尾矿深加工技术

尾矿深加工技术 尾矿部分 尾矿的定义及介绍 尾矿即是选矿中分选作业的产物之一，其中有用目标组分含量最低的部分. 在当前的技术经济条件下，已不宜再进一步分选。但随着生产科学技术的发展，有用 目标组分还可能有进一步回收利用的经济价值。尾矿并不是完全无用的废料，往往含有可 作其他用途的组分，可以综合利用。实现无废料排放，是矿产资源得到充分利用和保护生 态环境的需要. 它有毒，尾矿作为重要二次矿产资源的价值已越来越明显，为了保护和利 用资源，尾矿的开发利用已受到较多的矿山企业和投资者的重视。同时由于尾矿的大量堆 存，不仅造成资源浪费，还会大量压占土地，破坏森林、地貌、植被和自然景观，导致水 土流失、生态环境发生变化，并潜伏着泥石流、山体滑坡、垮坝等地质灾害；大量尾矿中 的硫、砷及重金属铅、锌、汞、镉、铬、放射性元素、以及尾矿中夹杂的化学药剂、酸、 碱、盐、氰化物等会造成对地表水、地下水及周边环境的污染，它们氧化分解产生的有害 气体和大风天气下的扬尘，也会对大气环境造成污染。因此，矿山企业加强对尾矿（库） 的管理与保护是十分必要的. 尾矿的价值 尾矿是有待挖潜的宝藏。专家认为，我国矿业循环经济当前的任务就是要开发利用长 期搁置的大量尾矿。如广西南丹的锡多金属矿有 61 个尾矿库，在总量 2522 万吨的尾矿中， 含有大量的有色金属锡、锑、铅、锌、银、金、铟、镉以及非金属矿砷、硫等，品位都在 国家工业品位指标之上，有些已达到大型或特大型，规模初步测算有 30 亿元人民币的资源 量。如果借助选矿技术的新发展，将这些金属回收，不亚于建立一个新矿山。四川攀枝花 铁矿的尾矿中含有铜、镍、钛、钒等十几种有益组分，相当于一座大型有色金属矿山。而 非金属矿如煤矿的煤矸石和其他围岩等也都是有用物质，而且是已经采掘到地面，堆聚到 一起的财富。 尾矿开发利用措施 为进一步做好尾矿资源开发利用工作，建议采取以下措施： 一要制定和落实相关政策，支持企业开展技术攻关和技术改造;同时落实减免资源税费等优 惠政策，引导和鼓励社会和企业资金投入尾矿等资源利用。 二要加强尾矿综合利用的技术创新，研发先进技术、先进设备、先进工艺，加快研究成果 转化。 三是使用好中央财政资金，重点支持大型企业、大型矿区的尾矿和“废渣”中的资源利用 工作，发挥引导示范作用。 四是加强开发准入管理，制定和完善矿业开发企业准入和监管的标准，推进企业结构调整， 做强做大矿业企业。 五是要加强尾矿开发利用中的安全生产管理工作，防止发生安全生产事故。 矿山尾矿回收发展前景 我国正处在工业化、城市化加速发展阶段，矿产资源消耗量大，对外依存度较高。但 全球矿产品价格持续上涨，增加了矿产品需求企业的生产成本，同时又加大了资源安全压 力。 在全球矿产资源供应紧张的局势下，全球发达国家发现，矿产资源加工利用后剩下的残渣、 尾矿中，蕴含着二次利用的商机。而我国是矿业大国，开发利用好长期累积的大量尾矿， 既可“变废为宝”，又可有效缓解资源和环境压力。 尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的“废弃物”，但同时又是潜在的二次资源， 当技术、经济条件允许时，可再次进行有效开发。据统计，2000 年以前，我国矿山产出的 尾矿总量为 50.26 亿吨，其中，铁矿尾矿量为 26.14 亿吨，主要有色金属的尾矿量为 21.09 亿吨，黄金尾矿量为 2.72 亿吨，其他 0.31 亿吨。2000 年我国矿山年排放尾矿达到 6 亿吨，按此推算，现有尾矿的总量 80 亿吨左右。显然，尾矿只是放错了地方的资源。据 中国矿业联合会尾矿综合治理办公室估计，我国尾矿潜在价值约 1300 亿元，其开发利用所 带来的将是一本万利的经济效益，具有极大的诱惑力。 尾矿的分类 尾矿的种类很多,根据尾矿的定义,世界上有多少种矿石就有多少种类的尾矿了.下面简单介 绍几种典型的尾矿及其它们的相关知识. 我国铁尾矿主要分为赤铁矿和磁铁矿两大类. 磁铁矿尾矿可以进行回收后冶炼钢铁,中国最多的产区在攀枝花,为钒钛伴生磁铁矿. 尾矿如何处理 尾矿是指矿山企业在选矿完成后排放的废渣矿渣，多以泥浆形势外排，日 积月累形成尾矿库。尾矿库占地面积大，而且极具安全隐患，另外在尾矿库中 富含的选矿药剂尾矿的谁渗透到地下，对环境、地下水也会造成极大的污染。 因此选矿尾矿处理是摆在矿山生产者面前的一大问题。 尾矿是采矿企业在一定技术经济条件下排出的“废弃物”，但其中大多含有各种有色、黑 色、稀贵、稀土和非金属矿物等，是宝贵的二次资源，当技术、经济条件允许时，可再次 进行有效开发。尾矿制砂利润丰厚，尾矿如何处理呢？ 目前，对尾矿的处理方法一般是作为矿山地下开采采空区的充填料，即水砂充填料或胶结 充填的集料；或者有的直接在尾矿堆积场上覆土造田，种植农作物或植树造林。其实尾矿 最具经济效益的处理方法还是尾矿制砂和作为建筑材料的原料，例如经过处理的尾矿可以 作为水泥、瓦、加气混凝土、耐火材料、玻璃、陶粒、混凝土集料等的原料，为尾矿砂可 以替代一部分的机制砂用来制作混凝土、修筑公路、路面材料等。 