鐵尾礦綜合利用研究現(xiàn)狀

潘寶峰，時彥寧

（大連理工大學(xué)，遼寧大連116023）

鐵尾礦綜合利用研究現(xiàn)狀

潘寶峰*，時彥寧

（大連理工大學(xué)，遼寧大連116023）

鐵尾礦是鐵礦石經(jīng)過選礦工藝選取鐵精礦后排放的廢渣，隨著鐵尾礦排放量增高，鐵尾礦砂回收利用已經(jīng)成為全社會關(guān)注的問題。主要介紹了現(xiàn)階段國內(nèi)外對鐵尾礦回收途徑的研究方向，并對研究成果做了簡要的陳述，提出了國內(nèi)鐵尾礦利用存在的問題，并結(jié)合我國現(xiàn)狀對鐵尾礦利用方向提出了展望。

鐵尾礦；建筑材料；尾礦庫復(fù)墾

鐵尾礦是鐵礦石經(jīng)過選礦工藝選取鐵精礦后排放的廢渣。當(dāng)前，我國鐵尾礦的排放量增長迅速，據(jù)有效數(shù)字統(tǒng)計，自1949年以來，我國鐵尾礦砂排放量超過60×108t，尤其在2003年以后鐵尾礦排放量大幅上升，2009排放量達(dá)到5.5×108t，2010年排放量超過6×108t[1]。因此，鐵尾礦的綜合回收利用問題已受到全社會的廣泛關(guān)注。

1 國內(nèi)利用現(xiàn)狀

我國鐵尾礦綜合利用起步較晚，但進(jìn)展很快。特別是“十一五”期間，在高校、研究院以及鐵尾礦企業(yè)的努力下，鐵尾礦回收利用技術(shù)已經(jīng)得到很大提升，現(xiàn)階段我國鐵尾礦再利用主要有3個方面：鐵尾礦再選及回收有價元素；鐵尾礦生產(chǎn)建筑材料；鐵尾礦充填采空區(qū)和尾礦庫復(fù)墾。

1.1 回收有價元素

鐵尾礦回收利用的最大著眼點(diǎn)是提取鐵尾礦中的有價元素，從鐵尾礦中回收原本不能分選或沒有分選的有價組分。我國在這方面做了很多研究工作。

東北大學(xué)劉文剛[2]等人（2011）采用正—反浮選聯(lián)合流程對齊大山選礦廠的浮選尾礦（鐵品位為19.75%）進(jìn)行了鐵回收試驗(yàn)研究，正浮選試驗(yàn)結(jié)果表明：在2，4—二羥基苯甲酸為石英抑制劑、油酸鈉為捕收劑和不加pH值調(diào)整劑的條件下，當(dāng)抑制劑用量為800g/t、油酸鈉用量為550g/t時，可以獲得鐵品位31.86%、鐵回收率78.85%的浮選粗精礦。反浮選試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)磨礦細(xì)度小于0.045mm占95.50%時，經(jīng)過1次粗選、2次精選、1次掃選，可獲得鐵品位66.17%、鐵回收率27.64%的反浮選精礦。

北京科技大學(xué)劉占華[3]等人（2012）采用弱磁選—直接還原焙燒—磁選工藝對內(nèi)蒙古某高硫鐵尾礦進(jìn)行處理，得到了鐵品位為92.86%、相對弱磁精礦回收率為82.37%、硫含量為0.40%的還原鐵，獲得了較好的提鐵降硫效果。

孫達(dá)[4]嘗試從鐵尾礦中回收銅元素，將鐵尾礦砂經(jīng)過1次粗選、2次掃選以及4次精選的閉路浮選流程，從銅品位0.3%鐵尾礦中獲取到銅品位23.7%的銅精礦，并且回收率可達(dá)到68.9%。

馬鋼鐵尾礦儲量大，且其中含有大量的的石榴石。為充分利用這一資源，馬鞍山礦山研究院[5]成功研究了強(qiáng)磁一粗二精分級搖床選別流程，選出了石榴石含量97.4%的石榴石精礦，其回收率可達(dá)到41%。

