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锰矿资源开发阶段

发布时间: 2008-5-20 17:39:39 浏览次数: 1087

锰矿地质勘查工作,与铁矿一样,分为普查、详查和勘探3个阶段,采用不同比例尺地质调查和地质勘探手段,由表及里,由浅入深地完成勘查任务。
   
(1)地质普查    这是寻找、发现锰矿并做出初步评价的工作阶段。在有锰矿形成的远景区内,进一步开展1/5万或1/1万比例尺地质调查,以便确定锰矿的存在和初步规模。对已发现的矿点或矿层进行普查工作,查明是否有进一步工作的价值,提交普查报告,一般探求D+E级储量,为是否进行详查阶段工作提供依据。在普查阶段中,要基本查明矿田构造、含矿地层分布,正确划分含锰地层和分析锰矿形成的岩相、古地理条件,研究矿区构造、锰矿露头、追索锰矿的分布和延伸,了解氧化锰矿与原生锰矿的关系,分析锰矿远景。在岩矿物性条件具备时,可以开展地球物理探矿工作,有的地区也可以开展地球化学探矿工作。在确认最有希望的含锰地段,进行重点研究,布置少量槽、井探等地表探矿工程以揭露矿体,或用稀疏的钻探工程探索矿体深部延深,初步确定锰矿体的形态、产状、分布、矿石的质量与数量。
   
(2)地质详查    目的和任务是对经过普查阶段工作证实具有进一步工作价值的矿床,做出是否具有工业价值的评价,提交详查报告,一般探求C+D级储量,其中C级储量要达到10%~20%,为是否进行勘探阶段工作提供依据,并可提供矿山总体规划和矿山项目建议书使用。要求应用地质方法和探矿工程手段,较详细地查明锰矿区构造、矿体分布范围、矿体产状和形态、矿石质量、数量和工业利用的可能性。一般用一定密度的探矿工程控制矿体的空间变化,并需填绘1/5千或更大比例尺的地质图,开展相应的地质综合研究。同时,初步开展矿床经济技术评价,根据工业利用特点,确定合理的工业指标,开展锰矿加工技术试验、水文地质和工程地质研究、矿山开采技术条件研究等。总之,有关矿石质量,矿床开采利用的经济意义等问题,在详查阶段得出基本评价结论。对我国许多中、小型锰矿床来说,详查阶段工作成果可作为矿山建设设计和开采的依据。
   
(3)地质勘探    目的和任务是对经过详查阶段工作证实具有重要工业价值,并拟近期开采利用的矿床进行勘探,按全国矿产储量委员会制定的有关规范探求各级储量,提交勘探报告,作为矿山建设可行性研究和设计的依据。在勘探阶段要更详细地查明矿体的形状、产状、分布范围、延深,以了解矿体变化规律,对矿田构造及其规律,矿石质量、品位变化、结构构造、伴生组分和共生组分,有害元素及其对矿石质量的影响,矿石在大规模工业利用中的价值均需作详细研究,进一步开展锰矿石加工技术试验,确定合理选矿方法和工艺流程,进行工业和半工业试验;还需进一步查明矿区水文地质条件和工程地质条件,矿山开采技术条件;对矿床未来的工业开发利用经济价值,经济效益和社会效益,矿床开采时的资源效益、生态平衡和环境保护等提出正确评估。勘探范围内B+C级储量应>70%,其中B级应占有10%~20%,并分布于首采地段。
   
锰矿地质勘查的不同阶段,是根据矿床的工业经济意义和工业部门的要求不断深入开展的。我国锰矿资源特点是以中、小型锰矿为主,有许多矿床只要经过详查即可开发利用,不必再深入开展详细地质勘探工作。对于一些大型矿区(床),可以根据生产建设规划的要求划分为不同矿段,分期进行详查和勘探,无需同时进行全面的勘探工作。我国锰矿资源类型复杂,在锰矿普查、详查和勘探中,始终贯穿着根据矿石工业利用的可能性来开展工作,必须由工业部门确定矿石工业指标,包括矿石品位、有害杂质含量、矿石可采厚度和夹石剔除厚度、工业利用方法等。最终地质报告依据《锰矿地质勘探规范》和工业部门提出的具体要求编制。

 

(一)勘探类型和工程网度

 
   