对于尾矿中的赤铁矿处理技术的应用有了一定的研究,鞍山狂野公司齐大山选矿厂是年处理 800 万吨贫赤铁矿的大型选矿厂,原选矿流程为原矿经粗、中两端破碎后筛分成块矿和粉矿。 块矿在二选车间用焙烧磁选工艺处理，粉矿在一选车间用阶段磨矿、重选一强磁选一弱酸 性正浮选工艺处理。由于选矿厂的工艺和装备比较落后，其铁精矿品位只能达到 63左右。 国内外目前对尾矿资源的综合利用可以概括为下列几种途径： （1）首先要尽量做好尾矿资源有用组分的综合回收利用，采用先进技术和合理工艺对尾矿 进行再选，最大限度地回收尾矿中的有用组分，这样可以进一步减少尾矿数量。有的选矿 厂向无尾矿方向发展。 （2）尾矿用作矿山地下开采采空区的充填料，即水砂充填料或胶结充填的集料。尾矿作为 采空区的充填料使用，最理想的充填工艺是全尾矿充填工艺，但目前仍处于试验研究阶段。 在生产上采用的都是利用尾矿中的粗粒部分作为采空区的充填料。选矿（皮带输送机）厂 的尾矿排出后送尾矿制备工段进行分级，把粗砂部分送井下采空区，而细粒部分进入尾矿 库堆存。这种尾矿处理方法在国内外均已得到应用。 （3）用尾矿（制砂机）作为建筑材料的原料：制作水泥、硅酸盐尾砂砖、瓦、加气混凝土、 铸石、耐火材料、玻璃、陶粒、混凝土集料、微晶玻璃、溶渣花砖、抱沫玻璃和泡沫材料 等。 （4）用尾砂修筑公路、路面材料、防滑材料、海岸造田等。 （5）在尾矿堆积场上覆土造田，种植农作物或植树造林。 （6）把尾矿堆存在专门修筑的尾矿库内，这是多数选矿厂目前最广泛采用的尾矿处理方法. 磁选尾矿铁资源的回收利用现状与前景 我国钢铁产量已经超过5 亿t , 稳居世界第一。随着我国钢铁产能的增加, 对铁矿石的需求 持续增长, 2008 年我国进口铁矿石达41 4 亿t。由于国际铁矿石价格连续暴涨( 2003 2008 年铁矿石价格累计增长41 67 倍) , 国内钢铁企业成本不断增加, 经济效益下降, 合理高效 开发利用国内铁矿资源, 对维持铁矿石价格, 保证钢铁工业可持续发展意义重大。2006 年, 全国铁矿资源查明资源储量超出600 多亿t , 铁矿资源的突出特点是:富矿少、贫矿多, 矿石 平均品位低、贫、细、杂现象普遍。针对我国铁矿的特点, 配合钢铁工业提出的精料入炉 的要求, 经过/ 十五0 科技攻关,我国铁精矿品位有了很大提高, 同时铁尾矿的回 收由于可增加精矿产量正日益受到重视。我国铁精矿产量中磁铁精矿约占3/ 4, 磁铁矿尾矿 占铁尾矿的一大部分。 1 磁铁矿尾矿再选资源化的重要意义 我国矿山排放的尾矿中, 铁尾矿量达26 亿t,我国重点磁铁矿选矿厂的尾矿成分显示( 表1) , 表1 铁尾矿的主要化学成分及含量 选厂名称 成分/ % 成分/ % TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 S 大孤山 11.40 68.20 1.80 3.70 2.90 3.70 齐大山 12.56 75.50 1.78 0.50 2.10 歪头山 6.32 74.44 4.09 4.07 3.93 3.54 0.071 水 厂 10.89 72.63 3.90 2.82 3.82 尾矿中平均铁品位约为10% ( 实际上表中磁铁矿尾矿的品位已经高于某些已开采的超贫磁 铁矿的品位) 。即在堆存的26 亿t 铁矿尾矿中, 至少含有21 6 亿t 铁。按全国铁精矿平均 品位631 25% 折算,相当于41 1 亿t 铁精矿。依据国土资源部5矿产资源储量规模划分标准6,铁 矿尾矿中蕴藏的铁金属量相当于8 座大型( 矿石储量1 亿t ) 贫铁矿( 按我国铁矿石平均品 位32%折算为矿石) 。如果对磁铁矿尾矿进行再选, 将尾矿铁品位由10% 降为7% , 以年处 理铁尾矿2000 万t 计算,将回收90 万t 铁精矿/ a ( 按我国铁精矿品位66%折算) , 按800 元/ t ( 11 月迁安价) 计价值71 2 亿元, 经济价值明显。铁尾矿库本身就是环境污染源, 除占用 大量土地、污染大气和地下水、破坏生态景观外, 尾矿库还是危险隐患, 严重威胁人民群众 的生命财产安全。例如山西省襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库, 2008 年9 月18 日发生特别 重大溃坝事故,造成重大人员伤亡。磁铁矿尾矿再回收利用, 将其中的一部分铁回收, 一方 面可以增加企业的经济效益, 一方面减少了尾矿的排放, 进而减少了占地面积, 延长尾矿库 的服务年限,减少尾矿排放对环境的影响. 节约环境治理费用, 降低了危险隐患，是一项利 国利民的工作。 2 磁铁矿尾矿再选资源化的现状 我国铁矿石短缺和国际铁矿石价格高涨, 是促进磁铁矿尾矿再选的主要动力。由于过去生 产 技术水平较低, 磁铁矿品位低、贫、细、杂现象普遍相对难选, 我国磁铁矿选厂金属回收率 低,几十年来有相当一部分资源流失到尾矿中。