一、概况 .................................................................................. 2 二、国外的锰矿石产量和主要生产国的生产情况 ................................................ 2
1、目前国外主产区的产能 .............................................................. 2 2、国外主要矿山的产量 ................................................................ 3 3、国外在建和扩建项目 ................................................................ 4 三、我国锰矿资源开发利用、消费与进口 ...................................................... 5
1、我国主要矿区分布 .................................................................. 5 2、我国锰矿资源特点 .................................................................. 7 3、我国目前锰矿石需求现状: .......................................................... 8 四、常见锰矿类别 ......................................................................... 9 五、我国锰矿用途及质量要求............................................................... 10 六、锰矿资源开发 ........................................................................ 11
1、地质勘查 ........................................................................ 11 2、勘探类型和工程网度 ............................................................... 12 3、矿山开采 ........................................................................ 14 (一)露天开采 ...................................................................... 14 (二)露天水力开采 .................................................................. 14 (三)地下开采 ...................................................................... 15 七、选矿与加工技术 ...................................................................... 17
(一)锰矿选矿 ...................................................................... 17 (二)锰矿粉造块 .................................................................... 19 三)锰矿石冶炼 ..................................................................... 20 八、结论 ................................................................................ 22
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一、概况
世界锰矿资源丰富。在现代工业中,锰及其化合物应用于国民经济的各个领域。其中钢铁工业是最重要的领域,用锰量占90%~95%,主要作为炼铁和炼钢过程中的脱氧剂和脱硫剂,以及用来制造合金。其余10%~5%的锰用于其他工业领域,如化学工业(制造各种含锰盐类)、轻工业(用于电池、火柴、印漆、制皂等)、建材工业(玻璃和陶瓷的着色剂和褪色剂)、国防工业、电子工业,以及环境保护和农牧业,等等。总之,锰在国民经济中具有十分重要的战略地位。
截止2008年底,锰矿基础储量52亿吨(矿石量),其中,南非40亿吨,占全球总量的76.9%,居第一位;乌克兰52000万吨,占10.0%,居第二位,资源总量较大,但品位较低,质量较差;澳大利亚16000万吨,占3.1%,名列第三;印度15000万吨,占2.9%,居第四位;加蓬9000万吨,占1.7%,居第六位;巴西5700万吨,占1.1%,居第七位。墨西哥、哈萨克斯坦、加纳、格鲁吉亚和伊朗也有一些资源。
