「採用該礦用懸浮焙燒系統處理寧鄉式鮞狀赤鐵礦，不僅所需焙燒溫度低、速度快、時間短、運行穩定、焙燒產品質量好，而且可回收大量餘熱，有利於節能降耗。整個系統操作簡便，生產安全，具有推廣應用價值。」
近日，由中國地質科學院礦產綜合利用研究所（簡稱「成都綜合所」）專門針對我國難利用礦石——鮞狀赤鐵礦而研發的礦用懸浮焙燒爐順利通過了專家組的評審驗收。
作為此項目的主審，我國金屬選礦領域的專家、中國地質調查局研究員金永鐸對該項目讚不絕口。他說：「這是具有強大生命力的設備，很有推廣價值和應用前景！」
向世界難題發起挑戰
寧鄉式鮞狀赤鐵礦是我國分布最廣、儲量最多的沉積型鐵礦，也是我國乃至世界上最難利用的鐵礦，其利用問題曾被喻為世界性難題之一。
據了解，這類鐵礦床廣泛分布於湖北、湖南、江西、四川、雲南、貴州、廣西等省(區)及甘肅南部地區，現已探明的該類鐵礦儲量達37.2億噸，佔全國沉積鐵礦探明儲量的73.5%，預計資源量可達上百億噸。鄂西、湘西是我國寧鄉式鮞狀赤鐵礦的主要富集區。
在20世紀 50年代，國家為開發鄂西地區鮞狀赤鐵礦投入了大量地質勘查工作，查明鐵礦資源儲量16.87億噸。截至2003年底，依據湖北省礦產資源儲量表的統計結果，恩施自治州已查明的鐵礦有19處，累計探明鐵礦石資源儲量12.85億噸，佔湖北省鐵礦石總資源儲量29.96億噸的42.89%，居湖北省第一位，名列全國寧鄉式鮞狀赤鐵礦儲量首位。此外，還有30餘處鐵礦點勘查工作程度較低，僅做過礦點檢查，從成礦地質條件分析資源潛力較大，預測遠景資源量在10億噸以上。
但是，由於鮞狀赤鐵礦為中品位高磷低硫酸性鮞狀赤鐵礦，屬難選礦石，多年來一直因未能解決利用問題，而被劃入表外儲量，成為呆礦而沉睡地下。從2006年起，寧鄉式鮞狀赤鐵礦開始有人問津，可研究成果因為指標不理想、工藝複雜、設備缺乏、成本高等，都未達到工業化開發利用鮞狀赤鐵礦的目的。國內部分鋼鐵企業只是把鄂西鐵礦作為配礦，用量較少。
「鮞狀赤鐵礦資源集中，為我國僅存的少數幾個未開發的整裝礦山。隨著我國國民經濟的快速發展，我國鐵礦資源的保障程度已不足，供需矛盾十分突出。大力開發高效、適應鄂西鐵礦資源特點的利用工藝技術，使該類呆礦變為『活礦』，對提高我國鐵礦資源保障程度具有重大意義。」成都綜合所劉亞川態度十分明確地說，「作為國家公益性地質調查隊伍，成都綜合所有責任也有義務圍繞國家整體戰略，針對世界性難題進行攻關。」
也正源於此，2008年~2010年，成都綜合所實施了地調項目——「鄂西寧鄉式鐵礦利用工藝技術研究」，拉開了向世界性難題挑戰的序幕。
事實上，對實施這一項目，當時許多人心裡並沒有十足的把握。「許多科研單位針對鮞狀赤鐵礦利用問題進行了多年的持續攻關，但一直沒有獲得突破。成都綜合所能行嗎？」對此，國內一些專家甚至成都綜合所內部的人士都發出了不同聲音。
「我們在金屬礦產選冶領域具有雄厚的實力，尤其是通過對釩鈦磁鐵礦多年的持續攻關，在難利用鐵礦的選冶科研方面積累了大量經驗，這些都是我們開展鮞狀赤鐵礦利用研究的優勢。」成都綜合所領導在集思廣益的基礎上，最後下定了決心——幹！
