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不久前,包钢承担的“十一五”国家科技支撑计划项目《包头稀土铌资源综合利用关键技术研究》课题通过国家科技部验收。在验收会上,子课题《包头铌资源选冶新工艺新技术研究及产业化》专题受到高度关注。该课题以综合利用为切入点,提出了适用于包头白云鄂博铌资源的选冶工艺,为我国低级铌铁合金工业化生产找到了可行路径。课题验收专家组组长、中国工程院副院长干勇认为,实现包头铌资源的回收利用,可解决我国钢铁冶金用铌严重依赖进口问题,对我国经济发展意义重大。
处境尴尬的我国铌铁生产
铌具有熔点高、耐腐蚀、热传导性能强等特点,在钢铁工业、电子工业、化学工业、航空航天工业、机械工业有着广泛应用。近年来,随着科学技术进步,铌在超导、磁性、高温等高新技术领域也大显身手。
从世界范围看,铌的应用主要还是集中在钢铁冶炼上。加入铌元素进行微合金化处理的铌钢,其防腐性、强度、拉伸及冷加工能力都大大增强。资料显示,目前全世界每年铌钢产量约在3000万吨左右,一些钢铁强国的铌钢产量最高占到总量的20%。我国宝钢、鞍钢、武钢等企业已经开发生产出多种规格的铌钢产品。1991年,包钢利用自己的特色资源,依托模铸工艺路线,研制生产出U76NbRE钢种,并应用于钢轨生产,称为铌稀土钢轨。1997年,铌稀土重轨通过冶金部和铁道部联合组织的鉴定,成为与攀钢U75V钢轨并称的我国具有自主知识产权的重载钢轨品种“双花”。
可以预见,随着中国钢铁工业的转型升级,高级别钢铁产品的数量增加是必然趋势,因此钢铁冶金所需的铌铁需求将越来越大。
中国铌资源蕴藏丰富,其中内蒙古的白云鄂博铌储量探明有660万吨,居世界第二。此外江西、广东、新疆等地也有分布。然而,与资源丰饶不符的是,我国工业用铌一直严重依赖海外市场。据有关部门统计,目前中国每年须进口钢铁冶炼用铌铁合金1万~2万吨。近年来,国际市场上铌铁合金价格不断攀升,从2007年至今,品位为65%的巴西铌铁价格已经从14万元/吨上涨到24万元/吨。
造成“守着粮仓讨饭吃”悖论的原因是中国铌资源丰度不够。据“包头稀土铌资源综合利用关键技术研究”课题管理办公室副主任夏国金介绍,我国铌矿品位非常低。在江西、广东、新疆等地,开采5000吨原矿才能分选出1吨铌精矿。内蒙古白云鄂博的铌矿品位略高于其他地区,但由于矿石成分复杂,嵌布粒度细小,分选极为困难。早在上世纪60年代,包钢与其他科研机构一起,曾就白云鄂博铌资源的回收利用展开了艰苦的研究工作。但是,受技术条件限制,研究人员无法用矿石直接分选铌精矿,只能以平炉、高炉炉渣为原料冶炼提取铌富集物、氧化铌、中级铌铁和金属铌,这一工艺流程长、能耗高,产量小,生产成本远远高于进口铌铁的价格,缺乏经济性。在生产出4000多吨产品之后,课题研究工作趋于停滞。
由于没有适用工艺,我国铌金属生产成本要远远高于进口市价。因此,国内铌金属需求长期依赖进口。这也在某种程度上抑制了国内铌资源的开发利用研究,国产铌铁工业化问题很长时间得不到突破。
资源综合利用是解困之匙
对于国产铌铁的工业化问题,解决的思路是稀土资源的综合利用。据包钢总经理李春龙介绍,经过50多年努力,白云鄂博铁、稀土资源的开发利用取得了巨大经济效益。作为稀土资源综合利用的一部分,铌资源的选冶成本可被层层分摊,难以逾越的成本难题有望获得突破。
据了解,“八五”期间,通过坚持不懈地科技攻关,白云鄂博的铁、稀土资源综合利用取得了显着进步,铌资源回收利用条件成熟。也就是从那时起,包钢科研人员着手从稀土尾矿中分选铌精矿。经过10年的努力,借助独创的铌精矿的选矿药剂及选矿工艺,科技人员成功地从尾矿中选出铌精矿,并用两步法冶炼中低级铌铁。2006年,包钢向国家科技部提出《包头铌资源选冶新工艺新技术研究及产业化》课题,得到了国家科技支撑计划的支持。在4年的时间里,包钢与东北大学、中科院长春应用化学研究所、长沙矿冶研究院、内蒙古科技大学、北京宾隆矿业等合作方一道,运用新工艺开展了从强磁中矿选稀土尾矿中回收铌精矿工业试验和低级铌铁冶炼试验。据包钢稀土研究院高级工程师王小清介绍,经这样一个工艺流程生产出来的低级铌铁,完全可以满足钢铁冶金的需要,成本略低于进口铌铁。
据研究推算,如果包钢建设一个年处理原矿60万吨的选铌车间,每年可获得品位为4%的铌精矿9450吨,冶炼后能获得1400吨低级铌铁,还可以得到稀土精矿、铁精矿、富磷半钢、稀土富渣等有价值的副产品。整个流程产值在1亿元以上。有资料显示,包钢每年随铁矿开采排入尾矿库的氧化铌为1.3万吨,如果将此回收利用,我国工业用铌问题可得以彻底解决。此外,据夏国金介绍:“由于是利用稀选尾矿选别铌精矿,按照年量处理60万吨计算,包钢可年增产稀土精矿2万吨、铁精矿10万吨、铌精矿9450吨,等于每年减少13万吨的尾矿排放。”环保减排将是白云鄂博铌资源开发利用带来的另一层效益。
与此同时,白云鄂博是世界着名的多金属共生矿。对铌资源的回收利用研究不但解决了铌的国产化难题,还为其他资源的回收利用创造了条件。在《包头铌资源选冶新工艺新技术研究及产业化》课题验收会上,干勇等专家希望包钢继续在钍、钛、氟、钾等资源的回收利用上下工夫。王小清告诉记者,他们已经发现低铌合金中的钛含量与铌含量几近相等。“如果再把钛提取出来,铌的回收成本将更低。”王小清介绍说,“课题组已经开始着手这方面研究。”目前借助《包头铌资源选冶新工艺新技术研究及产业化》课题,包钢已经建成了铌选冶试验基地,对钍资源的回收研究也结出了硕果。科研人员表示,在铌的选冶研究方面,他们将继续扩大试验规模,推进产业化步伐,争取早日见到效益。