了解铁矿石和铁矿石开采

了解铁矿石和铁矿石开采

铁 (Fe) 是地壳中含量丰富且分布广泛的元素，在沉积岩中的平均含量为 2% 至 3%，在玄武岩和辉长岩中的含量为 8.5%。它的供应在世界几乎所有地区基本上是无限的。

然而，这种铁的大部分不是可用于当前炼铁实践的形式。因此，只有地壳中总铁中可供钢铁工业在经济和空间上使用的那部分，才可以正确地称为铁矿石。然而，铁矿石的构成因地而异，因时而异。决定含铁矿物是否属于铁矿石的因素有很多，但基本上是经济问题。牢记这一概念，用于商业用途的铁矿石的逻辑定义是“在当前成本和市场价格条件下，可以在特定地点和时间经济地使用的含铁材料。”

由于铁存在于许多地区，它的价值相对较低，因此矿床必须具有高比例的铁才能被视为矿石品位。随着选矿、浓缩和附聚的改进方法的出现，现在可以使用的含铁材料的种类已经扩大，许多曾经被认为不经济的低品位材料类型现在被认为是铁矿石。通常，矿床必须含有至少 25 % 的铁才能被认为具有经济可采性。

超过 300 种矿物含有铁，但有五种矿物是铁矿石的主要来源。它们是 (i) 磁铁矿 (Fe3O4)、(ii) 赤铁矿 (Fe2O3)、(iii) 针铁矿 (Fe2O3.H2O)、(iv) 菱铁矿 (FeCO3) 和 (v) 黄铁矿 (FeS2)。前三个非常重要，因为它们出现在大型经济可开采的矿床中。然而，世界各地开采的大部分铁矿石都属于前两类。

赤铁矿的化学成分为 Fe2O3，相当于 69.94% 的铁和 30.06% 的氧。它的颜色从钢灰色到暗红色或鲜红色，可以是土质的、致密的或结晶的，比重为 5.26。常见的品种被称为结晶、镜面、martite（磁铁矿之后的假晶）、磁赤铁矿（磁性氧化铁）、土质、赭石和致密。赤铁矿是最重要的铁矿石之一。它广泛存在于许多类型的岩石中，并且来源各异。它与静脉沉积物、火成岩、变质岩和沉积岩有关，并且是磁铁矿风化的产物。一些低品位的浸染结晶赤铁矿已通过重力和浮选技术成功处理，生产出高品质的精矿。

磁铁矿的化学成分为 Fe3O4，相当于 72.36% 的铁和 27.64% 的氧。它的颜色为深灰色至黑色，比重为 5.16 至 5.18。它具有很强的磁性，有时具有极性，因此它会充当天然磁铁。磁铁矿存在于火成岩、变质岩和沉积岩中。磁铁矿的磁性很重要，因为它允许通过磁性方法进行勘探，并使磁铁矿与脉石材料的磁性分离以生产高质量的精矿成为可能。由于磁选技术的不断改进和高品位产品的扩大使用，它作为铁的来源变得越来越重要。

铁矿石开采

铁矿石的开采（提取）、选矿和加工生产钢铁。采矿被定义为从矿床中去除矿石材料，包括选矿之前的所有活动。高品位铁矿石（含铁量大于 62%）被简单地粉碎、筛选并直接运送到炼铁装置（例如高炉）。含铁量较低的低品位铁矿石需要进行除破碎、筛选和洗涤以外的选矿活动，以增加其铁含量。为了具有竞争力，铁矿石开采需要大规模进行。有两种常用的采矿方法。它们是 (i) 露天采矿，(ii) 地下或竖井采矿。

采用地下或露天采矿技术的决定取决于矿体与地表的接近程度。世界各地开采的大部分铁矿石完全采用露天开采技术。然而，世界上也有一些在运营的地下铁矿。有两种基本的露天采矿方法旨在从地表矿床中提取铁矿石。这些是露天矿和露天切割方法。世界上几乎所有的大型铁矿，除少数几座外，均采用露天开采方式开采。

开采铁矿石的过程需要大量资源。这些资源包括重型工业采矿设备和熟练的劳动力。使用的设备包括推土机、铲运机、运输卡车（重型运输车）、翻斗车、前端装载机、液压挖掘机、液压和电铲（剥离铲、装载铲）、拉铲、斗轮挖掘机、挖泥机、水罐车、爆破孔钻（金刚石钻头旋转钻头）和重型输送机。除了将矿石破碎筛分成商品外，还需要破碎机和筛子以及相关设备。