随着科技进步, 现有技术条件下可以部分回 收铁资源,技术能否应用的关键是生产成本的高低。我国累计查明的铁矿石量中, 有近一半 来自 沉积变质型铁矿床, 以鞍山式铁矿为主, 主要在鞍本和冀东地区。鞍钢和首钢的部分磁选厂, 已进行了磁铁矿尾矿再选的研究。鞍山地区铁矿资源量丰富, 开采历史悠久,现在的尾矿累 计堆存量已达到6 亿t 以上, 目前每年尾矿排放量仍接近4000 万t 。尾矿分为赤铁矿和磁铁 矿两大类。对大孤山磁选矿厂采用盘式磁选机粗选, 粗精矿再磨后经脱水槽、磁选机、细 筛再选, 每年可回收品位在60% 左右铁精矿8万t。本钢歪头山铁矿选矿厂为充分利用资源, 在 尾矿流槽中安装1 台盘式磁选机, 直接从选矿厂尾矿中回收粗精矿, 尾矿品位降低01 56% , 回收粗精矿产率21 46%, 可实现年产值588 万元。首钢水厂铁矿地处河北迁安境内, 铁矿 年产矿石1100 万t ; 大石河铁矿, 年产矿石800 万t。水厂和大石河尾矿库共堆存了约21 2 亿t、 T Fe 品位在10% 左右的尾砂。如果尾矿库中尾矿全部再选回收利用, 预计可回收铁金 属量660 万t, 相当于生产品位66% 的铁精矿1000 万t。水厂铁选厂尾矿回收流程见图1。尾 矿高效回收新工艺共投资765 万元, 实际精矿单位生产成本为861 30 元/ t 。选厂每年处理 原矿1100 万t、尾矿量787 万t, 尾矿经过再选后, 将生产出品位661 95% 的铁精矿281 8 万 t , 回收金属量191 28万t , 800 元/ t ( 11 月迁安价) 计价值21 3 亿元。按原矿品位25%计算, 年回收铁折合原矿量77 万t , 每年少排尾矿量281 8 万t , 每年减少占用尾矿库库容9 万m3 左右, 环境效益明显, 且尾矿再选生产成本低于原矿生产成本, 是磁铁尾矿回收的范例。 上述生产实践表明, 可以从过去堆存的磁选尾矿中回收铁资源, 如果工艺设计合理, 既能有 效回收资源增加企业经济效益, 又能缓解尾矿排放对环境的影响, 是一项保护环境促进经济 发展的双赢工作。 3 磁选尾矿回收技术应用的条件和前景 我国铁尾矿主要分为赤铁矿和磁铁矿两大类, 由于本身的性质, 赤铁矿比磁铁矿难选, 现有 生产中回收率比磁铁矿低。经过/ 十五0 科技攻关,赤铁矿精矿品位已经达标, 但回收率仍 然较低。对赤铁矿尾矿的再回收, 在技术上依然是一个难题, 有待深入研究。磁选尾矿回收 铁, 主要是要回收尾矿中的磁性铁, 由于磁性铁与脉石之间的磁性性质的差异较大, 回收磁 性铁技术与设备相对简单且易于推广。尾矿库中堆存的磁性铁, 在现有的技术条件下能被 回收利用。在选别技术进步前, 磁性铁主要以连生体和细粒的形式流失在尾矿中, 设计回收 工艺和选取设备要以回收这部分铁为重点。现以首钢磁选尾矿回收技术为例, 说明该技术 的应用条件。 ( 1) 磁铁矿尾矿中全铁品位要高于7% 。相关研究认为, 铁精矿价格800 元/ t 以上, 我国铁 尾矿回收再选的临界品位定在7% 是经济上比较合理的。品位在7% 以上的, 基本不需要采 取激励性的政策措施, 经济效益会促使企业产生回收铁尾矿的本能意愿。 ( 2) 磁性铁分布率大于20%。只有磁性铁有一定量才能保证全磁选回收工艺发挥作用。对 比 超贫磁铁矿的选别, 磁选尾矿回收铁在成本方面的优势, 在于没有采矿、破碎环节; 提高最 终精矿品位需要细磨, 流程采取了类似超贫磁铁矿的选别的预选, 减少了入磨量, 降低了磨 矿成本,可以将磁选尾矿回收铁成本控制在原生产厂正常 成本之内。 ( 3) 保证磁性铁的回收率。设备选择上要中弱磁选设备搭配, 主要是适应尾矿的性质, 回收 连生体和细粒磁铁矿。由于各地矿石性质均有一定的差异, 一般需要试验研究确定。 ( 4) 磁选尾矿回收铁可以在现有选厂工业厂地安排, 也可以针对现有或已闭库的尾矿库。 由 于尾矿库存在安全隐患, 因此对尾矿库中铁的回收, 要在确保安全的条件下进行, 避免发生 溃坝事故, 同时要保护环境, 避免二次污染。我国的铁尾矿库, 特别是早期形成的尾矿库 本身就是一座矿山, 2008 年铁精矿价格高涨时,河北北部很多铁品位在8% 10%的超贫铁矿 都被采选, 而且企业经济效益可观。铁尾矿库与超贫铁矿相对比, 二者品位相近,超贫铁矿 需要爆破开采、破碎、排尾, 对环境破坏严重。铁尾矿库占用地固定, 不必爆破开采破 碎, 设备投资少, 工艺简单, 生产成本低, 同样回收资源。可见在保证安全的前提下, 开发 利用铁尾矿有经济和环境成本上的优势。鉴于我国铁矿石短缺和国际铁矿石价格高涨的实 际情况, 磁选尾矿回收技术和回收技术理论研究均有待加强, 尽快形成完备的磁铁矿回收工 艺技术。在国内磁选厂推广实施, 对缓解我国铁矿石供需矛盾十分重要。同时, 应加强伴生 矿物回收的研究, 尽可能回收资源。 4 结论及建议 铁尾矿库中的尾矿是值得进行二次开发利用的资源, 磁选尾矿回收铁技术可以回收尾矿中 的磁铁矿。