我國鐵尾礦資源的利用現狀及展望
閱讀次數：7262 發布時間：2025-02-06 來源： 資源與產業
引言
鐵尾礦是鐵礦石經過選礦工藝選取鐵精礦后排放的廢渣。由于利用技術的限制，長期以來對鐵尾礦一般采取堆填處置，這不僅占用土地，而且引起環境污染和安全問題，工廠還得支付土地征用費、運費和填埋費等，增加了鋼鐵的生產成本。隨著鋼鐵產業的迅速發展，鐵礦石的開采量不斷增加，選礦廠排放的尾礦量也與日俱增，堆存的大量尾礦給礦業環境及經濟等帶來不少的難題，已成為礦產和鋼鐵行業可持續發展所面臨的重要問題之一，進行鐵尾礦的二次利用是解決尾礦問題的根本出路。
國外非常重視鐵尾礦的綜合利用，其研究工作起步較早，許多發達國家把實現無廢料礦山作為開發目標之一，把尾礦資源的綜合利用程度視為衡量一個國家科技水平和經濟發達程度的標志之一，尾礦的綜合利用率達60%以上，并在從尾礦中回收有價金屬與非金屬元素、利用鐵尾礦作為采空區的充填材料、磁化尾礦做土壤改良劑、利用鐵尾礦庫復墾植被以及尾礦制作建筑材料等方面已經取得了許多實用性的成果。近年來，隨著環境保護與資源節約意識的不斷增強，鐵尾礦的綜合利用工作在我國已引起普遍關注，一些高等院校、研究院所等單位與礦山企業緊密合作，廣泛開發鐵尾礦的綜合利用技術，在鐵尾礦的綜合利用方面也取得了快速發展。
1.我國鐵尾礦特點及資源現狀
1.1鐵尾礦特點
我國鐵尾礦的突出特點是種類繁多、性質復雜、粒度細、泥化嚴重。按照鐵尾礦的類型，我國當前排放量較大的主要有赤鐵礦尾礦和磁鐵礦尾礦兩大類。我國鐵精礦產量中磁鐵礦精礦約占3/4，因此磁鐵礦尾礦占鐵尾礦的大部分，但由于本身性質的差異，赤鐵礦比磁鐵礦難選，因而其尾礦產生量更多，綜合利用難度更大，而導致堆存量較大。按照鐵尾礦的化學組成，一般將其分為5種類型:高硅類、高鋁類、高鈣鎂類、低鈣鎂鋁硅類和多金屬類。這種劃分方式主要視其不同元素的含量差異，從而有利于選擇不同的利用途徑。
鐵尾礦化學成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等，還含有少量K2O、Na2O以及S等。但因鐵礦石產地和選礦工藝的不同，其成分及含量也不同，導致尾礦性質也存在很大差異。此外，我國鐵礦資源嵌布粒度細，共生復雜，為獲得高品位精礦，大部分須經過至少二段磨礦、選別，除預選拋出少量粗粒尾礦以外，大部分選礦排出的尾礦粒度很細，主要以細粒、微細粒的礦泥形式存在。如西石門鐵礦的細粒尾礦，-0.074mm就占70%，這樣的細粒尾礦勿須再磨即可直接回收和加工利用。
1.2鐵尾礦資源現狀
當前，我國鐵尾礦的排放量增長迅速，堆存量日益增大。由于我國鐵礦石品位低、共伴生礦多，在選礦過程中會排出大量尾礦，每生產1t鐵精礦要排出2.5～3.0t尾礦，同時隨著礦產資源利用程度的提高，礦石的可開采品位相應降低，尾礦排出量也在逐漸增加。據統計，1949—2009年，全國鐵尾礦排放量大約為62億t，特別是2003年后尾礦排放量呈大幅度上升趨勢，2009年排出的尾礦量達5.5億t，2010年排放量為6億t以上。而排出的大部分鐵尾礦采取堆存處置，導致鐵尾礦的堆存量巨大，據工業和信息化部、科技部、國土資源部等部門組織編制的《金屬尾礦綜合利用專項規劃(2010—2015年)》指出，截止2007年，全國尾礦堆積總量為80.46億t，而鐵尾礦占全部尾礦堆存總量的1/3以上。據不完全統計，目前我國累計堆存的鐵尾礦量高達50億t左右，而且隨著鐵尾礦排放量的提高，其堆存量日益增大。