规划和发展

铁矿石开采过程从发现铁矿石矿床到提取铁矿石，再到最终使土地恢复到自然状态，包括几个不同的步骤。一是发现铁矿床，通过找矿或勘探来发现并确定矿体的范围、位置和价值。这会导致数学资源估计来估计矿床的大小和品位。

开采铁矿石从地面开始。矿石是通过在地球几米深的网格上钻取岩心样本来识别的。铁矿石岩石包含相当大比例的铁，其余是杂质，例如氧化铝和二氧化硅。对这些样本进行分析和分类，以便采矿工程师能够准确地制定采矿计划。

矿山的开发包括矿山规划，以评估矿床的经济可采部分、矿石的冶金特性、矿石的可采性、工程问题、破碎和基础设施要求。经济可采的矿床比例取决于该地区矿石的富集系数。

要进入某个区域内的矿床，通常需要挖掘或清除不具有直接利益的废料。矿石和废料的总运动构成了采矿过程。取决于矿体的性质和位置，在矿山生命周期内开采的废物通常比矿石多。废物清除和安置是采矿作业的主要成本。

铁矿床的一般产状、大小和形状是在勘探阶段确定的。通过开发工作更详细地确定了对矿床的了解。在矿山开发过程中，通常需要相当详细地确定影响矿石分布和可用性的地质构造的位置和性质。

在获得足够详细的信息后，使用为此目的准备的地图和剖面研究各种运营计划组合。这些显示了矿体的大小和形状、矿石成分和实验室测试结果。从这些图形表示中，矿石和废料的数量是通过应用体积重量因子来确定的。计算机通常用于编制吨位估算和制定详细的采矿计划。通过使用这些系统，对各种采矿方法和计划进行比较评估，以确定对每个特定矿床最有利的计划，并安排矿床的开采。

因此，有必要规划矿山生产，以产生稳定的铁矿石，其成分始终接近目标品位。这种需求推动了将勘探前景开发为可行的采矿项目的过程。由于矿床的组成只能在开采前进行粗略抽样，而且经济和金融状况往往非常不稳定，因此任何矿山计划充其量只是试探性的，可能会根据矿床知识的变化进行修订因为它在采矿作业中逐渐暴露出来。

矿山开发和规划不会在生产开始时停止，因为需要对由于矿体知识的展开而变化的条件做出反应，随着更多的钻孔提供更多的分布在矿体体积上的分析，因为它被开采了。

露天矿的规划、开发和运营通常基于矩形块模型。该块模型由一组矩形块组成，其尺寸对应于最小的可开采单元，即水平 50 米见方，垂直 10 米。对于每个区块，都根据等级（铁，加上氧化铝、二氧化硅和磷等各种污染物）进行估算。

块模型是一个不断发展的自适应信息系统。它最初是基于在勘探钻井期间采集的样本数据的插值。在矿山的开发和运营过程中，区块模型通过填充钻孔、为放置炸药而钻孔的数据以及开采矿石在破碎和分析时的化验数据不断修正。在任何运营阶段，采矿选择和排序决策都应基于当前可用的不完善区块模型信息，以便在指定公差内生产出与目标品位匹配的矿石。

露天采矿

露天采矿方法旨在从地表矿床中提取矿石。通过剥去一层泥土，矿床暴露出来，有时只有几米厚。这种需要剥离的材料被称为“覆盖层”。覆盖层可能由松散材料、岩石、粘土、砾石和贫矿材料组成。露天开采的深度取决于矿石的品位、覆盖层的性质和剥采率。剥采率是每单位开采的矿石必须处理的覆盖层和废料量。它被描述为每开采一单位原矿必须去除的覆盖层单位。剥采率随着所开采矿石的质量以及与选矿和运输相关的成本因素的增加而增加。

取决于许多因素，不同矿山的经济剥采率差异很大。在直接运输矿石的情况下，它可能高达6：1或7：1。在低品位矿石的情况下，小于1.5:1的剥采比通常被认为是经济限制。

对于铁矿石的开采，必须首先剥离覆盖层来发现矿区。大型液压铲将覆盖层装载到生产卡车中，然后将其拖到等高垃圾场。这些垃圾场的环保设计与周边地区相匹配。

在露天采矿中，由于坑壁被削减以允许矿井加深以回收底部的矿石，因此在矿山寿命的大部分时间里，可能会继续去除覆盖层。松散的材料根据当地情况用电铲、拉铲或动力刮板挖掘。其他材料一般用电铲挖掘。

