南芬選礦廠鐵尾礦綜合利用

李 肖 徐 彪 王雙強 許 晗

(本鋼集團有限公司)

礦產資源是人類發展和生存重要的物質基礎之一，我國90%的能源和80%的原材料來自礦產資源。隨著礦產資源的不斷開發利用，產生的尾礦逐漸增多，據統計，目前全球尾礦儲存量已經達到100億t以上，并呈逐年增加態勢。尾礦如不合理處置，會給環境造成嚴重的污染和危害。傳統的尾礦堆存處置具有占用土地、造成揚塵污染和地下水污染的缺點，且尾礦壩也存在安全隱患，加重了企業的負擔[1]。

我國礦產資源整體呈貧礦多、單一礦少、共伴生礦多、礦石組成復雜的特點，由于受開發利用水平、生產設備和綜合回收意識的制約，礦產資源沒有得到充分利用，尾礦利用率很低，平均僅7%，遠遠低于國外水平[2]。隨著我國礦產資源日漸貧化和國家對保護生態環境的重視，對尾礦綜合利用進行深入研究，結合企業生產和發展實際情況，以經濟合理地開發利用尾礦資源是今后礦山企業可持續發展的必然選擇，是循環經濟發展的健康之路。

1 鐵尾礦綜合利用價值

對于礦產資源來說，不存在尾礦之說。礦山企業尾礦是指生產過程沒有進行回收利用的非目的礦物，現階段不具有經濟價值，但已經過開采、運輸、破碎、磨礦、選別等處理，相對于原生礦，對其進行再次利用可減少很大一部分的能量消耗，降低回收利用其中有價物質的成本。

我國每年產生鐵尾礦1.1億t以上，尾礦全鐵品位平均在11%以上。如果從鐵尾礦中回收的鐵精礦按品位60%、產率2%～3%計算，每年可回收鐵精礦300～400萬t，相當于一個大型鐵礦企業選礦廠的產量。鐵尾礦細度-0.074 mm 50%左右，相比從原生低品位鐵礦石中回收鐵，磨礦成本可節約近70%[3-4]。因此對尾礦資源進行綜合利用研究，提取尾礦中的目的性礦物，在現有科技水平下，兼顧經濟合理性，最大限度地利用尾礦資源，變廢為寶，既保護生態環境，又有利于企業長遠發展。

2 鐵尾礦綜合利用現狀

鐵尾礦綜合利用是把鐵尾礦作為一種復合礦物原料，是剩余的未經目的性回收利用的粉末狀固體礦物。鐵尾礦除含有少量金屬礦物外，主要含方解石、石英、長石、輝石、石榴石等非金屬礦物。早在20世紀60年代初，國外已經開始研究鐵尾礦資源的綜合利用，國內則起步較晚但發展較快。由于國內鐵尾礦成分的復雜性，綜合利用需要產生更大的效益才能使其具有回收利用價值。隨著礦產資源和環境保護意識的不斷增強，鐵尾礦綜合利用研究已經取得很多實用性成果。鐵尾礦綜合利用大體可分為尾礦再選、尾礦復墾、尾礦填充、用作建筑材料和新型材料4個方面[5-7]。

(1)尾礦再選是國內應用最早、最廣泛的再利用工藝，主要分為再選鐵和再選非金屬礦物兩種工藝路線。再選鐵工藝主要采取細磨—強磁選—浮選流程，如昆鋼集團大紅山鐵礦、馬鋼南山鐵礦凹山選礦廠、大孤山選礦廠等采用新型高場強磁選機進行尾礦再選鐵，都取得了良好的生產效果。尾礦再選非金屬礦物工藝應用實踐較少，也是今后尾礦綜合利用的重點研究方向[8]。

