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磁选技术
发布日期:2019-01-02 16:39    浏览次数:     作者:弘升振动电机    

  一流的成果源于持续不懈的创新,一流的成果又支撑起来一流的服务。作为一家专门从事矿产资源综合利用技术研发的科研院所,中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所(下称“郑州综合利用所”)用自己的创新实践在矿山企业树起了一流地调队伍的丰碑。

  磁筛技术让低品位铁矿石与国外进口铁矿石相抗衡,难选滑石型钼矿成套选矿技术唤醒了我国5.2亿吨沉睡多年的富含滑石难选钼(铁)矿,盐湖开发新工艺让我国钾盐资源不再受制于人……谈到这一项项创新成果,该所党委书记、所长冯安生感触颇深地说:“这是我们紧盯国家重大战略和市场需求,实施创新驱动战略,精心打造科技创新平台,促进科技成果转化与服务的结果。”

  此言非虚。该所作为国家公益性地调队伍,多年来按照中国地调局的统一部署,紧跟国家战略部署和市场需求,坚持用创新理念武装头脑、用创新思维驱动发展、用创新供给侧新技术支撑行业发展,在解决难选冶、低品位、共伴生矿产资源综合利用领域取得了一批具有国际先进水平的科技创新成果,破解了企业发展瓶颈,为众多大中型矿山企业提供了重要技术支撑。

  磁筛技术破解磁铁矿分选难题

  中国加入WTO后,随着铁矿石原料市场国际化,特别是进口矿中铁精矿品位高、杂质少、价格低,国产大中型矿山企业生存压力空前增大。更重要的是,每年大量的铁矿石进口不仅侵吞了大量外汇,还严重影响了国家经济安全。如何通过工艺改进和设备改造来提质降杂、节能减耗,提升国内铁矿石的竞争力,一直以来都是困扰铁矿山企业发展的难题。

  国家的战略、企业的需求,就是科技工作的方向。早在上世纪80年代,郑州综合利用所选矿专家王成学研究员就创新性提出采用磁团聚机理分选磁铁矿,并获得高质量铁精矿产品。“磁团聚重选分选机”专利更是获1985年国家发明专利创造金奖。这一设备后来引起了我国磁铁矿分选领域一次大规模工艺变革,解决了弱磁筒式磁选机无法解决的脉石夹杂问题,大大提高了磁铁矿精矿品位和铁元素回收率。

  上世纪90年代,王成学研究员又带领研究所磁团聚课题组在磁团聚重选机基础上提出新的分选理论——磁场筛选法,并将其应用于磁性物旋流分级领域,通过外加磁场作用使磁铁矿形成较原粒级大数倍的磁团聚体,在离心力场中由于团聚体的粒度组成及比重的差异最终形成旋流分级及旋流重选,通过磁团聚效应强化对磁性铁矿物的回收。这是一种更为先进的分选原理,全面丰富了“磁团聚分选”理论,使物理手段下(相对与浮选等处理方法)磁铁矿的分选理论、分选工艺和分选指标达到国际领先水平。课题组更是利用这一理论,“十年磨一剑”,历经研发试制、工业试验、改造升级和现场调试等环节,于2003年完成工业设备定型——CSX系列磁场筛选机

  工业应用实践表明,磁筛技术能有效排除连生体,使铁精矿品位提高2%~10%,针对一段磨矿(或二段磨矿)磁选粗精矿提高10%~20%,吨精粉成品节水0.5~0.8吨。与同类磁铁矿精选技术设备相比,其节水高达50%以上。同时,其操作简单,对矿石粒度适应性强,对铁矿石水循环利用率提高、钢铁原料提质增效意义重大,堪称磁铁矿粗选分级作业的高效设备。

  多年来,该所的磁筛技术在国内外多家铁矿山企业推广实践,效果显著,先后获得了国家科技进步一等奖、国家发明专利创造金奖、国土资源科学技术一等奖、中国地质调查成果二等奖、河南省科技进步一等奖等诸多荣誉。而磁筛技术研发团队从未满足既有成就,而是精益求精,创新不止。自2003年CSX-I、CSX-II、CSX-III设备相继投入新疆金宝矿业公司、武钢矿业公司大冶铁矿、华冶阿根廷MSG铁矿、宝通矿业、四川德盛集团攀枝花青杠坪矿业、北京华夏建龙集团等大中型矿企后,2016年初研发团队更是在原有设备基础上研制出CSX-Z型磁场筛选机。