在当前铁精矿价格水平下, 从尾矿中回收磁铁矿, 既能有效回收资源, 增加企业 经济效益, 又能缓解尾矿排放对环境的影响, 是一项促进经济发展同时保护环境的双赢工作。 一个地区如果同时存在铁尾矿库和超贫铁矿,在保证安全的情况下, 应该优先开发利用铁尾 矿库。除了在技术上进一步完善生产工艺, 提高技术水平之外; 在经济上, 应给予企业一些 支持,包括减税等, 积极促进我国磁选尾矿回收铁技术的发展。 国内外铁尾矿的综合利用现状 1 尾矿的现状及存在的问题 矿产资源是人类发展和生存极为重要的物质基础之一，其主要特点是不可再生性和短期内 不可替代性.我国90 % 的能源和80 % 的原材料来自矿产资源.随着我国工业化的迅速发展， 矿产资源的需求将与日俱增，但在矿产资源开发生产过程中，资源损失和浪费非常严重1 不仅如此，矿产资源开发过程中丢弃大量的废石和尾矿也造成环境污染.据统计，因受选矿 技术水平、生产设备的制约，我国矿业生产的尾矿已达到100亿t 以上，并呈逐年增加的趋 势.尾矿不仅占用大量土地，而且也给人类生产、生活带来了严重污染和危害，现已受到全 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,尾矿作为二次资 源再利 用也已受到世界各国的重视.目前我国尾矿利用率很低，矿山尾矿占工业固体废物的30 %， 但其利用率仅为7%.大多数矿山企业往往只重视有价金属的回收，若仅考虑有价金属的回收 并不能从根本上解决尾矿的问题.由于尾矿是经过选矿后的固体废物，其非金属矿物达到90 % 以上.因此，尾矿的整体利用是尾矿利用的根本途径2.铁尾矿是铁选厂在特定经济技术条 件下，将铁矿石磨细，选取“有用组分”后排放的废弃物.据不完全统计，目前我国发现的 矿产有150 多种，开发建立8 000 多座矿山，累计生产尾矿59.7 亿t.其中，堆存铁尾矿量 高达十几亿t，占全部尾矿堆存总量的近1/33，而且，每年排出铁尾矿近3 亿t，综合利 用率还不到20 %4.大量的尾矿一般采用堆填处置，不仅浪费资源，同时挤占土地，工厂 还得支付土地征用费、运费和填埋费等，增加了钢铁的生产成本，同时还造成环境污染.随 着矿产资源的大量开发和利用，矿石日渐贫化，资源日渐枯竭，尾矿作为二次资源已在国 内外备受关注，并在尾矿中回收有价金属与非金属元素，磁化尾矿做土壤改良剂，同时， 利用铁矿尾矿库复垦植被，以及尾矿制作建筑材料等方面取得了一定的成果.其中，利用铁 尾矿制 作建筑材料是一条很好的途径，不仅可以进行大量、高附加值利用铁尾矿，有效地缓解铁 尾矿堆存带来的大量问题，而且为建材行业提供了一种较为理想的原料，为建材开辟了新 的资源，同时发展了矿山循环经济，实现了节能减排，对于实现矿产业的可持续发展具有 十分重要的意义. 2 国内外铁尾矿的研究利用现状及分析 铁尾矿的组成特征：铁尾矿是一种复合矿物原料，是铁矿石经过选取铁精矿后剩余的废渣， 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.其化学成分主要含SiO2，Al2O3，Fe2O3，CaO，MgO 等，还含有少量 K2O，Na2O 以及S，P 等元素5.表1 为我国各地铁尾矿的主要化学组成. 2.1 国内铁尾矿的综合利用现状 我国铁尾矿综合利用起步相对较晚，但进展较快.近几年来,随着保护矿产资源及环境意识 的不断增强，该工作已引起有关部门的重视，一些研究院所、高等院校等单位与矿山企业 紧密合作，在尾矿中回收有价金属与非金属元素、尾矿制作建筑材料、磁化尾矿作土壤改 良剂等方面已取得了一些实用性成果. 2.1.1 尾矿再选 由于技术条件的限制，有的矿山由于选矿回收率不高，矿产综合利用程度不足，现已堆存 甚至正在排出的尾矿中含有丰富的有用元素.例如，山东省矿山一些磁铁矿尾矿，仍含铁20 %， 经强磁选机回收可获得品位达60 % 的铁精矿6.马鞍山矿山研究院与本钢歪头山铁矿采用 HS-1 600 8 磁选机对铁矿石尾矿进行再磨再选后，可获得品位高达65.76 % 的优质铁 精矿，年产铁精矿量达3.92 104 t，经济效益良好. 2.1.2 尾矿用作建筑材料 铁尾矿化学成分主要有硅、铝、钙、镁的氧化物和少量钾、钠、铁、硫的氧化物.其中，硅、 铝含量较高，且80%以上都是非金属矿物，与建筑材料十分相近，这就为尾矿在建材业的广 泛应用提供了前提条件，通常只要掺加少量其他原料进行适当调配，便可用做许多建筑材 料的原料，将其应用于建材领域比在其它领域具有更多的优点7. 我国利用铁尾矿作建筑材料的研究起于20 世纪80 年代.目前，我国铁尾矿作为一种建筑材 料，在应用中已取得明显成效，主要集中生产保温建筑材料、水泥、陶瓷、玻璃、耐火材 料等，并可以用做混凝土粗细骨料和建筑用砂. (1) 轻质隔热保温建筑材料. 随着建筑产业的快速发展，新型轻质隔热保温建筑材料的开 发研究是当前社会的迫切要求，以铁尾矿制备轻质隔热保温建筑材料，为铁尾矿的二次资 源再利用开辟了一条资源节约、保护环境之路.