我國(guó)鐵尾礦排放現(xiàn)狀及綜合利用研究

張杰西，趙斌，房彬

（中華全國(guó)供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191）

我國(guó)鐵尾礦排放現(xiàn)狀及綜合利用研究

張杰西，趙斌，房彬

（中華全國(guó)供銷合作總社天津再生資源研究所，天津300191）

鐵尾礦是我國(guó)目前數(shù)量最多、綜合利用難度最大的尾礦，在各類尾礦中具有代表性，實(shí)現(xiàn)其合理開發(fā)利用對(duì)我國(guó)尾礦總體利用具有重要意義。在介紹近年來我國(guó)尾礦排放現(xiàn)狀和綜合利用情況的基礎(chǔ)上，分析了目前我國(guó)鐵尾礦綜合利用途徑和研究進(jìn)展。基于我國(guó)鐵尾礦綜合利用現(xiàn)狀，提出了未來我國(guó)鐵尾礦綜合利用發(fā)展方向。

鐵尾礦；資源；綜合利用

21世紀(jì)以來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)工業(yè)迅速發(fā)展，礦產(chǎn)資源需求與日俱增。據(jù)統(tǒng)計(jì)［1］，我國(guó)95%的能源和85%的原料依賴于礦產(chǎn)資源。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和礦產(chǎn)資源需求增長(zhǎng)，采礦行業(yè)迅猛發(fā)展，礦山開采過程中產(chǎn)生了巨量的尾礦，而尾礦大部分未經(jīng)綜合利用直接排放堆存。堆存的尾礦不僅破壞生態(tài)環(huán)境，還時(shí)刻威脅著人類的生命財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)也造成了資源的極大浪費(fèi)。因此，從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益綜合考慮，開展尾礦綜合利用顯得極為必要。

隨著鋼鐵行業(yè)的迅速發(fā)展，每年排放的鐵尾礦在尾礦中所占比例也越來越大，尤其最近幾年，我國(guó)每年鐵尾礦的排放量已超過總尾礦量的一半以上，與日俱增的鐵尾礦已成為影響鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要問題之一。因此，開展鐵尾礦綜合利用是解決尾礦問題的必然選擇。

1 我國(guó)尾礦排放現(xiàn)狀

截至2012年底，我國(guó)共有尾礦庫(kù)12 273座，其中在用庫(kù)6 633座，在建庫(kù)1 234座，已閉庫(kù)2 193座，停用庫(kù)2 013座（其中廢棄庫(kù)和強(qiáng)制取締關(guān)閉庫(kù)1 304座）［2］。據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委發(fā)布的《中國(guó)資源綜合利用年度報(bào)告（2014）》顯示，截止到2013年底我國(guó)尾礦累積堆存量為146億t。尾礦已成為我國(guó)目前堆存量最大的固體廢棄物，成為我國(guó)采礦行業(yè)走可持續(xù)發(fā)展道路的限制性因素。

我國(guó)2004—2013年各類尾礦產(chǎn)量如表1所示，從表1可以看出，我國(guó)尾礦產(chǎn)量呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2011年以前，增長(zhǎng)幅度較大，2011年之后增長(zhǎng)比較緩慢，但從2011年開始我國(guó)尾礦年產(chǎn)量均在15億t以上，到2013年，則高達(dá)16.49億t。從表1還可以看出，我國(guó)各類尾礦年產(chǎn)量均呈遞增的趨勢(shì)，其中黃金尾礦、銅尾礦、其他有色及稀貴金屬和非金屬尾礦的增長(zhǎng)量都比較小，唯獨(dú)鐵尾礦增長(zhǎng)量最大，從2004年的1.89億t增加到2013年的8.39億t，增加了約3.4倍。

表1 2004—2013年尾礦產(chǎn)量［3］億t

圖1呈現(xiàn)的是2004—2013年我國(guó)每年產(chǎn)生鐵尾礦量在尾礦總量中所占比例，可以看出，鐵尾礦產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)和尾礦總量相同，但鐵尾礦在尾礦總量中所占的比例變化比較大，2004年鐵尾礦占尾礦總量的29.30%，而2013年則高達(dá)50.88%，且從2011年開始，連續(xù)三年均占到50%以上。以朱欣然［4］和陳虎等［5］測(cè)算調(diào)查，從建國(guó)到2009年底，全國(guó)鐵尾礦排放量大致為62億t，由此推算，到2013年底，我國(guó)鐵礦石尾礦排放量已超過90億t。

