冶金礦山鐵尾礦資源現(xiàn)狀及回收利用方法分析

李文海

（中冶沈勘工程技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽110169）

金屬礦產(chǎn)資源對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的基礎(chǔ)作用，我國金屬礦產(chǎn)資源具有品種齊全、儲(chǔ)量豐富、分布廣泛等特點(diǎn)，其中鐵礦總儲(chǔ)量位居世界第五，銅礦和鋁礦總儲(chǔ)量均位居世界第七。但我國還沒有完成工業(yè)化進(jìn)程，各金屬需求量巨大，近來粗放型經(jīng)濟(jì)已經(jīng)被政策限制，“多快好省”建設(shè)經(jīng)濟(jì)成為主流觀念。因此針對(duì)眾多冶金礦山尾礦資源的二次利用問題成為眾多學(xué)者的研究對(duì)象。

1 回收利用鐵尾礦資源的必要性及現(xiàn)狀分析

地球上超過80%的冶金礦山為共生礦，其中我國以銅、鐵共生最為普遍且儲(chǔ)量最大。由于20世紀(jì)初我國選礦技術(shù)較為落后，因此大量有價(jià)值的鐵尾礦被遺棄，隨著國內(nèi)選礦技術(shù)水平的提高，將尾礦資源回收利用成為歷史必然。

1.1 回收利用鐵尾礦資源的必要性分析

1.1.1 緩解鐵礦石供需矛盾，保證資源安全

目前我國鐵礦石年消費(fèi)量在12.5億t左右，占全球總量的55.3%左右，其中超過85%的鐵礦石需要進(jìn)口，而且進(jìn)口量也在連續(xù)增長（見圖1），主要進(jìn)口國為澳大利亞和巴西。為了節(jié)約成本，因此加強(qiáng)對(duì)鐵尾礦的回收利用，一定程度緩解我國鐵礦石供需矛盾，同時(shí)對(duì)保證我國資源安全深遠(yuǎn)[1]。

1.1.2 節(jié)約用地，改善生態(tài)

經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國境內(nèi)存有尾礦庫1.3萬余座，堆存各類尾礦超過70億t，直接和間接污染土地面積已超過7 000 km2。由于各類尾礦中含有眾多銅、鋁、砷等金屬離子，會(huì)隨著雨水、風(fēng)等作用擴(kuò)散至更遠(yuǎn)范圍。因此積極改造尾礦庫對(duì)節(jié)約土地、改善周邊的生態(tài)環(huán)境具有積極作用[2]。

圖1 2012年—2019年我國鐵礦石進(jìn)口量變化

1.1.3 減少尾礦庫相關(guān)費(fèi)用

尾礦庫的初期建設(shè)需要投入大筆資金，并且還需要進(jìn)行占地賠償、日常管理開銷等支出，這些費(fèi)用都會(huì)給工礦企業(yè)帶來很大負(fù)擔(dān)，尤其是在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)下行壓力較大的背景下。而且每當(dāng)雨季來臨，很多尾礦庫都存在很大安全隱患，眾多的潰壩事故給周邊居民省民財(cái)產(chǎn)安全帶來極大損壞。

1.2 我國回收利用鐵尾礦資源的現(xiàn)狀分析

1.2.1 將尾礦二次再選利用

我國鐵礦中貧礦數(shù)量較多，因此尾礦的選礦難度較大，再加上過去選礦工藝落后，所以將尾礦二次再選利用也是近幾年的事情，而且實(shí)施項(xiàng)目很少。經(jīng)過調(diào)查：部分選礦廠實(shí)施尾礦二次再選工程后，金屬理論回收率一般超過20%，年經(jīng)濟(jì)效益平均在300萬元以上。因此我國冶金礦山的尾礦資源具有很好的開發(fā)潛力[3]。