我国现行的勘查规范依据锰矿的展布面积、稳定程度、构造复杂程度三要素把我国锰矿床划分成4个勘探类型:
   
Ⅰ类型,锰矿展布面积大、矿层稳定、地质构造简单,例如铜锣井和民乐锰矿;
   
Ⅱ类型,锰矿展布面积大、构造简单,但矿层不够稳定,或者矿层稳定构造简单,但矿层展布面积中等,例如湘潭、斗南(Ⅰ矿段)和龙头锰矿;
   
Ⅲ类型,锰矿层展布面积中等、矿层稳定,但后期地质构造复杂,例如瓦房子锰矿和八一锰矿;
   
Ⅳ类型,锰矿体小而不稳定,或者小而构造复杂,大多数是热液型和风化堆积型锰矿床,例如玛瑙山和广西等地某些小型堆积锰矿。锰矿地质勘探要使用大量的探矿工程,工程间距按上述类型划分来确定(表3.3.9)。
   
《锰矿地质勘探规范》使锰矿地质勘查活动有章可循,促进了锰矿地质勘查工作的发展。但是《锰矿地质勘探规范》中的勘探类型难以量化,地质工作者仍需灵活地运用这些原则。例如下雷锰矿的北、中和南几个矿区根据矿体埋藏情况不同而确定不同的勘探类型,布置探矿工程间距也有所不同;龙头、东平和土湖锰矿区定为Ⅱ类型,采用200m×200m网度求C级储量;荔浦、平乐锰矿区定为Ⅲ类型锰矿;采用100m×100m求C级储量等。在地质勘探中遵循先普查、后勘探,先地表、后地下,先疏后密的原则,正确划分地质勘探类型和合理使用工程网度,有的需综合评价和推广探采结合的经验,以正确、合理使用勘探资金和缩短勘探周期。

 

3.3.9锰矿勘探类型和勘探工程间距表

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锰矿地质勘查的目的,最终是要提交能为工业部门所利用和矿山设计用的地质勘探报告,获得符合工业技术经济要求的锰矿石储量。要按照锰矿勘探研究程度和工程控制程度,探求不同级别的矿石储量。通常B级储量要求详细地控制矿体形状、产状和空间位置,查明构造以及矿石工业类型、品级种类和变化规律,通常分布在矿体的浅部或首先开采地段,储量比例的多少按照勘探类型和矿床规模的大小而确定,一般大、中型矿B级应占勘探区储量的10%~20%;C级储量也是矿山建设设计的重要依据,要求达到基本控制矿体形状、产状和空间位置,了解构造基本情况、矿石质量及其变化规律,在每个勘查阶段都要按比例探求相应级别的矿石储量,在大中型锰矿勘探范围,要求探明B+C级储量占70%以上;D级储量,要求对矿体形状、产状和分布范围大体控制,地质构造基本清楚,矿石工业类型和品级也已确定,可以作为矿山建设远景规划或进一步勘探的依据。在小型锰矿的普查或详查阶段,D级储量可达50%左右。对于复杂类型的小锰矿,对储量级别不作具体要求,只能进行边采边探。

 

二、矿山开采

 
   
我国锰矿开拓方法有:露天开采、露天水力开采和地下开采三种。

 

(一)露天开采

 
   
目前,风化堆积型氧化锰矿大部分是露天开采,其开采量占全国开采量的60%以上。主要矿山有湖南玛瑙山锰矿;广西下雷(浅部)、木圭、土湖锰矿;云南建水、斗南(浅部)锰矿;福建连城锰矿;广东小带、新榕锰矿等等。这些矿山生产流程基本相同,但装备水平相差甚大,重点矿山装备水平较高,如下雷锰矿采、装、运全部实现机械化生产,打眼采用潜孔钻穿孔,柴油铲铲装,汽车运输矿岩。但大多数地方中小矿山采、装、运还处于半机械化或土法生产,手工操作。

 

(二)露天水力开采

 
   
露天水力开采虽属露天开采范畴,但差别较大。该方法始于1963年投产的广西八一锰矿。随后在广西平乐、荔浦锰矿和湖南东湘桥、半边月等锰矿推广应用。当前露天水力开采量约占全国锰矿开采量的10%左右。
   
