我国铁尾矿的资源现状及其综合利用

第3卷第4期材　料　与　冶　金　学　报V ol13N o14 2004年12月Journal of Materials and Metallurgy Dec12004我国铁尾矿的资源现状及其综合利用张淑会,薛向欣,金在峰(东北大学　材料与冶金学院,辽宁沈阳110004)摘　要:在阐述我国铁尾矿资源的形势、特点的基础上,分析了我国铁尾矿综合利用的途径。

指出了铁尾矿综合利用对于提高经济效益、社会效益,改善生态环境的重要性,并提出了今后铁尾矿综合利用的发展方向.关键词:铁尾矿;途径;综合利用中图分类号:X753 文献标识码:A 文章编号:167126620(2004)0420241205Current situation and comprehensive utilizationof iron ore tailings resources in our countryZH ANG Shu2hui,X UE X iang2xin,J I N Z ai2feng(School of M aterials and M etallurgy,N ortheastern University,Shenyang110004,China)Abstract:On the basis of representing the situations,characteristics,and status of iron ore tailings res ources inour country,the approaches of com prehensive utilization of iron ore tailings are analyzed.I t is pointed out thatcom prehensive utilization of iron ore tailings is im portant for enhancing economical and s ocial benefits,and forim proving environment.The developing direction of com prehensive utilization of iron ore tailings is als o put forwardin the paper.K ey w ords:iron ore tailings;approaches;com prehensive utilization 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5917亿t,其中堆存的铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1/3[1].大量尾矿不仅占用了土地和造成了资源的浪费,而且也给人类生活环境带来了严重污染和危害,破坏生态平衡等问题,现已受到了全社会的广泛关注.同时,随着矿产资源的大量开发和利用,矿石日益贫乏,尾矿作为二次能源也已受到世界各国的重视[2～7].目前我国尾矿的综合利用率仅为7%[8],从我国尾矿资源的实际出发,大力开展尾矿资源综合利用,实现资源开发与节约并举,提高资源利用效率,有着十分重要的经济意义和社会意义.1　我国铁尾矿资源现状及其特征111　铁尾矿成分复杂,种类繁多铁尾矿是一种复合矿物原料,除了含少量金属组分外,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).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:(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　收稿日期:2004207206.　作者简介:张淑会(1976-),女,河北定州人,博士研究生,E-mail:zhang-shts@1631com;薛向欣(1954-),男,辽宁沈阳人,东北大学教授,博士生导师.表1　几种铁矿尾矿化学成分(质量分数)[9]T able1　Chemical com positions of several iron ore tailings(mass percent)[9]%尾矿类型S iO2CaO Al2O3MgO Na2O K2O Fe2O3T iO2S O2P2O5MnO Loss 鞍山式7312731044107412201410195111600114601250119013152118火山岩式341868151714231682115013729151016412146415801135152夕卡岩型3516623195510661790165014716155711756154含硅高,有的含SiO2高达83%.