但是，要想攻克世界性難題絕非易事，需要一流的團隊和敢於擔當的項目負責人。成都綜合所抽調精兵強將，成立了以所長劉亞川、研究院張裕書為項目負責人的科研專題組，開始了為期兩年的技術攻關。
「要促進鮞狀赤鐵礦的大規模開發利用，必須加強高效脫磷脫矽浮選藥劑的研究、新型磨礦和選礦設備的研究以及適應性強、成本低的選別工藝等方面的研究。」張裕書在認真總結以前的科研成果的基礎上，確定了自己的主攻方向。針對鮞狀赤鐵礦礦石礦物組成複雜、脈石礦物含鐵量高、要求藥劑捕收能力強等特點，他們通過多次試驗，研發出了較好的陰離子脫磷捕收劑和陽離子脫矽捕收劑，並針對新型浮選藥劑開展了浮選試驗研究，取得了良好效果。
2009年，成都綜合所對鮞狀赤鐵礦的科研攻關終於取得了突破。他們研發的磨礦-脫泥-浮選工藝通過擴大連續性試驗，獲得了鐵品位57.62％、磷含量低於0.03％、鐵回收率達80％以上的合格鐵精礦產品，使鮞狀赤鐵礦的各項研究指標一下子躍居全國同類研究領先水平。由此，我國數十億噸酸性鮞狀赤鐵礦資源的利用問題迎刃而解。該項成果被評為「2010年中國地質調查局十大進展」。
攻克最後一個「堡壘」
如果說成都綜合所研發的磨礦-脫泥-浮選工藝，讓難利用的鮞狀赤鐵礦「一夜復活」的話，那接下來他們研製的礦用懸浮焙燒爐，無疑讓鮞狀赤鐵礦成為了在低成本情況下得到高質量鐵精礦的「富礦」。
「多項研究表明，鮞狀赤鐵礦、菱鐵礦、褐鐵礦等複雜難選鐵礦利用常規的選礦方法較難獲得高質量的鐵精礦，磁化焙燒處理這些礦石是最有效的方法之一。」劉亞川說。
為實現鮞狀赤鐵礦的低成本高效利用，該所又於2011年聯合東北大學實施了地調項目——「礦用懸浮焙燒爐研製」。
目前，我國工業上使用的磁化焙燒設備主要有豎爐、迴轉窯等。豎爐只適宜於焙燒塊礦，原料利用率低，物料呈堆積態，傳熱效率低，自動化程度低，處理量小，中心易欠燒，表面易過燒。迴轉窯可以實現全粒級焙燒，但設備投資大，熱量利用率低，焙燒成本高，對物料、燃料、含水量、焙燒氣氛、溫度等要求嚴格，需精確控制，否則容易結圈，導致工業生產作業率低。
「所以，研製一種高效、節能的磁化焙燒裝備，以填補焙燒設備上的不足，成為了鮞狀赤鐵礦高效利用的又一個關鍵。」張裕書說，「本項目就是針對鮞狀赤鐵礦等複雜難選鐵礦石，在以往懸浮焙燒研究的基礎上，研製出一種高效的磁化焙燒設備——礦用懸浮焙燒爐，為我國複雜難選鐵礦石的開發利用開闢了新途徑。」
但是，研製這樣的設備面臨著諸多技術難點：鐵礦石中含有低熔點物質，在高溫和還原氣氛共同作用下容易形成 「結圈」，堵塞設備；磁化焙燒獲得的磁鐵礦，如果直接排入水中冷卻，會浪費大量的熱量，但如果在空氣中冷卻，若條件選擇不當或設計不合理，會使磁鐵礦氧化成弱磁性的赤鐵礦，降低選別指標；如果流態化預熱、流態化反應以及流態化冷卻裝置設計不合理，將會造成運行不暢（堵料）、還原產品質量不高（低效）以及浪費大量熱量（耗能）。
所以，如何研製一套既能回收大量餘熱，又不產生結圈、設備運行通暢、焙燒指標良好的磁化焙燒爐，不僅是本項目的技術難點，也是項目的重中之重。