我国锰矿资源也很丰富。截止2008年底,锰矿储量(以矿石量计,下同)为12800万吨,基础储量23400万吨,而根据Mineral Commodity Surmaries2009的资料,截止2008年底,我国锰矿储量为4000万吨,储量基础10000万吨,以储量基础计,占全球总量的1.9%,居第五位。
世界陆地锰矿资源中,高品位锰矿(大于35%)主要分布在南非、澳大利亚、巴西和加蓬。例如,南非卡拉哈里矿区的锰矿石品位达30%——50%,澳大利亚的格鲁特岛矿区的锰矿石品位更高达40%——50%。主要矿床类型为沉积变质型与风化壳型。乌克兰和加纳主要是以低品位锰矿为主,主要矿床类型为沉积型与火山沉积型。中国也是以低品位锰矿为主的锰矿资源国。印度、哈萨克斯坦和墨西哥则是中等品位的锰矿资源国。
此外,世界海底结核-结壳型锰矿资源也非常丰富,是20年后有可能开发的重要潜在资源。
二、国外的锰矿石产量和主要生产国的生产情况
1、目前国外主产区的产能
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国外的锰矿,就南非、澳大利亚、加蓬、巴西等主要产锰国而言,锰矿资源禀赋条件十分优越。矿床规模大,构造简单,多是厚大矿体;矿体条件较好,多赋存在近地表或者浅部,宜于大规模大装备机械化露天开采。
从目前资料看,国外锰矿以露天开采为主,约占总产量的80%;坑采只占20%左右。
从规模上看,单个矿山产能多在100万吨以上,例如,南非的马马特旺(Mamatwan)矿山和韦瑟尔斯(Wessels)矿山,产能为340万吨/年,恩奇万宁(Nchwaning)矿山,产能为300万吨/年;澳大利亚格鲁特岛(GrooteEylandt)矿山,产能为310万吨/年,乌迪乌迪(WoodieWoodie)矿山,产能为100万吨/年;巴西的阿祖尔(Azul),莫罗德米纳(MorrodeMina),米纳米内罗斯(MinaMineiros),三矿山的产能均为100万吨/年;加蓬莫安达(Moanda)矿山,产能为330万吨/年;加纳恩苏塔-瓦萨乌(Nsuta-Wassaw)矿山,产能为150万吨/年;乌克兰尼科波尔(Nikopol’basin)矿山,产能为600万吨/年。
由于矿山规模大,可以使用大型采掘(剥)装备,矿山生产的采、掘、运的机械化、连续化、自动化程度很高,集成高效;推土机、索斗铲和铲运机剥离,穿孔爆破,索斗铲、挖掘机装矿,大吨位重型卡车、皮带机和铁路运输,生产成本低。
目前,国外有十多个国家在生产锰矿石,其中,南非、澳大利亚和加蓬生产的主要是高品位锰矿石,矿石中锰的品位一般在44%-52%左右;巴西、印度、哈萨克斯坦和墨西哥生产的主要是中等品位锰矿石,矿石中锰的品位一般在35%-40%左右;而乌克兰、加纳等国生产的是品位低于30%的低品位锰矿石,需要通过选矿,人工富集后才能作为商品矿(35%以上)出售。
2、国外主要矿山的产量
自二十世纪九十年代以来,随着世界经济全球化的发展,世界锰业的发展出现了一个明显的变化趋势:企业间的并购和资源产业一体化,结果是世界锰矿和锰合金生产越来越集中于几个大的跨国企业公司集团。必和必拓是世界最大的锰矿控股公司,掌握有韦瑟尔斯、马马特旺和格鲁特岛等特大型锰矿山,2007年锰矿石产量603万吨,2008年产量达到676万吨,比上年增长12.1%;巴西淡水河谷公司掌握有阿祖尔,尤如库姆(Urucum)
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等特大型锰矿山,2007年锰矿石产量133万吨,2008年产量238万吨,比上年增长78.8%;加蓬埃赫曼康密劳(Eramet-Comilog)公司,掌握有莫安达高品位特大型锰矿山,2007年锰矿石产量335万吨,但2008年产量只有325万吨,比上年下降3.05%,产量不升反降的主要原因是高品位锰矿价格炒得太高,买主因此转向了价格相对便宜的中等品位甚至低品位锰矿;例如,哈萨克斯坦札海尔公司(ZhairemGOK)经营阿塔瑟达(Atasurda),卡扎克马加内茨(Kazakmarganets),萨利-阿卡波里梅特尔(Sary-Arkapolimetal)等矿山,2007年中等品位锰矿石产量93.5万吨,2008年产量102.4万吨,比上年增长9.52%。
在资源并购方面,突出的例子是,纳米比亚威瑟利国际(WeatherlyInternationalplc.)和澳大利亚领地资源公司(TerritoryResourcesLimited)获得布基纳法索塔姆堡(Tambao)锰矿72%的股份,该锰矿探明储量1900万吨,平均品位达50%。
在锰矿石生产国中,有些国家的产量主要是供国内消费,或者说主要是用于生产锰铁合金,而有些国家的产量主要是供出口,是世界锰矿石的主要出口国。目前,世界锰矿石的主要出口国有南非、巴西、澳大利亚、乌克兰、加蓬、加纳、印度和哈萨克斯坦。2007年全世界共出口锰矿石1533万吨,其中,澳大利亚出口锰矿石487.1万吨,居第一位;南非出口锰矿石357.2万吨,居第二位;加蓬出口锰矿石285.4万吨,居第三位;加纳出口锰矿石106.3万吨,居第四位;巴西出口锰矿石130.6万吨,居第五位。2008年全世界共出口锰矿石1786万吨,比上年增长16.5%;其中,南非出口锰矿石552.53万吨,比上年增长54.7%,超过澳大利亚而居世界第一位;澳大利亚出口锰矿石400.2万吨,比上年下降17.8%,退居第二位;加蓬出口锰矿石275.68万吨,比上年下降3.4%,仍居第三位;巴西出口锰矿石180.8万吨,比上年增长38.4%,超过加纳而居第四位;加纳出口锰矿石105.93万吨,比上年微降0.35%,而退居第五位。