鐵尾礦已成為我國排放量最大、綜合利用率最低的固體廢棄物，是當前我國工業固體廢物的主要組成部分。與粉煤灰、煤矸石等固體廢棄物相比，尾礦的綜合利用技術更復雜、難度更大。據《大宗工業固體廢物綜合利用“十二五”規劃》指出，2010年我國大宗工業固體廢棄物綜合利用率在40%左右，其中粉煤灰的綜合利用率為68%，煤矸石的綜合利用率為61%，冶煉渣的綜合利用率為60%，相比之下，尾礦的綜合利用率大大滯后，僅為14%，尤其鐵尾礦的利用率更低為10%以下，與發達國家綜合利用率為60%相比還存在很大的差距。
因此，我國鐵尾礦種類繁多，性質復雜，回收和綜合利用難度較大，當前鐵尾礦的排放量增長迅速，堆存量日益增大，但是開發利用程度很低，鐵尾礦資源綜合利用面臨的形勢十分嚴峻，對礦業可持續發展構成了嚴重的挑戰。
2.鐵尾礦綜合利用現狀
我國鐵尾礦綜合利用起步相對較晚，但進展較快。近年來，在鐵尾礦的綜合利用技術開發方面取得了很大進展，尤其在尾礦再選與回收有價元素以及用作建筑材料原料方面的研究和應用較多，此外還包括作為采空區的充填材料、用作土壤改良劑和微量元素肥料以及尾礦庫復墾等方面。
2.1鐵尾礦再選與回收有價元素
尾礦綜合利用是世界性的難題，最大著眼點是提取尾礦中有價金屬元素、非金屬元素，提高資源綜合利用價值。這不僅在尾礦回收工藝技術上有所提升，而且尾礦回收設備也有很大改進。首鋼水廠鐵選廠開發了尾礦高效回收新工藝，每年處理尾礦量787萬t，尾礦經過再選后，將生產出品位66.95%的鐵精礦28.8萬t，回收金屬量19.28萬t，直接經濟價值達2.3億元。每年少排尾礦量28.8萬t，每年減少占用尾礦庫庫容9萬m3左右，環境效益明顯。我國鐵尾礦中平均鐵品位約為10%，如果對尾礦進行再選，將尾礦鐵品位由10%降為7%，以年處理鐵尾礦2000萬t計算，將每年回收90萬t鐵精礦(按我國鐵精礦品位66%折算)，按800元/t計，價值7.2億元，經濟價值明顯。同時，鐵尾礦中含有的其他有價元素若能進行回收，必將創造更大的經濟效益。歪頭山鐵礦選礦廠采用JHC型矩環式永磁磁選機和BX磁選機，每年可從尾礦中回收品位65%鐵精礦5.52萬t。梅山鐵礦、昆鋼大紅山鐵選礦廠采用高梯度強磁選機回收尾礦中的鐵礦物，每年可多產精礦7萬～15萬t，獲得了較好的經濟效益。孫達等進行了從鐵尾礦中回收銅的試驗研究，經過一次粗選、兩次掃選及四次精選的閉路浮選流程，由含銅0.28%鐵尾礦獲得銅品位23.68%、回收率68.86%的銅精礦，再對浮選尾礦進行搖床重選，使尾礦的銅品位降至0.1%，回收率提高到73.55%。
總之，鐵尾礦再選與回收有價元素經濟效益顯著，近年來在提升尾礦回收工藝技術和回收設備上都有很大進展，但該利用途徑受尾礦本身特性及回收技術的影響較大，對很多尾礦不適用，而且再選與回收有價元素后仍然會產生新的固體廢物污染，必須聯合其他尾礦利用技術才能從根本上解決尾礦問題。
2.2鐵尾礦制作建筑材料
鐵尾礦的化學成分與粘土等礦物材料十分接近，可以作為制作建筑材料的原料，將其應用于建材領域比在其他領域具有更多的優點，不僅可以大宗量徹底的利用鐵尾礦，有效的緩解鐵尾礦堆存帶來的大量問題，而且為建材開辟了新的資源。我國在當前應用中已取得明顯成效，主要集中在建筑用磚、水泥、微晶玻璃以及其他建筑材料方面。
