河钢集团矿业公司 

摘要：本文收集并对比分析国内部分冶金矿山铁精粉碳足迹数据信息，发现铁精粉碳足迹与原矿品位、精矿品位高度相关。通过对其生产模式、资源禀赋性质、铁精粉品位等进行综合对比分析，发现选矿工序碳排放占比最大，普遍超过50%，电耗隐含碳排放是冶金矿山企业碳排放主要影响因素。相较于外矿运输占比最大的情况，国内矿山选矿生产环节直接推高铁精粉碳足迹，管道运输等绿色低碳运输方式对全生命周期降碳具有积极意义。同时，结合典型矿山企业选矿工艺流程改造过程分析，优化入磨矿石参数、提升资源综合利用水平对降低铁精粉碳足迹有较大促进作用，在降低碳排放水平的同时能够降低生产成本。

关键词：铁精粉；碳足迹；选矿；降碳

国内钢铁行业目前仍以长流程为主，在国家碳达峰、碳中和“3060”战略目标指导下，钢铁行业已经被纳入全国碳市场，钢铁冶炼加工企业通过一系列节能改造、工序创新，在极致能效、新冶金工艺的加持下，有效降低了单位产品碳排放强度^[1]。但作为钢铁加工的原料，在长流程钢铁工艺中，铁精粉具有不可替代性，无法实现类似氢冶金对焦炭的替代效果，铁矿石及加工制品对钢铁产品碳足迹、钢铁企业碳排放产生直接影响。国内铁矿资源以低品位为主，因此本文对加工铁精粉碳足迹分析，为矿山企业减排，进而促进钢铁企业降碳提供参考。同时，围绕选矿环节工艺革新对碳排放的影响进行研究，探索采选联合企业降低铁精粉碳足迹的路径，为钢铁企业绿色产品供应链提供指导。铁精粉碳数据分析及降碳路径研究不仅对自身行业双碳目标实现具有较大意义，同时直接影响着下游产业的碳排放强度，钢铁企业碳核算、协同降碳贡献力量、寻找道路。

1.国内冶金矿山铁精粉碳足迹数据分析

综合国内已发布冶金矿山矿产品EPD报告，并综合区域典型矿山企业近年来开展的铁精粉碳足迹核算数据，获取了部分国内冶金矿山企业矿石品位、精矿品位、铁精矿生产碳足迹信息，铁矿石品位数据来自企业报表或协会统计数据，铁精粉全铁品位及运输碳足迹来自EPD报告或碳足迹证书。数据分析对象涵盖露天、井下两类型矿山，以及单一铁矿、多资源共生矿，在对铁精粉采选等不同环节、生产及运输过程、电耗及其他排放源的碳排放数据进行了对比分析。

1.1  碳足迹数据计算规则标准

冶金矿山企业碳数据核算、矿产品碳足迹计算暂无强制性法规约束，目前数据均是来自于自主核算发布，具体实践中操作方法存在一定的差异，计算可能引起最终数据小幅变化。为在目前条件下最大程度保证铁精粉碳足迹数据具有可比性，本文所涉及的EPD报告及企业自主计算发布的碳足迹数据，均根据ISO14040、ISO14044和ISO14067的框架要求，遵循中国钢铁协会钢铁行业 EPD平台产品种类规则（PCR）：天然和加工铁矿石 PCR^[2]，且认证机构均为中钢协EPD平台认可认证机构。

1.2  原矿及精矿品位对铁精粉生产过程碳足迹的影响分析

表1 国内部分冶金矿山铁精粉生产碳足迹与品位数据

通过综合其他相关资料，八钢矿业、大红山矿、梅山矿业均为混合精粉，其中大红山矿为铁、铜共生，张庄矿为磁精粉，西昌矿为钒钛磁铁矿；研山、司家营、中关、庙沟为磁铁矿，黑山、柏泉为铁、磷共生^[3]。

图1 国内部分冶金矿山铁精粉生产碳足迹与品位关系趋势

整体碳排放数据对比看，梅山矿业、西昌矿业、黑山铁矿碳排放水平较低，研山铁矿、司家营铁矿、中关铁矿、八钢矿业、张庄矿、庙沟铁矿碳排放总量处于中游水平，柏泉铁矿、大红山矿碳排放水平较高。对比原矿及精矿品位、矿山性质信息，原矿品位、精矿品位与生产制造环节碳足迹高度相关，碳排放与原矿品位负相关趋势明显，对比国外矿山原矿品位高而生产碳排放低的情况，这也是国内冶金矿山的重要特点^[4]。因此，尽管铁矿石地质品位这一先天条件无法改变，但研究改善入磨品位将对冶金矿山企业减排具有重要意义。