(2)尾礦復墾主要是尾礦庫的復墾，也有研究將尾礦作為土壤改良劑、通過種植植物進行復墾的。尾礦庫復墾主要是在尾礦庫內種植以耐旱耐寒易生存的灌木為主植物，穩固沙土。隨著技術的發展，很多尾礦庫通過覆蓋土壤種植有經濟價值的農作物，如唐山遷安、遵化縣將尾礦表面覆蓋一層25～30 cm的山皮土復墾造田，種植各種農作物，每年實現經濟效益1 000多萬元。尾礦中含有P、V、B、Zn等微量元素，利用尾礦生產化肥也是其綜合利用的一個研究方向[9]。

(3)尾礦充填技術。我國于20世紀80年代末開始研制與開發尾礦充填技術，全尾礦膠結充填技術、高水固結充填采礦法等在礦山得到廣泛應用，基本實現無尾排放。但尾礦充填本身也是對資源的一種浪費，填充的尾礦無法再被利用，因此作為填充材料的尾礦應該是已對其中有價金屬和非金屬礦物進行了回收利用、且在現階段技術水平條件下無法被再次利用的尾礦，只有這樣才能物盡其用，達到資源綜合利用的目的[10]。

(4)尾礦作為建筑材料和新型材料的研究和應用近年來發展迅速。通過細磨—分級可用來生產保溫材料、尾礦水泥、陶瓷、玻璃、耐火磚等；尾礦主要成分是SiO2，平均粒度-0.14 mm，與建筑用砂性質基本一致,因此篩分后5～10 mm粒級可用做混凝土粗細骨料和建筑用砂。首鋼礦業公司對尾礦進行分粒級處理，可用以生產陶瓷添加料、微晶玻璃石英原料、建筑工程砂、建筑砌磚原料等多種產品[11]。

3 南芬選礦廠尾礦綜合利用

3.1 綜合利用背景

本鋼南芬選礦廠是本溪鋼鐵集團公司重要的原料基地，每年處理鐵礦石1 300萬t，每年產生尾礦850萬t以上，含鐵10%左右，全部排入尾礦庫堆存。南芬選礦廠閉庫尾礦庫更是個隱形大型鐵礦床，受早期選礦技術水平制約，閉庫尾礦庫尾礦鐵品位較高。據統計，南芬選礦廠現堆存尾礦2億t以上，不僅占用大量土地，還存在安全和環境問題，更浪費資源，因此需要進行經濟合理、技術可行的尾礦綜合利用研究。

隨著“綠色礦山、全面發展、協調發展、可持續發展”理念的深入，進行尾礦綜合利用，變廢為寶，形成基于尾礦開發的新產品和新的利潤增長點，拓展企業的生產經營范圍是提高企業經濟效益和社會效益的重要途徑。

3.2 綜合利用途徑

南芬選礦廠采用磨礦—磁選原則流程進行生產，僅利用尾礦回收機提取部分低品位鐵精礦，沒有對其他金屬和非金屬礦物進行綜合利用。該選礦廠尾礦屬高硅型鐵尾礦，鐵品位10%左右，主要以碳酸鐵和赤(褐)鐵的形式存在，非金屬礦物主要為石英，SiO2含量77.83%，此外還含有長石、石榴石、角閃石等。

3.2.1 制備高純石英砂

南芬選礦廠尾礦石英與鐵礦物連生，石英礦物的包裹體、鮞狀結構較少，顆粒較大，可以充分回收利用其中的石英制備高純石英砂，實現尾礦的高附加值利用。高純石英砂SiO2品位在99.90%以上，屬中性無機填料，不含結晶水，不與被填充物發生化學反應，是一種非常穩定的礦物填料，被廣泛應用于高級液晶玻璃、大規模及超大規模集成電路、光纖、激光、航天、軍事等領域中。

對南芬鐵尾礦進行高純石英砂提取需要物理選礦、化學選礦、粉體表面處理等多種工藝結合，目前主要采用磨礦—弱磁選—強磁選—浮選—整形磨—深加工酸洗處理—表面改性處理工藝，提取的高純石英砂SiO2品位99.9%以上、白度94.0%以上，達到高品質石英砂標準。