这类尾矿一般不含有价伴生元素,平均粒度0104～012mm.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Al2O3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,<01074mm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、C o极微量的Cu、Ni、Zn、Pb、As、Au和Ag等,<01074mm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C o、Ni、G e、G a和Cu等,尾矿粒度< 01074mm的占7312%.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、C o、S、Ni、Au、Ag、Se等;攀钢型铁尾矿中除含有数量可观的V、T i外,还含有C o、Ni、G a、S等;白云鄂博型铁尾矿中含有2219%的铁矿物、816%的稀土矿物及1510%的萤石等.112　铁尾矿排放量大,尾矿库建设运营费用高根据1996年黑色冶金矿山统计年报,全国铁矿选矿厂入选原矿量为2115亿t,排出的尾矿量达1130亿t,占入选矿石量的60146%;全国重点铁矿选矿厂入选原矿量为1110亿t,排出的尾矿量达580216万t,占入选矿石量的52175%.此外,尾矿治理需要建尾矿库,其基建投资1～3元/t,运行费3～5元/t,每年我国在尾矿处理上投入资金7亿元以上.这种状况如持续下去,堆存量逐年增大,预计到2005年冶金矿山尾矿堆存量达28亿t,每年耗费资金在15亿元以上[9].113　铁尾矿分布不均匀我国铁尾矿排放量和堆存量分布不均,按企业所有制分,国有重点矿山最高,地方国有矿山次之;按地区分,河北、辽宁、山东、陕西、四川5省最高.距离城市近的矿山尾矿堆存量小,偏远地区矿山尾矿堆存量大.其原因在于:一是国有重点、地方骨干矿山重视资源利用率,贫富矿一齐采,平均品位低,尾矿产率高;而地方中小矿山尤其是乡镇民办矿山往往采富弃贫,采厚弃薄,尾矿产率低;二是重点和骨干矿山都按国家要求设置尾矿库,按工艺选出精矿,排出尾矿堆存,这样尾矿堆存量大.而许多乡镇民办矿山建矿不设置尾矿库,有的虽有尾矿库,因排放距离远、运营成本高,造成有库不存,乱排乱放;三是距离城市近的矿山土地紧缺,尾矿库征地困难.114　铁尾矿严重污染环境由于矿山尾矿多已磨至0115～0107mm以下,储存于尾矿坝中或就近排入河道、山谷、低地,常渗流溢出,刮风扬尘,严重污染水、土和空气.未复垦的尾矿库表面的沙尘可被风吹到库区周围,有时甚至形成矿尘暴,严重恶化周边地区的生活和生产条件.尾矿中的有害成分以及残留的选矿药剂也对生态环境造成严重危害.例如,冶金矿山的9个重点选矿厂附近的14条河流被污染,粉尘使周围土地沙化,造成3531亩农田绝产,4029亩农田减产.鞍山铁矿前峪尾矿扬尘危害范围达15 km2.白云鄂博矿山的尾矿是在草原筑坝储存,占地11km2,污染草原和水土,曾发生过毒死牲畜的事件[10].尾矿由于超负荷或暴雨成灾的事也屡有发生.可见,铁尾矿的治理和利用已是十分紧迫的工作.2　铁尾矿综合利用的途径据不完全统计,我国金属矿山积存的尾矿约242材料与冶金学报 第3卷在40亿t以上[11].1993年我国铁精矿产量6961万t,产出尾矿1174～2109亿t并以每年排放111亿t的速率增长,累计堆存量相当可观[12].从20世纪80年代开始,我国对矿产资源综合利用工作加强了宏观管理,明确了指导方针.并于1986年首次在《中华人民共和国矿产资源法》中将尾矿综合利用以法律的形式提出,这为开展铁尾矿的综合利用创造了条件.211　铁尾矿再选和有价元素的综合回收一些国家在铁尾矿再选与有价元素的综合回收方面成就突出.美国、前苏联等国家在铁选厂的尾矿中回收有价金属均取得了显著成绩.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,贺轶才[13]针对晋南地区比较丰富的夕卡岩型铁矿尾矿资源含金量(质量分数,以下均同)一般在013×10-6～017×10-6,并且大部分为中粗粒金,单体解离度可达7115%,开发制造了集金盘重选设备,经生产验证取得了满意的效果,达到了在搅拌的同时富集金的目的,与摇床配套使用,形成了一套较完善的选矿流程,最终可获得含金18117×10-6的金精矿产品.