我国铁尾矿特点及资源现状

我国铁尾矿综合利用起步相对较晚, 但进展较快。近年来, 在铁尾矿的综合利用技术开发方面取得了很大进展, 尤其在尾矿再选与回收有价元素以及用作建筑材料原料方面的研究和应用较多, 此外还包括作为采空区的充填材料、用作土壤改良剂和微量元素肥料以及尾矿库复垦等方面。

尾矿综合利用是世界性的难题, 最大着眼点是提取尾矿中有价金属元素、非金属元素, 提高资源综合利用价值。这不仅在尾矿回收工艺技术上有所提升, 而且尾矿回收设备也有很大改进。首钢水厂铁选厂^[3]开发了尾矿高效回收新工艺, 每年处理尾矿量787万t, 尾矿经过再选后, 将生产出品位66.95%的铁精矿28.8万t, 回收金属量19.28万t, 直接经济价值达2.3亿元。每年少排尾矿量28.8万t, 每年减少占用尾矿库库容9万m³左右, 环境效益明显。我国铁尾矿中平均铁品位约为10%, 如果对尾矿进行再选, 将尾矿铁品位由10%降为7%, 以年处理铁尾矿2 000万t计算, 将每年回收90万t铁精矿 (按我国铁精矿品位66%折算) , 按800元/t计, 价值7.2亿元, 经济价值明显。同时, 铁尾矿中含有的其他有价元素若能进行回收, 必将创造更大的经济效益。

歪头山铁矿选矿厂采用JHC型矩环式永磁磁选机和BX磁选机, 每年可从尾矿中回收品位65%铁精矿5.52万t。梅山铁矿、昆钢大红山铁选矿厂采用高梯度强磁选机回收尾矿中的铁矿物, 每年可多产精矿7万~15万t, 获得了较好的经济效益。孙达等进行了从铁尾矿中回收铜的试验研究, 经过一次粗选、两次扫选及四次精选的闭路浮选流程, 由含铜0.28%铁尾矿获得铜品位23.68%、回收率68.86%的铜精矿, 再对浮选尾矿进行摇床重选, 使尾矿的铜品位降至0.1%, 回收率提高到73.55%。

总之, 铁尾矿再选与回收有价元素经济效益显著, 近年来在提升尾矿回收工艺技术和回收设备上都有很大进展, 但该利用途径受尾矿本身特性及回收技术的影响较大, 对很多尾矿不适用, 而且再选与回收有价元素后仍然会产生新的固体废物污染, 必须联合其他尾矿利用技术才能从根本上解决尾矿问题。

铁尾矿的化学成分与粘土等矿物材料十分接近, 可以作为制作建筑材料的原料, 将其应用于建材领域比在其他领域具有更多的优点, 不仅可以大宗量彻底的利用铁尾矿, 有效的缓解铁尾矿堆存带来的大量问题, 而且为建材开辟了新的资源。我国在当前应用中已取得明显成效, 主要集中在建筑用砖、水泥、微晶玻璃以及其他建筑材料方面。

建筑用砖仍是我国建筑业用量最大的建材产品之一, 当前国家为了保护土地资源, 制定了一系列禁止实心黏土砖的政策, 所以利用铁尾矿制砖不失为一条很好的途径。根据不同的工艺主要分为免蒸免烧砖、蒸压砖和烧结砖。马鞍山矿山研究院采用齐大山、歪头山铁矿的高硅尾矿为主要原料, 配入少量骨料、钙质胶凝材料及外加剂, 加入适量的水, 均匀搅拌后在60t的压力机上模压成型, 脱模后经标准养护 (自然养护) 28天, 成功地制成免烧砖。张锦瑞、贾清梅等利用唐山地区的高硅铁尾矿为主要原料, 加入一定量粗骨料、水泥、粉煤灰和外加剂, 经配料、坯料制备、振动成型后蒸压养护, 再蒸汽养护, 成功地研制出尾矿掺量50%以上的蒸压砖, 所制得的尾矿砖抗压、抗折强度均达到相关标准, 其他性能指标也满足要求。近年来, 我国研究人员对铁尾矿制备烧结砖做了大量的研究工作。梅山矿业公司联合西安建筑科技大学、山东工业陶瓷研究设计院等单位, 围绕梅山铁尾矿生产烧结砖开展了一系列研究工作, 先后利用梅山铁矿尾矿, 进行了从实验室试验、半工业试验到工业试验的系统烧结制砖研究, 可制备出质量达标的实心砖、多孔砖和空心砖, 证实了其代替黏土生产烧结砖的可行性。孙天虎等也利用邯郸型高钙、镁尾矿, 采用工业上常用的挤出成型法来制备烧结多孔砖。石棋等在玻化砖配方中除了加入高岭土、瓷石、长石、石英等陶瓷常用原料以外, 引入20%~30%程潮铁尾矿, 可以得到以钙长石为主晶相的玻化砖。

