（环境工程专业论文）莱芜铁矿尾矿铁资源综合利用试验研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 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1 5 0 多种，开发建立了8 0 0 0 多座矿 山，累计尾矿量达5 9 1 7 亿吨，其中堆存的铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1 3 。 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。目前我国尾矿的综合利用率仅为7 ，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。 本论文所用的试样为莱钢集团莱芜矿业公司业庄选矿厂尾矿。业庄选矿厂的 矿石来源全部为业庄矿区自产矿石，生产能力达到1 5 万吨年。随着生产的年限 逐渐增加，尾矿库已近暴满，不能继续使用。目前对尾矿的处理是采用浓缩过滤， 滤饼井下回填的方法。由于尾矿中铁品位2 0 8 9 ，直接回填就造成了资源的浪费， 所以本文研究的主要目的就是回收利用尾矿中的铁矿物。 本试验根据对试样的多元素化学分析、粒度分析、铁物相分析的结果，确定 采用磁选、重选等工艺流程对尾矿进行再选。首先进行了磁选管磁性分析试验， 测定出细粒物料中强磁性物质含量少，大部分为弱磁性物质，这也是尾矿的特性 之一。其次进行弱磁选机条件试验，选择适宜的粒度、场强、给矿浓度、给矿时 间等，可以获得品位达6 1 以上的精矿，产率在3 4 左右。另外通过对弱磁选尾 矿的强磁试验，得到了品位4 7 、产率1 5 以上的精矿产品，然后又采用弱磁选和 重选的方法对这部分精矿产品进行分选，分别得到了产率8 4 7 和3 7 7 6 、品位 都在6 1 以上的铁精矿。最后进行综合流程试验，根据以上的分析试验，确定磁选 + 重选的联合流程工艺为最佳的铁尾矿再选工艺，为选择实际生产中的工艺流程提 供理论依据。总的来说，试验结果基本达到了本次试验的要求，不仅解决了该矿 的尾矿堆存问题，创造了一定的经济效益，而且也对其它选矿厂从铁尾矿中再选 铁具有借鉴意义。 关键词磁选；铁尾矿；可选性研究；磁铁矿 一 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t w j c ht h ej n c r e a s e o fn u m b e ro fm i n e sa n dw i t h i m p l e m e n t a t i o no fn e w t e c h n o l o g i e si ne x p l o i t a t i o na n dp r o c e s s i n g ，t h ei n c r e a s ei ne n v i r o n m e n tp o l l u t i o nw a s e v i d e n t h i g he x h a u s t i o no fn a t u r a lr e s o u r c e si sh a v i n gt h eg r e a ti m p a c to ns u r v i v a lo f m a n k i n do np l a n e te a r t h a c c o r d i n gt oi n c o m p l e t es t a t i s t i c s ，t h e r ea r em o r et h a n1 5 0 k i n d so fm i n e r a l sa n d8 0 0 0m i n e r a lm o u n t a i n si no u rc o u n t r y , t h et o t a la m o u n to fo r e t a i l i n g si s5 9 1 7b i l l i o nt o n sw h i c hi sa b o u t1 3o fa l lt a i l i n g s g r e a td e a lo ft a i l i n gn o t o n l yt a k eu pl a n dw i t hr e s u l ti nw a s