露天水力开采的基本特征是:利用水头压力和同一水流依次完成冲采、运输、洗选和尾矿排放等连续性生产工艺。因此,它适用于水源充足的风化型锰矿床。
   
据1995年《中国锰矿志》记载,湖南东湘桥、半边月和广西平乐二塘、荔浦太平等锰矿或采区,在其下部有一种粘性大、塑性很强的胶质粘土层,无论用水枪还是其他机械都难以回采。由长沙黑色冶金矿山设计院和东湘桥锰矿共同试验采用“爆破风化预先松动水采法”获得成功。经多年的生产实践,取得了较好的技术经济效果。该法包括穿孔、爆破、风化、水化和冲采5个步骤:首先采用冲击钻穿孔,孔深一般1.5~2.5m,炮孔呈梅花形布置,然后装药爆破,爆堆隆起,再自然风化即风吹、日晒3~6d后,在爆堆上均匀喷洒适量水,矿土便开始分离,再过1~2d即可冲采。
   
东湘桥锰矿松动与未经松动的生产数据对比表明,其经济技术指标有明显的改善(表3.3.10)。
   
露天水力开采具有工艺简单、采矿效率高,劳动条件好,基建投资省等优点,适合于具有一定坡度和水源充足的矿山采用。其缺点是剥离和水采洗矿,造成大量的尾泥浆,需占用面积大的尾泥库,同时水、电消耗多,只能因地制宜。

 

3.3.10 东湘桥锰矿松动与未经松动水采技术经济指标对比

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(三)地下开采

 
   
目前,锰矿地下开采的采矿量约占全国采矿量的30%左右。地下开采的矿山主要有湖南湘潭、响涛园、棠甘山;贵州遵义、松桃;陕西黎家营;广西龙头;辽宁瓦房子等锰矿。

 
   
.矿床开拓方法

 
   
目前,多为平硐和斜井开拓。也有采用平硐与斜井联合开拓,如遵义、瓦房子和响涛园三期矿区。

 
   
.采矿方法

 
   
目前已采用的采矿方法有空场法、充填法和崩落法3大类(表3.3.11)。
   
(1)空场法    我国地下开采的锰矿山应用比较广泛,主要有遵义、龙头、花垣、屈家山、黎家营、斗南、鹤庆、松桃等矿山。在统计的15个矿山中有9个矿山采用空场法,占60%。应用空场法的矿山,根据矿体赋存条件不同,分别采用全面采矿法、房柱采矿法和留矿采矿法。
   
(2)崩落法    包括壁式崩落采矿法、分层崩落采矿法和分段崩落采矿法。采用此类采矿方法的矿山主要有湘潭锰矿一期矿区、团溪、汉源锰矿等。
   
(3)充填法    包括水砂充填采矿法和削壁充填采矿法。采用此类采矿方法的矿山有湘潭锰矿二期矿区、响涛园、棠甘山、瓦房子等锰矿。

 

3.3.11采矿方法分类

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.地下开采的装备


    我国地下开采锰矿装备水平是较低的,一般是气腿支架、轻便凿岩机打眼,采场运搬以手推车为主,也有一部分地下矿采用电耙。溜井振动放矿有所推广应用,平巷运输多为3~7t架线式电机车。凿岩台车及溜井掘进的吊罐等尚未获得使用,故地下开采锰矿的生产率低。

 

三、选矿与加工技术

 

(一)锰矿选矿

 
   
我国锰矿绝大多数属于贫矿,必须进行选矿处理。但由于多数锰矿石属细粒或微细粒嵌布,并有相当数量的高磷矿、高铁矿和共(伴)生有益金属,因此给选矿加工带来很大难度。目前,常用的锰矿选矿方法为机械选(包括洗矿、筛分、重选、强磁选和浮选),以及火法富集、化学选矿法等。

 
   
.洗矿和筛分

 
   
洗矿是利用水力冲洗或附加机械擦洗使矿石与泥质分离。常用设备有洗矿筛、圆筒洗矿机和槽式洗矿机。

洗矿作业常与筛分伴随,如在振动筛上直接冲水清洗或将洗矿机获得的矿砂(净矿)送振动筛筛分。筛分可作为独立作业,分出不同粒度和品位的产品供给不同用途使用。

 
   
.重选

 
   
