铁矿石开采全流程：勘探、开采方法与环境保护

铁矿石开采概述

铁矿石是经济提取金属铁的矿物/岩石类型。通常富含铁氧化物，颜色从深灰、亮黄、深紫到铁锈红不等。铁常以磁铁矿(Fe₃O₄)、赤铁矿(Fe₂O₃)、针铁矿(FeO(OH))、褐铁矿(FeO(OH)·nH₂O)或菱铁矿(FeCO₃)形式存在。

开采过程包括：勘探发现矿床→开采铁矿石→土地复垦恢复自然。包含若干明确步骤。首先勘探/探矿发现矿床并界定范围、位置、价值，得出数学资源储量品位估算。勘探评价利用地质、地球物理、冶金技术识别量化矿体。最简形式为偏远区钻探取样。勘探数据记录、制图、分析解释，常用模型辅助。

矿体评价后制定详细采矿计划。确定开采矿体顺序以适当成本交付合格铁矿产品。采矿规划是开发前关键步骤，投产后按日持续进行。

为接触矿床常需剥离无价值覆盖层(表土/覆盖岩层，称表土/剥离岩)。矿石与废石总移动量构成采矿过程。矿山寿命期内废石量常超矿石量，视矿床性质位置而定。剥离岩移动放置是采矿主要成本。

采矿方法分类

按开挖方式分两大类：露天开采和地下开采(地下采矿)。铁矿石几乎完全采用露天作业。主要露天方法：露天开采法和露天开挖法。全球仍有少量地下铁矿山运行。选择露天/地下取决于矿体距地表远近。露天开采成本最低。剥采比(剥离岩量/原矿量)是决定矿床是否开采的关键指标。图1展示典型露天铁矿山。

图1 典型露天铁矿山

按采矿方法分人工采矿和机械化采矿。大型铁矿为机械化矿山，小矿山用人工法。

人工采矿

通常限于浮矿。脉矿也小规模人工开采。浮矿区用镐、撬棍、铲子人工挖掘，人工筛分分离+10mm浮矿堆存，废石回填坑内。脉矿用手持风钻(便携压缩机)钻深0.6m、直径30-40mm孔，间距约0.6m，每孔装150-200g炸药(黑火药/胶炸药)。爆破碎矿人工筛分堆存装车发运。

机械化采矿

大型铁矿均为机械化矿山。从地表矿床开采铁矿石，全流程机械化，通过系统形成台阶钻爆作业。

采矿工艺流程

从露天坑回收物料。剥离表层植被、土壤、岩石(剥离)露出埋藏矿床。矿山寿命期内随末端帮回采加深坑深持续剥离。形成采矿台阶用于钻爆、装运矿石至破碎厂。台阶高度取决于：产量要求、矿体形状/规模/埋深、地质构造破坏、矿体硬度致密度、采矿设备型号规模等。工作面长度取决于：矿床轮廓、产量需求、品位变化、混矿要求、装载设备能力等。台阶宽度很大程度受最大设备尺寸制约。

露天台阶钻孔用各采矿法专用机械化钻机。钻孔主目标：在岩石中按适宜直径、深度、方向造孔装药爆破。钻孔按特定布局进行，取决于台阶高、孔径、钻机、岩石性质、爆药类型。爆破孔通常垂直，也可倾斜获更好爆破效果。

爆破目的：暴露矿体便于开采、破碎矿石。矿用爆炸物主要求：无外部氧供应条件下完全燃烧。早期爆药主要为硝化甘油、碳质材料、氧化剂。有时用乳化/胶质炸药筒。现代最常用硝酸铵燃油混合药(ANFO)。高能雷管/起爆药引爆。现用诺奈尔(Nonel)雷管：非电雷管，中空塑料管传递发火脉冲免受杂散电流干扰。内壁涂反应性炸药化合物，点燃后以~2000m/s传播低能信号(类尘爆)，管外干扰极小。专利技术含垫片(CD)和延期点火缓冲(DIB)保证全工况可靠精准。

按采矿计划选定露天开采区域并标识。沿台阶渐进开采深部矿石。清理表土覆盖岩后钻爆。待开采矿体按合适布局用钻机钻孔，装药充填爆破。爆破碎矿至适合挖掘粒度。

爆破后用电铲、挖掘机、装载机装碎矿入大型自卸车运往破碎洗选厂。维护矿山运输道路保障运输。矿坑与破碎厂、破碎厂与装载点距离长时用地面带式输送机运输。钻爆开采形成的大坑称"露天矿坑"。

矿石破碎与洗选

破碎洗选厂进行矿石加工。加工范围：从简单破碎筛分分级到选矿提质工艺。通过物理过程利用颗粒密度/粒度/重力差异除杂。可湿法/干法。破碎洗选厂内后续矿石处理、洗矿、筛分作业机械化。

加工矿石堆存混匀满足产品质量要求后回收装入铁路货车或自卸车发运客户。

环境问题

露天开采废弃物：剥离岩、废石、含悬浮固体溶解物矿山水。其他废物：开采过程少量油脂泄漏。矿山水溶解/悬浮成分与矿体相似，可能含微量铝、锑、砷、铍、镉、铬、铜、锰、镍、硒、银、硫、钛、锌等。