圖1 2004—2013年尾礦和鐵尾礦產(chǎn)生量

2 尾礦綜合利用情況

我國(guó)是礦產(chǎn)資源開采大國(guó)，隨著采礦行業(yè)迅猛發(fā)展，實(shí)現(xiàn)尾礦綜合利用具有重要意義。表2列舉了我國(guó)2008—2013年尾礦的綜合利用情況，從表2可以看出，我國(guó)尾礦綜合利用量和利用率呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2013年實(shí)現(xiàn)尾礦綜合利用量3.12億t，利用率18.90%，利用率同比增長(zhǎng)了1.1%，雖然和發(fā)達(dá)國(guó)家的60%相比，還存在差距，但從我國(guó)的實(shí)際情況出發(fā)，在尾礦綜合利用方面已取得了一定成績(jī)。據(jù)報(bào)道，我國(guó)在鐵錳尾礦有價(jià)組分提取，有色金屬尾礦有價(jià)組分高效分選回收以及尾礦制備新型建筑材料等方面取得較大技術(shù)突破。

表2 2008—2013年尾礦產(chǎn)量與綜合利用情況

2013年我國(guó)尾礦綜合利用的具體途徑如圖2所示，可以看出，我國(guó)尾礦綜合利用的主要途徑是生產(chǎn)建筑材料和充填采空區(qū)，兩者占總利用量的96%，其中生產(chǎn)建筑材料和充填采礦區(qū)分別為43%，53%；回收有價(jià)組分為3%；其他利用僅為1%。

圖2 2013年尾礦綜合利用主要途徑

我國(guó)80%的礦產(chǎn)資源為共伴生礦，由于我國(guó)技術(shù)裝備、經(jīng)濟(jì)條件等因素的限制，使得大量有價(jià)值資源不能被選出利用而是作為尾礦拋棄，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。例如，我國(guó)鐵尾礦的全鐵品位平均品位為10.5%以上［4］，有的甚至高達(dá)27%［6］，以2013年底我國(guó)鐵礦石尾礦排放總量90億t和鐵尾礦的全鐵品位平均品位計(jì)算，尾礦中相當(dāng)于存有鐵9.5億t左右。

目前，我國(guó)鐵尾礦量在各類尾礦中所占數(shù)量最多，其成分復(fù)雜，綜合利用難度大，在各種尾礦中具有代表性，因此，合理開發(fā)利用鐵尾礦對(duì)我國(guó)尾礦總體利用具有重要意義。國(guó)土資源部也發(fā)布了《鐵、銅、鉛、鋅、稀土、鉀鹽和螢石等礦產(chǎn)資源合理開發(fā)利用“三率”最低指標(biāo)要求（試行）的公告》，要求鐵尾礦綜合利用率不低于20%。

3 我國(guó)鐵尾礦綜合利用的途徑

我國(guó)鐵尾礦資源綜合利用工作起步比較晚，雖然取得一定的成績(jī)，但尾礦回收利用率極低。目前，我國(guó)鐵尾礦利用途徑主要包括尾礦再選回收有價(jià)元素、加工制成多種建筑材料、礦山采空區(qū)充填料、土壤改良劑以及尾礦庫(kù)復(fù)墾等，近年來在水處理、制備白炭黑和介孔材料等方面也有了一定的進(jìn)展。