3、国外在建和扩建项目
为了满足中国和其它国家对锰矿石和锰合金日益增长的需求,世界主要锰业公司均在进行锰矿山和锰合金的扩建计划。南非、印度、澳大利亚、加蓬、乌克兰、俄罗斯、巴西、中国、日本、喀麦隆、赞比亚、科特迪
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瓦在2007~2012年期间有不少在建和计划新建锰矿项目(见表3)。这些在建与计划新建锰矿项目的投产,将对世界锰的供需格局产生影响。例如,
美国吉奥维克矿业公司(GeovicMiningCorp.)进一步扩大了喀麦隆东南部恩卡莫纳(Nkamouna)锰钴镍矿的储量,该矿探明储量矿石量5270万吨,平均含钴0.24%,平均含镍0.72%,平均含锰1.22%。吉奥维克公司根据探矿新进展,改变流程,以碳酸盐的形式而非以氢氧化锰的形式按副产品回收锰。恩卡莫纳锰矿金属储量达到72.8万吨。该公司计划到2011年年产碳酸锰5.5万吨(含锰47.5%)。
乌克兰2007年投产的斯达汉诺夫铁合金(StakhanovFerroalloyJSC)公司冶炼厂改建项目,新增产能20万吨/年,产品为硅铁;
澳大利亚2008年投产的OM(Manganese)Ltd公司库图(Cootu)锰矿山扩建项目,新增产能10万吨/年,产品为锰矿;澳大利亚预计2009年投产的Pty.Ltd.公司格鲁特岛锰矿山扩建项目,新增产能70万吨/年,产品为锰矿;
加蓬预计2009年投产的康米劳公司摩安达锰矿扩建项目,新增产能350万吨/年,产品为锰矿; 南非预计2010年投产的卡拉哈瑞联合锰(UnitidManganeseofKalahari)公司新建锰矿项目,新增产能25万吨/年,必和必拓公司马马特旺锰矿扩建项目,新增产能10万吨/年,预计2012年投产的韦瑟尔斯锰矿扩建项目,新增产能70万吨/年,这三个项目的产品均为锰矿;
印度2011年投产阿杜尼克金属公司(AdhunikMetaliksLtd.)(OrissaManganeseandMineralsPvt.Ltd.)公司扩建项目,新增产能70万吨/年,ManganeseOre(India)Ltd.公司扩建项目,新增产能60万吨/年,产品也均为锰矿。
三、我国锰矿资源开发利用、消费与进口
1、我国主要矿区分布
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我国锰矿资源开发利用情况比较复杂,受矿床规模、资源赋存等条件的制约,锰矿开采规模小而分散,以中小型矿山为主,而民采矿山更是星如棋布。有一定规模的国有、民营矿山600多个。生产锰矿石的大县有:秀山、零陵、花垣、松桃、大新、靖西、长阳。生产锰矿石的知名大企业有:中信大锰、湖北宏信、斗南锰业。
在我国锰矿查明资源储量中,氧化锰矿石查明资源储量约占锰矿查明资源储量总量的25.0%;
碳酸锰矿石约占56.0%;其它类型锰矿石约占19.0%。全国锰矿平均品位约为21.4%,其中,品位大于30%的富锰矿石查明资源储量只有3885.2万吨,占全部锰矿查明资源储量的5.0%。我国锰矿以碳酸锰矿石为主,物质组分复杂、矿物颗粒细而难选,锰矿石中磷、铁、硅、钴、镍等含量高。
我国现已查明的213个锰矿区、5.66亿t保有储量分布于全国21个省、市、自治区,其中以广
西和湖南最为重要,保有储量分别为2.15亿t和1.03亿t,占全国总保有储量的38%和18%。其次是贵州(0.74亿t)、云南(0.48亿t)、四川(0.27亿t)、辽宁(0.39亿t)、湖北(0.14亿t)和陕西(0.13亿t),这6个省区储量合计2.15亿t,占全国总保有储量的38%。 我国锰矿储量比较集中的地区有8个:
(1)桂西南地区 该区包括大新、靖西、天等、德保、扶绥等县,有大、中、小型锰矿区12处,保有锰矿储量1.77亿t,占全国总储量的31.3%。其中大型锰矿2个,即大新下雷和靖西湖润锰矿,储量分别有1.28亿t和0.23亿t。
(2)湘、黔、川三角地区 该区包括湖南花垣、贵州松桃、四川秀山等区。有大、中、小型锰矿区9处,保有锰矿储量0.77亿t,占全国总储量的13.7%。其中大型锰矿1处,即湖南花垣民采锰矿,储量0.28亿t。
(3)贵州遵义地区 该区包括遵义市和遵义县。有大、中、小型锰矿区8处,保有锰矿储量0.41亿t。其中大型锰矿1个,即遵义铜锣井锰矿,储量0.32亿t。
(4)辽宁朝阳地区 该区有大、中型锰矿区2处,保有锰矿储量近0.40亿t。大型锰矿1处,即朝阳瓦房子锰矿,储量0.33万t。
(5)滇东南地区 该区包括砚山、文山、建水、石屏、蒙自、开远和个旧等县(市)。有中、小型锰矿区
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12处,保有锰矿储量0.40亿t,其中主要锰矿有:建水白显,锰矿储量694万t;砚山斗南,锰矿储量1303万t。