王应灿等7以铁尾矿、废旧聚苯乙烯泡沫 为主要原料，普通硅酸盐水泥为胶凝剂，制备的轻质隔热保温材料，不仅有良好的保温性 能，更能变废为宝，在创造经济效益的同时，还保护了环境； (2) 水泥. 用尾矿生产水泥是利用尾矿中的某些微量元素影响水泥熟料的形成和矿物的组 成，在水泥配料中引入大量的尾矿，按照正常的水泥生产工艺，生产符合国家标准的水泥， 属于烧结类建材，方法主要有2 种： 利用尾矿砂中含铁量高的特点，以尾矿砂替代常用 水泥配方中使用的铁粉； 用尾矿替代水泥原料的主要成分.唐山市协兴水泥有限公司8 经过近1 年的攻关，使利用尾矿砂代替粘土和铁矿石生产水泥熟料技术获得成功.该技术投 入生产后，可充分利用废弃尾矿砂，减少环境污染，节约大量粘土和矿山资源，还可使水 泥吨熟料成本下降23 元，熟料28 d 抗压强度提高3 MPa5 MPa，使吨综合成本下降10 元以上； (3) 陶瓷材料. 利用尾矿研制生产陶瓷打破了以粘土为原料的传统做法，在有效利用废弃 尾矿、减轻环境压力的同时，也使陶瓷性能得到了很大的改善.但从目前的情况来看，尚未 利用尾矿开展大规模陶瓷工艺生产的生产线，但这方面的研究已广泛开展，主要表现在小 范围烧制陶瓷材料、尾矿陶瓷釉料和尾矿卫生洁具； (4) 微晶玻璃. 铁尾矿是一个复杂的多组分体系.因此，可以用来生产对透明度要求不高的 玻璃建材制品，例如，有色玻璃装饰板、微晶玻璃装饰板、玻璃马赛克等.目前，研究较多 的是利用尾矿生产微晶玻璃和玻璃马赛克等.微晶玻璃又称玻璃陶瓷或结晶化玻璃9,是一 种新型无机非金属材料，被称为21 世纪的环境协调材料，在国防、航天航空、电子、建筑、 化工、生物医学、机械工程等领域，作为结构材料、功能材料和装饰材料而获得应用.近年 来，很多科研工作者利用铁尾矿成功制取了微晶玻璃； (5) 制砖. 建筑用砖是我国建筑业用量最大的建材产品之一，而国家为了保护农业生产， 制定了一系列的保护耕地的措施，所以，利用铁尾矿制砖则不失为一条很好的途径.利用它 不仅可以制普通烧结砖和蒸压砖，还可以制地面装饰砖和免蒸免烧砖等.铁尾矿制作装饰面 砖，工艺简单，原料成本低，物理性能好，表面光滑、美观，装饰效果相当于其它各类装 饰面砖(如水泥地面砖，陶瓷釉面砖).张熠7等人以安徽黄梅山铁尾矿为骨料，采用两种 工艺反打振动工艺和压制工艺制备出彩色地面砖，其抗压强度均高于国家标准，符合道 路建设要求； (6) 水泥熟料. 南京梅山矿业有限公司用综合铁尾矿代替铁粉配制水泥生料，通过对两种 原料配制的生料的易烧性、烧成的熟料的物理性能比较，研究用综合铁尾矿代替铁粉作为 铁质校正原料的可行性.得出结论：梅山矿业有限公司的综合铁尾矿完全可以代替铁粉，生 产优质熟料水泥；用综合铁尾矿配制的生料易烧性好，可以将煅烧温度降低约30 ；综合 铁尾矿配料烧成的熟料强度高于铁粉配料的熟料；利用综合铁尾矿可以减少尾矿堆场所需 占用的土地，减少对周围环境的污染，是一项值得推广的技术10； (7) 其他建筑材料. 铁尾矿在建筑材料中的用途还有很多，比如，利用铁尾矿制备加气混 凝土和混凝土空心砌块，用作混凝土骨料、水泥掺料和建筑用砂，以及用于铺筑路基等.张 金青11利用北京附近某铁矿矿山围岩碎石和尾矿作为混凝土的粗细骨料，添加一定量的 水泥，经28 d 自然养护后，制成尾矿混凝土空心砌块，其抗压强度达到了设计值，尾矿在 配料中，量的变化明显影响着最终制品的抗压性能.武汉工业大学以利用程潮低硅铁尾矿生 产加气混凝土，生产出符合国家标准的加气混凝土.鞍钢矿渣砖厂利用大孤山选矿厂尾矿配 入水泥、石灰等原料，制成加气混凝土，其产品重量经、保湿性能好，该厂年产10 万m3 的加气混凝土车间，尾矿用量约3 万t/a1.邯郸市建筑科学研究所利用铁尾矿代替混凝土 中的细级料，并得到了初步成功.此项研究不仅可减少尾矿对环境的损害，防止污染，保护 环境，为矿山无尾矿开发提供一条新途径；另一方面，又开辟了制作低成本建筑材料的新 途径. 2.1.3 尾矿用作土壤改良剂及微量元素肥料尾矿中往往含有Zn，Mn，Cu，Mo，V，B，Fe，P 等微量元素，这正是维持植物生长和发育的必需元素.马鞍山矿山研究院12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.用特定设计的磁化机对磁选厂铁尾矿进行 磁化处理,生产出磁化尾矿，施入土壤.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12.63 %，中稻平均增产11.06 %，大豆 增产15.5 %. 2.1.4 利用尾矿复恳植被 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.马 鞍山矿山研究院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.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13. 