鐵尾礦資源綜合利用及研究進展

張 彪，姜春志

（1. 中條山有色金屬集團有限公司，山西 運城 044000 ；2. 國家煤化工產品質量監督檢驗中心（安徽），安徽 淮南 232000）

鐵礦資源是我國經濟社會發展的重要基礎性資源。近年來，鐵礦石消耗量日益增大，鐵尾礦排放量逐年增多。鐵尾礦大量堆積，既造成土地資源浪費，又極易產生空氣和土壤污染，破壞自然生態環境，尤其面對極端自然天氣，存在著巨大的安全隱患，導致鐵尾礦處理成本提高，嚴重制約企業可持續發展。當前，尾礦綜合利用是固廢綜合利用的重要方面，也是礦產資源高效與循環利用的必然要求。鐵尾礦綜合利用不僅能回收有價成分，提高資源利用效率，還能變廢為寶，改善生態環境，促進經濟社會良好發展。

1 鐵尾礦資源現狀

鐵尾礦通常指在鐵礦石分選鐵精礦過程中排出的尾砂廢料。我國鐵尾礦主要以磁鐵尾礦和赤鐵尾礦為主，分布多集中于內蒙、四川、遼寧、河北、湖北等地區。近些年，我國鐵尾礦綜合利用率不斷提升，由2008 年的7% 上升到2018 年的27.69%，但仍低于國外水平[1]。2018 年我國鐵尾礦總產生量約4.76 億t，約占全國尾礦總產生量39.3%，相較其它尾礦，鐵尾礦占比最大[2]。受礦石產地和選礦工藝等因素影響，鐵尾礦雖然成分和含量不盡相同，但化學組成基本相似，主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O 等[3]。

2 綜合利用及研究現狀

我國鐵尾礦資源的綜合利用主要集中在有價成分回收、礦山回填、路基填筑、土地復墾、土壤改良及制備建筑材料等方面。

2.1 有價成分回收

徐彪[4]等以本溪某鐵尾礦為研究對象，通過再磨- 弱磁選-強磁選- 鐵礦反浮選- 石英礦分步浮選聯合工藝流程，得到TFe品位59.75%、產率6.21% 的鐵精礦和品位99.15%、產率21.51%的石英精礦。劉偉[5]等研究發現，酒鋼鐵尾礦含有17.85% 的鐵和5.4% 的重晶石，將尾礦預先強磁選所得精礦制粒- 磁化焙燒-弱磁選回收鐵資源，對強磁尾礦進行重選- 浮選回收重晶石，最終獲得鐵精礦品位56.17%、回收率61.75%，重晶石精礦品位95.58%、回收率68.23%。夏青[6]等優化浮選方案，先選鉬再選鋅回收某磁鐵礦尾礦中低品位鉬鋅，采用一粗兩精兩掃浮選流程得鉬粗精礦，鉬粗精礦再磨至-0.037mm80%，以水玻璃為分散劑，硫化鈉、亞硫酸鈉、硫化鋅為鋅抑制劑，4 次精選得到鉬精礦，實現鉬鋅有效分離，經一粗三精兩掃鉬尾礦得鋅精礦，鉬精礦含鉬46.89%、回收率68.96%，鋅精礦含鋅45.30%、回收率66.64%，相比鉬鋅硫混合全浮后再分離的全硫浮選工藝，鉬精礦品位和回收率分別提高1.30%、5.89%，鋅精礦品位和回收率分別提高提高2.73%、2.11%。

國內對鐵尾礦有價成分回收的研究起步晚、發展快，各種分選技術發展相對成熟，回收鐵尾礦中主要金屬元素和部分礦物，可有效提高資源利用率，對實現資源循環利用具有重要意義。

2.2 礦山與路基填筑

礦山采空區對礦區開采和生產帶來極大安全隱患，利用鐵尾礦回填礦山是大量處理尾礦和建設安全礦山的重要途徑。鐵尾礦還可以用于路基填筑，緩解尾礦堆占難題，節省企業成本，提升經濟效益。

張靜文[7]以鋼渣、脫硫石膏、粉煤灰、礦渣以及鐵尾礦為原料，料漿濃度75%，膠砂比1:6，制成的膠結充填材料料漿裝流動性滿足自流型膠結充填料流動性要求，填充體28d 抗壓強度為4.09MPa，滿足礦山膠結充填強度要求；在脫硫石膏12%，礦渣28%，鋼渣60%，膠砂比為1:4、減水劑0.5%，料漿濃度75% 的條件下，制成的膠結充填材料試塊，28d 抗壓強度為5.98MPa，滿足礦山充填接頂強度要求。

