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铁尾矿的综合利用

发布时间:2019-04-26 浏览数:82

一、铁尾矿

(一)铁尾矿的来源

随着钢铁工业的迅速发展,铁矿石尾矿在工业固体废弃物中占的比例也越来越大。据不完全统计,目前我国发现的矿产有150多种,开发建立了8000多座矿山,累计生产尾矿59.7亿t,其中堆存的铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1/3%【1】

(二)铁尾矿的分类

我国铁尾矿资源按照伴生元素的含量可分为单金属类铁尾矿和多金属类铁尾矿两大类。其中单金属类铁尾矿,根据其硅、铝、钙、镁的含量又可分为以下几类【3】

1、高硅鞍山型铁尾矿。该类尾矿是数量最大的铁尾矿类型,尾矿中含硅高,有的含Si02高达83%。这类尾矿一般不含有价伴生元素,平均粒度0.04mm。0.2mm。属于这类的选矿厂有本钢南芬、歪头山、鞍钢东鞍山、齐大山、弓长岭、大孤山、首钢大石河、密云、水厂、太钢峨口、唐钢石人沟等。

2、高铝马钢型铁尾矿。该类尾矿年排出量不大,主要是分布在长江中下游宁芜一带。如江苏吉山铁矿、马钢姑山铁矿、南山铁矿及黄梅山铁矿等选矿厂。其主要特点是A1203含量较高,多数尾矿不含有伴生元素和组分,个别尾矿含有伴生硫、磷,小于0.074mm粒级含量占30%~60%。

3、高钙、镁邯郸型铁尾矿。该类尾矿主要集中在邯郸地区的铁矿山,如玉石洼、西石门、玉泉岭、符山、王家子等。主要伴生元素为S、Co,极微量的Cu、Ni、Zn、Pb、As、Au和Ag等,小于0.074mm粒级含量占50%~70%。

4、低钙、镁、铝、硅酒钢型铁尾矿。该类尾矿中主要非金属矿物是重晶石、碧玉、伴生元素有Co、Ni、Ge、Ga和Cu等,尾矿粒度小于0.074mm的占73.2%。

多金属类铁尾矿主要分布在我国西南攀西地区、内蒙古包头地区和长江中下游的武钢地区。该类铁尾矿的特点是矿物成分复杂,伴生元素多,除含丰富有色金属外,还含一定量的稀有金属、贵金属及稀散元素。从价值上看,回收这类铁尾矿中的伴生元素,已远远超过主体金属铁的回收价值。如大冶型铁尾矿中除含有较高的铁外,还含有Cu、Co、S、Ni、Au、Ag、Se等;攀钢型铁尾矿中除含有数量可观的V、Ti外,还含有Co、Ni、Ga、S等;白云鄂博型铁尾矿中含有22.9%的铁矿物、8.6%的稀土矿物及15.O%的萤石等。

(三)铁尾矿的性质

铁尾矿是选矿厂在特定经济技术条件下,将矿石磨细、选取“有用组分”后所排放的废弃物,也就是矿石经选出精矿后剩余的固体废弃物。它是一种复合矿物原料,除了含有少量金属组分外,其主要矿物组分是脉石矿物,如石英、辉石、长石、石榴石,角闪石及其蚀变矿物:其化学成分主要以铁、硅、镁、钙、铝的氧化物为主,并伴有少量的磷,硫等。(表1列举了几种铁矿尾矿的化学成分),是一种重要的二次资源【2】

 

 

表1  几种铁尾矿化学成分(质量分数)

 

 

 

(四)铁尾矿的危害

由于我国矿产资源的现状:矿产种类齐全,但富矿少,贫矿多;单一矿少,共伴生矿多;矿石组成复杂,难选冶矿多。在目前的技术经济条件下,在利用矿产资源的同时必然会产生大量的尾矿。铁尾矿处理不当,给自然生态和人类社会带来巨大的危害,其主要危害包括下面几个方面:

1、巨大的堆放量占用大量耕地,覆盖了大量植被,加剧了人多地少的矛盾:

2、由于受到技术水平、装备性能和经济条件等因素的限制,导致了资源的严重浪费;

3、长期堆放尾矿,成为潜在的地质灾害源;

4、干旱季节易形成沙尘暴,对周边地区生态环境造成严重影响;

5、对自然景观和旅游资源的破坏,抑制了地方经济的发展【4】

 

二、铁尾矿的综合利用途径

 

随着矿产资源的不断开发,产生的尾矿不仅占用了大量土地且污染环境。近年来国内许多高等院校及科研院所对尾矿综合利用开展了大量研究工作并取得一定成果。专家预测,尾矿利用将是21世纪矿产综合利用范围最广、潜力最大的领域,将是人们争先利用的新资源,矿山企业振兴的坚实物质基础,是矿产开发高科技、深层的系统工程。尾矿综合利用定性为一个综合性项目,其整体综合利用的总体思路[5]是:

1、 在铁尾矿全面物化分析的基础上,对有再选利用价值的铁尾矿进行再选;

2、利用经过再选后的铁尾矿进行简单的加工作为建筑材料(铁尾矿制砖)或利用尾矿充填采空区;

3、对尾矿进行精加工,生产具有高附加值的建筑装饰材料;

4、对暂时不能利用的铁尾矿作为生态恢复材料进行生态恢复重建。

 

(一)铁尾矿再选和有价元素的综合回收

尾矿再选或有价元素的回收是尾矿整体综合利用的主要且首选的措施之一,包括老尾矿再选利用,新产生尾矿的再选。尾矿再选既可减少尾矿坝建坝及维护费,节省破磨、开采、运输等费用,还可节省设备及新工艺研制的更大投资,因此越来越受到重视。