1.3  运输环节碳排放分析

表2 国内部分冶金矿山铁精粉生产与运输碳足迹

历史上，国内大部分冶金矿山与钢铁企业联系紧密，在地理位置上也有体现，大型矿山周边普遍存在较大钢铁企业，有效缩短了铁精矿运输距离。近年来，随着市场、交通等因素的影响增加，以及冶金矿山开发的深入，运距出现了较大幅度的变化。但较国外矿至国内的运输距离来看，外矿运输碳排放占比超过80%^[5]，国内矿在运输碳排放方面依旧具有较大优势。

图2 国内部分冶金矿山生产碳足迹与运输碳足迹趋势

从全生命周期角度看，运输碳排放对铁精粉碳排放水平有直接影响。综合矿山区位因素，八钢矿业、张庄矿因运距直接拉高铁精粉全生命周期碳排放水平，运输碳排放均超过40kg/t，大红山铁矿虽然区位存在一定劣势，但得益于其管道运输方式^[6]，其运输碳排放水平甚至低于平均水平，在国家公转铁调整等政策指引下，冶金矿山企业也应研究应用管道运输等绿色低碳运输方式。梅山矿业、西昌矿业、研山铁矿、司家营铁矿、中关铁矿等，均属原钢铁企业原料基地，运距具有一定优势，运输碳排放较低，低于平均水平。

1.4  采选工序碳排放分析

表3 国内部分冶金矿山铁精粉采选工序碳足迹

因涉及数据公开，同时为了保持数据最大程度具有可比性，工序环节碳排放分析选取典型矿山企业内部所辖矿山数据进行对比分析。

图3  国内部分冶金矿山铁精粉采选工序碳足迹趋势

由趋势分析可发现，中关铁矿作为地下矿山，因其提升、排水、通风及充填等影响，采矿工序碳排放大于选矿工序，除此之外的其他矿山选矿工序碳排放均大于采矿工序。同时，研山铁矿、司家营铁矿采矿工序碳排放占比远小于其他矿山，而两家矿山显著特点即为采矿环节实现了原有矿山模式下“固废”的充分利用，即采矿无废石，其剥离岩土均被综合利用，极大降低了铁精粉碳排放水平。因此，提高选矿环节能效，并积极推动资源综合利用是冶金矿山降低碳排放水平的重要选项，也是技术提升促进节能减碳的重要途径^[7]。

1.5  电力隐含碳排放占比分析

表4 国内部分冶金矿山电力隐含碳排放占比

表中所列矿山不仅隶属于同一矿业企业，管理模式较为统一，且均处于同一区域电网，因此剔除了区域电力碳排放因子差异对其产生的影响。

图4 国内部分冶金矿山电力隐含碳排放占比

净购入电力隐含碳排放是冶金矿山企业碳排放的绝对主力，这与电力设施、设备已成为冶金矿山企业生产的主要装备密不可分。因此，传统的冶金矿山企业在能源结构中应强化绿电的应用^[8]，在促进国家新型能源体系构建过程中，促进自身降碳。

2.选矿降碳工艺研究

由前所述，通过数据分析可以看出提高资源综合利用水平、应用绿色运输方式以及绿色能源的应用都可以有效降低冶金矿山企业碳排放水平，优化铁精粉碳足迹。选取区域典型矿山为主要研究对象，从工艺流程优化改造和生产设备更新升级两方面着手，提升磨选效率、能源利用效率及矿产资源综合利用水平，经过验证能够有效降低矿产品碳足迹。

2.1  降低入磨矿石粒度的降碳节能试验分析

研究对象原生矿破碎系统采用粗碎、中碎筛分闭路、干选、高压辊筛分闭路流程，通过在原有4台圆锥破碎机基础上新增1台CH870i圆锥破碎机，并对筛分设备进行升级改造，将破碎工艺由“三段两闭路”升级为“四段两闭路”，破碎产品粒度达到0-6mm。改造后，筛上产品（80-30mm）进行破碎，破碎后的产品返回S2筛分车间形成闭路；通过增加筛分设备并调整筛孔尺寸，将中碎产品粒度由0-50mm降低至0-30mm；通过增加弛张筛并进行筛孔尺寸调整，提升高压辊磨机破碎后的筛分能力，实现破碎产品粒度由0-12mm降低至0-6mm。

图5 降低入磨粒度改造前后工艺流程

矿石在任何一种粉碎工艺作用下，都会产生微裂纹，由于粉碎机理及粉碎设备的不同，矿石在粉碎过程中产生的微裂纹会出现差异，并对粉碎的能耗产生较大影响，粒度降低实现了多碎少磨、节能降耗的目的。

