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钨矿资源开发利用现状和清洁生产技术探讨.pdf
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1、第 38 卷第 4 期 Vol.38,No.42023 年 8 月 China Tungsten Industry Aug.2023 收稿日期:20230710 作者简介:李 军(1980),男,甘肃白银人,高级工程师,主要从事钨选矿和冶炼方面的研发与管理工作。DOI:10.3969/j.issn.1009-0622.2023.04.001 钨矿资源开发利用现状和清洁生产技术探讨 李 军,龙 冰(湖南柿竹园有色金属有限责任公司,湖南 郴州 423037)摘 要:本文主要围绕国内外钨矿资源的特点、开发利用和清洁生产技术的发展情况进行了简要阐述,通过调研统计数据和行业发展状况,分析了钨资源储量、产
2、量分布情况及钨资源开发利用清洁生产技术现状,指出了中国钨资源开发利用存在的若干突出问题。针对钨资源清洁生产技术问题,探讨了未来钨资源开发在采矿、选矿及冶炼技术上的发展思路,主要是发展智能采矿技术、创新采矿方法、智能抛废技术、钨选矿新工艺、新药剂、新设备、选矿废水回用技术、风化钨选矿技术及选冶一体化技术等。提出了钨资源开发利用的各个环节要大力发展清洁生产技术,推动钨行业健康可持续发展。关键词:钨资源;开发利用;清洁生产 中图分类号:F426;TF841 文献标识码:A 1 全球钨矿资源特点 1.1 全球钨资源储量情况 美国地质局(U.S.Geological Survey)公布的数据显示,202
3、2 年,全球钨储量预计 380 万 t(钨金属,下同),与 2021 年 370 万 t 相比增加 2.70%。其中,中国钨储量 180 万 t,与 2021 年 190 万 t 相比减少 10 万 t,占全球总储量的 47.37%;俄罗斯钨储量 40 万 t,占比 10.53%,同比持平。数据显示虽然中国钨资源储量下降,但资源优势依然明显。全球钨资源储量分布见表 1。1.2 全球钨资源产量情况 2022 年,全球钨产量预计 84 000 t,与 2021年 83 800 t 相比增加 0.24%。其中,中国钨产量最高,为 71 000 t,占全球总产量的 84.52%;越南排名第二,为 4
4、800 t,占比 5.71%;俄罗斯排名第三,为 2 300 t,占比 2.74%。数据显示中国钨精矿产量在全球的占比偏高,与拥有的钨资源储量 表 1 全球钨资源储量分布 Tab.1 Distribution of global tungsten reserves 2021 年 2022 年 国家 储量/t 同比/%占比/%储量/t 同比/%占比/%中国 1 900 000 0.00 51.35 1 800 000 5.26 47.37 俄罗斯 400 000 0.00 10.81 400 000 0.00 10.53 越南 100 000 5.26 2.70 100 000 0.00 2.6
5、3 西班牙 52 000 3.70 1.41 56 000 7.69 1.47 朝鲜 29 000 0.00 0.78 100.00 奥地利 10 000 0.00 0.27 10 000 0.00 0.26 葡萄牙 5 100 64.52 0.14 3 100 39.22 0.08 其他国家 1 200 000 36.36 32.43 1 400 000 16.67 36.84 全球合计 3 700 000 8.82 100.00 380 000 2.70 注:数据来源:U.S.Geological Survey 2 第 38 卷 不匹配,钨资源过度开采导致中国的钨资源储量占比持续下降。20
6、182022 年全球钨精矿产量分布情况见表 2。为保护和合理开发优势矿产资源,保障资源可持续供应,调节和维护市场供需格局和行业经济效益,减少对环境的破坏,中国政府从 2002 年开始实施钨矿开采总量控制。由于钨与其他金属矿伴生,部分民企为逃避监管,以其他金属矿种的名义非法开采钨矿,导致政府部门难以监管到位。钨精矿实际开采量始终超过国家下达的控制指标,年均开采量超指标约 40%,在 2010 年达到最高,超出总量控制的 62.5%1。表 2 20182022 年全球钨精矿产量分布 Tab.2 Global distribution of tungsten concentrate producti
7、on from 2018 to 2022 钨精矿产量/t 国家 2018 年 2019 年 2020 年 2021 年 2022 年 2022 年同比/%2022 年占比/%中国 65 000 69 000 66 000 71 000 71 000 0.00 84.42 越南 4 800 4 500 4 500 4 800 4 800 0.00 5.71 俄罗斯 1 500 2 200 2 400 2 300 2 300 0.00 2.73 玻利维亚 1 370 1 060 1 350 1 563 1 400 10.43 1.66 卢旺达 920 900 860 1 340 1 100 17.
