福建省鐵尾礦資源利用現狀及發展分析

李華偉，蘇 英，王 榮，黎恒桿,3,4

（1.湖北工業大學 土木建筑與環境學院，湖北 武漢 430068；2.武夷學院 土木工程與建筑學院，福建 武夷山 354300；3.丘陵山地智慧城鎮建設技術福建省高校重點實驗室，福建 武夷山 354300；4.閩北山地地質災害防治福建省高校工程研究中心，福建 武夷山 354300）

“十三五”時期是福建省在生態文明建設進程中的重大關鍵期，礦產資源產業的轉型升級再次推上了新的臺階。福建省礦產資源豐富，各項礦產資源年產值約占全省GDP的12.00%，據2018年10月公布的福建省國土資源年鑒，省內鐵礦石的保有資源儲量高達6.01×108t，但由于現有多數中小型礦產加工企業礦石采選工藝較為簡單，以致剩余尾礦量巨大且金屬資源含量在尾礦中仍占有較大的比例[1]。據統計，我國的尾礦綜合利用率僅有7.00%，而鐵尾礦堆積量高達十幾億噸，占所有類型尾礦總量的近1/3。因此，在產能過剩的當今社會，進一步提高尾礦資源的回收再利用，不僅是解決傳統粗放式經濟增長方式而導致資源短缺現狀的必由之路[2-3]，也是在推進新型工業化轉型進程中具有空前意義的一項舉措。

鑒于此，對于廢棄尾礦資源的回收與再利用的研究，本文針對福建省鐵礦開采過程中產生的鐵尾礦進行綜合分析研究，論述鐵尾礦資源利用形勢、鐵尾礦在制備建筑材料中的應用、鐵尾礦利用的發展瓶頸及解決措施，指出需要應對的關鍵問題，并提出相應的對策及建議。

1 尾礦嚴峻形勢成因分析

尾礦在礦產業開發過程中大量堆積，無法合理的進行“綠色化”處理，不僅占用土地、浪費資源，而且導致日益嚴重的環境保護壓力和安全隱患，制約社會可持續發展進程。因此，尾礦是否能高效地資源化利用，是各省固體廢棄物消納的強效手段，也是發展循環經濟的關鍵性基礎。

1.1 鐵尾礦利用

福建省地理區位優勢明顯，擁有良好的礦產資源自然條件優勢，截至2017年底，已查明礦產138種，其中金屬礦產28種，并且帶有金屬礦產共生組分多的特點，這也是福建省資源高效利用的一大難題。以鐵礦石的尾礦為例，據統計，鐵尾礦中的全鐵品位約在8.00%～12.00%之間[4]，在部分地區甚至更高，并伴隨著其它金屬資源，福建省馬坑鐵尾礦全鐵品位約8.10%，但硅質元素含量較高，屬于高硅型鐵尾礦；福建省陽山鐵礦中鐵尾礦全鐵品位約14.74%，并伴有大量共生金屬元素。長期以來，福建省每年產生的廢棄尾礦均占全省固體廢棄物產生總量的60.00%以上，于2013年福建省龍巖市紫金礦業為廢棄尾礦消納貢獻了全方位的支持后，廢棄尾礦在全省固廢量降至了31.00%左右。假定每年有5.00×106t的鐵尾礦產生，以全鐵品位12%，精鐵礦品位65%，產率2.00%～3.00%進行推算，約可回收1.54×105～2.31×105t的精鐵礦[5]，產值超過1.30億元。因此，如何將尾礦資源高效綜合利用已然成為亟待解決的一大問題，如果無法將這一類固廢資源“綠色化”應用，將造成無法估量的損失。

1.2 采選工藝與技術手段

福建省的礦產資源保有儲量大，開采的力度也逐年增大，但在關鍵的采選工藝及技術手段方面仍存在不足，以致在選礦后所產生的尾礦中仍存在較大比例的金屬礦石成分。以福建省邵武市某鐵礦為例，利用X射線熒光光譜（XRF）分析鐵尾礦中主要成分[6]，結果如表1所示。

表1 鐵尾礦X射線熒光光譜分析結果Tab.1 The result of X-ray fluorescence of iron ore tailings

由表1可知，該鐵礦所產生的鐵尾礦中全鐵含量為16.62%，表明當地在鐵礦采選工藝及精煉技術手段上存在較大缺漏。從固體廢棄資源再利用方面綜合考慮，通過鐵尾礦深加工分次循環提煉精鐵礦是較好的一種利用途徑。

1.3 政策與資金投入

為了實現鐵尾礦資源利用的高效產業化發展，仍需要政府依據實際情況，配套相應的政策支持和資金投入。據《福建省礦產資源總體規劃2016—2020》文件，福建省鐵礦資源分布廣泛，由于地質構造特點及成礦條件不同，最主要分布在閩西及閩南地區，例如新羅、漳平、安溪、德化一帶，總體探明儲量約占全省儲量的97%；而三明市及南平市也有小規模的鐵礦資源，這給礦產資源開發的“集約化”發展帶來了一定的難度。礦產品的深加工少、產業鏈短，成品精鐵礦的價格浮動較大，缺少相關強制性的幫扶政策，對中小型礦產加工企業的運營形成了較大的阻礙[7]。在資金投入方面，2017年整年礦產資源勘查投入資金8867.90萬元，其中社會資金占比71.00%，整體與上一年度減少了41.70%，這無形中給礦產資源開發利用增加了很大的難度。