2.1.5 尾矿整体综合利用 开展尾矿整体利用的研究，是矿山实现少尾和无尾化过程最有效的途径，通过开发高附加 值的产品，可以提高产品的市场竞争力.20 世纪90 年代以来，国内开始了利用尾矿制取微 晶玻璃、玻化砖、墙地砖等的研究.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4 种色调微玻岩.北京科技大学以大庙铁矿石尾矿为原料，在实验 室制出了玻化硅.邢军等14-15分别以铁尾矿和金矿尾砂为主要原料，研究制备微晶玻璃 材料的方法，并成功制成了主晶相为透辉石相的黑色尾矿微晶玻璃和主相为尖晶石、顽火 辉石固溶体的微晶玻璃. 2.2 国外铁尾矿的综合利用现状 国外铁尾矿利用工作起步较早，重视铁尾矿的综合利用，注重有价成分的回收，广泛地给 铁尾矿寻找各种不同的利用途径.特别是20 世纪70 年代以来，经济发达国家为矿山环境保 护制定了一系列的法律法规，使矿山和尾矿场的环境有了很大改善，并在铁尾矿中回收有 价金属与非金属元素、尾矿制作建筑材料、磁化尾矿作土壤改良剂、尾矿整体利用等方面 取得了实用性成果.在国外，一些铁矿选厂主要采用高梯度磁选机，从弱磁选、重选和浮选 尾矿中回收细粒赤铁矿.美国的Sivas-Divrigi 选矿厂采用浮选法， 在最佳浮选条件下从 铁尾矿中回收钴、镍和铜， 回收率分别达到了钴为94.7 %，镍为84.6 %，铜为76.8 %16.印 度17采用水利旋力和磁力分离技术从铁尾矿中回收含铁61 %65 %的精矿. 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 亚等国家矿山的土地复垦率已达80 %.铁尾矿含铁11 %，而其中还含有少量磁铁矿，具有载 磁性能，对这类尾矿可进一步磁化而成磁尾土壤改良剂.如再掺入一定比例的N，P，K 等， 可磁化成磁尾复合肥，对植物生长非常有利.卡奇卡那尔采选公司的湿式磁选尾矿中含有钙、 镁和硅的氧化物，用作土壤改良剂对酸性土壤进行中和处理，氧化镁作为一种肥料，已取 得了较好效果.Maiti S K 等18的研究表明，铁尾矿上种植植被不仅有利于稳定和减少水 土流失，而且也促进了植被的生长.许多国家在尾矿制作建筑材料方面的研究和应用也很多.土 耳其19的Cine-Milas 采用磁场、重力分离和浮选各种方法除去杂质，从铁尾矿中筛选出 钾长石，优质钾长石精矿用于陶瓷工业.印度20利用铁尾矿生产陶瓷地板和墙壁瓷砖，这 些砖比传统瓷砖具有较高的强度和硬度，并符合大多数的EN 标准，取得了良好的经济和社 会效益；俄罗斯选矿厂尾矿用于建筑材料约占60 %，除制造建筑微晶玻璃和耐化学腐蚀玻 璃外，还研制生产各种矿物胶凝材料；美国除从废石中回收萤石、长石和石英等用于其它 工业外，绝大部分用做混凝土骨料、地基及沥青路面材料；日本21有人将尾矿与10 % 硅 藻土混合成型，并在1 150 煅烧，研制出轻质骨料. 3 结语 矿山企业对我国国民经济发展非常重要， 矿业的开发为人类提供了宝贵的矿产资源和丰富 的能源，但同时也占用和破坏了大量的人类赖以生存的土地资源，污染了自然环境，破坏 了植被，造成了大量的水土流失和土质的恶化，尾矿的利用对环境治理显得尤为重要，但 是，这需要政府部门在方针、政策、法律、资金和税收方面的大力支持，同时也需要高校 和科研部门能够以多功能材料为攻关的重点，充分利用尾矿自身的特点，对其进行研发， 使其创造巨大的经济效益和社会效益. 蛇纹石尾矿部分 蛇纹石尾矿的综合利用 蛇纹石在我国储量丰富、分布广泛, 是一种很有价值的含镁矿物资源。蛇纹石的组分 复杂, 主要由MgO, FeO, Fe2O3, Al2O3, SiO2等组成, 另外还含有Ni, Cr, Co 等氧化物。蛇纹石 与盐酸主要反应:3MgO 2SiO22H2O+6HCl3MgCl2+2SiO2+5H2O。FeO, FeCO3, FeOSiO2 也较易与稀酸反应生成Fe2+ 。用质量分数5%9%的盐酸在102110 下溶解 细度0.180 mm筛孔的蛇纹石尾矿粉, 反应时间为2 h。溶解的镁、钙、铁、铝和锰等金属 离子的氯化物经过滤与蛇纹石的余渣分离, 洗涤SiO2, 利用 SiO2 制备水玻璃。用氧化剂把 二价铁氧化成三价铁,根据相关难溶物的溶度积及其沉淀的pH 值, 采用分级分离技术, 用石 灰乳慢慢调节浸出液的pH=5 9, 得到氢氧化铁和氢氧化铝沉淀; 在沉淀混合物中加入NaOH 溶液除去氢氧化铝, 加热灼烧氢氧化铁即得氧化铁红产品。但其中只有颗粒较大的用于制 造钙镁磷肥,而颗粒较小或粉状的则被废弃。利用蛇纹石尾矿制备轻质氧化镁、氧化铁红、 二氧化硅和碳酸钙, 变废为宝, 具有积极的社会意义、环保效益和显著的经济效益。继续加 石灰乳调节浸出pH=12.5 13, 使镁离子转化成氢氧化镁沉淀, 制成含有氢氧化镁与氢氧化 钙混合物的镁乳液; 用水洗涤除去镁乳液中的Cl- , 控制Cl- 的浓度在0.030.4 mol/L; 在常 压下用CO2 进行碳化, 控制碳化反应终点 pH=810, 实现钙镁分离。