铁矿石及其运输.docx
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铁矿石及其运输
货物学期中论文
铁矿石及其运输
09茅运
谷琼霓
No.20092904
铁矿石
铁，是世界上发现最早，利用最广，用量最多的一种金属，其消耗量约占金属总消耗量的大约95%左右。
自从19世纪中期发明转炉炼钢法逐步形成钢铁工业大生产以来，钢铁一直是最重要的结构材料，在国民经济中占有极重要的地位，是社会发展的重要支柱产业，是现代化工业最重要和应用最多的金属材料。
所以，人们常把钢、钢材的产量、品种、质量作为衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术发展水平的重要标志。
（1）铁矿石的主要用途
铁矿石主要用于钢铁工业，机械生产，冶炼含碳量不同的生铁（含碳量一般在2%以上）和钢（含碳量一般在2%以下）。
生铁通常按用途不同分为炼钢生铁、铸造生铁、合金生铁。
钢按组成元素不同分为碳素钢、合金钢。
合金钢是在碳素钢的基础上，为改善或获得某些性能而有意加入适量的一种或多种元素的钢，加入钢中的元素种类很多，主要有铬、锰、钒、钛、镍、钼、硅。
此外，铁矿石还用于作合成氨的催化剂（纯磁铁矿），天然矿物颜料9赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿）、饲料添加剂（磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿）和名贵药石（磁石）等，但用量很少。
钢铁制品广泛用于国民经济各部门和人民生活各个方面，是社会生产和公众生活所必需的基本材料。
（2）主要的铁矿石
铁矿石是钢铁生产企业的重要原材料，天然矿石（铁矿石）经过破碎、磨碎、磁选、浮选、重选等程序逐渐选出铁。
在理论上来说，凡是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫做铁矿石；但是，在工业上或者商业上来说，铁矿石和锰矿不同，铁矿石不但是要含有铁的成份，而且必须有利用的价值才行。
天然矿石经过破碎、磨碎、选矿等加工处理成矿粉叫精矿粉。
精矿粉按照选矿方法的不同分为多种精矿粉，如磁选、浮选、重选等精矿粉。
球团矿把精矿粉和石灰石粉混匀后，滚成或压成直径10-30mm的生球，经过干燥和高温焙烧，使颗粒固结。
这种球状矿料叫球团矿。
球团矿粒度均匀、透气性和还原性好。
但对球团焙烧的温度控制比烧结的严格。
球团矿还要求原料粒度细，矿粉含水量低。
球团矿有氧化球团和金属化球团两种烧结矿是将铁矿粉（铁精粉）掺入一定的粘合剂经高温烧结为块状料进高炉，烧结厂也就是将铁矿粉做成可供高炉使用的块状料，这样的话高炉有一定的透气性，料还不能被吹走。
烧结厂使用的是烧结台车和带冷机。
球团矿是将铁矿粉掺入一定的粘合剂造成球形状经高温烘烧后进高炉，这样的话高炉的透气性更好，还能调节高炉的酸碱度。
铁都是以化合物的状态存在于自然界中，尤其是以氧化铁的状态存在的量特别多。
铁矿物种类繁多，目前已发现的铁矿物和含铁矿物约300余种，其中常见的有170余种。
但在当前技术条件下，具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、铁的硅酸盐矿和硫化铁矿等。
磁铁矿（Magnetic）：
是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe3O4，是Fe2O3和FeO的复合物，呈黑灰色，比重大约5.15左右，含Fe72.4％，O27.6％，具有磁性。
在选矿时可利用磁选法，处理非常方便；但是由于其结构细密，故被还原性较差。
经过长期风化作用后即变成赤铁矿。
赤铁矿（Hematite）：
也是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe2O3，呈暗红色，比重大约为5.26，含Fe70％，O30％，是最主要的铁矿石。