綜上，鐵尾礦回收有價元素的經(jīng)濟(jì)效益顯著，最近幾年回收工藝技術(shù)和回收設(shè)備也都取得很大進(jìn)步，但該途徑受鐵尾礦本身特性的影響較大，對很多尾礦并不適用，并且回收有價元素后的鐵尾礦仍然會產(chǎn)生固體廢物污染，因此需要聯(lián)合其他回收利用技術(shù)來解決鐵尾礦問題。

1.2 鐵尾礦生產(chǎn)建筑材料

鐵尾礦主要化學(xué)成分有鋁、鈣、硅、鎂的氧化物。其中，鋁、硅含量較高，且80%以上都是非金屬礦物，與建筑材料十分相近，這為鐵礦在建材業(yè)的應(yīng)用提供了前提條件。目前，我國鐵尾礦在建筑材料應(yīng)用中已經(jīng)取得明顯成效，主要表現(xiàn)在制作墻體材料、道路材料、制磚材料、裝飾材料以及陶瓷材料。

（1）鐵尾礦制作墻體材料。清華大學(xué)田景松[6]等人（2010）將鐵尾礦砂與機(jī)制砂搭配組成混合砂，按照顆粒級配理論合理調(diào)整鐵尾礦砂與機(jī)制砂的混合比例，配制出工作性能、力學(xué)性能和耐久性能都能夠滿足現(xiàn)代施工技術(shù)要求的不同強(qiáng)度等級的混凝土。

海南大學(xué)張浩[7]等人（2012）用正交試驗(yàn)法確定了利用鐵尾礦來制備加氣混凝土砌塊的最優(yōu)配合比，試驗(yàn)結(jié)果表明鐵尾礦、石英砂、水泥、氧化鈣、石膏、鋁粉、穩(wěn)泡劑分別為原材料干重的59.20%、8.26%、15.96%、14.03%、1.00%、0.06%、0.07%，且水料比為0.58時，其抗壓強(qiáng)度達(dá)到了4.85MPa，并研究了熱帶海洋性氣候環(huán)境對加氣混凝土砌塊與混凝土之間界面結(jié)合強(qiáng)度的影響。

（2）鐵尾礦用作道路材料。楊青[8]（2008）通過對無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定鐵尾礦砂的路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明：11%水泥穩(wěn)定鐵尾礦砂、31%石灰穩(wěn)定鐵尾礦砂、2%水泥和12%石灰穩(wěn)定鐵尾礦砂均能滿足低等級道路基層強(qiáng)度要求。

河北工業(yè)大學(xué)孫吉書[9]等人（2012）對石灰粉煤灰穩(wěn)定鐵尾礦碎石的強(qiáng)度、抗壓回彈模量、抗凍性能、水穩(wěn)定性等路用性能的研究，分析了其強(qiáng)度的影響因素，并闡述了石灰粉煤灰穩(wěn)定鐵尾礦碎石的強(qiáng)度形成機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，石灰粉煤灰穩(wěn)定鐵尾礦碎石（石灰∶粉煤灰∶鐵尾礦碎石為10∶20∶70）的各項(xiàng)技術(shù)性能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，可以作為各級公路的基層材料。

張鐵志[10]試驗(yàn)研究利用加筋鐵尾礦用于道路基層施工，試驗(yàn)表明:水泥劑量3%,聚丙烯纖維0.3%的混合料均可滿足各等級公路技術(shù)要求，并證明加筋鐵尾礦可以比單純水泥穩(wěn)定鐵尾礦節(jié)省2%水泥劑量,且混合料性能得到極大提高。但該技術(shù)存在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)平衡問題，纖維含量維持在0.3%,才能保證混合料強(qiáng)度最佳;水泥劑量維持在3%時，才能在符合技術(shù)要求的基礎(chǔ)上達(dá)到最經(jīng)濟(jì)水泥用量。