铁尾矿在建材业中还有很多其他用途, 比如用来制作胶凝材料, 作为混凝土骨料、水泥掺料、建筑用砂和铺筑路基等。李继芳等将铁尾矿在新型干法熟料生产线上成功应用, 试验证明完全可用铁尾矿替代传统的硅质、铁质材料, 生产的熟料质量较好, 可以稳定生产普通52.5级等高标号水泥。并且每t熟料成本下降近5元, 2 500 t/d新型干法生产线年可利用铁尾矿约10万t。刘文永等利用首钢水厂铁尾矿, 通过配料和烧制试验研究, 成功地完成了掺加铁尾矿烧制胶凝材料的试验研究。

此外, 铁尾矿用于生产微晶玻璃、保温材料等产品的研发也在进行中。铁尾矿可以用来生产对透明度要求不高的玻璃建材制品, 比如有色玻璃装饰板、微晶玻璃装饰板、玻璃马赛克等。目前, 研究较多的是利用尾矿生产微晶玻璃和玻璃马赛克等。

近年来, 充填采矿技术得到了迅速发展, 将尾矿填充采空区不仅可以解决尾矿的排放问题, 而且降低了充填成本, 具有很好的环境效益和经济效益。有些矿山由于地形的原因, 不可能设置尾矿库, 利用尾矿充填采空区则是其直接利用尾矿的有效途径。康建华采用全尾砂胶结充填技术, 利用张马屯铁矿选矿厂两端脱水后的尾矿充填采空区效果好。边同民等利用马庄铁尾矿充填采空区24万m², 使马庄铁矿塌陷区和尾矿库得到彻底的治理, 解决了两个重大危险源。从实践来看, 来源广泛的尾砂代替砂石作井下大面积充填是技术上可行、经济上合理的, 也是矿山正在研发推广的一项新工艺。

铁尾矿中往往含有Fe、Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、P等微量元素, 这些正是维持植物生长和发育的必需元素, 对其进一步磁化可制成磁化尾矿土壤改良剂, 如再掺入一定比例的N、K、P等元素, 可磁化成磁尾复合肥, 对植物生长非常有利。我国马鞍山矿山研究院曾在“七五”和“八五”期间, 率先进行了利用磁化铁尾矿作为土壤改良剂的研究工作, 研究磁化铁尾矿作为肥料, 施入土壤中使农作物增产效果十分显著, 并在当涂太仓生态村建成一座年产10 000 t的磁化复合肥厂, 这种磁化复合肥深受周围农民的欢迎。但铁尾矿排放量大, 而制作的尾矿复合肥的肥力有限, 且不能像有机肥和化肥那样容易自然分解、消失, 只能在当地少量使用, 限制了尾矿作为肥料方面的大量应用和消耗, 因而近年来研究和应用较少。

尾矿库复垦对于减少土地资源浪费、降低尾矿污染、优化矿山环境具有重要的作用。我国矿山的土地复垦工作起步于20世纪60年代, 近年来在尾矿库的复垦方面取得了较大进展。唐山地区迁安、遵化县地方铁矿厂将尾矿排放在滦河荒滩上, 表面覆盖一层25~30 cm的山皮土复垦造田, 现已造田种植各种农作物, 实现经济效益1 000多万元。南芬选矿厂通过在旧尾矿库表面覆盖表土的方法, 使整个旧尾矿库复垦造田, 不仅治理了尾矿库的粉尘污染, 而且尾矿库造田后成为南芬地区的蔬菜生产基地之一。马鞍山矿山研究院在马钢姑山铁尾矿库和排土场开展了扬尘抑制及植被复垦的技术研究, 对尾矿库复垦的技术条件以及扬尘抑制有关资料进行了收集, 并在尾矿库坝坡和排土场进行了植被试验, 目前正在开发研制的“冶金矿山土地复垦专家系统”可为不同地区、不同气候条件、不同土壤及矿石特征的矿山提供有关最佳复垦方案等方面的专家咨询。