t i n gr e s o u r c e s ，b u ta l s ob r i n gas e r i o u sp o l l u t i o na n d e n d a n g e rt om a n k i n da n dd e s t r o yt h ee c o l o g i c a lb a l a n c e i nt h em e a n t i m e ，w i t ht h e g r e a td e v e l o p m e n ta n de x p l o i t a t i o no ft h em i n e r a lr e s o u r c e s ，t h em i n e r a li si n c r e a s i n g l y d e c r e a s e t h o u g ht h eu t i l i z a t i o nr a t eo ft h em i n e r a lt a i l i n g si no u rc o u n t r yi so n l y7 c u r r e n t l y , i nr e c e n ty e a r s ，m o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni sp a i df o r t h ee f f i c i e n tu s i n go f r e s o u r c e sw h i c hh a v eg r e a te c o n o m i ca n ds o c i a lm e a n i n g t h es a m p l eu s e di nt h i se x p e r i m e n tc a m ef r o my e z h u a n gi r o np l a n ti nl a i w uw i t h t h ea n n u a lc a p a c i t yo f1 2 5 0 0 0t o n so fi r o no r e w i t ht h ei n c r e a s eo ft a i l i n g s ，t h e r ei sn o s u r p l u sp l a c ei nt a i l i n gp o n dt oc o n t a i nt h ew a s t em a t e r i a l s b e c a u s et h ei r o np e r c e n t a g e i nt h i ss a m p l ei s2 0 8 9 ，i ti st h ew a s t et of i ul a n dd i r e c t l y t h em a i np u r p o s eo ft h i s r e s e a r c hi sm a k i n gu s eo ft h ei r o ni nt a i l i n g s m a g n e t i cs e p a r a t i o ni sm o s tc o m m o n l yu s e dt os e p a r a t em a g n e t i cm a t e r i a l sf r o ma v a r i e t yo fl e s s - m a g n e t i co rn o n m a g n e t i cm a t e r i a la n dc l a s s i f i e da s e i t h e rh i g h - o r l o w - i n t e n s i t y c h e m i c a la n a l y s e sp e r f o r m e db ys h a n d o n ge x p e r i m e n tc e n t e ro fg e o l o g y a n dm i n e r a ld e p a r t m e n tf o u n dt h a th e m a t i t eh a v eal a r g en u m b e ro fc o m p o n e n ti nt h i s s a m p l e a c o r d i n gt op a r t i c l es