2 鐵尾礦的綜合利用

2.1 鐵尾礦在建筑材料中的應用

鐵尾礦中含有豐富的Al2O3、SiO2、CaCO3等資源的非金屬礦物成分，在現有成熟的制備技術手段下，可以對鐵尾礦進一步地推廣利用[8]。目前為止，鐵尾礦用于制備微晶玻璃、免燒免蒸超早強砌塊、輕質保溫型建筑材料等技術已經逐步成熟[9]，但在建筑材料的綜合型運用仍有很大的推廣空間，例如，微晶玻璃成套制備技術；超早強砌塊的耐久性問題以及制備透水磚的透水性能改善問題。這均體現出了鐵尾礦在建筑材料制備中的高效綜合利用，但仍需要攻克相應的支撐技術。通過改善廢棄尾礦高效利用及建筑材料的多功能化發展，未來將會產生更多、更廣的建筑材料技術利用和示范工程。

2.2 鐵尾礦在高耐久性混凝土中的應用

福建省地處東南沿海，而氯離子侵蝕混凝土是關系到建筑使用耐久性的重大問題。隨著沿海城市的不斷發展，大規模資金涌入，越來越多的城市用地向海域、鹽田等含有大量氯離子存在的地域延伸，這對混凝土的耐久性能是一項巨大的挑戰。鐵尾礦在鐵礦石采選精鐵礦過程中已經歷了球磨工藝，其細度已經達到了一定水平，鐵尾礦進一步研磨至比表面積680 m2/kg以上的尾礦微粉，在級配與活性雙協調優化技術的促進下[10]，作為摻合料參與混凝土的制備，其力學性能及耐久性能可以得到較好的提升。

吳瑞東等采用NEL法測定摻鐵尾礦微粉的混凝土抗氯離子滲透系數[11]，發現鐵尾礦微粉摻量為礦物摻合料的50.00%時適用于低強（C30）混凝土，鐵尾礦微粉為礦物摻合料的30.00%時適用于高強（C50）混凝土。宋少民等[12]通過測定鐵尾礦微粉-水泥膠凝體系的后期強度、孔結構及微觀形貌特征，發現摻量為20%的鐵尾礦微粉狀態下的混凝土在后期強度、抗氯離子滲透、抗碳化等耐久性能方面均有很大的提升。因此，鐵尾礦在高耐久性混凝土中的應用不僅可以減緩自然環境壓力，也能為混凝土在耐久性能方面的提升做出巨大貢獻。

2.3 尾礦用于填充礦山采空區

尾礦的大規模開采遺留了龐大的開采采空區，鑒于我國發生的多次由礦山采空區引發的地質災害，在開采礦山的同時，應當防范于未然，做好采空區支護工作，及時消除隱患[13]。龍巖市武平紫金礦業有限公司采用尾礦砂回填井下采空區技術，大規模利用尾礦砂填充體進行地壓管理，大幅度的降低了尾礦庫容，防止礦床上覆圍巖的冒落，保護地表。通過利用回填式采空區填充技術能極大限度地提高地下資源的利用率以及礦山的服務年限，對礦山的可持續發展具有深刻的意義。

2.4 其它用途

鐵尾礦用于替代瀝青路面的常規填充集料，張寶虎等[14]發現鐵尾礦在2.00%左右的低摻量條件下不會影響瀝青路面材料的低溫性能及水穩定性；鐵尾礦在構成成分上大都是以SiO2、Al2O3、Fe2O3等活性金屬氧化物為主，高于一般砂的數倍，這些化學成分與無機結合料反應后具有一定剛度、耐久性和良好抗水性，可以滿足路面路基基層材料的抗沖刷和適當的抗變形能力要求，因此鐵尾礦可以運用于路面基層材料；鐵尾礦用于非金屬礦產的回收，葉力佳等[15]對福建馬坑鐵礦中的鐵尾礦采用搖床重選、二次強磁精選的工藝獲得高回收率的石榴子石精礦；釩鈦磁鐵礦型尾礦中還可以提取釩、鈦、鐵等有價金屬元素[16]；鐵尾礦作為載體可用于直接處理污水。

3 福建省鐵尾礦利用的發展瓶頸及解決措施

傳統鐵礦石提煉精鐵礦的工藝，如圖1。礦山經爆破后，大塊的鐵礦石經破碎機多次破碎后進行篩分，均勻送至球磨機研磨至粉末狀后進行磁選工序，最終得到品位達標的精鐵礦以及鐵尾礦。隨著全球經濟放緩，傳統礦產加工工藝已經很難滿足現代化社會發展進程中的“綠色可持續”發展戰略，福建省總體資源供應過剩，礦產品價格持續走低，傳統工藝的優化升級是解決現狀的最基礎條件，因此，礦產行業的結構調整和轉型升級勢在必行。