1.2.2 回收鐵礦砂用作建材

鐵尾礦砂與傳統(tǒng)建筑材料、陶瓷、玻璃原料基本一直，若進(jìn)行篩選和調(diào)配就可用作建材，緩解河砂供應(yīng)緊張局面，從目前調(diào)查結(jié)果來看，具體應(yīng)用操作如下頁表1所示。

表1 鐵尾礦砂用作建材的具體操作

1.2.3 回收鐵尾礦制作肥料

經(jīng)調(diào)查，全國很多鐵尾礦中含有Mn、Zn、Cu、B、P等微量元素，而這些元素同時(shí)也是植物生長必不可少的。早在2010年，河南省某礦山就嘗試?yán)么呕F尾礦來進(jìn)行土壤改良工作，明顯提升了土壤中鐵磁性物質(zhì)活化，并且結(jié)構(gòu)性、透氣性也明顯提升，作物生長狀況良好。之后又將鐵尾礦用作化肥原料，制作出的復(fù)合肥也滿足市場(chǎng)需求[4]。

1.2.4 利用鐵尾礦進(jìn)行土地復(fù)墾

土地復(fù)墾需要大量填土，這也是在我國利用鐵尾礦范圍最廣、時(shí)間最長、層次最低的項(xiàng)目。早在2000年，某礦業(yè)集團(tuán)就投資1 500萬元復(fù)墾土地超過666.7 km2（1 000畝）并植樹造林，到目前為止已經(jīng)綠樹蔥蔥。但是這類應(yīng)用情況大大降低了尾礦資源本身的價(jià)值，在技術(shù)發(fā)展到一定程度后不建議這種浪費(fèi)珍貴資源的做法。

2 制約尾礦資源回收利用因素及鐵礦物高效回收技術(shù)分析

2.1 制約我國尾礦資源回收利用因素分析

2.1.1 早期經(jīng)濟(jì)觀念制約了尾礦資源利用

改革開放之初，“一切以經(jīng)濟(jì)利益優(yōu)先”思潮占據(jù)主流，因此各級(jí)礦山企業(yè)在有限產(chǎn)能、技術(shù)的條件下優(yōu)先開采品質(zhì)好、蘊(yùn)藏量高的資源，根本無暇顧及尾礦資源的回收利用。這些早期的經(jīng)濟(jì)觀念雖然使我國迅速發(fā)展，但是“粗放型、高投入、高產(chǎn)出”模式目前已經(jīng)被逐步淘汰，這也是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的必然趨勢(shì)[5]。

2.1.2 “無用價(jià)值觀”束縛了尾礦資源利用

通過實(shí)地走訪調(diào)查，目前很多礦山企業(yè)因全球經(jīng)濟(jì)大形勢(shì)不好面臨較大的財(cái)政壓力，對(duì)于回收利用尾礦資源沒有積極性，而且在很多礦領(lǐng)導(dǎo)理解中尾礦資源價(jià)值低，回收成本大，如果將這些資金用于其他生產(chǎn)活動(dòng)，創(chuàng)造的價(jià)值會(huì)高出很多，因此這些觀念都將尾礦資源的回收利用定位為“得不償失”。

1.2.3 尾礦回收技術(shù)不足

在我國金屬開采礦山企業(yè)中，中小型企業(yè)占據(jù)到總數(shù)的80%以上，這些企業(yè)普遍存在資金緊張、技術(shù)薄弱等問題。尾礦資源回收利用工作對(duì)相關(guān)技術(shù)和人才要求較高，而且根據(jù)尾礦資源類別、品味等因素不同其回收方法也會(huì)存在很大差別，這就使技術(shù)借鑒這條道路不好走[6]。

2.2 某礦山尾礦資源中鐵礦物高效回收技術(shù)分析

尾礦資源的高層次回收利用是一項(xiàng)集化學(xué)、物理等知識(shí)為一體的高技術(shù)工作，下面就以某銅尾礦硫化鐵礦物高效回收工程試驗(yàn)為實(shí)例來分析一下相關(guān)技術(shù)。