由其本身结构状况的不同又可以分成很多类别，比如赤色赤铁矿（Redhematite）、镜铁矿（SPEcularhematite）、云母铁矿（Micaceoushematite）、粘土质赤铁（RedOcher）等。
褐铁矿（Limonite）：
是含有氢氧化铁的矿石。
它是针铁矿（Goethite）HFeO2和鳞铁矿（LepidoCRocite）FeO（OH）两种不同结构矿石的统称，也有人把它主要成份的化学式写成mFe2O3．nH2O，呈现土黄或棕色，含有Fe约62％，O27％，H2O11％，比重约为3.6～4.0，多半是附存在其它铁矿石之中。
菱铁矿（Siderite）：
是含有碳酸亚铁的矿石，主要成份为FeCO3，呈现青灰色，比重在3.8左右。
这种矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。
由于碳酸根在高温约800～900℃时会吸收大量的热而放出二氧化碳，所以我们多半先把这一类矿石加以焙烧之后再加入鼓风炉。
铁的硅酸盐矿（SilicateIron）：
此类矿石是一种复合盐，没有一定的化学式，成份的变化很大，一般呈现深绿色，比重为3.8左右，含铁成份很低，是一种较差的铁矿石。
硫化铁矿（Sulphideiron）：
又称黄铁矿，这种矿石含有FeS2，含Fe只有46.6％而S的含量达到53.4％。
呈现灰黄色，比重大约为4.95～5.10。
由于这种矿石常常含有许多其它较贵重的金属如铜（CoPPer）、镍（Nickel）、锌（Zinc）、金（Gold）、银（Silver）等，所以常被用做他种金属冶炼工业的原料；又由于它含有大量的硫，所以常被用来提制硫磺，铁反而变成了副产品，所以事实上已不能称为铁矿石矣。
（3）铁的化学和物理性质
铁元素（Ferrum）的原子序数为26，符号为Fe。
在元素周期表上，铁是第四周期第八副族（ⅧB）的元素。
它与钴和镍同属四周期ⅧB族。
在自然界中，铁元素有4种稳定同位素，其同位素丰度（%）如下（Hertz，1960）：
54Fe—5.81，56Fe—91.64，57Fe—2.21，58Fe—0.34。
铁的原子量平均为55.847（当12C=12.000时）。
铁常与硫和砷等构成共价化合物。
铁的共价半径为1.17×10－１０m。
其键性强度可用铁和硫、砷等的电负性差求得。
铁的电负性，Fe2+为1.8，Fe3+为1.9（波林，1964）。
凡是原子半径与铁相近的元素，当晶体结构相同时，易与铁形成金属互化物，如铁和铂族形成的金属互化物粗铂矿（Pt，Fe）。
凡是离子半径与铁相近的元素，当化学结构式相同时，易与铁发生类质同象替换，如硅酸盐中的铁橄榄石和镁橄榄石类质同象系列；碳酸盐中的菱铁矿和菱锰矿类质同象系列；以及钨酸盐中的钨铁矿和钨锰矿类质同象系列，等等。
铁的熔化潜热为269.55J/g，蒸发潜热为6343J/g。
在鼓风炉中用来还原氧化铁的主要还原剂是气态的一氧化碳（CO），而矿石则是固体的状态，因此，这个还原反应是发生在气相（gasphase）和固相（Solidphase）之间；于是乎，两相之间接触面的大小和接触时间的长短都会影响这个还原反应的速度。
原则上希望相的接触面要大，两相间接触的时间要久。
为了合于这两个要求，对铁矿石就必须考虑下面三个因素：
第一，铁矿石的气孔性（porosity）要高；因为气孔性高则表面积大而且表面吸附力大，对于还原性一氧化碳气体的亲和力大，而且接触机遇多，有利于还原反应。
图二是一个气孔率和还原反应所需时间的关系图、可以看出气孔率高则还原所需时间短。
第二，希望铁矿石的粒度（Grainsize）要适中；本来粒度愈小则表面积愈大，应该有利于还原反应，但于由于粒度太小之后，会影响鼓风炉中的通气性，而且也容易被热风（Hotblast）带出，增加炉顶气体（Topgas）中的尘埃量。