1)利用鐵尾礦制磚。
建筑用磚仍是我國建筑業用量最大的建材產品之一，當前國家為了保護土地資源，制定了一系列禁止實心黏土磚的政策，所以利用鐵尾礦制磚不失為一條很好的途徑。根據不同的工藝主要分為免蒸免燒磚、蒸壓磚和燒結磚。馬鞍山礦山研究院采用齊大山、歪頭山鐵礦的高硅尾礦為主要原料，配入少量骨料、鈣質膠凝材料及外加劑，加入適量的水，均勻攪拌后在60t的壓力機上模壓成型，脫模后經標準養護(自然養護)28天，成功地制成免燒磚。張錦瑞、賈清梅等利用唐山地區的高硅鐵尾礦為主要原料，加入一定量粗骨料、水泥、粉煤灰和外加劑，經配料、坯料制備、振動成型后蒸壓養護，再蒸汽養護，成功地研制出尾礦摻量50%以上的蒸壓磚，所制得的尾礦磚抗壓、抗折強度均達到相關標準，其他性能指標也滿足要求。近年來，我國研究人員對鐵尾礦制備燒結磚做了大量的研究工作。梅山礦業公司聯合西安建筑科技大學、山東工業陶瓷研究設計院等單位，圍繞梅山鐵尾礦生產燒結磚開展了一系列研究工作，先后利用梅山鐵礦尾礦，進行了從實驗室試驗、半工業試驗到工業試驗的系統燒結制磚研究，可制備出質量達標的實心磚、多孔磚和空心磚，證實了其代替黏土生產燒結磚的可行性。孫天虎等也利用邯鄲型高鈣、鎂尾礦，采用工業上常用的擠出成型法來制備燒結多孔磚。石棋等在玻化磚配方中除了加入高嶺土、瓷石、長石、石英等陶瓷常用原料以外，引入20%～30%程潮鐵尾礦，可以得到以鈣長石為主晶相的玻化磚。
2)用于生產其他建筑材料。
鐵尾礦在建材業中還有很多其他用途，比如用來制作膠凝材料，作為混凝土骨料、水泥摻料、建筑用砂和鋪筑路基等。李繼芳等將鐵尾礦在新型干法熟料生產線上成功應用，試驗證明完全可用鐵尾礦替代傳統的硅質、鐵質材料，生產的熟料質量較好，可以穩定生產普通52.5級等高標號水泥。并且每t熟料成本下降近5元，2500t/d新型干法生產線年可利用鐵尾礦約10萬t。劉文永等利用首鋼水廠鐵尾礦，通過配料和燒制試驗研究，成功地完成了摻加鐵尾礦燒制膠凝材料的試驗研究。
此外，鐵尾礦用于生產微晶玻璃、保溫材料等產品的研發也在進行中。鐵尾礦可以用來生產對透明度要求不高的玻璃建材制品，比如有色玻璃裝飾板、微晶玻璃裝飾板、玻璃馬賽克等。目前，研究較多的是利用尾礦生產微晶玻璃和玻璃馬賽克等。
2.3作為礦山采空區的充填材料
近年來，充填采礦技術得到了迅速發展，將尾礦填充采空區不僅可以解決尾礦的排放問題，而且降低了充填成本，具有很好的環境效益和經濟效益。有些礦山由于地形的原因，不可能設置尾礦庫，利用尾礦充填采空區則是其直接利用尾礦的有效途徑。康建華采用全尾砂膠結充填技術，利用張馬屯鐵礦選礦廠兩端脫水后的尾礦充填采空區效果好。邊同民等利用馬莊鐵尾礦充填采空區24萬m2，使馬莊鐵礦塌陷區和尾礦庫得到徹底的治理，解決了兩個重大危險源。從實踐來看，來源廣泛的尾砂代替砂石作井下大面積充填是技術上可行、經濟上合理的，也是礦山正在研發推廣的一項新工藝。
2.4用作土壤改良劑和微量元素肥料