3.1 再選回收有價(jià)元素

鐵尾礦含有大量的有價(jià)元素未經(jīng)回收利用，重選技術(shù)是從鐵尾礦獲取有價(jià)組分的唯一途徑。我國(guó)一些礦山企業(yè)為了提高經(jīng)濟(jì)效益，相繼建立了尾礦回收選廠，從鐵尾礦中回收有價(jià)組分。事實(shí)證明，尾礦重選給企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但我國(guó)鐵尾礦性質(zhì)差異較大，在重選過程所使用技術(shù)工藝要根據(jù)具體的鐵尾礦性質(zhì)而定，才能夠有效地回收有價(jià)金屬和非金屬元素。例如，山東某選礦廠采用強(qiáng)磁選機(jī)，從含有鐵為20%的磁鐵尾礦選得品位為60%的鐵精礦［7］。包鋼選廠采用以浮選為主的聯(lián)合工藝從強(qiáng)磁尾礦中回收稀土精礦和鈮，可獲得回收率為57.34%的稀土精礦和35.58%的鈮［8］。宏達(dá)礦業(yè)公司采用永磁機(jī)技術(shù)對(duì)本溪南芬囤積上百年的尾礦進(jìn)行重新“過篩子”處理，年處理尾礦達(dá)120萬t，每年可回收12萬t優(yōu)質(zhì)鐵精粉和0.8萬t硫鐵礦［9］。

3.2 加工制成多種建筑材料

鐵尾礦化學(xué)成分較多，其化學(xué)成分與很多建筑材料相近，決定了其能夠廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)。我國(guó)在鐵尾礦應(yīng)用于建筑業(yè)方面已取得大量的成果，并成功地將鐵尾礦運(yùn)用到建筑制磚和水泥原料中，在混凝土細(xì)骨料、公路基層及其他附加值方面也有了一些進(jìn)展。

3.2.1 制磚

目前，我國(guó)在利用鐵尾礦生產(chǎn)建筑用磚方面已有大量的研究和應(yīng)用，鐵尾礦根據(jù)不同的工藝不僅可以制備建筑墻體所用的燒結(jié)磚、蒸壓磚和免燒磚等，還可以制備建筑裝飾地面和墻體所用的裝飾磚。例如，我國(guó)馬鞍山礦山研究院采用齊大山和歪頭山高硅鐵尾礦為主要原料成功地制備了免燒磚［10］。石棋等［11］在?；u配方加入高嶺土、瓷石、長(zhǎng)石、石英等原料，再加入20%～30%wt程潮尾礦，可以制得以鈣長(zhǎng)石為主晶相的玻化磚。焦娟等［12］以武鋼程潮鐵礦尾礦為原料，加入1.6%的著色助劑（TM），按傳統(tǒng)通體磚生產(chǎn)工藝制備出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)黑色通體磚。

3.2.2 水泥和混凝土

我國(guó)城市基礎(chǔ)化建設(shè)的加快，水泥和混凝土是建筑中廣泛使用的材料，為鐵尾礦在建筑材料高附加利用提供了良好的機(jī)遇。以廉價(jià)的鐵尾礦代替水泥生產(chǎn)原料和應(yīng)用于混凝土，實(shí)現(xiàn)變廢料為資源，將帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。目前我國(guó)已完成鐵尾礦大規(guī)模代替水泥原料用于制造水泥的技術(shù)中試。

在鐵尾礦作為骨料制備混凝土方面也取得了較大的成果。王長(zhǎng)龍等［13］利用首鋼大石河鐵尾礦，以鐵尾礦、石灰、水泥、石膏的配比為60∶25∶10∶5制得強(qiáng)度等級(jí)為A3.5、密度等級(jí)為B06的蒸壓加氣混凝土。李北星等［14］運(yùn)用梯級(jí)粉磨工藝優(yōu)化設(shè)備的TSBC粉料為膠凝材料，并以含量為70%的鐵尾礦為骨架，在常溫下可以制備出28 d抗折，抗壓強(qiáng)度分別為24.7 MPa和108.1 MPa的高強(qiáng)度混凝土。

3.2.3 作為道路建筑材料

把鐵尾礦用于道路工程，可以大量消耗鐵尾礦，且能降低公路工程造價(jià)，但我國(guó)鐵尾礦作為道路建筑材料用于道路工程還處于起步階段，目前大多是一些試驗(yàn)性研究。徐帥［15］研究表明，在鐵尾礦中加入30%以上的石灰，可以滿足二級(jí)以下（含二級(jí)）道路基層的要求。以石灰穩(wěn)定鐵尾礦代替水泥穩(wěn)定砂礫，工程造價(jià)更低。