圖1 鐵礦石提煉精鐵礦工藝流程Fig.1 Technological process of refining iron ore from iron ore

3.1 鐵礦石的研磨工藝

鐵礦石在破碎機壓碎后的第一步就是在球磨機中進行研磨，研磨至粉狀，其粉末顆粒平均粒徑為-0.14 mm，分次磁選后所剩余的鐵尾礦含全鐵量根據各地區生產加工企業的加工方式不同而有不同的品位，通常為8.00%～12.00%，甚至達到25.00%以上，這種現象的重要解決方法可以通過改善其研磨工藝。在一定程度上，磁選后得到的精鐵礦的產率與研磨后得顆粒粒徑大小有很大的關系，若能進行超細粉碎加工，對精鐵礦的提煉產率將會有質的提升。王娜等[17]曾用濕法超細研磨體系對礦石進行研磨，通過合理調配介質物料比、磨礦濃度、磨礦時間、磨礦介質等降低礦石粒徑至微米級。裴曉東等[18]采用高壓輥磨方式磨碎得到更合理的礦石粒徑，配合濕式中磁預選-階段磨選工藝，初選合格尾礦的產率提高至約39.00%，精鐵礦的回收率提高了0.30%，全鐵品位提升了2.60%。因此，在鐵礦石的精煉過程中可引入濕法超細研磨體系，球磨與濕法研磨相結合，提升精煉工藝質量，從而降低鐵尾礦中的全鐵含量，這將會成為提高鐵礦產品附加值的重要技術手段。

3.2 鐵尾礦的再磁選工藝

鐵尾礦中鐵的主要存在形式以磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦以及菱鐵礦等金屬成分，據表1中對福建省邵武市某鐵礦中鐵尾礦的X射線熒光光譜分析結果可知，該礦山廢棄尾礦中的全鐵含量高達16.62%，若對鐵尾礦進行二次或多次分級磁選再次得到精選鐵礦，將會帶來巨大收益。戴惠新等[19]曾采用磁場強度為323 mT弱磁、650 mT強磁對鐵尾礦分步拋尾，得到全鐵品位為23.77%的精鐵礦；得到的精鐵礦通過磨細至-0.077 mm粒徑再以100 mT磁場進行篩選，得到全鐵品位為59.38%的精鐵礦；最終經過搖床分選流程，最終得到平均綜合利用率超過39.00%，品位59.51%的最終精鐵礦。由此可見，對鐵尾礦的再回收利用是提高廢棄資源利用率的重大措施，進一步加大對尾礦再磁選工藝適應性技術的推廣，勢必將尾礦的高效利用推上一個新的臺階。

3.3 廢棄鐵尾礦的拓展應用

福建省地處我國東南沿海，其軍事戰略地位顯而易見，軍事信息安全工作因此更加處于高度保密狀態。隨著科學技術的快速發展，各類電子設備以極快的速度遍布了日常生活的各個角落，電磁輻射干擾隨著信息化、高科技化的發展，隨之成為了一種無形的軍事威脅以及電磁環境污染，因此，電磁屏蔽功能材料在軍工建筑的推廣與應用迫在眉睫[20]。

鐵尾礦中含有各形態的鐵，尤其是以氧化物的形式存在，何永佳等[21]通過研究水泥基材料摻加Fe2O3及納米Fe2O3進行材料吸波性能測試，研究結果表明，摻加10%納米Fe2O3與摻加25%普通Fe2O3于純水泥砂漿試樣時，材料的吸波性能可以達到最佳水平。廢棄鐵尾礦中含有大量的金屬元素及礦物組分，利用尾礦資源的這類特殊組分性質，以一定合適的比例摻加在建筑材料中用于新型電磁屏蔽功能材料，不僅可以大規模減少廢棄尾礦資源的堆積量，也能對我國的政治、軍事、經濟安全提供更強大的保障。

4 對策及建議

針對當前福建省的尾礦資源利用現狀及存在的問題，地方政府應積極爭取國家財政資金，加大礦產資源調查評價工作中的投入資金；創新礦業投融資機制，引導社會資金、資源、資產等要素投入，探索政府與社會資本合作模式；出臺具有政策引導性的礦山資源優化辦法及專項扶持政策，著力于廢棄尾礦的治理工作，促進礦山的綠色轉型發展目標順利實施。企業方面應注重礦產資源使用效率，積極響應國家制定的綠色礦山發展政策；加強企業之間的交流合作，促進尾礦濃縮、研磨及磁選工藝的提升，促進自主研發新工藝、新設備的產業化發展。各科研單位應當致力于提高廢棄尾礦的綜合回收利用率方面的工作，加強廢棄尾礦利用的前瞻性、基礎性的科學技術研究，擴大尾礦資源利用途徑，將固廢資源綠色化水平提高到新的層次。