨级铁矿基地、两个500万吨级铅锌矿基地、5个百万吨级铜矿基地等。目前，青海、西藏矿产资源接续基地轮廓也已经形成。这些可为西部矿产资源开发提供资源保障，对保证国家矿产资源充足供应也具有重要意义。（3）目标与思路在我国多种工业基础原料中钢铁是实现工业化用量最大最重要的基础原料，根据美国、日本等典型国家工业化的情况分析，一个国家要完成工业化，人均钢铁蓄积量要达到9~10吨，而中国目前仅为4.13吨，还远低于美国、日本等发达国家的水平。2013年，中国钢产量达到7.79亿吨，对应的是在需要的12亿吨铁矿石中，我国进口的8.19亿吨，对外依存度近7成，自给率仅三成，对于钢铁行业未来的发展，为了使国产矿比例达到50%以上，对铁矿资源仍将保持较长时期的高位需求，大力开发铁矿资源势在必行。在西部黑色金属矿占全国储量的比例：铁矿23.9%，锰矿30.3%，铬矿占72.6%，对我国黑色金属矿健康发展具有重大影响。但是，西部地区矿产资源矿床矿相复杂，贫矿多，富矿少，多数为“贫”、“细”、“杂”难选矿产资源，资源禀赋条件较差，加之西部地区高寒，植被稀薄，降雨少，生态脆弱，因此，粗放采选法对当地生态资源和两江源头发源地的环境保护将会造成很大威胁，需研发针对“贫”、“细”、“杂”难选矿产资源的低碳绿色环境友好型矿产开发利用技术，该技术具有行业共性和推广价值的关键技术与创新点包括：无水干式磨矿选矿技术、低温环保药剂，高效节能浮选装备及高效节能微细粒磨矿装备，以及高寒地带有色金属和化工矿石高效选矿工艺技术。从而为西部铁矿及锰、铬黑色金属及其他矿产大力开发利用奠定技术支撑，加快推进低碳型的特色优势产业发展，推动建立一批能够充分发挥地区优势、具有较强竞争力的低碳产业园区和低碳产业基地，为西部大开发提供坚实的产业支撑。（4）建议优先发展的技术与内容适合西部贫、杂、细资源特点，以及高寒，植被稀薄，降雨少，生态脆弱气候环境的低碳绿色环境友好型矿产开发利用技术之中的关键共性技术包括：干式磨矿选矿技术，低温环保药剂，高效节能浮选装备及细微粒磨矿装备。1.干式磨矿选矿技术干式磨矿和选矿技术，无需水，特别适合西北少水或无水地区的地理环境条件，长沙矿冶研究院已试验成功采用干式磨矿机+分离分级系统将铁矿石磨矿到-0.15mm,其能效率与湿式磨矿相当,目前也已研究成功了多种干式磁选机及风力分选及电选装备，在分选铁、锰、煤、金矿、稀有金属矿时都有采用，此外也特别适应适用于石棉及含钛、金红石、锆等砂矿。但现有的干法选矿也无法实现高品位的要求，工业化稳定生产更是难上加难。研制的铁矿石干磨干选技术不仅达到了铁精粉高品位要求，而且生产成本系统能耗优于传统湿法选矿的指标。因此，干磨干选技术的推广应用将改变无水地区的选矿行业现状，成功解决了当地资源开发和环境保护的两难选择。需攻关的干法选矿技术分两大系统，一为破碎磁选富矿系统，二为干磨干选系统，磁选＋脉动磁选的选别工艺，该系统处理量大、产品质量稳定，调控方便，除尘系统采用以高效脉冲式高压除尘器系统，除尘设备效率高达99%以上，保证良好的工作环境。2、低温环保浮选药剂目前，除了硫化矿复选对温度没有严格要求外，在铁矿和化工矿浮选时采用脂肪酸药剂时一般都需保证温度30℃以上，加热能耗较高。因此，针对西部资源的特点以及西部资源开发生产环境的要求，原创性开发新型特种选矿药剂，对克服低品位复杂难选矿中的难点，合符国家资源绿色开发、节能减排政策要求。针对西部难选铁矿资源铁物相多样共存，混合共生，脉石复杂，富含多种硅酸盐矿物，嵌布粒度细，焙烧矿磁团聚夹杂严重等特点，通过独特的合成技术和合成工艺路线，在传统捕收剂的基础上，引入活化基团、高选择性基团等有效基团进行化学改性，选择性好与捕收能力强的捕收剂组合复配、混合增效提高药剂分选效率；采用乳化技术降低药剂冻点，增强药剂低温溶解性能，石英西部低温环境需要，开发出高效零毒、零污染的系列新型特种铁矿选矿药剂。