马钢南山铁矿凹山铁选厂年产尾矿量350万t,用马鞍山矿山研究院设计的直径为500mm,长为4mm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5万余t.石榴石具有硬度大、熔点高、化学性质稳定、晶体结构特殊等特点,可广泛用于磨料、精密仪器轴承及工艺品等.鞍钢西尾矿库于1990年已停止使用,库内堆积浮选铁尾矿1870万t、瓦斯泥及粉煤灰混合物54019万t.李国风[14]曾对此尾矿库尾矿进行分析和探讨,采用不同的途径对库内的瓦斯泥、粉煤灰和浮选铁尾矿进行有价元素的回收,并获得了可观的经济效益.212　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<01074mm占50%～75%,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.21211　用做铺路材料、黄沙替代品等铺路材料、黄沙替代品等是最基本的建筑材料,对化学成分没有严格要求,只要求材料有一定的硬度和粒度.这种产品一般用量较大,可以弥补价格较低的缺点,同时无需再加工.另一方面,大量出售这种产品,可以解决尾矿堆场紧张的困难.把选矿过程中抛出的废石、磁选过程中产生产的尾矿直接作为建材产品的例子有马钢姑山铁矿、上海梅山铁矿、江苏吉山铁矿,首钢大石河铁矿等一些矿山.这些矿山都结合自身选矿工艺、当地资源情况开展了这项工作,取得了一定的经济效益,例如马钢姑山铁矿把(4～12)mm粗尾矿外销,用于民用和工业建筑用混凝土及井巷支护混凝土的骨料,把<015mm细尾矿砂用来代替黄沙,以上两项年销售收入达115万元以上[15]. 21212　用于研制生产墙体材料长期以来,我国墙体材料一直以粘土烧结砖为主,而粘土烧结砖生产占用大量农田,这已引起社会各界的高度重视.随着工业化程度的提高,各种工业废渣日益增多,我国除了应用粉煤灰、煤矸石等研制生产墙体材料外,再利用铁矿尾矿研制生产墙体材料方面也做了大量工作,积累了一些经验,各矿山都把研制生产墙体材料作为尾矿利用的主要方面.例如,梅山铁矿利用细粒尾矿(01074mm占7612%)再选,获得铁精矿(TFe52%)和中矿(TFe34%)后,排出的最终尾矿用于烧制尾矿砖[16].尾矿在烧结砖中的掺量为10%,制成的尾矿砖呈铁红色,无开裂变形等现象,其抗压强度达到5188～6187MPa;同时利用尾矿和粘土混合制成的砖,尾矿掺入量达50%,该砖抗压强度达6187～7185MPa,均超过了普通粘土砖的指标.姚树刚等[17]利用鞍山地区的铁尾矿进行了三免尾矿砖的研究,并对尾矿砖的作用机理、免烧免蒸免压的生产方法、工艺过程、质量控制及产品物理力学性能等进行了试验研究.该砖以石灰为固化剂、水泥为粘结剂、石膏为激发剂、并加入适量粉煤灰,经反复研究试验,再生产过程中实现了免烧免蒸免压.21213　用于研制生产水泥水泥是建筑行业中十分重要、使用广泛且使用量大的材料.制作水泥对原料配比和原料物相有一定要求.尾矿用于制作水泥时,一是利用尾矿中含铁量高的特点,以尾矿代替通常水泥配方使用的铁粉,在这种情况下,尾矿在水泥原料配方中342第4期 张淑会等:我国铁尾矿的资源现状及其综合利用的用量不超过5%,消耗尾矿的量不大;二是利用尾矿代替水泥原料的主要成分,一般尾矿成分不完全符合水泥配方,往往需要另外配入一些成分才能符合制作水泥的要求,这种情况尾矿消耗量大.例如,桃冲铁矿已建立了水泥厂,按计划年生产的水泥需要购买6000t铁粉,约需资金36万元,现用尾矿代替,可节约此项开支.并且用于制做水泥的尾矿消耗约为218万t,该矿年产尾矿20万t,用于制做水泥的尾矿消耗量占尾矿年总产量的1/7,这样也减少了尾矿的输送量、堆存量,从而节约了企业的开支.21214　用于研制生产装饰材料我国生产建筑玻璃和建筑陶瓷已有多年历史,但用铁尾矿研制生产建筑玻璃和建筑陶瓷则是最近几年才开始的.尾矿中若含有的硅、钾、钠高,可将其用于生产玻璃的主要原料.中国地质科学院尾矿利用中试基地[18],利用首钢某铁矿的尾砂研制烧出了优美的黑棕色工业陶瓷和日用陶瓷,其成品符合部颁标准,已投入批量生产.尾矿还可以用作研制生产各种彩釉墙地砖和饰面砖.例如,张杰[19]利用歪头山铁尾矿成功地生产了彩色地面砖和承重砌块.