自20世纪80年代末,特别是90年代以来,我国一些矿山企业从提高经济效益考虑,陆续建成了一些铁尾矿回收选厂,取得了明显的经济效益。例如,马钢南山铁矿凹山铁选厂年产尾矿量4万t,用马鞍山矿山研究院设计的直径为500mm的圆盘磁选机选别,可获得产率5%~6%,铁品位29%~31%的粗精矿,经再磨再选后可获得产率2%,铁品位60%~63%的合格精矿。该项目现已运转多年,年回收铁精矿近4万t;采用摇床回收硫精矿,其品位可达30%以上,年回收硫精矿5万t。

(二)铁尾矿用做建筑材料或充填采空区

1、铁尾矿用做建筑材料

我国铁矿资源嵌布粒度细,一般需经二段磨矿,少数三段磨矿、选别,因此除预选抛出部分粗粒尾矿外,大部分选矿排出和堆存的尾矿粒度较细,一般尾矿粒度在<0.074mm 占50%~70%,仅长江中下游一带尾矿粒度较粗。同时,铁尾矿化学成分接近建筑用陶瓷材料,玻璃、砖瓦等所需要的成分,这为开展尾矿用于制作建筑材料创造了条件。

2、铁尾矿用做充填采空区

目前,我国在铁矿山地下开采过程中多采用崩落法或留矿法等采矿方法,利用充填采矿法的还很少,这主要是由于过去我国铁矿石价格一直偏低,且多开采地表出露或浅层矿体。随着开采深度的加大,地下开采矿山所占的比例越来越大,开采条件越来越难,需要更安全更高效的采矿方法。近年来我国铁矿石价值得到正确的估价,价格回升,特别是,充填采矿技术得到了迅速的发展,另外,近年来我国的环境保护政策也对矿山企业提出了更高的要求,这些都为铁矿山实现尾砂充填创造了条件,充填新技术有代表的是全尾砂胶结充填技术和高水固结充填采矿法两种。

 

(三)铁尾矿用于生产高附加值的建筑装饰材料

铁尾矿除了可以生产一般的建筑材料外,还可以作为主要原料生产高附加值的建筑装饰材料,如微晶玻璃等。微晶玻璃是一种由基础玻璃控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的材料。微晶玻璃同普通玻璃的区别在于其具有结晶结构,而同陶瓷材料的区别则在于其结晶结构要细得多。利用铁尾矿制备微晶玻璃,可以开发出高性能、低成本的高档建筑装饰或工业耐损耐腐蚀材料,提高了尾矿产品的技术含量和附加值。因此,近年来国内外学者针对此问题开展了一系列的研究。如北京科技大学以大庙铁尾矿和废石为主要原料制成了尾矿微晶玻璃花岗岩;沈阳建筑工程学院与东北大学联合研制利用歪头山铁尾矿及新城金矿尾矿加入调整氧化物及适当晶核剂,形成以透辉石为主晶相的建筑用微晶玻璃,尾矿掺量可达65%以上等。

 

(四)铁尾矿用做生态恢复

国外许多国家尽管人少地多,但对土地复垦十分重视,如德国、加拿大、美国、俄罗斯、澳大利亚等都十分重视对尾矿库的复垦工作,矿山的土地复垦率已达80%。我国矿山的土地复垦工作起步于20世纪60年代,在80年代后期至90年代进展较快。1988年11月,国务院颁布了《土地复垦规定》,规定了“谁破坏,谁复垦”的原则,这一规定的出台,引起了有关部门的重视,有力地促进了矿山土地复垦工作的步伐。马鞍山矿山研究院于90年代初,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。在此基础上申报了中澳合作项目,并得到了中澳基金会的批准。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6

 

三、结论

由于我国铁尾矿量大、分布广、性质复杂,应该在系统全面地掌握我国铁尾矿资源状况的基础上,分别提出其合理利用途径。目前,我国在铁尾矿的综合利用方面,已开展了不少工作,积累了一些经验,研制成功了一批较成熟的技术和装备,应积极组织推广应用。今后,应重点着眼于铁尾矿整体综合利用的研究与开发,这是矿山尾矿资源化、无害化的最佳途径。

铁尾矿综合利用是一项多学科、多层次、多因素的系统工程,也是一个带有战略性的大课题,是保护有限的矿产资源、促进经济发展、保护人类环境的一种有效手段。铁尾矿资源的综合利用,任务艰巨,形势迫切。我国在这一方面虽起步较晚,但发展迅速。相信通过政府、科研机构、高等院校与矿山企业的紧密结合,我国矿山铁尾矿综合利用必将取得可观的成果。

 

 

 

 

 

【1】朱胜元。尾矿综合利用是实现我国矿业可持续发展的重要途径[J].财经专科学校学报,2000,(1):38。40

【2】孙中秋。用铁尾矿二步烧结法合成M<,2>S耐火砖的实验研究,2004

【3】王金忠。我国利用铁矿尾矿研制生产建筑材料的现状及展望[J].房材与应用,1998,04:16—17.

【4】王金忠。我国利用铁矿尾矿研制生产建筑材料的现状及展望[J].房材与应用,1998,04:16—17.

【5】韩冬芸。铁尾矿整体综合利用技术[J].矿业快报,2007,05:11。13

【6】张淑金。我国铁尾矿的资源现状及其综合利用[J].材料与冶金学报,2004,12:244。245