所以，我们对粒度的要求有一个范围，即颗粒之直径在10～30毫米之间。
第三，希望软化点（Soften－point）要高；因为，假如软化点低则在尚未达到还原反应温度时表面就软化而呈半熔融状态，破坏了气孔性使得还原困难。
铁矿石的品位指的是铁矿石中铁元素的质量分数，通俗来说就是含铁量。
比如说，铁矿石的品位为62，指的是其中铁元素的质量分数为62%，对于赤铁矿（主要成分为Fe2O3），理论最高品位为70%；对于磁铁矿（主要成分为Fe3O4）,理论最高品位为72.4%；对于菱铁矿（主要成分为FeCO3），理论最高品位为48.3%；对于褐铁矿（主要成分为Fe2O3．H2O），理论最高品位为62.9%。
（4）铁矿石分类
按照矿物组分、结构、构造和采、选、冶及工艺流程等特点，可将铁矿石分为自然类型和工业类型两大类。
1.自然类型
1）根据含铁矿物种类可分为：
磁铁矿石、赤铁矿石、假象或半假象赤铁矿石、钒钛磁铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石以及由其中两种或两种以上含铁矿物组成的混合矿石。
2）按有害杂质（S、P、Cu、Pb、Zn、V、Ti、Co、Ni、Sn、F、As）含量的高低，可分为高硫铁矿石、低硫铁矿石、高磷铁矿石、低磷铁矿石等。
3）按结构、构造可分为浸染状矿石、网脉浸染状矿石、条纹状矿石、条带状矿石、致密块状矿石、角砾状矿石，以及鲕状、豆状、肾状、蜂窝状、粉状、土状矿石等。
4）按脉石矿物可分为石英型、闪石型、辉石型、斜长石型、绢云母绿泥石型、夕卡岩型、阳起石型、蛇纹石型、铁白云石型和碧玉型铁矿石等。
2.工业类型
1）工业上能利用的铁矿石，即表内铁矿石，包括炼钢用铁矿石、炼铁用铁矿石、需选铁矿石。
2）工业上暂不能利用的铁矿石，即表外铁矿石，矿石含铁量介于最低工业品位与边界品位之间。
（5）铁矿资源的分布
截至1996年底，全国查明铁矿产地1834处，分布于全国29个省、市、自治区的660多个县（旗），主要集中在辽宁（111.81亿t）、四川（53.32亿t）、河北（62.36亿t）3省，共计保有铁矿石储量227.49亿t，占全国总保有铁矿石储量的49.08%；其次，储量超过10亿t的有北京、山西、内蒙古、山东、河南、湖北、云南、安徽等8个省、市、自治区，储量合计为160.88亿t，占全国总保有铁矿石储量的34.71%；再是储量不足10亿t的有吉林、黑龙江、上海、江苏、浙江、福建、江西、湖南、广东、广西、海南、贵州、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆等18个省、市、自治区，储量合计为75.10亿t，占全国总保有铁矿石储量的16.21%；上海、宁夏为最少，只有几百万t。
我国矿产资源既有优势，也有劣势。
优劣并存的基本态势主要表现在以下几个方面：
1、矿产资源总量丰富，人均资源相对不足；2、矿产品种齐全配套，资源风度不一；3、矿产质量贫富不均，贫矿多，富矿少；4、超大型矿床少，中小型矿床多；5、共生伴生矿多，单矿种矿床少.
世界铁矿资源集中在澳大利亚、巴西、俄罗斯、乌克兰、哈萨克斯坦、印度、美国、加拿大、南非等国。
据美国地质调查所和矿业局1996年1月的
统计，世界铁矿石资源量超过8000亿t，折合金属量超过2300亿t。
1995年
（世界主要地区铁矿）
世界铁矿石储量1500亿t、储量基础2300亿t，折合铁金属量分别为650亿t、1000亿t。
若以我国A+B+C级储量与世界各国储量基础比较，我国铁金属储量73.29亿t，应在俄罗斯、澳大利亚、加拿大、巴西之后居世界第5位。
（6）铁矿石的运输
国际铁矿石交易惯常的运输方式大部分是整船运输，有一部分地区实行集装箱装运。
铁矿石的运输性质
比重大
当利用杂货船装运矿石时，若各舱所装重量分配不当，容易破坏船体强度，对航行不利。
若是少量运输，在积载时常用作压舱货。
自然倾角较大
铁矿石流动性较小，在一定的底面积上可以堆得较高。