  “该设备在处理含泥较多或粒度较细的铁矿时具有明显优势。”研发团队负责人张颖新高工介绍说:“Z型磁筛机还添加了筛网自清洗功能,相比以往型号,在提质降杂的同时,节能降耗的优点也更加突出。”

  盘活呆滞钼资源 一矿变多矿

  “河南栾川被誉为‘中国钼都’,钼金属总储量206万吨。其中,上房沟滑石型钼铁矿为该成矿带三大主要矿区之一,钼金属储量70.5万吨,具有储量大、品位高、伴生元素丰富、埋藏浅、易开采的特点,但矿石因富含滑石,加之矿石类型复杂、有用矿物嵌布粒度细等多种因素,导致矿山生产成本高、收率低、品位低、综合利用率低,从而使得储量巨大的钼铁矿床成为不能被有效利用的呆滞资源。”郑州综合利用所资源与环境研究室的赵平研究员告诉记者。

  上世纪90年代,赵平研究员就带领课题组成员研究上房沟钼矿选矿技术。回想起来,他自己都不敢相信当时哪来的勇气,毕竟“多年来国内外多家科研院所对该矿石进行过试验研究,但滑石型钼矿选矿这一国内外选矿界重大的难题当时一直未被攻克。”

  虽有智慧,不如乘势。正如习近平总书记所言,“推动科技发展,必须准确判断科技突破方向”,综合利用技术创新,更是如此。经过10多年的研究,课题组发现,“滑石分离选矿新工艺与高效药剂和配套装备相辅相成,是解决栾川上房沟难选滑石型钼矿的技术关键。”2008年,在“十一五”国家科技支撑计划课题“共伴生难选钼矿资源选矿关键技术与装备研究”支持下,该所联合洛阳富川矿业有限公司、长沙矿冶研究院有限责任公司、北京科技大学等单位,发挥各自优势,开展对上房沟难选滑石型钼矿的科技攻关。经过4年努力,2012年他们终于成功研发出针对难选滑石型钼矿的成套选矿技术,并采用产学研相结合方式实现了产业化应用,不仅解决了钼回收率低、铁精矿品位低的技术难题,同时解决了原来生产粗精矿运输量大、选矿药剂用量大、生产成本高、回水利用困难等问题,既节能又环保,一举两得。

  “我国5.2亿吨沉睡的富含滑石难选钼(铁)矿可以苏醒利用了。”2012年6月28日,在听取项目组汇报和演示并多次到试验现场考察指导的评审专家们这样评价,磁选分流滑石、粗细分级入选、高效钼浮选、铁精选成套技术“不仅盘活了我国共伴生难选钼矿资源,而且将为我国黑色、有色金属选矿提供强有力的技术支撑,具有广阔的应用前景。”

  上房沟钼(铁)矿是洛阳栾川钼业集团公司重要矿山和主要后备资源。洛钼集团富川矿业公司采用该技术,把850吨/日处理规模的工业试验厂生产规模逐步提高到1000吨/日,并变成正常生产选厂进行生产,实现了钼铁硫的综合回收利用,得到钼精矿品位47%,钼回收率由55%提高到70%,铁精矿品位提高4%,创造年效益3000万元以上。

  中金集团中原矿业公司所属河南卢氏夜长坪钼钨矿同为滑石含量较高的矿石。郑州综合利用所根据其矿石性质特点,将钼矿技术成果进行适应性调整后在该矿进行了推广应用,使钼回收率提高15%,并对矿石中伴生的白钨进行了综合回收。2016年4月至今,项目组对该矿进行了紧锣密鼓的工业试验,初步结果表明,选别指标获得大幅度提高。据悉,公司以此为依据,正在筹划2.3万吨/日规模的矿山建设。