3.2.4 微晶玻璃

根據(jù)鐵尾礦中的化學(xué)成分及含量，利用鐵尾礦可制備各種性能的微晶玻璃。如陳曉玲［16］和陳盛建［17］利用低硅鐵尾礦成功制備出性能優(yōu)良、低成本，以透輝石為主晶相的微晶玻璃。閆欣等［18］研究表明，鞍山地區(qū)高硅鐵尾礦可制取MAS系堇青石系微晶玻璃。

3.3 回填采空區(qū)域

利用鐵尾礦作為填充材料回填采空區(qū)，能夠降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，對(duì)解決尾礦污染，降低礦山安全隱患具有重要意義。充填工藝包括分級(jí)尾砂膠結(jié)充填、全尾砂膠結(jié)充填、膏體泵送膠結(jié)充填等［19］，其中全尾砂膠結(jié)充填工藝可實(shí)現(xiàn)尾礦的全部利用，對(duì)實(shí)現(xiàn)無廢礦山具有重要作用。目前，我國(guó)采用全尾砂膠結(jié)充填工藝的礦山較少，但從礦山行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和尾礦排放現(xiàn)狀來看，實(shí)現(xiàn)全尾砂膠結(jié)充填是我國(guó)礦山行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在全尾砂膠結(jié)充填中，膠結(jié)料是影響充填體性能和充填成本主要因素，因此，要根據(jù)我國(guó)鐵尾礦的具體特征研發(fā)適合的膠結(jié)充填材料。紀(jì)憲坤等［19］針對(duì)我國(guó)某鐵礦全尾砂特性研制出專用膠結(jié)充填固化劑（MG-601），通過中試驗(yàn)證，固化劑與全尾砂質(zhì)量比為1∶4.5時(shí)，能夠滿足礦井接頂部位的性能要求，質(zhì)量比為1∶6或1∶7時(shí)，能夠滿足礦井普通部位的性能基本要求。

3.4 用于水處理

鐵尾礦因其粒度小，比表面積大，且具有少量的磁鐵成分等特點(diǎn)，為其應(yīng)用于污水處理提供了天然條件。鐵尾礦應(yīng)用于水處理，實(shí)現(xiàn)變廢為寶，且能夠降低水處理成本。研究證明［20］，將鐵尾礦作為載體應(yīng)用于生活污水處理，對(duì)降低污水COD有顯著作用。

另外，有研究表明，鐵尾礦經(jīng)鹽酸廢液酸解后可制得復(fù)合型絮凝劑，用于工業(yè)廢水中具有良好的效果。楊明平等［21］用鹽酸廢液與鐵尾礦液固質(zhì)量比為6∶1，在95℃的環(huán)境下酸解3.5 h，制備得聚硅酸聚氯化鐵（PSPFC）復(fù)合絮凝劑，并將其用于處理工業(yè)廢水，COD和色度的去除率可達(dá)90%以上。

3.5 尾礦庫(kù)復(fù)墾

鐵尾礦庫(kù)復(fù)墾具有十分現(xiàn)實(shí)而重要的意義，鐵尾礦庫(kù)復(fù)墾被認(rèn)為是解決尾礦庫(kù)環(huán)境問題最有效的途徑，鐵尾礦庫(kù)復(fù)墾對(duì)于防止鐵尾礦污染環(huán)境、減少土地資源浪費(fèi)、美化礦山環(huán)境等方面具有重要的作用。目前，我國(guó)在鐵尾礦庫(kù)復(fù)墾種植農(nóng)作物和建立生態(tài)園等方面出現(xiàn)不少成功的案例，國(guó)家環(huán)保部也發(fā)布了礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理技術(shù)規(guī)范等，為未來鐵尾礦庫(kù)復(fù)墾奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。唐山地區(qū)遷安和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25～30 cm的山皮土復(fù)墾造田，現(xiàn)已造田種植各種農(nóng)作物，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益1 000多萬元［23］。鞍鋼礦業(yè)公司從2003年開始對(duì)東鞍山燒結(jié)廠尾礦庫(kù)實(shí)施復(fù)墾，復(fù)墾面積達(dá)200 hm2，在起伏的尾礦庫(kù)上，建起了一座風(fēng)光綺麗的多功能生態(tài)園，被評(píng)為國(guó)家級(jí)綠化示范區(qū)。