含碳酸氢镁的上清液, 在常压下加热分解得到碳酸镁和碱式碳酸镁, 热解温度为70120 , 时间为1530 min; 煅烧生成的碳酸镁和碱式碳酸镁, 控制温度为700800 , 时间为1.5 h; 冷却, 即得MgO 产品。 MgCO3Mg(OH)2 5H2O2MgO + CO2+6H2O, MgCO3 2MgO+CO2。 加热烘干含水的碳酸钙, 即得碳酸钙产品。酸浸时, 蛇纹石尾矿粉越细, 比表面积越大越有 利于反应的进行, 酸浸温度降低, 酸解时间延长。可考虑用废盐酸浸出蛇纹石矿粉, 以降低 反应的成本。碱浸时, 控制pH=59 时, Fe3+, Al3+, Co2+, Cr3+, Mn2+均能形成氢氧化物沉淀, 且沉淀完全, 而Mg3+不能生成沉淀, 从而将Mg3+和各种阳离子分离。Ca(OH)2 不能过量, 若Ca(OH)2 过量会导致 Al(OH)3 溶解和Mg(OH)2 沉淀。碳酸镁和碱式碳酸镁煅烧时产生的 CO2 可用于对镁乳液进行碳化 , 使物质循环使用,节约资源。 蛇纹石尾矿固体废弃物资源化的途径 我国拥有丰富的蛇纹石矿产资源，分布地域广泛，主要矿产地有四川石棉县、江苏东 海县、河南信阳市、陕西宁强县等，已探明贮量超过五亿吨，目前年开采量约在200300 万吨，主要作为钙、镁、磷肥的生产原料，少量用于耐火材料、土壤改良和建筑材料的原 材料。在开采和利用蛇纹石的过程中将会产生大量的蛇纹石废弃物，称之为蛇纹石粉矿或 尾矿，约占开采量的三分之一到三分之二，作为采矿废弃物，既浪费了矿产资源，又堆积 占用了大量的土地。不仅造成环境污染，更严重地破坏了自然生态，影响正常的生产秩序。 蛇纹石通常也被作为开采天然温石棉过程中的固体废弃物而丢弃，我国每年开采天然温石 棉的量已达20 万吨，而石棉矿中矿石的含棉率为8左右，其中90以上蛇纹石都是作为 石棉尾矿而丢弃，而目前尾矿的利用率仅占排放量的2左右，因此蛇纹石作为固体废弃物 的排放量巨大1。因此，合理开发蛇纹石尾矿固体废弃物资源化的途径，在获得经济效益 的同时，也改善了生态环境，同时可加快可持续发展进程。 蛇纹石尾矿固体废弃物的物化性质和危害 蛇纹石尾矿矿物成分复杂，主要矿物为蛇纹石、橄榄石、透闪石和方解石等，次要矿物为 磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿等，蛇纹石的化学成分主要由MgO，FeO，Fe2O3，Al2O3，SiO2 等组成，另外还含有Ni，Cr，Co 等氧化物，其中有价元素为镁和硅，氧化镁的含量在 30%40%。因此合理提取有价元素镁和硅是蛇纹石尾矿固体废弃物资源化的关键。 蛇纹石尾矿固体废弃物的危害 蛇纹石尾矿作为固体废弃物，不仅占用大量土地，还对环境带来危害：污染土壤、空气和 水环境。在蛇纹石开采和加工过程中，排出近三分之一的尾矿，难以布置废石和尾矿的场 地，大多就地堆放在矿区附近，随降水流入水体或渗入土壤，严重污染下游水系及其附近 的土壤，直接影响当地居民的生产和生活用水，亦会造成矿区周围土壤结构改变；部分尾 矿堆积到沟谷等低洼带，随雨季的洪水倾泻而下，容易导致滑坡、泥石流或堵塞河道，引 发安全事故，破坏生态环境。矿区开采的蛇纹石经筛分后，筛上的碎石和石棉纤维堆积如 山，这些尾矿中所含大量的细小石棉短纤维，将会弥漫在空气当中，形成严重的环境污染。 经研究发现，石棉是一种致癌物质，能导致石棉肺、肺癌和间皮癌。石棉纤维可以分裂极 细的元纤维，元纤维直径一般为0.5m，长度在5m 以下，这种纤维呈结晶状，具有锐 利的尖刺，能刺入肺泡和胸膜。胸膜变厚，最后形成癌变或间皮癌。我国大量堆存和正在 排放的蛇纹石尾矿，它既是开采和利用蛇纹石和石棉过程排放的废弃物，有严重危害人的 身体健康、污染环境，同时也是数量巨大的二次资源，这些特性已为人类所共识。合理综 合利用蛇纹石尾矿，充分发挥它的资源效益已成为亟待解决的问题2。 蛇纹石尾矿固体废弃物资源化途径 我国蛇纹石尾矿产量巨大，对蛇纹石尾矿的开发利用日趋重视，自20 世纪80 年代以 来，国内外已重视并大量开展对蛇纹石尾矿的综合开发利用的研究工作，现已取得一定的 进展。但目前对蛇纹石尾矿的开发利用及其研究还处于传统的初级应用的提高阶段。随着 科学技术的发展，蛇纹石以其独特的晶体结构、化学组成、可分解性及组构性，已被广泛 的应用于农业、陶瓷、耐火材料、化工、冶金和环境等行业。 1.作路基路面和充填采矿区 蛇纹石在开采和利用过程中，会产生大量的废弃物，约占开采量的三分之一到三分之二， 作为采矿废弃物，浪费了矿产资源，又堆积占用大量的土地，不仅造成环境污染，更严重 地破坏了自然生态、影响正常的生产秩序。采用蛇纹石尾矿固体废弃物作道路基础面和回 填采矿区，成本低廉，施工方便，是大量消化和处理蛇纹石尾矿的有效利用途径之一。 2作为矿质肥料和生产钙镁磷肥 蛇纹石尾矿中Mg、Si 及其它的一些微量元素对土壤有一定的改良作用，Mg 、Si 等元素也 是可被植物吸收和促进植物生长的有用养分，利用蛇纹石尾矿作为农肥，在国内外已得到 广泛的应用。