i z ea n dt h es o l i d sc o n t e n to ft h et a i l i n g ，f i r s t l yw ec h o o s e d l o w i n t e n s i t ys e p a r a t i o n a n dt h ei r o np e r c e n t a g ew a s6 1 i nf i n em a t e r i a l sa n d p r o d u c t i o nr a t ew a sa b o u t3 4 t h et a i l i n gt h e nw a ss e p a r a t e dt h o u g hh i g h - i n t e n s i t y , t h ei r o np e r c e n t a g ea n dp r o d u c t i o nr a t ew a s4 7 a n d1 5 r e s p e c t i v e l y a f t e rs e p a r a t i o n ， t h i sp a r to ff i n ew a ss e p a r a t e da g a i nt or a i s eo r em i n e r a lf u r t h e r t h ef i n ew a ss e p a r a t e d b yl o w i n t e n s i t ya n dg r a v i t y , t h ei r o np e r c e n t a g ew a sa b o v e6 1 a n dt h ep r o d u c t i o nr a t e w a s8 4 7 a n d3 7 7 6 r e s p e c t i v e l y f i n a l l yc o m p r e h e n s i v ep r o c e s sw a sc a r r i e do nt o c h o o s et h eb e s tc r a f tf o ra c t u a lp r o d u c t i o n i naw o r d ，t h ee x p e r i m e n to b t a i n e da e x p e c t a b l er e q u e s t ，n o to n l yr e s o l v e dt h ep r o b l e ma b o u tt h eh e a po ft a i l i n gt h a tc r e a t e d ac e r t a i ne c o n o m i cp e r f o r m a n c e ，b u ta l s oa f f o r de x p e r i e n c et oo t h e rm i n e r a lf a c t o r i e si n i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 p r o c e s s i n gi r o nt a i l i n g s k e yw o r dm a g n e t i cs e p a r a t i o n ；i r o nt a i l i n g ；s e p a r a b i l i t ys t u d y ；m a g n e t i t e i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 固体废弃物利用现状及前景 1 1 1 固体废弃物与环境污染 环境问题是当今世界各国面临的一个重大问题。环境是人类赖以生存、繁衍 和发展的基本条件，而全球性资源短缺、环境污染和生态恶化，对人类生存和发 展构成了现实威胁，已受到全人类普遍关注。资源短缺源于对资源的大量的无节 制的开发和使用，其直接后果是环境受到破坏。不仅如此，这些资源经过人类的 消费过程( 生活消费和生产消费) ，变为“废物 排入环境，更加加重了环境的污 染。但是这些源于工农业生产以及生活中产生的固态、液态和气态的废物，在某 种条件下又能成为资源，成为可以缓解“资源短缺 的一条有效的途径，由此可 见二者具有非常密切的关系。