铁尾矿整体综合利用技术
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 2 1 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 用定陛为一个综合性项目， 其整体综合利用的总体 思路是： 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。
1 铁尾矿再选或有价元素回收
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2 0世纪 8 0年代末， 特别是 9 0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 5 0 0 mm的圆盘磁 选机选别， 可获得产率 5 ％～6 ％， 铁品位 2 9 ％～ 3 1 ％的粗精矿， 经再磨再选后可获得产率 2 ％， 铁品 位 6 0 ％- -6 3 ％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3 0 ％以上， 年回收硫精矿5万 t 。 2 铁尾矿生产建筑材料
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。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， 为开展尾矿制作建筑材料创造了条 件。 我国利用尾矿作建筑材料的研究始于 8 0年代 “ 七五” 期间， 马鞍山矿山研究院利用鞍山式细尾矿 作路基材料， 达到了二级公路的强度要求， 该院还利 用齐大山、 歪头山细粒尾矿研制免烧砖， 其产品性能 达到了1 0 0 # 标准。同济大学与马钢姑山铁矿合作， 利用粒度为0 ． 1 5 mm以下的尾矿粉为主要原料， 并 掺入 1 0 ％～1 5 ％的生石灰粉， 压制成各种规格和外 形的地面砖； 利用铁尾矿可生产加气混凝土， 所用的 主要原料为铁尾矿、 水淬矿渣和水泥。 生产建筑用砂或骨料等的材料是最基本的建筑 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， 价格较低， 同时无需再加工， 可解决尾矿堆场紧张的困难。 首钢矿业公司利用水厂铁矿尾矿和磁滑轮废石 生产建筑用砂和骨科。为使加工原料最大限度转化 成产品， 减少选矿厂的废渣排放量， 水厂铁矿围绕尾 矿的综合利用开展技术攻关和技术改造工作。通过 对尾矿进行全面分析试验， 实施了尾矿再选回收措 施 ， 并利用泥砂状尾矿生产建筑用砂， 利用磁滑轮尾 矿生产建筑骨料。尾矿主要成分是 S i o2 。平均粒 度达到0 ． 1 3 9 mm， 与建筑用砂性质基本一致。经过 分析检验， 经筛分后5 ～l O mm粒级可以达到建筑骨 料的标准要求。该矿建成了建筑骨料生产线， 年可 生产 5×1 0 3 m0 建筑骨料。
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， 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， 在利用铁矿尾 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。
按照尾矿建材的形成机理， 尾矿建筑材料一般 划分为熔制型、 烧结型、 水合型、 胶结型尾矿建材 4 个基本类型， 而在利用尾矿制作墙体砖和地面砖方 面， 主要用到水合型和胶结两种类型。 无水或贫水的尾矿矿物， 在含水( 包括蒸气) 的 环境中发生水化反应， 并生成在使用条件下化学性 质稳定、 具有一定机械强度的含水矿物结合体。由 此所制得的建材产品称为水化合成建材。 胶结型尾矿建材是指在常温或不高于 1 0 0 ℃条 件下， 通过胶结材料将尾矿颗粒结合成整体， 而制成 的有规则外形， 满足使用条件的建筑用材料或制品。 在这类材料中， 尾矿主要起骨料( 又称集料) 作用， 一 般不参与材料形成的化学反应， 但其本身的形态、 颗 粒分布、 表面状态、 机械强度、 化学稳定等性质， 却对 材料的技术性能具有重要影响。胶结型尾矿砖的生 产工艺流程一般包括： 配料、 搅拌、 成型、 养护四个基 本工序。与水合型尾矿不同之处主要是采用常温养 护。这对减小设备投资、 降低成本更具现实意义。