整船或大量装运矿石时，常利用这一特性，堆装成锥形，以提高船舶的重心。
易蒸发水分
开采出来的铁矿石中含有不同程度的水分，经精选的矿石含的水分更多。
在空气的相对湿度较低时，这些水分易蒸发，所以铁矿石不能与怕湿货混装在一舱。
易扬尘污染
铁矿石常保存着开采时的泥土杂质，随着水分的蒸发，泥土和杂质常破裂脱落，在装卸过程中极易飞扬。
因此矿石被列为污染性粗劣货物，不能与清洁怕污染的货物混装一舱。
渗水性
一些加工过的精选矿粉中含有较多水分，航行中受外力作用如船舶摇摆时，矿粉中的水分会渗离出来，在舱内形成水泥浆。
这些水泥浆能随船舶侧倾而流动，有可能造成翻船事故，严重威胁航行安全。
当矿物中的含水量达9%时，所渗出的水就有移动的可能，含水量达12%时，就会造成大量泥浆水的移动。
冻结性
含水量较多的铁矿石在冬季低温下易冻结，给装卸带来困难。
自热性
指铁矿石被氧化后发生化学变化产生自热的现象。
瓦斯危害
金属矿石能散发它吸附的挥发性气体（常见的是甲烷、乙烷、一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫的混合物，有毒可燃烧），运输中货舱内积聚这些气体危害性很大。
铁矿石的装运
装运铁矿石的船舶要有特别坚固的结构和足够的双层低空间，还要有保证安全运输的技术设备。
在装矿石以前，应仔细检查和清扫船舶的污水沟、排水系统，应把污水沟盖堵严，以防止矿砂落入沟内；装运含水量在8%以上的精选矿粉时，针对渗水性，装舱时，应安装纵向止移板以减少渗水后自由液面对船舶稳定性的影响，当装运量较大时，更不能忽视渗水移动所造成的严重后果。
铁矿石整船装运
凡有2层地船舶，应在二层舱内装载1/5~1/4的航次载货量，底舱的舱口盖上最好不装或少装，以防止舱盖受压下榻和卸货时卸货机损伤舱盖。
装载时，应尽量将矿石堆向两舷和前后舱壁，其中堆向两舷能减缓摇摆强度。
各舱装载数量应按仓容大小比例分配，不能过于集中于某部位。
全船装运铁矿石时，除了严密注意各舱均衡装载外，通常规定全船减载20%左右，以减轻船体负荷。
矿石部分装载
部分装载铁矿石时，应考虑其他货载中途港卸下或矿石在中途港卸下时船体的受力情况是否会使船舶出现严重变形。
除了确保船体安全及航行安全外，针对铁矿石的具体性质，还应满足一些具体要求。
（1）矿石应与怕潮货、怕扬尘货分舱装运，其他一切能够混合或掺杂到矿石堆里去的散装货物也不能与矿石同舱;
（2）不同类矿石不能同装一舱，避免矿石间的混杂；
（3）在运送过程中要定时测温，当温度较高时，应及时采取措施，铁矿石不能与其他易燃、怕热货物同舱装运；
（4）在航行中应经常进行通风换气，疏散有害气体。
矿石专用船装载矿石
运量较小时，应充分注意船体总纵向受力是否均匀和如何将整船重心提高到适当位置的问题。
铁矿石进口现状
中国是国际铁矿石的最大买主。
2008年中国共进口4．4366亿吨铁矿石，占全球海运铁矿石比重约为52％；而日本进口约1．0526亿吨，占比重约12.3％；韩国进口0．4954亿吨，占比重约为6％。
我国是世界上铁矿石消费量最大的国家，进口铁矿石是我国外贸吞吐量中最大的货种，也是我国港口装卸继煤炭之后的第二大货种。
进口铁矿石运输的船型大多是超大型矿运船，都要通过在大型矿石码头的转运或减载才能抵达钢厂码头；也有部分如印度矿等是由小于10万吨级船舶进行承运；铁矿石在港口或码头卸载后也由铁路承担一部分运输。
因此对进口铁矿石运输的研究，主要就是大型矿石码头接卸能力和生产作业的分析。
截至2008年底，我国共有矿石码头10万吨级及以上码头32个，并形成了以大连、营口、唐山、天津、青岛、日照六港为主，秦皇岛、烟台、锦州三港为补充的环渤海地区外贸铁矿石接卸运输的合理布局：
由沿海宁波-舟山港、上海港和长江口内南京、镇江、南通、张家港等港口组成的长江三角洲地区外贸铁矿石运输体系港口布局；以湛江、防城两港专业化泊位为主，深圳、珠海、广州三港通用散货泊位为有益补充的华南沿海矿石接卸系统港口布局。