（3）鐵尾礦用于制磚。建筑用磚仍是我國建筑業(yè)用量最大的建材產(chǎn)品之一，馬鞍山研究院[11]以齊大山、歪頭山的鐵尾礦為主要原料，配入少量骨料、鈣質(zhì)膠凝材料及外加劑，加水均勻攪拌，在60t的壓力機(jī)上擠壓成型，脫模并養(yǎng)護(hù)28d，成功地制成免燒磚。

大連理工大學(xué)徐博書[12]等人（2010）以遼寧地區(qū)的鐵尾礦砂（SiO2含量為74.98%，F(xiàn)e2O3含量為7.63%）為原料，并摻加一定比例的碎石、水泥，通過采用靜壓成型、脫模養(yǎng)護(hù)的方法，制備得到了用于道路工程的MU20級鐵尾礦免燒磚，并對其強(qiáng)度形成進(jìn)行了機(jī)理分析。

張錦瑞、賈清梅[13-14]以唐山地區(qū)的鐵尾礦為主要原料，摻加一定比例的粗骨料、水泥，采用特定方法制辦成型后，再經(jīng)蒸壓養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù)，研究出鐵尾礦含量50%以上的蒸壓磚，采用該方法所制得的鐵尾礦磚各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求。

尹洪峰[15]對邯鄲地區(qū)鐵尾礦進(jìn)行了制磚試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：采用擠出成型法可以制備出MU 7.5的建筑用磚；采用壓制成型法可以制備出MU10以上的建筑用磚，尾礦磚體積密度與普通磚相近，試樣泛霜試驗(yàn)合格、抗冷凍性好。

目前尚未見到用鐵尾礦研制多孔磚和清水磚的報道，隨著研究的深入和擴(kuò)大，用鐵尾礦制作多孔磚和清水磚等新型建材會成為新的研究方向。

（4）鐵尾礦用于生產(chǎn)裝飾材料。吉林大學(xué)李亞超[16]等人（2011）以鞍山式鐵尾礦粉和玻璃粉為原料，采用無壓燒結(jié)法來制備鐵尾礦建筑飾面材料。研究結(jié)果表明其物理力學(xué)性能都達(dá)到了天然石材的標(biāo)準(zhǔn)，可以作為建筑飾面材料。

（5）鐵尾礦用于陶瓷材料。將鐵尾礦應(yīng)用于陶瓷材料，在有效利用廢棄尾礦、保護(hù)環(huán)境的同時，也可以極大改善陶瓷性能。目前這方面的研究已展開，但主要表現(xiàn)在小范圍燒制陶瓷材料、尾礦陶瓷釉料和尾礦衛(wèi)生潔具，尚未有大規(guī)模陶瓷生產(chǎn)線。

1.3 鐵尾礦充填采空區(qū)和尾礦庫復(fù)墾

近年來，充填采礦技術(shù)快速發(fā)展，將尾礦填充采空區(qū)不僅可以解決尾礦的排放問題，還可以降低充填成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

河北寬城冶金建材工業(yè)公司周杰[17]等人（2011）利用承德地區(qū)某鐵礦廠尾礦干排充填采空區(qū)，不僅解決了建設(shè)鐵尾礦庫所帶來的安全隱患，也消除了采空區(qū)的安全隱患。

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)李曉雷[18]等人（2012）通過對紅透山尾礦庫復(fù)墾適宜性評價得出了影響尾礦庫復(fù)墾適宜方向的關(guān)鍵是有效土層的厚度、污染物的處理和基底穩(wěn)定性；同時尾礦庫復(fù)墾應(yīng)以三級牧草地和林地為主，復(fù)墾植被應(yīng)選擇抗逆性較強(qiáng)的植物。