3.6 其他高值利用

近年來，我國(guó)學(xué)者在用鐵尾礦為初始原料代替純化工合成介孔分子篩MCM-41，以及用鐵尾礦為原料制備出白炭黑、泡沫陶瓷、保溫墻體材料等方面也取得較大成果，為我國(guó)鐵尾礦高值利用開辟了新的途徑。呂揚(yáng)［24］研究表明，以鐵尾礦為硅源，分別用水熱法和微波法可以合成分子篩MCM-41；于洪浩等［25］以鐵尾礦和NaOH為原料，利用化學(xué)沉淀法制備了無定型白炭黑，并證明采用化學(xué)沉淀法制備白炭黑，可以克服以非金屬礦和含硅尾礦采用煅燒酸浸方法制取白炭黑工藝中存在的不足。黎邦城等［26］以程潮鐵尾礦為原料，加入玻璃粉、高嶺土、石英以及少量輔助發(fā)泡劑，成功制備出以閉孔結(jié)構(gòu)為主的泡沫陶瓷。喻振賢等［27］以鐵尾礦為主要原料，水泥為膠凝材料，廢舊Ps顆粒為填充材料，另外添加一定的激發(fā)劑、阻燃劑，制備了阻燃型輕質(zhì)保溫墻體材料。

4 結(jié)語

尾礦綜合利用是解決我國(guó)鐵尾礦問題的根本方法，也是保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源最有效的手段。我國(guó)鐵尾礦堆存量大，分布范圍廣，性質(zhì)復(fù)雜，針對(duì)不同的鐵尾礦應(yīng)該在掌握其具體特征狀況的基礎(chǔ)上，提出合理利用途徑。目前我國(guó)在鐵尾礦綜合利用方面進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了一定的成效，也研制了一部分成熟的技術(shù)和裝備。

未來應(yīng)在以下幾方面繼續(xù)努力：國(guó)家應(yīng)該完善法律體系和強(qiáng)化政策引導(dǎo)，改變我國(guó)尾礦綜合利用局限于大中型老礦山的局面，促進(jìn)全國(guó)性開展尾礦綜合利用；我國(guó)很多鐵尾礦綜合利尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，如用于水處理、制備介孔分子篩、白炭黑和墻體保溫材料等，應(yīng)加快科研與生產(chǎn)相結(jié)合，使研究成果能夠應(yīng)用于實(shí)踐；根據(jù)我國(guó)鐵尾礦的現(xiàn)狀和我國(guó)礦山行業(yè)發(fā)展的需求，鐵尾礦綜合利用應(yīng)堅(jiān)持先回收再利用的原則；鐵尾礦綜合利用應(yīng)該以大宗利用為主，應(yīng)加快完善生產(chǎn)建筑材料、回填礦山踩空區(qū)、尾礦庫(kù)復(fù)墾技術(shù)的研究。

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Research on current situation and comprehensive utilization of iron ore tailings emissions in China

ZHANG Jiexi，ZHAO Bin，F(xiàn)ANG Bin
（Tianjin Recyclable Resources Institution，All China Federation of Supply and Marketing Cooperatives，Tianjin 300191，China）

Among all kind of tailings in China，the iron ore tailings are the largest and the most difficult for comprehensive utilization.So it is significant to solve this representative problem and make a rational utilization of iron ore tailings.The situation of emission and comprehensive utilization of tailings in recent years was introduced，and the approaches of comprehensive utilization and the research status of iron ore tailings were analyzed.Based on the current state of iron ore tailings reusing development，the development direction of comprehensive utilization of iron ore tailings was brought forward.

iron ore tailings；resources；comprehensive utilization

X75；TD98

A

1674-0912（2015）09-0029-04

2015－08－05）

張杰西（1986-），男，陜西延安人，碩士，主要從事土壤污染修復(fù)與礦山生態(tài)修復(fù)方面的工作

趙斌（1981-），男，山東蓬萊人，學(xué)士，助理研究員，主要從事再生資源循環(huán)利用技術(shù)研究。