3 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 6 5 ％以上等。 利用尾矿制备微晶玻璃的工艺主要有两种。 ( 1 ) 熔融法。将配合料在高温下熔制为玻璃后 直接成型为所需形状的产品， 经退火后在一定温度 下进行核化和晶化， 以获得晶粒细小且结构均匀致 密的微晶玻璃制品。熔融法的最大特点是可以沿用 任何一种玻璃的成型方法， 如压延、 压制、 吹制、 拉 制、 浇注等， 适合 自动化操作和制备形状复杂的制 品。
( 2 ) 烧结法。将配合料经高温熔制为玻璃后倒 入水中淬冷， 经水淬后的玻璃易于粉碎为细小颗粒， 再装入特殊模具中， 采用与陶瓷烧结类似的方法， 让 玻璃粉在半熔融状态下致密化并成核析晶。烧结法 适合于熔制温度高的玻璃和难于形成玻璃的微晶玻 璃的制备。同时， 因颗粒细小， 表面积大， 比熔融法 制得的玻璃更易于晶化， 可不加或少加晶核剂。用 烧结法制备的尾矿废渣微晶玻璃板材可获得与天然 大理石与花岗岩十分相似的花纹， 装饰效果好， 但存 在残留气孔的问题， 合格率有待提高。
4 利用铁尾矿充填采空区
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。 ( 1 ) 全尾砂胶结充填技术。全尾砂胶结充填技 术是以物理化学和胶体化学的理论为基础， 选用从 选矿厂排出的 1 5 ％- -2 0 ％浓度的全尾砂浆， 经浓密 和真空过滤( 或压滤) 两段脱水后所得的全尾砂作充 填骨料， 用细磨冶炼炉渣代替部分水泥， 采用强力活 化搅拌装置制备充填料浆， 用泵压或自重将充填料 浆输送至采空区， 形成稳定均质结构的充填体。全 尾砂胶结充填以全尾砂作充填骨料， 料浆以流体形 式输送至采场， 料浆浓度高， 没有粗、 细颗粒之间的 分选沉降， 克服了传统的分级尾砂胶结充填存在的 一系列问题和缺陷， 有着广泛的市场。
( 2 ) 高水固结充填采矿法。在金属矿山尾砂胶 结充填工艺中， 不使用水泥而使用“ 高水速凝固化材 料” ( 简称高水材料) 作胶凝材料， 使用矿山选厂全尾 砂作充填骨料， 按一定配比加水混合后， 形成高水固 结充填料浆。根据工艺设备条件和现场技术要求， 充填料浆浓度可在 3 0 ％～7 0 ％之间变化。高水固 结充填料浆充入采场后不用脱水便可以凝结为固态 充填体。
5 利用铁尾矿进行生态恢复
利用尾矿进行生态恢复一般可以概括为以下三 大阶段： ①尾矿复垦规划设计阶段； ②尾矿复垦工程 实施阶段， 即工程复垦阶段； ③尾矿工程复垦后改善 与管理阶段， 除复垦为房屋建筑、 娱乐场所、 工业设 施等建设用地外。 对用于农、 林、 牧、 渔、 绿化等复垦 土地， 在工程复垦工作结束后， 还必须进行生物复 垦， 以建立生产力高、 稳定性好、 具有较好经济和生 态效益的植被。复垦规划是复垦工作的准备阶段， 决定复垦工程的目的和技术经济是否可行， 是后两 阶段的依据。复垦工程实施是复垦规划付诸实现的 工程阶段， 各种土地整治工程， 保质、 保量、 准确、 准 时是该阶段的关键， 但该阶段的完成仅仅只是完成 了复垦工作的6 0 ％。美国法律规定 ， 该阶段的完成 仅退回6 0 ％的复垦保证金。余下 4 0 ％的复垦工作 是由复垦后改善与管理阶段完成， 该阶段主要任务 是达到复垦最终 目标和提高复垦效益， 建立良好的 植被和生态环境。
尾矿工程复垦的任务是建立有利于植物生长的 表层和生根层， 或为今后有关部门利用尾矿复垦土 地( 包括水面) 作好前期准备工作。主要工艺措施有 堆置和处理表土和耕层、 充填低洼地、 建造人工水 体、 修建排水工程、 地基处理与建设用地的前期准备 工作等。
生物复垦是采取生物等技术措施恢复土壤肥力 和生物生产能力， 建立稳定植被层的活动， 是农林用 地复垦的第三阶段工作。狭义的生物复垦是利用生 物方法恢复用于农 、 林、 牧、 绿化复垦土地的土壤肥 力并建立植被。广义的生物复垦包括恢复复垦土地 生产力、 对复垦土地进行高效利用的一切生物和工 程措施。
总之， 铁尾矿是很好的二次资源， 如采取的手段 适宜， 完全能够实现整体综合利用， 只有这样， 才可 以充分利用有限的资源， 以提高矿业开发的经济效 益并同时解决矿区生态环境的整治创造条件， 最终 实现矿区的生态可持续发展。
参 考 文 献：
[ 1 ] 郭春丽． 利用铁尾矿制造建筑用砖[ J ] ． 砖瓦， 2 o 0 6 ( 2 ) ．
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[ 5 ] 李富平等 唐山地区铁矿土地复垦模式探讨[ J ] ． 有色金属( 矿 山部分) ， 2 0 0 3 ( 3 ) ．
[ 6 ] 袁世伦 ． 金属矿山固体废弃物综合利用与处置的途径和任务 [ J ] ． 矿业快报， 2 0 0 4． 9 ．
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