(6)湘中地区该区 包括宁乡、益阳、湘潭、湘乡、邵阳、邵东、新邵、桃江、涟源县(市)。有中小型锰矿区18处,保有锰矿储量3045万t,其中主要锰矿区有:湘潭锰矿,储量996万t;桃江响涛园锰矿,储量952万t;宁乡棠甘山锰矿,储量433万t。
(7)湖南永州-道县地区该区主要有永州东湘桥和道县后江桥两个锰矿。前者为中型锰矿,储量431万t;后者为一大型铁锰多金属矿,储量为2935万t。
(8)陕西汉中—大巴山地区 该区包括陕西的汉中、西乡、紫阳、宁强、镇巴和四川的城口等县(市),有中、小型锰矿区7处,保有锰矿储量2402万t。主要锰矿有:汉中天台山锰矿,储量813万t;宁强黎家营锰矿,储量220万t;城口高燕锰矿,储量1085万t。
以上8个地区合计保有锰矿储量4.63亿t,占全国总保有储量的82%,是我国当前和今后锰矿业的重要原料基地。
2、我国锰矿资源特点
纵观我国锰矿类型、资源分布、地质特征,以及技术经济条件,有如下几个特点:
1.锰矿资源分布不平衡
虽然我国有21个省、市、自治区查明有锰矿,但大多分布在南方地区,尤以广西和湖南两省、区为最多,占全国锰矿储量的56%,因而在锰矿资源开采方面形成了以广西和湖南为主的格局。
2.矿床规模多为中、小型
我国213处锰矿区中,大型只有7处,其余均为中、小型矿床,这就难以充分利用现代化工业技术进行开采,历年来,80%以上锰矿产量来自地方中、小矿山及民采矿山。
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3.矿石质量较差,且以贫矿为主
我国锰矿储量中,富锰矿(氧化锰矿含锰大于30%、碳酸锰矿含锰大于25%)储量只占6.4%,而且有部分富锰矿石在利用时仍需要工业加工。贫锰矿储量占全国总储量的93.6%。由于锰矿石品位低、含杂质高、粒度细,技术加工性能不理想。
4.矿石物质组分复杂
高磷、高铁锰矿石,以及含有伴(共)生金属和其他杂质的锰矿石,在我国锰矿储量中占有很大的比例,如南方震旦纪“湘潭式”锰矿约有1亿t以上的储量属于高磷难用锰矿。
5.矿石结构复杂、粒度细
经对我国锰矿主要产区湖南、广西、贵州、福建、云南的一些锰矿进行工艺矿物学研究,结果表明,绝大多数锰矿床属细粒或微细粒嵌布,从而增加了选别难度。
6.矿床多属沉积或沉积变质型,开采条件复杂
我国近80%的锰矿属于沉积或沉积变质型,这类矿床分布面广,矿体呈多层薄层状、缓倾斜、埋藏深,需要进行地下开采,开采技术条件差。适合露天开采的储量只占全国总储量的6%。
3、我国目前锰矿石需求现状:
2008年我国全社会共生产锰矿石成品矿约1900万吨,比2007年增长23.4%。
我国锰矿大部分用于钢铁工业,约占用锰总量的90%。其中,耗用锰矿石最多的是锰系铁合金及电解金属锰。中国企业以国产贫锰矿原料为基础,成功开发出十多种锰系产品,并一举成为全球锰矿深加工与锰系列产品的最大的制造国。2008年,我国共生产锰系铁合金745.57万吨,比上年增长8.25%;生产电解金属锰113.85万吨,比上年增长11.18%;生产电解二氧化锰15.92万吨,比上年微降0.38%。在锰系铁合金产量中,计有锰
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硅合金509.47万吨,比上年增长17.4%;高炭锰铁157.79万吨,比上年减少8.7%;中低炭锰铁75.39万吨,比上年减少5.8%;电炉金属锰23285吨,比上年增长43.0%;氮化锰铁6319吨,比上年增长80.1%。
经有关专家计算,全国耗锰行业2008年共消费成品锰矿石约2657万吨。
由于原矿品位过低,仍满足不了国内需求而大量进口,共进口锰矿石757.12万吨,比2007年增长14.1%,仍为世界上最大的锰矿进口国。主要进口来源是:澳大利亚(230.4万吨)、南非(198.5万吨)、加蓬(109.7万吨)、巴西(58.4万吨)、缅甸(35.7万吨)、马来西亚(28.5万吨)、印度尼西亚(15.4万吨)和摩洛哥(13.5万吨),以上8国进口量合计690.2万吨,占当年锰矿进口总量的91.0%。
四、常见锰矿类别
自然界中已知的含锰矿物约有150多种,分别属氧化物类、碳酸盐类、硅酸盐类、硫化物类、硼酸盐类、钨酸盐类、磷酸盐类等。但含锰量较高的矿物则不多。现就几种常见的锰矿物叙述如下。
(1)软锰矿 四方晶系,晶体呈细柱状或针状,通常呈块状、粉末状集合体。颜色和条痕均为黑色。光
泽和硬度视其结晶粗细和形态而异,结晶好者呈半金属光泽,硬度较高,而隐晶质块体和粉末状者,光泽暗淡,硬度低,极易污手。比重在5左右。软锰矿主要由沉积作用形成,为沉积锰矿的主要成分之一。锰矿床的氧化
带部分,所有原生低价锰矿物也可氧化成软锰矿。软锰矿在锰矿石中是很常见的矿物,是炼锰的重要矿物原料。
(2)硬锰矿 单斜晶系,晶体少见,通常呈钟乳状、肾状和葡萄状集合体,亦有呈致密块状和树枝状。
颜色和条痕均为黑色。半金属光泽。硬度4~6,比重4.4~4.7。硬锰矿主要是外生成因,见于锰矿床的氧化带和沉积锰矿床中,亦是锰矿石中很常见的锰矿物,是炼锰的重要矿物原料。
(3)水锰矿单斜晶系,晶体呈柱状,柱面具纵纹。在某些含锰热液矿脉的晶洞中常呈晶簇产出,在沉积
锰矿床中多呈隐晶块体,或呈鲕状、钟乳状集合体等。矿物颜色为黑色,条痕呈褐色。半金属光泽。硬度3~4,比重4.2~4.3。水锰矿既见于内生成因的某些热液矿床,也见于外生成因的沉积锰矿床,是炼锰矿物原料之一。