前者是进口矿石船的直接接卸港，后者是减载船或二程船的接卸港。
10万吨级以上码头承担了我国铁矿石90％的进口任务．
铁矿石进口运输方式
进口铁矿石的运输模式是由钢铁企业所处的地理位置所决定。
以位于长江中游的武钢为例，目前进口铁矿石运输主要有3种模式：
三程运输，减载运输和江海直达运输。
1.三程运输
三程运输即用海轮将矿石从国外海港运输到中国海港（如宁波北仑港），再由2万-4万吨级的二程船运输到长江港口（如上海港、南通港、张家港、镇江港等），最后再由1000-2000吨的驳船运输到企业。
2.减载（一船两卸）运输
所谓减载运输，就是较大的海轮装满铁矿石到达中国海岸的第一个深水港口，经卸载一部分货物后，母船继续向长江内河航行，把剩余的部分运达第二目的港的一种运输方式。
好望角型海轮将矿石从国外海港运输到中国海港，卸10万吨左右后（此部分矿石运输方式同三程运输），海轮将剩余6万吨左右矿石直接运输到长江港口，最后由1000-2000吨的驳船运输到企业；巴拿马型海轮将矿石从国外海港运输到中国海港，卸2万吨左右后（此部分矿石运输方式同三程运输），海轮将剩余4万吨左右矿石直接运输到长江港口，最后由1000-2000吨的驳船运输到企业。
3.江海直达运输
江海直达运输即用海轮将铁矿石从国外海港运输到中国海港，再通过江海直达船直接将铁矿石运输到企业。
采用江海直达运输方式与前两种方式相比，省去了一次中转装卸作业，这样既减少了一次作业费，又减少了一次中转损耗，运输周期也有所缩短，运输成本随之下降。
武钢等长江中下游钢铁企业的实践证明，采用减载和江海直达的运输方式
在长江水路运输中成本最优，矿石损耗最少。
因此，长江沿线的钢铁企业应加大采用减载方式和江海直达方式运输的数量。
同时，无论是二程船、江海直达船还是驳船，都应向大型化发展，特别是江海直达船船型可以向万吨级发展（目前最大的船型为6800吨）。
几种主要运输方式的比较
长江干线及华东进口铁矿石主要发运海港为宁波、上海、青岛港，都已具备接卸13万吨级以上矿石运输的能力。
宁波港是中国最大的矿石中转港，北仑港区有目前中国惟一能靠泊30万吨级散货船的泊位，舟山有马迹山25万吨级矿石中转码头。
以从澳大利亚进口铁矿石至武钢为例，将传统的江海“三程运输”与江海二程运输（江海直达运输）作一简单的比较：
1.三程运输
此为传统的三程运输。
以大型矿砂船（如好望角型）在宁波、青岛等沿海港口码头卸载后，由2万-3万吨级的船接矿运到上海、南通、张家港、镇江、南京等长江下游港口，再由三程驳船承运。
主要货主有武钢、重钢等。
此方式中间环节繁多、整体价格较高、损耗较大。
2.大船减载
为“一船两卸”和“一港两点卸”方式。
“大船减载”可一定程度上降低钢厂运输成本，受货主欢迎。
武钢等货主已增加大船减载方式的运量。
3.海船直靠
指海轮直达长江下游钢厂，长江口航道条件改善后此方式将成为现实。
如沙钢就是采取海轮直靠钢厂。
此方式减少了货物中转、损耗小，但长江驳运将减收。
4.江海直达
将二、三程合并运输。
这样不仅提高了运输质量，直接为客户减少中转成本，而且在均衡发运、时效性上得天独厚，降低钢厂矿石库存，缩短资金占用周期，因而愈加受到货主的重视。
5.江海直达与大船减载
此方式组合使用，可为货主大幅度降低成本。
从长江矿石运输自身特性和多途径节约成本来看，发展趋势为江驳和江海直达并举，以江海直达运输为主，而以江驳为辅的运输组合系统。
一是因为航道码头、装卸作业的限制，使部分钢铁企业无法采用江海直达运输，如重钢、鄂钢等；对此宜采取大船减载的运输方式，提高江段驳船延距运输效益。
二是随着长江口整治二期工程2005年完工，水深达10米深后，13万吨级一程海轮稍作减载就可直靠上海和长江下游南通等港口，江海直达主要承运减载运量，与长江驳运共同承运矿石二程运输，更好地实现铁矿石的运输效益。
09茅运
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