所以我们应该充分利用这种关系，采用“综合利用， 变废为宝 的方针，这样既保护了国家的资源，又充分利用了国家的资源，同时 又净化了环境，可谓一举多得。 固体废弃物( 简称固废) 是指在社会生产、流通、消费等一系列活动中产生的 相对于占有者来说一般不再具有原有使用价值而被丢弃的以固态和泥状赋存的物 质。因此，固废就涵盖了众多与污染有关的物质：工矿企业生产过程中排放出来 的废渣、尾矿、粉尘、碎屑、污泥等；农作物收割、畜禽养殖、农产品加工过程 中排出的废弃物；放射性固体废物；城市垃圾和有害性固体废物等。固体废物对 环境有极大的危害，主要表现在以下几个方面n - 3 3 ： ( 1 ) 大量堆放固体废物，浪费土地资源 固体废物不像废气、废水那样到处迁移和扩散，必须占有大量的土地。城市 固体废物侵占土地的现象日趋严重。我国现在堆积的工业固体废物有6 0 亿吨，生 活垃圾有5 亿吨。估计每年有1 0 0 0 万吨固体废物无法处理而堆积在城郊或公路两 旁。几万公顷的土地被它们侵吞。 ( 2 ) 固体废物的堆放严重污染土壤 土壤是植物赖以生存的基础。长期使用带有碎砖瓦砾的“垃圾肥”，土壤就严 重“渣化”；未经处理的有害废物在土壤中风化、淋溶后，就渗入土壤，杀死土 壤微生物，破坏土壤的腐蚀分解能力，导致土壤质量下降；带有病菌、寄生虫卵 青岛理工大学工学硕士学位论文 的粪便施入农田，一些根茎类蔬菜、瓜果就把土壤中的病菌、寄生虫卵吸进或带 入体内，人们食用后就会患病。 ( 3 ) 固体废物向江河湖海倾倒，水污染令人堪忧 许多国家把大量的固体废物直接向江河湖海倾倒，不仅减少了水域面积，淤 塞航道，而且污染水体，使水质下降。固体废物对水体的污染，有直接污染地表 水，也有的下渗后污染了地下水。 ( 4 ) 固体废物向大气飘散 固体废物在收运、堆放过程中未作密封处理，有的经日晒、风吹、雨淋、焚 化等作用，挥发了大量废气、粉尘；有的发酵分解后产生了有毒气体，向大气中 飘散，造成大气污染。据报道，美国固体废物焚烧炉，约有2 3 由于缺乏空气净 化装置而污染大气。 ( 5 ) 影响市容环境卫生 固体废物在城市里大量堆放而又处理不妥，不仅妨碍市容，而且有害城市卫 生。城市堆放的生活垃圾，非常容易发酵腐化，产生恶臭，招引蚊蝇、老鼠等孳 生繁衍，容易引起疾病传染；在城市下水道的污泥中，还含有几百种病菌和病毒。 长期堆放的工业固体废物有毒物质潜伏期较长，会造成长期威胁。 1 1 2 固体废物的利用现状 目前，我国在固体废弃物综合利用方面虽然取得了很大的成绩，但远不能适 应经济和社会可持续发展的要求，与国外固体废弃物的利用水平相比，有着很大 的差距。根据国家经贸委介绍，1 9 9 8 年我国工业固体废弃物综合利用量为3 1 6 亿 吨，利用率为4 5 ，其中煤矸石利用量为6 5 1 0 万吨，利用率4 0 ；粉煤灰利用量 为5 7 0 0 万吨，利用率为5 3 。而国外对冶炼废渣、粉煤灰、煤矸石的最好水平是 基本上完全利用。我国的选矿尾矿利用率更低，仅为2 3 2 ，而国外尾矿的利用 率基本上在6 0 以上，欧洲一些小国已向无废矿山的目标前进，差距相当明显。 目前国内外广泛采用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥、 焚烧和热解等。这几种主要垃圾处理方式的比例，因地理环境、垃圾成分、经济 发展水平等因素不同而有所区别。但最终都是以无害化、资源化、减量化为处理 目标。从我国国情看，由于垃圾中无机成分含量很高，焚烧和热解用的不是很多， 主要采取的是填埋，有时也用于堆肥n 5 1 。 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 综合利用是实现固体废物资源化和减量化、解决环境污染及实现经济效益、 环境效益、社会效益统一的最重要手段之一。在废物进入环境之前，对其加以回 收利用，可以大大减轻后续处理处置的负荷。如对工业废物采用人工和气流、磁 力等分选法进行回收利用；对污泥类、废食品渣、禽粪等，可采用集中速效堆肥 技术生产农用肥和颗粒复合肥；可通过不同工艺将大量的粉煤灰、煤渣等制作成 水泥、烧结砖、蒸养砖、混凝土、墙体材料等建材；开发煤矸石代替燃料，回收 热能。 虽然我国固体废弃物综合利用率平均每年都在增加，但从技术现状来看，大 都停留在筑路、回填，农用、生产建材等较低层次上，缺少高附加值、深度加工 的产品，而且量大、面广的废物综合利用问题并未得到根本的解决。 