(4)黑锰矿 四方晶系,晶体呈四方双锥,通常为粒状集合体。颜色为黑色,条痕呈棕橙或红褐。半金
属光泽。硬度5.5,比重4.84。黑锰矿由内生作用或变质作用而形成,见于某些接触交代矿床、热液矿床和沉
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积变质锰矿床中,与褐锰矿等共生,亦是炼锰的矿物原料之一。
(5)褐锰矿 四方晶系,晶体呈双锥状,也呈粒状和块状集合体产出。矿物呈黑色,条痕为褐黑色。半
金属光泽。硬度6,比重4.7~5.0。其他特征与黑锰矿相同。
(6)菱锰矿 三方晶系,晶体呈菱面体,通常为粒状、块状或结核状。矿物呈玫瑰色,容易氧化而转变
成褐黑色。玻璃光泽。硬度3.5~4.5,比重3.6~3.7。由内生作用形成的菱锰矿多见于某些热液矿床和接触交代矿床;由外生作用形成的菱锰矿大量分布于沉积锰矿床中。菱锰矿是炼锰的重要矿物原料。
(7)硫锰矿 等轴晶系,常见单形有立方体、八面体、菱形十二面体等,集合体为粒状或块状。颜色钢
灰至铁黑色,风化后变为褐色,条痕呈暗绿色。半金属光泽。硬度3.5~4,比重3.9~4.1。硫锰矿大量出现在沉积变质锰矿床中,是炼锰的矿物原料之一。
五、我国锰矿用途及质量要求
锰矿产品包括冶金锰矿、碳酸锰矿粉、化工用二氧化锰矿粉和电池用二氧化锰矿粉等。使用锰矿产品的冶金部门、轻工部门和化工部门根据不同的用途对锰矿产品有不同的质量要求。
(一) 冶金工业对锰矿石的质量要求
用于炼钢生铁、含锰生铁、镜铁的矿石,铁含量不受限制,矿石中锰和铁的总含量最好能达到40%~50%。在冶炼各种牌号的锰系合金中,对矿石的含锰量和锰铁比值有一定的要求。冶炼中、低碳锰铁,矿石含锰量36%~40%,锰铁比6~8.5,磷锰比0.002~0.0036;冶炼碳素锰铁,矿石含锰量33%~40%,锰铁比3.8~7.8,磷锰比0.002~0.005;冶炼锰硅合金,矿石含锰量29%~35%,锰铁比3.3~7.5,磷锰比0.0016~0.0048;高炉锰铁,矿石含锰量30%,锰铁比2~7,磷锰比0.005。
(二) 化工及轻工部门对锰矿石的质量要求
化学工业上主要用锰矿石制取二氧化锰、硫酸锰、高锰酸钾,其次用于制取碳酸锰、硝酸锰和氯化锰等。化工级二氧化锰矿粉要求MnO2含量大于50%(表3.3.3),制硫酸锰时,Fe≤3%、Al2
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O3≤3%、CaO≤0.5%、MgO≤0.1%;制高锰酸钾时,Fe≤5%、SiO2≤5%、Al2O3≤4%。
天然二氧化锰是制造干电池的原料,要求MnO2含量越高越好。对Ni、Cu、CO、Pb等有害元素一般厂定标准为:Cu<0.01%、Ni<0.03%、Co<0.02%、Pb<0.02%。矿粉的粒度要小于0.12mm。
六、锰矿资源开发
1、地质勘查
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。
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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。
2、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
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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。
表3.3.9锰矿勘探类型和勘探工程间距表
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
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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。
3、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
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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。
表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
(三)地下开采
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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。
1.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。
2.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。
表3.3.11采矿方法分类
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3.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。