2.2  提高入选矿石品位降碳节能试验分析

研究对象应用CTX0816快速磁翻转高场强磁滚筒预先抛尾，提前抛除大量合格尾矿，可以减少进入高压辊磨机以及后续磨矿作业的矿石量，抛尾产率在17%以上，干选精矿品位可以提高2个百分点以上，干选效果较好，符合“能抛早抛”的原则。针对矿石质量波动导致的废石瞬时量升高问题，对干选甩废皮带扩能并增加皮带秤实时计量，自动调节干选机变频器频率，在保证甩废质量的情况下综合甩废产率提高至8%左右，提高入磨品位0.16个百分点以上。

图6 快速磁翻转高场强磁滚筒分选原理

对于低贫铁矿石，在矿石破碎或入磨前经过预先富集，可以提高原矿品位，降低废石运输、破碎、磨矿和进一步的选矿处理带来的碳排放，并提高选矿厂产能，能抛早抛实现了节能降耗，有效降低生产成本及碳排放。

2.3  选矿效率提升降碳节能试验分析

研究对象将0-6mm破碎产品经造浆后给入磨前湿式预选流程，采用干式磁选或湿式磁选一次选流程进行预选抛尾，可抛出产率30.28%-46.18%的尾矿，湿式磁选抛出的尾矿磁性铁品位、铁品位均较低，铁矿物损失少，加之高压辊破碎产品均能比常规破碎产品相对第一段磨矿处理量增加30%左右，大幅提升了选矿效率^[9]。

图7 原矿样、-3mm高压辊磨产品及-6mm高压辊磨产品相对可磨度

针对球磨机较大功耗的情况，兼顾冲击作用和研磨效果，研究确定选择60mm钢球；同时结合前述革新改造对工艺流程带来的影响，顺势推进选矿流程不同环节的合理调整，如将部分浮选精矿分流到原生矿精矿大井、将原生矿过滤机滤液及部分原生矿精矿直接分流到氧化矿大井进而用浮选精矿调节原生矿精矿品位及含硅量、用部分原生矿淘洗机精矿调节过滤浓缩池负荷、打捞机精矿返回至主厂房再磨后进入选别流程等，磨机台时可以提高20t/h左右，综合尾矿品位由之前的7.5%左右降低到7.2%左右^[10]，提高高品低硅精粉产量，降低自身铁精粉生产过程碳排放的同时，降低了下游钢铁企业生产过程碳排放。

2.4  副产品回收降碳节能试验分析

前述预选改造中，通过增加CTY1550预选磁选机及3061直线脱水筛等设备，提高湿式预选流程处理能力的同时，能够提高湿式预选流程预先抛尾量，预选尾矿经0.5mm直线筛筛分后，直线筛筛上粗砂产品作为建材直接销售，副产品抵扣可有效降低铁精粉碳足迹，减少关联建材行业碳排放，降低了关联建材行业碳排放，实现社会协同降碳。

2.5  降碳节能结果对比分析

依据中国钢铁协会钢铁行业 EPD平台产品种类规则（PCR）：天然和加工铁矿石 PCR，通过研究对象所属集团碳中和数字化平台模拟，相关降碳路径应用可铁精粉碳足迹1.52kg/t，降幅约2%。不同矿山企业实际效果可能存在偏差，但以降低尾矿品位为着力点，开展技术优化研究与改造，实现整个选矿系统产量和质量“双提升”，从而形成适合冶金矿山应用的绿色低碳、高效稳产、提质增效关键技术，节能降碳的同时优化单位成本，提升企业经济效益。

3.结论

本文主要搜集了国内部分冶金矿山企业铁精粉采矿、选矿等生产环节及运输碳足迹数据，并整理了部分电耗隐含碳排放占比数据，同时梳理典型企业针对自身管理技术提升进行了降碳路径实践，得出以下结论。

（1）国内冶金矿山铁精粉生产碳足迹水平主要受原矿品位及精矿品位影响，随着铁矿资源开采难度、选别难度的增加，国内矿山铁精粉碳足迹可能会进一步上升。

（2）相较于外矿运输碳足迹水平较高的情况，国内矿山得益于相对较近的市场销售距离，运输碳足迹较低，且随着管道输送等绿色低碳运输模式的应用，其碳足迹水平进一步降低，从全生命周期角度看，有效抵消了生产碳足迹水平提升带来的影响。

（3）国内冶金矿山选矿工序碳排放占比普遍高于采矿工序，在行业逐步有粗放向精细化发展的过程中，通过技术革新、工艺优化、管理升级，可逐步降低选矿工序碳排放，同时带来降本及社会协同降碳功效。

（4）电力隐含碳排放是冶金矿山企业碳排放的主要构成，在国家新型能源体系构建过程中，此部分碳排放会逐步降低，但冶金矿山企业同样面临着环保等领域持续增加投入带来的碳排放压力增加，因此应进一步强化绿电应用，比如发挥冶金矿山企业场地资源优势，发展光伏、风电等直连绿电。

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