曹永民、王立久[20]等利用铁尾矿进行了尾矿铺地花砖的研究,该砖由两层不同配比的材料组成,即面层和底层.面层由白水泥、彩色水泥或普通水泥加各种颜料和石粉配制而成;底层用普通硅酸盐水泥加尾矿粉拌和,含水量控制在10%～16%,水泥/尾矿=1/(3～5),同时采用一定生产工艺制成成品.经检验,该砖抗压强度可达3618MPa,抗折强度可达5149MPa,吸水率10%～15%,干容重为1910kg/m3,抗冻性合格,可用于室外地面作装饰材料.213　铁尾矿做矿山采空区填料采空区充填是直接利用铁尾矿的最有效的途径之一.一般情况下,用铁尾矿做充填料,费用较低,仅为碎石水泥充填费的1/4～1/10.有些矿山由于地形的原因,不可能设置尾矿库,将尾矿填充采空区就更有意义.例如,安徽省太平矿业有限公司前常铜铁矿位于淮河岸边的淮北平原,由于地形及环保等的特殊要求,必须将选厂排出的尾矿全部充填于采空区.214　铁尾矿作土壤改良剂及微量元素肥料尾矿中往往含有Zn、Mn、Cu、M o、V、B等微量元素,这正是维持植物生长和发育的必须元素.因此用尾矿可以生产出含钼、锰、稀土、锌等微量元素肥料.“七五”期间,马鞍山矿山研究院在国内率先进行了利用磁化铁尾矿作为土壤改良剂的研究工作.由特定设计的磁化机在一定的场强下对磁选厂铁尾矿进行磁化处理,生产出磁化尾矿,施入土壤.试验表明,磁化尾矿石入土壤后,提高了土壤的磁性,引起了土壤中磁团粒结构的变化,尤其是导致”磁活性”粒级和土壤中铁磁性物质的活化,使土壤的结构性、空隙度、透气性均得到改善.田间小区试验和大田示范试验表明,土壤中施入磁化尾矿后,农作物增产效果十分显著,早稻平均增产12163%,中稻平均增产11106%,大豆增产1515%.“八五”期间,该院又将磁选厂铁尾矿与农用化肥按一定的比例相混合,经过磁化、制粒等工序,制成了磁化复合肥,并在当涂太仓生态村建成一座年产1万t的磁化复合肥厂.215　利用铁尾矿复垦植被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.216　铁尾矿整体综合利用开发尾矿整体综合利用的高附加值产品,可提高产品的市场竞争力.20世纪90年代以来,国内开始研究利用尾矿制取微晶玻璃、玻化砖、墙地砖等.梅山铁矿同中国地质科学院尾矿利用中心合作,在实验室研制出白、黑、红、蓝等4种色调微玻岩.北京科技大学利用大庙铁矿的尾矿为原料,在实验室制出了玻化硅等.邢军[21]等以铁尾矿为主要原料研究制备微晶玻璃材料的方法,并成功地制成了主晶相为透辉石性黑色尾矿微晶玻璃.3　展　望由于我国铁尾矿量大、分布广、性质复杂,应442材料与冶金学报 第3卷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.4　结　语在矿石日益贫化、资源日渐枯竭、环保意识日益增强的今天,大量利用铁尾矿是提高生产效率最有前景的发展方向,是选矿厂以最短途径向无尾矿工艺过渡的捷径.大力开展铁尾矿综合利用是一项利国利民、前景可观的事业.依靠科技进步,从矿山资源特点和条件出发,以资源化、无害化为原则,以开发高附加值、多功能新材料作为技术攻关的核心,开展铁尾矿的综合利用研究,将会产生巨大的经济效益和社会效益.参考文献:[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].铜陵财经专科学校学报,2000,(1):38-40.[2]J¨o rg M atschullat,Ricardo Perobelli Borba,E leonora Descham ps.Human and environmental contam ination in the Iron Quadrangle[J].Applied G eochem istry,2000,15:193-201.[3]Das S K,K umar Sanjay,Ramachandraro P.Exploitation of iron orefor the development of ceram ic tiles[J].W aste M anagement,2000, 20:725-729.[4]LicskóI,Lois L,S zebényi G.T ailings as a s ource of environmentalpollution[J].W at Sci T 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