根据生产原理和使用方法的不同，可以直接施用或和其它肥料配合施用，一 般利用蛇纹石尾矿生产成钙镁磷肥。万朴3 等人将蛇纹石矿粉直接用作肥料，经农业生产 施用，增产效果明显。他们通过酸蚀试验和蛇纹石分解的测试研究，发现蛇纹石中的氢氧 镁石易于破坏，镁离子作为交换离子态存在于土壤中，易被农作物吸收，残留的二氧化硅 也逐渐被农作物吸收。同时蛇纹石中的铬、钴、锰等微量元素也是植物生长所需要的微量 肥料（简称微肥）。苏联、波兰、捷克等国家曾将蛇纹石直接作为缓效的镁肥或配合其他 肥料施入茶园、马铃薯、玉米、三叶草和甜菜中来提高其产量4。将蛇纹石与钾长石，与 磷矿粉、蛇纹石及焦炭共同入炉煅烧后，可制成钙镁磷钾肥。这种肥料具有物理性质好、 不吸水、不结块、不含游离酸，对包装材料无腐蚀，生产工艺简单等优点。 3 在陶瓷生产中的应用 经过研究和实践表明，蛇纹石尾矿是一种可以利用的陶瓷工业原料，经高温烧制的陶瓷制 品具有硬度大、耐热性能好等特点。杨赞中5 等用蛇纹石尾矿生产出品质优良的日用陶瓷 制品，基本方法是将蛇纹石尾矿除杂粉磨，并在700温度条件下煅烧以除去其中的纤维。 然后和长石、石英以及高岭土等混合注浆成型，经高温煅烧出的陶瓷样品不变形，无裂痕， 晶莹剔透，洁白如玉，性能检测可与滑石瓷媲美。 4 在耐火材料中的应用 利用蛇纹石化学成分、矿物组成以及热特性，低温合成蛇纹石耐火材料,其荷重软化温度可 达1170,常温耐压强度高,热稳定性好。目前比较成熟的工艺是以蛇纹石尾矿为原料加入 1520的镁砂，以及一定的结合剂，在1550的高温下烧结。平增福6等人在蛇纹石 中添加镁砂制成的镁橄榄石耐火材料可使得耐火度和荷重软化温度明显提高。卢忠远6等 将蛇纹石加入镁砂、粉煤灰和水玻璃等，混合均匀，在一定压力下成型，脱模后蒸压养护 就得到耐火材料制品，性能已达到国内蒸压耐火制品的先进水平。王林7在蛇纹石中加入 适量的白云石,能生成以方镁石为主要的矿物,硅酸二钙（C2S）、硅酸三钙（C3S ）为结合 物的镁钙质耐火材料。日本还利用短纤维和蛇纹石粉制备耐火热衬板4。 5 生产化工产品 提取蛇纹石尾矿有益组份并合成再生出新的工业高级制品，已成为蛇纹石尾矿高新技术利 用的重要方向，主要有以下产品。 a. 从蛇纹石中制取高镁产品 b. 制备硅系列产品 c. 生产铁红 6. 冶金助剂 蛇纹石是一种理想的冶金助剂。随着高炉冶炼技术的发展，对矿产烧结的质量和固体燃耗 的要求越来越高。大量的试验研究表明，通过添加蛇纹石强化高铁低硅烧结，能够提高烧 结矿转鼓强度，从而能达到降低烧结固体燃耗、节能节耗的目的。崔智鑫11等研究发现， 高炉烧结加入MgO 含量比较高的蛇纹石，将降低球团矿还原膨胀率，还可以显著提高球团 矿抗压强度。这些为蛇纹石的利用开发了新途径。 7从蛇纹石中回收矿产品 蛇纹石矿通常与铂族元素、铬铁矿、镍铜矿等稀缺元素矿床共生和伴生。开采用纯碱熔融、 盐酸酸解法浸取其中的Pd2+、Ni2+ 、Pt2+，获得金属离子的混合溶液，从中萃取这些稀有 元素12，是回收利用Pd、Ni、Pt 等贵重金属的有效途径。蛇纹石回收稀缺元素前景可观， 萃取过程中，滤液均可循环使用，不污染环境，而且会不同程度的给矿区带来一定的经济 效益和社会效益。 8 在环境方面应用 蛇纹石经灼烧脱水后具有较高的吸附作用12 ，这种吸附是通过蛇纹石的羟基及不饱和 Si- O- Si 键来实现的，一方面断裂的Si- O- Si 键暴露在空气中的氧可以吸附重金属离子，使 其固着下来。同时，蛇纹石表面的羟基析出进入水溶液，使溶液呈碱性，并使水溶液中未 被吸附的金属离子沉淀下来。因此，蛇纹石对处理含重金属的工业废液具有重要的意义。 为固体废弃物的蛇纹石尾矿，根据其物化特性合理开发资源化利用新途径，成为再生资源， 变废为宝。 随着我国科学技术发展、工业生产水平的提高和社会对新产品的要求，对蛇纹石尾矿资源 化的综合利用应该在上述利用的基础上，依靠科技进步，开发蛇纹石尾矿资源化利用的新 技术、新途径、新产品，尤其是开拓具有高科技含量、高附加值、零排放量的深加工产品， 并使其产业化，具有广阔的市场前景和深远的社会意义。 蛇纹石尾矿制备氧化镁和二氧化硅的工艺研究 1 实验部分 1. 1 主要仪器 粉碎机, 砂石筛, 恒温干燥箱, 马弗炉, 全自动电光分析天平, 真空泵, 过滤器, 等. 工业规 模生产可用球磨机, 搪瓷反应罐, 煅烧炉, 板筐式过滤机等设备. 1. 2 主要试剂及药品 工业盐酸, 信阳富邦公司生产; 碳酸氢铵, 工业品, 市售. 1. 3 实验过程 用蛇纹石尾矿生产氧化镁和二氧化硅的工艺路线如图1 所示. 盐酸 碳酸氢铵溶液 蛇纹石尾矿破碎, 过筛酸解过滤调pH 值过滤 滤渣分离硅胶 滤渣弃去 沉淀过滤干燥热分解产品氧化镁 图1 用蛇纹石尾矿生产氧化镁和二氧化硅的工艺流程 将蛇纹石尾矿经粉碎机粉碎后, 过筛, 然后取一定量的细矿粉于带有回流装置和搅拌器的三 口烧瓶中, 加入定量的