萬磊[8]研究發現，在水泥、生物聚凝酶、碎石、鐵尾礦=5:2:30 ：68、聚丙烯纖維用量1.5kg/m3條件下，鐵尾礦做路面基層材料的7d 無側限抗壓強度強度達到4.76MPa，能夠達到國家高速公路和一級公路道路使用標準。

2.3 土地復墾與土壤改良

崔照豪[9]研究表明，采用植物- 微生物聯合修復技術，鐵尾礦pH 下降1 個單位，強堿性變為弱堿性，Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Mn2+去除率達到53.5%、51.3%、52.4%、54.8%、42.1%。鐵尾礦含水量增加，總孔隙度由提升至60%，達到了保水保肥透氣的能力。楊孝勇[10]研究發現，在組合改良劑鐵尾礦40g、脫硫石膏10g、碎秸稈10g、生物炭和有機肥各3g 條件下，對鹽堿土的改良效果最佳，改良后的鹽堿土理化性質基本滿足植物正常生長條件。尾礦復墾能夠從根源上解決堆積占用土地問題，利用尾礦改良土壤，對修復生態環境具有重要意義。

2.4 制備建筑材料

鐵尾礦往往含有大量石英和長石等礦物，可以用于制備混凝土、陶瓷、磚瓦、微晶玻璃等建材，這是減少尾礦堆積和尾礦資源再利用的重要途徑。

宋少民[11]等試驗表明，在鐵尾礦微粉摻量20% 以內時，熟料膠凝材料混凝土耐久性和28d 強度滿足相關要求。潘德安[12]等，以撫順鐵尾礦為原料，在摻量分別為鐵尾礦55%、高嶺土18%、黏土18%、鈉長石1.8%、鉀長石7.2%、外加劑碳化硅0.4%，燒成溫度1160℃條件下，制得泡沫陶瓷抗壓強度7.65MPa，吸水率3.95%。劉俊杰[13]等研究表明，在鐵尾礦、熟石灰、標準砂、水泥、石膏質量比為100:25:22:15:2，水固比10%，成型壓力20MPa 條件下，制備的免燒磚7d 抗壓強度12.14MPa。

雖然鐵尾礦制備建材研究較多，但技術單一，產品附加值不高，建材制備過程中重金屬的浸出遷移及危害研究相對較少。隨著3D 技術的發展，利用鐵尾礦3D 打印建材成為研究新方向。李新健[14]以鐵尾礦和銅尾礦為研究對象，在兩者質量比為4:1 條件下，制備的尾礦膠凝復合材料28d 抗折強度和抗壓強度分別為8.2MPa、45.2MPa。

2.5 其他方面

鐵尾礦含有豐富硅、鐵等元素，除了以上用途，還能制備高附加值和功能性產品，如微晶玻璃、白炭黑及納米級α-Fe2O3光催化劑等。

南寧[15]等以商洛鐵尾礦為主要原料，采用燒結法制備CaOMgO-Al2O3-SiO2四元體系微晶玻璃，在晶化溫度900℃，保溫2h 條件下，制備的鐵尾礦微晶玻璃性能最佳，主晶相為透輝石相，抗壓強度164.75MPa，耐酸、耐堿質量損失率分別為0.11%、0.13%。

白炭黑，又稱水合二氧化硅，白色超細粉末，分散性和絕緣性好，不溶于強酸強堿，廣泛應用于印刷、橡膠及醫藥等行業。蘇琳[16]等以鐵尾礦為原料，在溫度110℃、固液比1:2、反應時間2h 的堿浸條件下，制得白炭黑化學結構為無定型水合二氧化硅，形貌近似球狀粒子，粒徑約150mm。

在常溫下納米級α-Fe2O3具有性質穩定、無毒、催化活性高等優點，多應用催化、染料、新能源電池等領域。牟文寧[17]等將鐵尾礦在酸礦比2:1、焙燒溫度800℃、焙燒時間2h 條件下焙燒，鐵提取率89.80%，浸出液中和沉淀處理，在400℃最適溫度下煅燒氫氧化鐵，所制備得α-Fe2O3分散性好，粒徑40mm~50mm，光催化2h 時，甲基橙降解率達99%。

利用鐵尾礦制備的高附加值產品，性能優良，市場前景好，是當前鐵尾礦二次利用的新方向。

3 問題與展望

近幾年，國內鐵尾礦的利用技術不斷積累，但技術相對單一，尾礦利用率和產品附加值不高。對鐵尾礦有效成分回收，要綜合考略礦物學特征、選礦工藝及設備等因素，優化分選方案，注重降耗提效。同時要加強新型建材產品的開發力度和相關產品的標準制定，加大政策扶持和創新激勵力度，推動鐵尾礦資源利用向高附加值和產業化方向發展，從而加速實現鐵尾礦的減量化、無害化和資源化利，促進經濟社會可持續發展。