目前重选只用于选别结构简单、嵌布粒度较粗的锰矿石,特别适用于密度较大的氧化锰矿石。常用方法有重介质选矿、跳汰选矿和摇床选矿。
   
目前我国处理氧化锰矿的工艺流程,一般是将矿石破碎至6~0mm或10~0mm,然后进行分组,粗级别的进行跳汰,细级别的送摇床选。设备多为哈兹式往复型跳汰机和6-S型摇床。

 
   
.强磁选

 
   
锰矿物属弱磁性矿物〔比磁化系数X=10×10-6~600×10-6cm3/g〕,在磁场强度Ho=800~1600kA/m(10000~20000oe)的强磁场磁选机中可以得到回收,一般能提高锰品位4%~10%。
   
由于磁选的操作简单,易于控制,适应性强,可用于各种锰矿石选别,近年来已在锰矿选矿中占主导地位。各种新型的粗、中、细粒强磁机陆续研制成功。目前,国内锰矿应用最普遍的是中粒强磁选机,粗粒和细粒强磁选机也逐渐得到应用,微细粒强磁选机尚处于试验阶段。

 
   
.重-磁选

 
   
目前国内已新建和改建成的重-磁选厂有福建连城,广西龙头、靖西和下雷等锰矿。如连城锰矿重-磁选厂,主要处理淋滤型氧化锰矿石,采用AM-30型跳汰机处理30~3mm的洗净矿,可获得含锰40%以上的优质锰精矿,再经手选除杂后,可作为电池锰粉原料。跳汰尾矿和小于3mm洗净矿径磨至小于1m后,用强磁选机选别,锰精矿品位要提高24%~25%,达到36%~40%。

 
   
.强磁-浮选

 
   
目前采用强磁-浮选工艺仅有遵义锰矿。该矿是以碳酸锰矿为主的低锰、低磷、高铁锰矿。
   
据工业试验,磨矿流程采用棒磨-球磨阶段磨矿,设备规模均为φ2100mm×3000mm湿式磨矿机。强磁选采用shp-2000型强磁机,浮选机主要用CHF型充气式浮选机。经过多年生产的考验,性能良好,很适合于遵义锰选矿应用。强磁-浮选工艺流程试验成功并在生产中得到应用,标志着我国锰矿的深选已经向前迈进了一大步。

 
   
.火法富集

 
   
锰矿石的火法富集,是处理高磷、高铁难选贫锰矿石一种分选方法,一般称为富锰渣法。其实质是利用锰、磷、铁的还原温度不同,在高炉或电炉中控制其温度进行选择性分离锰、磷、铁的一种高温分选方法。
   
我国采用火法富集已有近40年的历史,1959年湖南邵阳资江铁厂在9.4m小高炉上进行试验,并获得初步结果。随后,1962年上海铁合金厂和石景山钢铁厂分别在高炉冶炼出富锰渣。1975年湖南玛瑙山锰矿高炉不但炼出富锰渣,同时还在炉底回收了铅、银和生铁(俗称半钢),为综合利用提供依据。进入80年代以后,富锰渣生产得到迅速发展,先后在湖南、湖北、广东、广西、江西、辽宁、吉林等地都发展了富锰渣生产。
   
火法富集工艺简单、生产稳定,能有效地将矿石中的铁、磷分离出去,而获得富锰、低铁、低磷富锰渣,这种富锰渣一般含Mn35%~45%,Mn/Fe 12~38,P/Mn<0.002,是一种优质锰系合金原料,同时也是一般天然富锰矿很难同时达到上述3个指标的人造富矿。因此,火法富集对于我国高磷高铁低锰难选矿而言,是很有前途的一种选矿方法。

 
   
.化学选锰法

 
   
锰的化学选矿很多,我国进行了大量研究工作,其中试验较多,较有发展前途的是:连二硫酸盐法、黑锰矿法和细菌浸锰法。目前尚未付诸工业生产。

 

(二)锰矿粉造块

 
   