新型铁矿选矿药剂具有自活化、耐低温、耐矿泥性能，对硅酸盐杂质具有强选择强捕收性能，具有无毒绿色环保等特点，它们代表了铁矿捕收剂发展方向，在同类产品中处于国际领先水平，代替传统药剂广泛应用于铁矿浮选领域。结合西部资源中有色金属硫化矿资源地质成矿和组成复杂，以及西部高海拔高寒冷缺氧的地区环境特点，通过对螯合型磷酸酯、硫氨酯等系列易降解捕收剂的研究，配合药剂间的协同效应，复配出具有所创新的更适合于高原极端环境下的环保型高效组合药剂，以提高矿产资源的综合回收率，降低生产成本，扩大资源可利用程度，使西部矿产资源在得到充分利用的同时，自然生态环境也得到保护和改善，缓解资源紧张和环境保护突出的矛盾,实现区域经济和环境的可持续发展。3.高效节能浮选装备浮选柱比常规浮选机具有占地少三分之一，节能三分之一，浮选药剂节省三分之一的优点，更重要的是其能显著降低尾矿品位，提高金属回收率。对于西部难选嵌布粒度细的矿产资源，开发先进微细粒浮选设备是研究的重点之一。开发应用微细粒浮选柱，在节能、节药的基础上，提高分选效率，最大限度地扩大资源利用率。本项目中研发的微细粒浮选柱集成“射流空化”技术产生亚微米或者亚纳米粒级的微气泡，利用微气泡可显著提高微细浮选颗粒的浮选速率常数，又利用“管流强制矿化和静态分选”双流态特征，来提高微细矿物颗粒与微气泡之间的碰撞概率和降低微细粒脉石的泡沫夹杂，实现精矿质量和回收率的双增加。根据微细粒浮选柱的原理主要研究的技术和内容包括：1、射流气泡发生器的结构、放大准则、耐磨部件的优化设计对浮选机性能的影响研究，射流气泡发生器的流体力学优化研究；2、矿浆压力对设备工作性能的影响，即矿浆压力与精矿质量和回收率之间相互规律；3、设备的含气率大小与精矿质量和回收率之间的相互作用规律及数学模型；4、成套设备的泡沫厚度自动控制设计优化与矿浆压力自适应设计原则。4.高效节能微细粒磨矿装备嵌布粒度微细是西部矿产资源的特点之一，细磨才能使矿物解离实现分选。采用运行成本低，建设费用少，操作简便、运转容易可靠，磨矿产品质量稳定的立式细磨设备是实现西部资源高效开发利用的关键因素。以粒级分段分选法查明西部矿产资源分选合适粒级，调控立式细磨设备窄粒级分布条件，建立窄粒级低能耗超细磨的应力模型，并形成调控技术，实现对西部矿产资源的高效窄粒级磨矿，得到窄粒级分布细磨产品，为后续高效分选打下基础。（5）入选理由①低碳绿色矿产开发利用技术集成了绿色环保特种浮选药剂开发、低碳高效微细粒浮选装备、高效微细粒节能磨矿装备关键共性工艺技术，适合西部矿产资源贫、杂、细的特点以及西部高寒、缺水、环境保护要求高的特点，解决西部铁矿及锰、铬黑色金属矿大力开发利用的最大技术障碍和瓶颈，为西部铁矿及锰、铬黑色金属矿大力开发利用提供技术支撑，对加快推进低碳型的特色优势产业发展，推动建立一批能够充分发挥地区优势、具有较强竞争力的低碳产业园区和低碳产业基地，全力构建西部特色低碳产业体系，为西部大开发提供坚实的产业提供强力支撑。②低碳绿色矿产开发利用技术，针对我国类似矿山具备广阔的推广应用前景。不仅对我国产矿开发利用技术进步具有重要推动作用。同时也契合国家构建丝绸之路经济带，对我国更西部地区哈萨克斯坦、阿富汗等国家拥有相似地区环境特色和资源特征的矿产资源开发利用具有推广应用前景。③低碳绿色矿产开发利用技术是释放西部铁矿开发利用产能的关键，可以大幅度推动西部钢铁工业发展，对增加我国铁矿石自给率作出贡献，对我国向西与丝绸之路沿线各国经济发展交流合作和基础建设，共建丝绸之路经济带具有重要意义。