8、91 1.31 奥地利 936 892 890 900 900 0.00 1.07 西班牙 750 603 500 400 700 75.00 0.83 葡萄牙 715 518 550 502 500 0.40 0.59 朝鲜 1 410 1 130 410 英国 900 蒙古 1 940 1 900 1 900 其他国家 900 1 070 960 973 1 400 43.88 1.66 全球合计 81 141 83 773 80 320 84 178 84 100 0.09 100.00 注:数据来源:U.S.Geological Survey 1.3 钨的矿物 具有工业价值的钨矿物主要
9、是黑钨矿和白钨矿,其中黑钨矿包括钨铁矿、钨锰矿和钨锰铁矿,现在国内外钨矿物资源主要以白钨矿为主。1980 年的统计显示,国外白钨、黑钨资源占比分别为 73%、27%;2002 年的统计显示,国内钨基础储量中白钨、黑钨分别占 70.4%、29%2。由于黑钨矿资源品位高,普遍呈脉状,破碎后直接采用低成本的重选工艺即可富集成精矿,且黑钨矿用氢氧化钠低压下即可完全分解;而大部分白钨矿资源品位低,伴生矿种多,不易开采,需要采用高成本的浮选工艺进行富集,加上白钨矿分解技术长期不成熟,导致黑钨资源过早消耗。2 钨资源开发利用情况 2.1 国内外钨资源开发情况 国内钨矿资源开发主要集中在中国五矿集团公司(以下
10、简称“五矿”)、江西钨业控股集团有限公司(以下简称“江钨”)、洛阳栾川钼业集团股份有限公司(以下简称“洛钼”)和厦门钨业股份有限公司(以下简称“厦钨”)四家企业。江钨以黑钨资源为主,矿山开采时间平均长达几十年,钨资源消耗过快,采矿成本居高不下,西华山、岿美山、画眉坳、小龙和盘古山等近半数矿山资源枯竭;五矿旗下钨矿山除瑶岗仙钨矿产部分黑钨,其他矿山均为白钨或黑白钨混合矿,是全球最大的钨资源拥有者和生产商;洛钼主要是在选钼尾矿中回收白钨;厦钨旗下的都昌金鼎等钨矿山均以白钨矿为主,现有矿山规模小,开采时间短,该公司正在与江钨合作开发九江大湖塘钨矿,目前该矿是世界上第二大的钨矿。国外钨矿山的开发进度正
11、在加快,预期未来几年国外的钨精矿产量会不断增长。由江西铜业集团有限公司(以下简称“江铜”)牵头开发的哈萨克斯坦巴库塔(Boguty)钨矿 WO3平均品位 0.226%,设计年处理原矿 330 万 t,预计于 2024 年建成投产。加拿大多伦多商业新闻简讯报道,加拿大阿尔蒙特工业公司(Almonty Industries Inc)所属的韩国第 4 期 李 军,等:钨矿资源开发利用现状和清洁生产技术探讨 3 桑 东 钨 钼 矿(Sangdong Tungsten Molybdenum Project)2020年开始进入半工业试验阶段,预计2024年正式投产。国内外钨精矿供应总体呈缓慢增长态势。虽然
12、部分传统钨资源产地的钨矿山因品位下降而减产,部分小矿山因安全环保和经济效益等因素长期停产。但随着陕西商洛镇安县钨矿、哈萨克斯坦巴库塔(Boguty)钨矿、广西博白县油麻坡钨钼矿和九江大湖塘钨矿等一些非传统钨资源产地钨矿山的陆续建成投产,钨精矿的供应量将持续增加。2.2 中国钨资源开发利用存在的问题 钨资源开发过快,钨储量下降明显。按照美国地质局公布的数据,2022 年中国钨资源储量占全球总储量的 47.37%,钨精矿生产量却达到了全球总产量的 84.52%,说明中国的钨资源储量优势正在不断丧失。虽然近年新探明的钨资源使得中国钨资源储量在总体上有一定增加,但基础储量仍然快速下降,并且新勘探的大型
13、钨矿资源更趋“贫、细、杂”化,开发利用技术难度大,预期经济效益不乐观。乱采滥挖未根本治理,环境破坏严重。民企乱采滥挖情形依然十分严重,钨精矿总量难以得到有效控制,中国钨业协会统计的国内钨精矿年度产量始终比实际市场交易量低 30%以上。乱采滥挖不仅造成资源的严重浪费,民企还盗采国有矿山资源,造成严重的安全隐患和环境问题,引发社会治安问题和群体性事件。钨资源清洁生产水平提升空间大。国内新发现的钨矿基本位于南岭成矿带以北,以白钨矿为主,同时伴生其他金属,部分矿山适合露天开采。而国内现有白钨采矿普遍是坑采,本质安全程度低,不适合机械化大规模作业,火工品消耗量大;选矿技术以浮选为主,浮选药剂难以降解,选