  综合利用盐卤资源 解国家燃眉之急

  无农不稳。钾盐缺乏一直困扰着我国的农业发展,直接关系着13亿人的吃饭问题。1997年,依托国家计委“九五”重点科技攻关项目“西藏扎布耶盐湖锂、硼、钾综合开发扩大试验”,郑州综合利用所开展了扎布耶盐湖锂盐化工提取技术研究。自此,该所与盐卤资源综合利用技术结下了不解之缘,中国地质科学院盐湖与热水资源研究发展中心综合利用研究室也落户于此。该所建立起一支专门从事盐湖资源综合利用技术研发的课题组——盐湖课题组,主要进行盐湖中钾、锂、硼、镁、铷、铯等资源的综合利用和高值化技术攻关,进行工程化和产业化技术服务,为开发盐卤资源的企业提供技术支撑。

  2000年,盐湖课题组采用“水浸→碳化→热解”工艺,在国内率先从盐湖中提取纯度≥99%的国标一级品碳酸锂,锂总回收率达98%。根据这一工艺,西藏扎布耶盐湖锂资源开发产业化示范工程于2005年建成,并分别在日喀则和白银建立西藏扎布耶锂业高科技有限公司和白银扎布耶锂业有限公司,在日喀则形成了年产6000吨碳酸锂精矿的生产规模,产出的碳酸锂精矿运至白银加工厂进行化工提纯,形成了年产5000吨碳酸锂产品的生产规模。正是由于对西藏扎布耶盐湖锂资源开发做出了重大贡献,该所凭借参与“西藏扎布耶盐湖矿床成因、地质勘查、动态观察与开发试验”项目获得2002年度国土资源部科技一等奖和2003年度国家科技进步二等奖。

  2013年,基于水肥一体化现代设施农业的需求,受国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司委托,盐湖课题组进行了水溶性肥料速溶硫酸钾产品研发。科研人员以新疆罗布泊盐湖农用硫酸钾为基体原料,依托硫酸钾晶体溶解动力学的原理,确定了速溶硫酸钾的制备工艺和条件,首创全水溶性肥料速溶硫酸钾专有技术。其开发的速溶硫酸钾产品达到HG/T4365-2012《水溶性肥料》指标要求,具有较高的纯度(钾含量52.56%)和较低的水不溶物含量(0.04%),溶解速度与进口优质产品相当,被业内专家评价为“开发的速溶硫酸钾产品综合指标优于进口优质产品”。

  当前,农业现代化对应用于水肥一体化的水溶性肥料需求十分迫切。“我们研发的速溶硫酸钾能迅速溶解于水中,且易被农作物吸收。更为关键的是,它可以应用于喷灌、滴灌等设施农业,实现水肥一体化,实现节水50%以上,节肥30%,粮食作物增产20%,经济作物每亩节本增收高达600元,可为农业部《到2020年化肥使用量零增长行动方案》提供服务。”郑州综合利用所非金属与盐卤综合利用实验室主任谭秀民研究员告诉记者。

  创新绿色科技 推动转型升级

  信阳市上天梯非金属矿管理区内珍珠岩储量1.27亿吨,占世界的16.4%、亚洲的62.1%、中国的79.6%,具有储量大、品位高、易开采、用途广等特点。如何开发区内这一丰富资源,成了摆在上天梯管理区面前的一道坎儿。

  据了解,当前市场保温板材多以有机保温板材为主,因其工程造价高、施工工艺复杂、粘结性能差、易老化、易燃烧、燃烧放热量大、加速明火蔓延并产生有毒烟气等缺点,成为一类新的火灾隐患。珍珠岩,由于体积质量轻,多孔,具有自保温性能和无机防火特点,其制品成为替代有机保温板材热门产品,日益受到建筑商青睐,但其导热系数大、施工破损率大、开孔膨胀吸水率高等缺陷严重影响了制品的耐候性。