七、选矿与加工技术
(一)锰矿选矿
目前,常用的锰矿选矿方法为机械选矿(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。以下重点介绍锰矿选矿方法中洗矿、筛分、重选、强磁选和浮选几个步骤。
1、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
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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。
2、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。
3、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。
4、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%。
5、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
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业试验,磨矿流程采用棒磨-球磨机阶段磨矿,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。
6.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9.4m3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。
7.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
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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(18m2)在湘潭锰矿建成投产,1972年江西新余钢铁厂又建成2台24m2烧结机,1977年,我国第一台锰精矿球团设备80m2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18~24m2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)。
表3.3.12不同烧结矿入炉对高炉锰铁的影响
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6.5m3、33m3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
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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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八、结论
目前由于下游市场的暂时性萎缩,即电解锰市场由于电解锰厂大量停产,碳酸锰矿价格下行速度和幅度都低于预期,不少厂家借着伦镍小幅反弹之威上调价格,今主流报价在14100-14300元/吨,部份地区出现价格上调,报价出现14400-14500元/吨。
最新报价:湛江港Mn45%加蓬块62 元/吨度,Mn38%南非块58 元/吨度,钦州港Mn38%Fe5%澳块59 元/吨度。 目前国内硅锰市场主流报价在7900-8400 元,市场行情仍旧低迷,下游市场需求清淡,成交不畅。锰铁商家大都下调报价,幅度在200-300 元,目前65#高锰市场主流报价8000-8400 元,中锰78C2.0 市场主流报价在11200-11500 元。
从需求上看,不锈钢厂仅仅三成的产能释放,不能给予电解锰有力的需求支撑,贸易商方面也不敢贸然囤货。只有伦镍的大涨,能够给予电解锰足够的炒作热度。因此,短期的炒作只能是虚张,若无伦镍的硬性支撑或政策利好,那么上涨后只能是再度冷清的行情。
长期看,国内钢铁工业迅猛发展使国内市场对钢铁重要生产原料之一的锰矿砂的需求日益扩大,由于我国锰矿砂的自给能力不足,国内锰矿消费的增加只能依靠进口来弥补,使我国成为世界上主要的锰矿进口国。其中,2007年和2008年我国分别进口锰矿663.2万吨和758.1万吨,分别比上年增长6.83%和14.31%。我国锰矿资源较为贫乏,供需矛盾突出导致进口增加。预计2011年中国锰矿产量将增至1400万吨,2008年为1250万吨;矿品位将从08年的含锰17.5%下降为15%。不能完全使用国产锰矿,每年必须进口大量的富锰矿与国内的贫锰矿搭配使用。
所以,目前随着国家淘汰落后产能的深入和钢铁市场的需求不足,导致锰矿价格短期有下行趋势,但长期国内产能尤其是富锰矿还是需要国外大量进口,所以高品位的锰矿还是值得投资和长期持有的。
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