造块方法包括烧结、球团和压球3种工艺。目前,我国造块多采用烧结法。只是在锰精矿或粉矿很细,-200目在80%以上又不允许产品中含残碳时,则采用球团或压团。
   
50年代初期,我国锰矿粉多采用烧结锅烧结和土法烧结。随着钢铁生产的发展,土法烧结不能适应要求,因而纷纷着手建设烧结机或其他高效的造块设备。1970年,我国第一台粉锰矿烧结机(18m)在湘潭锰矿建成投产,1972年江西新余钢铁厂又建成2台24m烧结机,1977年,我国第一台锰精矿球团设备80m带式焙烧机在遵义锰矿建成投产。进入80年代,湘潭锰矿、八一锰矿、湘乡铁合金厂相继建成18~24m烧结机多台,上海铁合金厂引进压球设备作为粉矿造块使用。
   
造块技术的发展,给锰系合金的冶炼带来更大的经济效益。以江西新余钢铁厂为例,增加入炉熟料比和用冷烧矿取代热烧结矿,可使高炉冶炼技术指标大为改善(表3.3.12)。

 

3.3.12不同烧结矿入炉对高炉锰铁的影响

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(三)锰矿石冶炼

 
   
锰矿石冶炼产品主要有高碳锰铁、中低碳锰铁、锰硅合金以及金属锰等,通称为锰质合金或锰系合金。
   
高碳锰铁。我国主要采用高炉生产。50年代尚未形成专门厂家生产高炉锰铁(高碳锰铁),而是一些钢铁厂自炼自销,生产量很小。从1958年后,湘潭锰矿先后建起6.5m、33m高炉专炼锰铁,60年代以后,新余、阳泉、马钢三厂、重钢四厂等转产高炉锰铁,进入80年代,高炉锰铁发展更快。高炉锰铁产量由1981年的20万t增至1995年40万t。
   
电炉生产的产品包括碳素锰铁、中低碳锰铁、锰硅合金、金属锰四类。我国电炉生产最早的是吉林铁合金厂,于1956年建成投产,最大电炉容量为12500kVA;60年代初,湖南、遵义、上海等铁合金厂相继建成投产,这些厂都可生产碳素锰铁、中低碳锰铁和锰硅合金;遵义铁合金厂还用电硅热法生产金属锰。据冶金工业部1995年《全国铁合金主要技术经济指标》记载,1994年全国15家重点铁合金厂中有11家生产锰系合金产品。这些重点铁合金厂经过不断发展、扩大,为满足钢铁工业生产作出了重要贡献。
   
80年代以来,地方中小型铁合金企业发展迅速。据资料统计,地方中小企业铁合金产量占全国比重由1980年的32.39%,上升到1989年的54.01%,到1996年已达69.85%,企业数已达1000家以上。这些中小企业大多数是采用1800kVA的小电炉,设备落后,产品质量比较差。
   
电炉锰铁与锰硅合金生产所用设备基本相同,都是采用矿热电炉,电炉变压器容量一般为1800~12500kVA。湖南、遵义铁合金厂分别从德国引进3000kVA和31500kVA锰硅电炉,现已投产。
   
我国电炉高碳锰铁的生产,一般多采用熔剂法生产工艺。锰硅合金的生产,一般都采用有渣法生产工艺。
   
中低碳锰铁的生产,主要有电炉法、吹氧法和摇包法3种。摇包法包括在摇包中直接生产中低碳锰铁和摇包-电炉法生产中低碳锰铁。摇包-电炉法工艺比较先进、生产稳定可靠、技术经济效果好,目前上海、遵义等铁合金厂都采用此法。
   
金属锰生产方法有火法冶炼和湿法冶炼。火法冶炼金属锰,我国始于1959年,由遵义铁合金厂首次用电硅热法试制成功,一直独家生产至今。生产工艺采用三步法,第一步用锰矿石炼成富锰渣;第二步用富锰渣炼制高硅硅锰合金,第三步用富锰渣为原料,高硅硅锰作还原剂及石灰作熔剂,即电硅热法制成金属锰。湿法冶炼主要是电解法,常称电解金属锰。我国于1956年由上海901厂建成第一家电解锰生产厂,到90年代初已有大小电解金属锰厂50余家,年总生产能力达4万余t。生产工艺流程大致分硫酸锰溶液制备、电解、后处理3个生产工序。后处理是电解完成后包括产品纯化、水洗、烘干、剥离、包装等系列操作。最终获得合格电解金属锰产品,含Mn99.70%~99.95%。


 
    

       
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