14、矿尾水因含有各种选矿药剂导致回用困难,冶炼环节对钨精矿质量要求高品位低杂质,导致浮选流程冗长、回收率不高和能源消耗高。3 钨资源利用清洁生产技术探讨 3.1 采矿技术 3.1.1 发展智能采矿技术 如智能无人电动矿车替代单个燃油车辆等,增强本质安全,减少碳排放,改善作业环境,实现全天候作业。随着科技的进步,在规模化采矿作业过程中早已实现了机械化,结合电子信息、计算机技术的进步,如 5G 信息技术,矿山开采也逐步实现了自动控制和远程控制,正朝着智能化的方向发展。比如湖南柿竹园有色金属有限责任公司等一些大型矿山企业在采矿过程中凿岩、装药、爆破、出矿、通供风、供排水等工序成功应用远程控制和自动控制,
15、凿岩和出矿等还实现了无人作业,矿山本质安全水平得到极大提高。采矿过程的远程控制是基于空间感知技术、信息通讯技术、算法数据库等技术经过有机融合的智能机械化技术,能够实现自动感知、分析周围环境,从而作出决策并执行,这也是智能采矿技术的发展方向3。3.1.2 创新采矿方法技术 如大直径深孔爆破等新型采矿技术,降低火工品消耗。有数据显示,采矿爆破由中深孔爆破改为大直径深孔爆破,炮孔崩矿量由中深孔的 5 t/m 提升到22 t/m,采矿效率大幅提升;炸药单耗由中深孔的0.5 kg/t 下降至 0.4 kg/t,炸药单耗有效降低。局部使用非爆采矿技术,比如液压开采等,实现低噪音低粉尘的环保采矿。在井下采矿
16、过程中,天井是必不可少的重要采矿工程,可应用天井钻机,实现天井掘进机械化作业,取代普通爆破法掘进天井,有效地避免了天井掘进过程中炸药使用,降低了爆破粉尘,提升了作业的安全性。在整个矿山采矿的工作中,需要不断优化创新采矿方法技术,要真正做到在行业中领先的地步还需要在思想上开拓进取,在生产实践中创新摸索、在技术优化上实现进步,不断完善研发出符合我国不同矿山条件下,科学合理的矿山安全生产采矿体系,尤其是创新应用露天高台阶采矿技术、井下极深部矿体开采技术以及复杂难采矿体开采技术,不仅需要矿山行业研究者们不断地去学习和借鉴其他行业的先进采矿技术,总结施工经验,还需要进一步创新矿山开采技术方法和施工工艺4
17、。3.2 选冶技术 3.2.1 大型智能抛废选矿设备 矿产资源的开采不可避免会混入围岩和夹石,降低出矿品位,且原生矿产资源贫细杂化,采用传统的选矿技术难以做到高效、低成本及环保的开发利用,采用预选抛废工艺处理提高矿石入选品位,进而提高资源综合利用水平,成为非常重要甚至是必然的选择。随着预选抛废技术的研发和进步,预选抛废工艺愈加多样化、高效化、智能化(如光电选矿抛尾、重介质抛尾、磁选抛尾、浮选抛尾及联 4 第 38 卷 合工艺抛尾等),预选抛尾可处理的矿物种类越来越多、设备的处理能力越来越大、入选抛尾粒度范围越来越宽。在面对原生矿产资源贫细杂化,选矿工艺日趋复杂及能耗、生产成本的攀升,预选抛尾在
18、节能降耗、降低成本、提高资源综合利用率水平及提升生态环境保护水平等方面的成效愈加显著5。3.2.2 钨选矿新工艺、新药剂和新设备的研发 针对不同的钨矿,采用重选工艺、磁选工艺、浮选工艺及联合工艺,需开展研究筛选最适合的钨回收清洁生产技术,提高钨回收率,简化流程,降低选矿成本,减少选矿废水污染。由于黑钨矿、白钨矿和黑白钨混合矿属于三种不同类型的矿床,其采用的选别技术也存在很大的区别。黑钨矿的矿物成分相对比较简单,嵌布粒度较粗,易于分离,分选的主干流程一般以重力选矿为主,技术成熟,选矿回收率高;白钨矿主要是细脉浸染型、云英岩、夕卡岩及复合型,矿石中有用矿物和脉石矿物的成分都比较复杂,有用矿物结晶粒
19、度细,常呈浸染状嵌布于矿石中,多属难选矿石,多以浮选法为主;黑白钨混合矿则综合应用了黑钨矿和白钨矿的选矿技术6。如某大型复杂多金属矿属于夕卡岩型黑白钨多金属矿,其钨矿物由白钨矿和黑钨矿组成,比例约为 73,黑钨矿与白钨矿相互共生交代,黑钨矿嵌布粒度略粗于白钨矿。矿石中萤石、方解石、磷灰石等与白钨矿可浮性相近的含钙矿物较多,这就导致了采用浮选法分离难度增大。另外,矿石中含有 30%以上比重大、高硬度耐磨的石榴子石,造成重选分选效率低7。该矿钨选矿技术变革经历了重选工艺、浮选工艺、浮选-重选工艺、浮选-磁选-重选工艺等。浮选药剂由 731 等脂肪酸类捕收剂变成苯甲羟肟酸类捕收剂,再到现在的金属-有
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