2.2.1 尾礦樣品性質(zhì)測(cè)試分析

該處銅尾礦鐵物相分析結(jié)果見表2所示，由表2可知：鐵的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為18.52%，其中主要以硫化鐵的形式存在，分布率達(dá)到79.46%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.96%，因此針對(duì)該銅尾礦回收利用主要的對(duì)象為硫化鐵物質(zhì)。

表2 該處銅尾礦鐵物相分析結(jié)果 %

2.2.2 尾礦樣品浮選試驗(yàn)分析

2.2.2.1 試驗(yàn)方法分析

現(xiàn)場(chǎng)所采取的樣品尾礦細(xì)度較差，首先經(jīng)過磨細(xì)處理，保證粒度在0.5 mm以下，試驗(yàn)樣品每份設(shè)計(jì)為500 g，粗掃選和細(xì)掃選均在XFD單槽浮選機(jī)中進(jìn)行，其中前者容積為1.5 L，后者容積0.5 L。樣品經(jīng)過調(diào)漿處理后再添加浮選捕收劑進(jìn)行試驗(yàn)，捕收劑的種類、用量等因素直接影響了回收率，因此需要試驗(yàn)對(duì)比來最終確定[7]。

2.2.2.2 捕收劑種類的確定

經(jīng)過大量學(xué)者研究表明：黃藥類捕收劑是目前最為理想的硫化物鐵尾礦回收捕收劑，但是由于該類捕收劑具體也分多種成本，并且針對(duì)不同的尾礦性質(zhì)所取得的效果也不盡相同，因此首先來分析對(duì)比幾類捕收劑的初步效果，最終確定最佳捕收劑。

筆者結(jié)合其他工程經(jīng)驗(yàn)，在此選取了三種最常用的黃藥類捕收劑，具體試驗(yàn)結(jié)果見下表3所示。由表3可知：從總回收率效果分析，乙基黃藥＞丁基黃藥＞MA改性黃藥；從硫回收率效果分析，丁基黃藥＞MA改性黃藥＞乙基黃藥，而這也是最重要的參數(shù)。由于本次回收的物質(zhì)主要是硫化鐵，因此最佳捕收劑選定為丁基黃藥。

2.2.2.3 捕收劑最佳用量的確定

捕收劑的用量不僅直接影響了尾礦回收率，而且也影響了整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。為分析本項(xiàng)目丁基黃藥的最佳用量，本次共對(duì)比分析用量分別為：60 g/t、80 g/t、100 g/t、120 g/t，其他參數(shù)保持一致，樣品為尾礦粗選后的精礦，得到的結(jié)果見圖2所示。

表3 各類捕收劑試驗(yàn)結(jié)果 %

圖2 捕收劑用量影響回收曲線分析

由圖2可知：隨著捕收劑用量增加，精礦回收率呈現(xiàn)先快速增長，之后逐漸變緩的趨勢(shì)，最大值約為86%；當(dāng)丁基黃藥捕收劑用量為100 g/t時(shí)，精礦的回收率達(dá)到最大值86%，品味處于較低值43%，效果指標(biāo)較好，若再增加捕收劑用量，則會(huì)使經(jīng)濟(jì)效益下降。

3 結(jié)語

尾礦資源的回收利用對(duì)于緩解目前“工業(yè)三廢”問題意義重大，以目前技術(shù)手段和經(jīng)濟(jì)效益來看，2005年以前的一些尾礦具備較好的回收利用價(jià)值，本次試驗(yàn)也證明了部分尾礦的回收率能超過80%甚至90%。這種項(xiàng)目的具體實(shí)施除了激發(fā)礦山企業(yè)自身積極性之外，還需要給予必要的政策照顧，甚至由政府組織、企業(yè)牽頭來做技術(shù)論證，只要綜合效益（社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益）滿足，就應(yīng)抓住機(jī)會(huì)大膽付諸行動(dòng)。