  2013年,上天梯管理区与郑州综合所签订技术合作协议,着手组建“国家非金属矿工程技术研究中心信阳上天梯实验基地”,拟在充分发挥郑州综合利用所在非金属矿产品开发特别是矿物材料研发方面的技术优势,以科技创新推动产业转型升级。研究所科研人员通过气孔结构优化和胶结料组成优化,对高温固相珍珠岩复合主体材料和低温固化珍珠岩矿物聚合材料制备技术开展系统研究,获得关键制备技术,研制出容重和导热系数低、抗压强度和抗折强度高、抗冻性和抗风蚀性能及耐候性能强的防火保温板材,且成本低廉。

  “信阳上天梯珍珠岩矿床是亚洲最大、质量极好的矿床。”接受记者采访时,非金属矿研究室工作人员赵毅兴奋地说。别看他年纪轻轻的,只有30岁出头,可是提起珍珠岩制备高温板材技术,这位毕业于中国科技大学的硕士生侃侃而谈。“目前,我国珍珠岩矿砂产量已居世界首位,受建筑市场拉动,2011年产量高达250万吨。但膨胀珍珠岩及其制品的质量问题日益凸显,市场混乱,产业发展遭遇瓶颈,产品质量及应用规模亟待突破,我们的技术正是‘对症下药’。”

  他给记者算了一笔账,若按每吨珍珠岩保温板材的推广和使用可节约标准煤3吨/年计算,目前,我国有400多亿平方米的既有建筑,按照国家发改委和住房城乡建设部提出的绿色建筑行动方案,若按25%的数量进行改造,就有约100亿平方米的既有建筑需要进行节能改造,以每平方米改造费用200元计,既有建筑节能改造就有高达2万亿元人民币的巨大市场。“况且,每年我国新增建筑面积约20亿平方米,珍珠岩保温板材在建筑节能市场具有非常大的潜力和空间。” 小伙子坚定的目光中,满满的都是信心。

  据他介绍,现在研究所与上天梯管理区示范生产线企业信阳怡和矿产资源开发有限公司合作进行的第一阶段4000平方米建筑样板工程板材生产工作已结束,下一阶段技术推广即将展开。管理区产业基础雄厚,规模以上企业高达80余家,具有极强的行业示范作用。该成果的推广必将加快珍珠岩产业升级转型。

  分子筛有望“上天”支撑航天科技

  自承担科技部“九五”科技攻关项目“富氧分子筛生产工艺研究”,研制开发出新一代LS-HA富氧分子筛以来,郑州综合利用所从事分子筛吸附材料研究已有20余年。

  1999年,该所开展中空玻璃专用分子筛制备技术研究,研制生产的中空玻璃专用分子筛(IG-3A)达到世界领先水平。2012年,该所与俄罗斯共同完成国际合作项目“航空用高效制氧分子筛关键技术研究”。2011年至今,该所与中国航天员科研训练中心建立合作关系,受总装备部航天医学工程研究所委托,研发空间站专用分子筛产品。科研人员采用研究所“一种降低分子筛落粉度的方法”专利,使分子筛产品的粉尘降低到40ppm以下。2013年,“航天用5A分子筛”入选国家重点新产品计划,成为继“小粒径自动罐装中空玻璃分子筛”和“CSX型磁场筛选机”之后,研究所获得的第3个国家级重点新产品。

  目前,产品已提交中国航天员科研训练中心,经过120天的运转,产品的二氧化碳吸附分离性能、分子筛循环再生性、热稳定性及可靠性得到证明,满足了原理样机每天3千克二氧化碳的脱除能力。目前,产品正在中国航天员科研训练中心的工程样机上使用,未来将成为“上天”正式产品。

  艰难困苦,玉汝于成。2016年是“十三五”开局之年,中国地质调查局更是把加快推进地质科技创新作为头等大事来抓,对加强矿产资源节约与综合利用工作提出了更高要求。冯安生说:“我们将继续紧密围绕部党组、局党组中心工作部署,主动适应地质科技、经济发展新常态,实施创新驱动发展,大力发扬‘钉钉子’精神,提升综合利用水平,依托矿产资源节约与综合利用调查工程,多出成果、出大成果,为服务国家战略需求、服务大中型矿山企业做出更大贡献。”


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