矿石是通过沿着台阶或长凳逐步开采从大型露天矿坑中开采出来的。随着上层矿石被移除，长凳提供了进入越来越深的矿石的通道。清除土壤和上覆岩石后，对矿石进行钻孔和爆破。爆破的目的是暴露矿体以进行开采或创建可用于进入矿体的通道（水平通道）。爆破也用于破碎矿石。

进行钻孔和爆破以将固结材料破碎成能够被采矿设备以及破碎和筛分设施处理的尺寸。有时也会在电铲之前松动矿床，以提高装载效率。

首先以特定模式钻取要移除的矿体部分。钻探是用大型机械化钻机进行的。钻孔作业的主要目的是在岩石中开出一个直径、深度和方向合适的孔，以便放置炸药进行爆破活动。通常，钻孔的直径为 400 毫米，深约 10-12 米。以爆破方式钻了大约 400 个孔。

在爆炸之前，钻孔中充满了爆炸性混合物。用于矿山爆破的炸药的主要要求是能够在没有外部氧气供应的情况下实现完全燃烧。过去，爆破中使用的炸药由硝酸甘油、碳质材料和氧化剂组成。今天，最常用的炸药是硝酸铵肥料和燃料油的混合物（称为 ANFO）。炸药由高爆爆炸帽和/或底火引爆。在某些情况下，使用乳液或凝胶炸药弹药筒。

一旦准备好，矿场的工人和设备就会被清理干净，爆炸就会被引爆。每个孔的爆炸间隔仅一毫秒，导致一堆粗铁矿石破碎成负 2 米 x 2 米的大小。由钻孔、爆破和除矿造成的地面上的大洞被称为“露天矿坑”。

爆破后，破碎的矿石被称为原矿 (ROM) 矿石。 ROM矿石由巨大的电铲、液压挖掘机或前端装载机装载到大容量的自卸卡车上，运到破碎筛分站。

粉碎和筛选

商品级铁矿石必须在装入高炉之前适当地确定尺寸。目前的高炉技术通常需要对细于10毫米和粗于30毫米的直接装块矿进行破碎筛分。选择的具体尺寸基于矿石的特性，并被指定以保持高的堆渗透率，并允许有足够的时间来减少较粗的材料。因此，破碎和筛分是矿石生产设施不可或缺的一部分。

许多矿山采用两到三级破碎。一些矿山的初级破碎机位于矿山内，使用输送机将破碎的矿石运送到二级和三级破碎机或直接运送到磨机。作为最终产品，破碎阶段会将铁矿石的直径从初级阶段的几英尺减小到六英寸，再降低到二分之一或八分之三英寸。破碎机产品被送入碾磨作业以进一步粉碎

破碎通常涉及初级颚式破碎机和二级破碎机，它们在带有振动筛的闭路循环中运行。设备的选择很大程度上取决于矿石的脆性。大多数高品位矿石的筛分操作都是干式的，除非通过脱泥可以有效提升细粉部分。

破碎筛分产生的负10毫米细粉最常见的是烧结团聚，有时也有研磨造粒。

各个矿山的采矿计划旨在生产统一的产品。尽管大多数装载和运输系统涉及多个处理步骤，但它们通常不能提供足够的混合来满足钢铁厂现在要求的质量保证标准，尤其是在同时指定尺寸一致性和化学标准的情况下。复杂的混合和装载设备现在几乎在铁矿中普遍提供。

堆叠和回收系统经常使用。堆积导致铁矿石分层。每个连续层代表一个铁矿石，其尺寸一致性或化学成分可能与相邻层不同。细长的桩被堆积到由堆垛机的堆垛能力限制的高度。然后可以回收矿石以供斗轮挖掘机、前端装载机或刮板交叉输送机使用。从堆的表面去除矿石会产生一股物料流，该物料流是来自所有层的矿石的均匀混合。然后将混合矿石发送给客户。

挖矿的各个步骤如图1所示。

图1铁矿石露天开采步骤

环境问题

露天采矿产生的材料包括覆盖层、废石和矿井水。其他废物可能包括在提取过程中溢出的少量油和油脂。矿井水通常含有与矿体本身相似的溶解或悬浮成分。这些可能包括微量的铝、锑、砷、铍、镉、铬、铜、锰、镍、硒、银、硫、钛和锌。

水会在铁矿石开采作业中引起各种问题。除非在极少数情况下，例如山顶采矿或沙漠条件下的采矿，否则必须将水收集在集水坑、水井或地下作业中并从矿井中抽出。这种排水通常直接用于弥补浓缩作业中的水分损失。