以劉亞川和張裕書兩人為負責人的項目組聯合東北大學知難而進，圍繞上述技術難點開始了有針對性的研製工作。他們通過先期的熱平衡計算、設備設計，於2012年1月10日安裝完成了該套設備，並通過了專家驗收。隨後在完成焙燒系統的初步驗收和初步調試後，他們按照專家在驗收和調試時提出的意見對設備進行了大量的整改和提升。經過試驗，他們研發了鮞狀赤鐵礦連續懸浮磁化焙燒-磁選-反浮選工藝，獲得了鐵精礦全鐵品位60.13％、回收率74.59％、含磷0.24％的優異技術指標。
通過評審，專家們一致認為該設備具有工藝設計合理、結構設計先進、自動控制完善、回收大量餘熱等創新點，具有很強的適用性和推廣價值。
談到該設備的優點時，張裕書如數家珍地說，焙燒能耗低、焙燒產品質量好、設備運行穩定、焙燒成本低、焙燒溫度低、焙燒時間短，而且自動化程度高、設備作業率高、佔地面積小、設備磨損小。經測算，設備處理能力為100千克/小時左右，焙燒時間為3分鐘左右，焙燒作業單位成本為83.12元，分別為豎爐的87%、迴轉窯的49%左右。
更重要的，該設備應用前景十分廣闊，除可以適用於30億噸以上鮞狀赤鐵礦、約18億噸菱鐵礦、10億~20億噸褐鐵礦、鏡鐵礦、羚羊鐵礦、混合型鐵礦，以及其他難選鐵礦外，對設備進行適當改進後，還可以用於金礦等其它需要焙燒的礦石。
「這套設備在我國已經十分成熟，類似的設備在氧化鋁焙燒中得到了大量應用，已經實現了工業化。只需要按照成都綜合所研究出的新工藝，對設備進行改造提升，就可以拓展到鮞狀赤鐵礦的焙燒中。」東北大學設計院原院長、瀋陽鑫博公司董事長劉鶴群表示。
成都綜合所對鮞狀赤鐵礦的利用研究遠不止於此。他們還開展了鮞狀赤鐵礦高效清潔利用技術研究，不僅讓其能夠高效利用，而且實現了清潔利用。選礦廢水可回收利用，工藝中獲得的浮選尾礦和磁選尾礦均可作為水泥生產填料，應用於建築、裝飾等領域。
成果轉化仍需多方給力
儘管通過對鮞狀赤鐵礦利用的持續科技攻關，成都綜合所已經完全解決了鮞狀赤鐵礦的高效利用問題，但這一成果卻是「熟透的挑子無人摘」，還沒有得到很好的轉化和推廣。
究其原因，一方面因為該工藝和設備前期投資大，一般需要5000萬元左右，許多企業尤其是民營企業因擁有的鐵礦資源少，覺得總體下來不划算，不願意應用；另一方面，國家對利用鮞狀赤鐵礦這類低品位、難利用礦石的扶持激勵政策不夠，企業缺乏積極性。
「要真正使鮞狀赤鐵礦得到規模開發、高效利用，國家必須出臺相關政策，對開發利用難利用礦石，要在資源配置、綜合利用示範基地建設、稅費減免等方面給予傾斜，鼓勵其積極推廣應用新技術、新工藝、新裝備。」張裕書說。
對此，韓躍新持相同觀點。他認為，對鮞狀赤鐵礦這些低品位、難處理的礦石利用，國家應比照循環經濟的優惠政策給予扶持。
事實上，成都綜合所研發的這項技術和設備，對保證我國鐵礦資源的供給，保障我國經濟安全具有十分重要的戰略意義。作為為世界第一鋼鐵生產大國與消費大國，近幾年來我國鐵礦石自給率逐年下降，對外依存度不斷攀升。其主要原因就是我國鐵礦資源中貧礦、難採、難選礦佔比大，許多鐵礦資源無法得到有效開發利用。
「鐵礦石問題已經成為懸在整個行業頭頂的一把利劍。在當前我國鐵礦石進口居高不下的嚴峻形勢下，如何合理開發利用低品位、難利用鐵礦資源，提高國內鐵礦石自給率已成為當務之急。」最後，劉亞川表示，「國家應出臺政策，建立綜合利用先進技術示範點，讓成熟的技術儘快轉化成現實生產力，以從源頭緩解我國鐵礦石自給率不足、對外依存度過高的問題。」