3.2.2 回收赤褐鐵

南芬選礦廠現階段生產的尾礦細度-0.074 mm 60%左右，鐵礦物主要是磁選工藝無法回收的赤(褐)鐵礦和少量沒有達到單體解離的微細粒磁鐵礦，主要集中在-0.045 mm，因此可采用細磨—弱磁選—強磁選—浮選工藝回收尾礦中的赤(褐)鐵，試驗可得到產率6%以上、品位60%的鐵精礦。以該流程為依據測算，每年通過回收利用可生產品位60%左右的鐵精礦50多萬噸。

3.2.3 分粒級處理

尾礦綜合利用要獲得利潤的關鍵點是工藝產品市場價格可觀，因此對該尾礦按粗粒級、中粒級、細粒級分別處理，以提高磨礦—分級工藝作業效率，降低選別成本。

首先通過細篩篩分得到+0.5 mm的粗粒級作為建筑用砂使用，代替鋪路材料、黃砂，也可以用作混凝土骨料、水泥摻料；-0.5 mm粒級經過分級得到中粒級，粒度組成簡單，可以通過常規的磨選工藝回收其中的金屬礦物和非金屬礦物；-0.045 mm細粒級通過水力旋流器分級直接排出，再通過表面改性工藝用作提取稀散金屬和橡膠補強材料。

尾礦通過分粒級處理進行綜合利用，既提高磨礦分級效率，降低成本，又可以排除粒級組成復雜對后續選別工藝的影響，是尾礦大規模綜合利用的良好途徑。

3.2.4 整體處理工藝

合理的尾礦綜合利用技術是企業產生經濟效益和社會效益的基礎。尾礦綜合利用應采用多元化的生產工藝相結合，多種利用途徑同時進行：既有經濟效益不高、但可以消耗大量尾礦的產品，如建筑砂、水泥混凝土骨料等，也要有技術含量高、附加值高、經濟利潤高的產品，如提取高純石英、稀有金屬等。根據南芬選礦廠尾礦特點，結合現階段尾礦綜合利用研究成果，采取分粒級利用、多種產品相結合的整體處理工藝，流程見圖1。

圖1 尾礦綜合利用整體處理工藝流程

3.2.5 尾礦庫綜合利用

南芬選礦廠閉壩尾礦庫位于南芬區小廟兒溝內，占地面積405 km2，于2006年停運閉庫。目前，尾礦庫生態恢復主要采取工程處理措施和植被恢復措施，種植適應性強、生長快、抗逆性強、固土能力好的沙棘和刺槐。由于尾礦庫比鄰村落和國道，交通方便，但國內還沒有可靠技術保證尾礦資源的開采利用安全，因此可以發展尾礦庫旅游資源。由于國道可以直接通向南芬大峽谷景區、財神廟景區等旅游景點，因此可對南芬尾礦庫部分區域進行土壤改型，種植觀賞性強的作物和經濟作物，同時在尾礦壩上修建度假山莊，把尾礦壩建設成為一個新型旅游景點。

4 結 論

尾礦綜合利用是最大限度地利用礦產資源，也是保護生態環境、促進礦山企業可持續發展的深層次、大系統工程。尾礦綜合利用涉及選礦、材料、機械、環保等學科領域，需要多種工藝技術相結合，同時要引起各相關部門與人員的重視，才能使尾礦變廢為寶，避免尾礦堆存帶來的危害和資源浪費。

南芬選礦廠鐵尾礦品位10%左右，SiO2含量77.83%，可用來制備超純石英砂、回收赤褐鐵，或通過分粒級處理和整體處理工藝回收有用物質，甚至可以在閉庫尾礦壩上建設新型旅游景點等途徑，實現尾礦資源的綜合利用，經濟效益、社會效益顯著。