鐵尾礦中往往含有Fe、Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、P等微量元素，這些正是維持植物生長和發育的必需元素，對其進一步磁化可制成磁化尾礦土壤改良劑，如再摻入一定比例的N、K、P等元素，可磁化成磁尾復合肥，對植物生長非常有利。我國馬鞍山礦山研究院曾在“七五”和“八五”期間，率先進行了利用磁化鐵尾礦作為土壤改良劑的研究工作，研究磁化鐵尾礦作為肥料，施入土壤中使農作物增產效果十分顯著，并在當涂太倉生態村建成一座年產10000t的磁化復合肥廠，這種磁化復合肥深受周圍農民的歡迎。但鐵尾礦排放量大，而制作的尾礦復合肥的肥力有限，且不能像有機肥和化肥那樣容易自然分解、消失，只能在當地少量使用，限制了尾礦作為肥料方面的大量應用和消耗，因而近年來研究和應用較少。
2.5利用尾礦庫復墾植被
尾礦庫復墾對于減少土地資源浪費、降低尾礦污染、優化礦山環境具有重要的作用。我國礦山的土地復墾工作起步于20世紀60年代，近年來在尾礦庫的復墾方面取得了較大進展。唐山地區遷安、遵化縣地方鐵礦廠將尾礦排放在灤河荒灘上，表面覆蓋一層25～30cm的山皮土復墾造田，現已造田種植各種農作物，實現經濟效益1000多萬元。南芬選礦廠通過在舊尾礦庫表面覆蓋表土的方法，使整個舊尾礦庫復墾造田，不僅治理了尾礦庫的粉塵污染，而且尾礦庫造田后成為南芬地區的蔬菜生產基地之一。馬鞍山礦山研究院在馬鋼姑山鐵尾礦庫和排土場開展了揚塵抑制及植被復墾的技術研究，對尾礦庫復墾的技術條件以及揚塵抑制有關資料進行了收集，并在尾礦庫壩坡和排土場進行了植被試驗，目前正在開發研制的“冶金礦山土地復墾專家系統”可為不同地區、不同氣候條件、不同土壤及礦石特征的礦山提供有關最佳復墾方案等方面的專家咨詢。
3.展望及建議
鐵尾礦是“放錯地方”的資源，其綜合利用是保護環境和節約資源的有效手段。對于我國來說，鐵尾礦資源的綜合利用還在起步階段，近年來雖然取得了一定的成績，但其開發利用程度仍然很低，遠不能適應經濟和社會可持續發展的需求，與國際先進水平相比還存在著很大的差距，應當從政策、經濟、法律以及技術等方面著眼，并根據當前形勢采取切實可行的措施。
1)政策上，國家及地方政府應進一步給予足夠重視和大力支持，制定礦業可持續發展的法律、法規和促進循環經濟發展的政策和機制，促進礦山企業對尾礦資源循環利用的積極性，使鐵尾礦綜合利用步入正軌。
2)鐵尾礦的綜合利用涉及跨行業、多學科的許多領域，各相關部門應積極組建鐵尾礦綜合利用產業技術創新戰略聯盟，開展鐵尾礦資源綜合利用的大型研究課題，并通過工程示范建設，加快推進尾礦綜合利用產業的發展。
3)我國許多的鐵尾礦綜合利用研究尚處于實驗室階段，很多研究成果難以推廣應用，各相關部門應堅持科研和生產相結合的原則，進一步加強尾礦綜合利用的研究，促進產學研結合，使研究成果能早日應用于實踐。
4)根據我國鐵尾礦堆存量巨大的現狀，其利用途徑首先應該以大宗利用為主，先解決利用量的問題，深入完善尾礦建材和尾礦充填采空區技術研究，同時，以精細利用的多樣化方法為輔，開展鐵尾礦的整體利用，逐步實現無尾礦礦山的目標。
5)由于不同地區地質條件各不相同，各礦山尾礦在化學組成和物化性質方面差異較大，鐵尾礦的開發利用需針對不同地區的特定條件做專門的研究，并按地域和尾礦本身的特點對鐵尾礦資源進行分類，分別提出其合理利用途徑。
總之，我國在鐵尾礦綜合利用方面雖然取得了很大進展，但與當前需要之間還是存在很大差距，鐵尾礦綜合利用任務艱巨、形勢迫切，應當引起全社會的高度重視，大力促進我國鐵尾礦綜合利用和礦業可持續發展。鐵尾礦的資源化利用研究方興未艾，資源化利用前景廣闊，在政府及有關部門、科研機構、高等院校與礦山企業的共同努力下，我國鐵尾礦利用與治理工作必將迎來良性發展之路。