實(shí)踐表明，以鐵尾礦砂代替砂石充填采空區(qū)可以起到經(jīng)濟(jì)環(huán)保的效果，這將成為礦山研發(fā)推廣的新工藝。

1.4 其他利用方式

除上面介紹的3種利用方式外，鐵尾礦還可以用來生產(chǎn)耐火材料、建筑用砂、肥料和土壤改良劑等[19-21]。

2 國外鐵尾礦綜合利用現(xiàn)狀

國外對鐵尾礦綜合利用的研究工作起步較早，特別是1970年以后，制定了一系列法規(guī)，大大改善了礦山和尾礦場的環(huán)境。他們在鐵尾礦再選及回收有價金屬、制作建筑材料、尾礦庫復(fù)墾等方面也早已取得很多實(shí)用性成果。

伊斯坦布爾技術(shù)大學(xué)Sirkeci A.A.[22]等人（2006）采用浮選法，在最佳浮選條件下從迪夫里伊選礦廠的老尾礦中回收鈷、鎳和銅，回收率分別達(dá)到了83.1%、57.7%和59.0%。

印度作為世界上第六大鐵尾礦生產(chǎn)國，每年產(chǎn)生近1800×104t的尾礦，如何安全處理和利用這些尾礦對于鐵礦行業(yè)而言是一個巨大的挑戰(zhàn)。2000年4月印度國家冶金實(shí)驗(yàn)室Das S.K.[23]等人利用鐵尾礦生產(chǎn)陶瓷地板和墻磚，其強(qiáng)度和硬度基本上符合歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。

印度礦業(yè)環(huán)境中心Maiti S.K.[24]等人（2005）發(fā)現(xiàn)在鐵尾礦庫上種植植物有利于穩(wěn)定和減少水土流失，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)尾礦中鐵含量不但不會影響植物的自然生長，相反高含鐵量還會促進(jìn)植物生長。

美國Norland M.R.[25]等人（1994）在明尼蘇達(dá)州選取了2處鐵尾礦庫進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)，經(jīng)過4年的研究調(diào)查，發(fā)現(xiàn)植被恢復(fù)率達(dá)到了72%。

3 國內(nèi)鐵尾礦利用存在的問題及前景展望

盡管鐵尾礦的綜合利用在“十一五”期間取得了較為明顯的成效，但仍存在一些問題：

（1）技術(shù)支撐能力不足，利用率不高。目前鐵尾礦的綜合利用存在許多技術(shù)瓶頸，尤其缺乏大規(guī)模、高附加值利用的重大技術(shù)和裝備。大多數(shù)鐵礦山企業(yè)研發(fā)能力較弱，技術(shù)裝備落后，缺少研發(fā)投入的積極性。而現(xiàn)有技術(shù)裝備水平不能為鐵尾礦綜合利用產(chǎn)業(yè)提供有效支撐，制約了綜合利用的發(fā)展。

（2）企業(yè)規(guī)模小。目前從事鐵尾礦綜合利用的企業(yè)以中小型為主，年平均產(chǎn)值不到2000萬元，缺乏具有較強(qiáng)市場競爭力的跨區(qū)域、跨省份的大型專業(yè)化企業(yè)集團(tuán)。

（3）鐵尾礦資源循環(huán)利用的法律、法規(guī)建設(shè)相對落后，鐵尾礦利用的基礎(chǔ)管理薄弱，缺乏資源和環(huán)保意識；另一方面由于投資回報率小，鐵尾礦山企業(yè)對尾礦資源循環(huán)利用的積極性不高。

總之，我國在鐵尾礦綜合利用方面雖然取得了很大進(jìn)展，但與當(dāng)前需要之間還是存在很大差距，鐵尾礦綜合利用任務(wù)艱巨，應(yīng)當(dāng)引起全社會的高度關(guān)注。鐵尾礦的資源化利用研究前景廣闊，尤其是在道路各個層面中的應(yīng)用都還有很大的研究空間，鐵尾礦砂在道路中的綜合應(yīng)用必然會成為一個新的課題。

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TD926.4

A

1004-5716（2015）05-0153-04

2014-06-09

2014-06-10

潘寶峰（1967-），男（漢族），內(nèi)蒙古赤峰人，教授，現(xiàn)從事道路工程教學(xué)研究工作。