1 1 3 固体废弃物综合利用的前景展望 正如前面所言，固体废弃物具有双重性，即在一定时间、空间、环境下是废 物，而在另一条件下可能就变成资源。因此固体废弃物既是一个巨大的污染源， 又是一个巨大的资源宝库。目前我国固体废弃物的综合利用水平较低，但同时面 对污染和资源的挑战，我们必须充分的利用好固体废弃物，变废为宝。随着科学 技术的不断发展，对固体废弃物的利用也将会不断提高。就目前而言，应该注意 以下三个方面的研究： ( 1 ) 强再生资源工艺流程的研究； ( 2 ) 加强关键设备的研制； ( 3 ) 加强固体废物资源再循环技术的研究。 1 2 矿山固体废弃物综合利用现状 据统计1 ，现今世界上9 0 的工业品和1 7 消费品是用矿物原料生产的，我国 9 5 能源和8 5 的原料来源于矿产资源。随着社会的不断发展和开发利用，矿产资 源日趋减少甚至枯竭。与此相反，在矿产资源开发利用过程中丢弃的大量废弃物 却在逐年增多。如今固体废物的污染已经成为全球十大环境问题之一，矿山、采 石厂和冶炼厂在开采和选冶等作业中排出的废弃物质己严重污染土壤、空气、水 域和地下水，造成滑坡和泥石流等灾害，对生态环境产生巨大的影响。国际上对 矿山固体废弃物的污染十分重视。国际勘查地球化学学会、国际环境地球化学与 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 健康学会和国际地球化学宇宙化学协会于1 9 9 5 年在波兰主办了国际第三届环境地 球化学讨论会，1 9 9 7 年又在美国主办了第四届环境地球化学讨论会，两次大会讨 论的焦点问题是矿山固体废物带来的环境问题h 3 。 矿山固体废物主要包括废石和尾矿。废石是指各种金属、非金属矿山开采过程 中产生的无工业价值的矿体围岩和夹石，对于井下矿来说，就是掘进时采出的不 能作为矿石使用的夹石；对于露天矿来说，就是剥离下来的矿床表面的围岩。尾 矿是在选矿过程中提取精矿后剩下的尾渣。世界各国每年开采出的金属矿、非金 属矿、煤、粘土等在1 0 0 亿吨以上，排出的尾矿量约5 0 亿吨。我国的选矿回收率 远远低于发达国家，所以尾矿量也多，剩在尾矿中的有用组分也多，造成巨大损 失。根据几个大型矿山调查结果看，损失之大就令人触目惊心了。云南锡业公司 尾矿中至少有2 0 万吨锡：大冶铜矿公司所属5 个矿山尾矿中含铜达6 3 万吨、金 有3 3 7 3 千克，银5 6 1 7 5 千克，铁7 6 8 5 万吨；河南省金矿年损失黄金达2 3 吨以 上；武钢矿业各铁矿山累计生产铁矿石1 7 3 4 9 万吨，排废石5 4 1 5 7 万吨，排尾矿 5 3 6 3 8 7 万吨；攀枝花钢铁公司近三十年来不断排出尾矿，以每年3 5 1 0 6 吨计算， 现在已经排放尾矿1 0 5x1 0 8 吨；江西铜业公司各选矿厂每天排放尾矿量达8 3 万吨左右，各选矿厂尾矿库己堆放尾矿9 0 0 0 万立方米。尾矿中不仅有贵金属、有 色金属、黑色金属，还有大量非金属。由此可见，尾矿中有用组分丰富，进行综 合利用将具有很好的经济效益和社会效益。1 们。 1 2 1 我国矿山固体废弃物综合利用现状 对矿山固废的利用，世界各国都做了大量的研究，但至今没有找到很好的出 路。目前，我国虽然对废石进行了多方面的治理，但由于废石中所含有用组分很 少，回收价值不高，因此，对其利用不是很多。治理主要包括废石堆的复土造田 和把废石用作井下充填料等。在利用方面主要是考虑回收其中的非金属，但些 废石处于井下，并且粒度也比较粗，加工、运输费用较高，经济效益不明显；即 使是井上的废石，其非金属目的矿物的品位也不是很高，回收成本比较高，因此 真正开展的研究并不多。 我国尾矿利用工作虽然起步也较晚，但相对于废石的利用来说，一些研究所、 高等院校等单位与矿山企业紧密合作，还是取得了一些实用性的成果n 卜1 3 1 ： ( 1 ) 从尾矿中回收有价金属与非金属元素 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 马鞍山矿山研究院与本钢歪头山铁矿采用h s - 1 6 0 0 8 磁力回收机处理铁选厂 尾矿，粗精矿经再磨再选后可获得精矿产率2 4 6 、铁品位6 5 7 6 的优质铁精矿： 河南银洞坡金矿与澳大利亚玻格林资源公司合作回收尾矿中的金，产值达2 亿元 以上；辽宁八家子铅锌矿，从铅锌尾矿中回收银，每年可回收8 9 2 吨：陕西双王 金矿选金尾矿中含有纯度很高的钠长石，储量达数亿吨，成为仅次于湖南恒山的 第二大钠长石基地，若加工成半成品钠长石粉其价值就高达2 0 0 亿元。 ( 2 ) 用尾矿生产建筑材料 北京矿冶研究总院丁海潮等利用尾矿、镁质胶凝材料、活性剂、防水剂和防水 颜料合成尾矿人造石能制作内外墙仿石装饰材料和仿石工艺品；中国地质科学院 尾矿利用中心利用凤城霞石长石岩尾矿为主要原料，通过不同配比混料、融化水 淬、晶化、烧结等工序，烧制出“杜鹃红微晶玻璃花岗岩 板材，其硬度、光泽、 耐酸碱度等理化特性均优于一般天然花岗岩板材；山东建材学院利用黄金尾砂制 造蒸压砖；凡口铅锌矿利用含方解石、石灰石为主的尾矿生成水泥，其性能良好， 标号达到6 0 0 号；同济大学利用黄梅山尾矿烧制的装饰面砖装饰在该校的建筑规 划学院楼上，起到了较好的装饰效果；大厂铅锌尾矿中含硅8 0 以上，并含有一定 数量的钾长石和钠长石，多年来一直是株州玻璃厂生产平板玻璃、轧花玻璃和玻 璃球的重要原料之一。 ( 3 ) 用尾矿作土壤改良剂和土壤肥料 根据尾矿的成分和化学性质，针对不同情况可考虑不同的利用方法。尾矿中往 往含有锌、锰、铝、矾、硼、铁等微量元素，这些微量元素是维持植物生长和发 育的必须元素，所以用此生产各种微量元素和原料；含有钙矿物的尾矿，作土壤 改良剂，施与酸性土壤中，可起到改良土壤的作用；含有钙、镁和硅的氧化物尾 矿，可用作农业肥料对酸性土壤进行钙化中和处理。 1 2 2 世界尾矿利用现状 世界各国随着多年来的不断开采，锌、硫、砷、锡资源不断减少，较富的矿床 已几乎采竭，从而使国内外更多的矿业开发公司注重低品位矿以及尾矿的综合利 用。然而，有关尾矿选别的报道不多，大多数工艺流程仍然停留在较高品位矿物。 国外的尾矿研究开发利用与治理工作始于6 0 年代，尾矿的开发利用与冶炼得到政 府的高度重视，把建立无废料矿山作为矿业开发的目标，并把尾矿的综合利用、 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 开发程度作为国家科技水平和经济发达程度的标志。一些发达国家投入了大量资 金和人力，加强尾矿的研究开发力度，出台了一系列鼓励尾矿开发的政策法规， 鼓励开发尾矿资源和使用尾矿生产的产品，兴建“二次原料工业 将尾矿作为资 源，开展了尾矿的资源勘查评价，大多数发达国家己完成一轮以上的重点矿山尾 矿资源和环境综合评价工作。前苏联在8 0 年代初就建立了国家级采矿工业联合体 尾矿数据库，为尾矿的开发应用奠定了基础。7 0 年代以来，前苏联、美国、日本、 英国等国家加强了选冶新工艺新设备、综合回收、整体利用研究，通过新方法、 新技术开发利用尾矿，并取得显著成效。俄罗斯已开发出能从含a u 仅3 0 1 0 - 9 的建筑用砂中回收8 5 金的技术，美国利用浸出法从铜尾矿中回收铜，日本采用碳 还原法从蛇纹石矿粉中提炼金属镁，加拿大等国采用硫化物沉淀法、氨浸法从蛇 纹石尾矿中提取镍、钻、铬等。一些发达国家利用尾矿、废渣中某些组分开发出 一些高附加值产品，如功能陶瓷、复合陶瓷、铸石等；高效整体利用尾矿，如用 作微晶玻璃原料、矿物肥料、土壤改良剂、尾矿砖、混凝土骨料、砂浆、铁路道 渣、筑路碎石、井下回填料、复垦料，使矿山向无尾矿山目标迈进。一些发达国 家的尾矿利用率已达6 0 - - 8 0 n 屯川。 1 2 3 我国尾矿综合利用存在的问题 我国在尾矿综合利用方面虽然取得了一些成绩，但是与国际先进水平相比还有 非常明显的差距： ( 1 ) 高附加值产品少，缺乏市场竞争力。目前，我国尾矿在工业上的应用，大 多数停留在对尾矿中有价元素的回收或生产较低档次的建材产品，甚至是直接作 为砂石的代用品出售，而一些高档的建材产品，由于种种原因仍未实现真正的工 业化。 ( 2 ) 综合利用率低。目前，我国尾矿的利用率只有7 左右，而国外对尾矿的利 用都在6 0 以上，甚至一些小国已向无废矿山的目标前进。 ( 3 ) 投入不足，政策扶持力度有待加强。长期以来，尾矿利用项目在资金上得 不到保证，投入严重不足。目前，我国没有专项资金支持资源综合利用，融资渠 道没有解决，再加上矿山行业普遍效益较差，尾矿利用资金筹措非常困难。在政 策扶持上，国家虽然先后出台了资源综合利用减免所得税、部分资源综合利用产 品企业减免增值税的优惠政策，但还没有具体制定针对尾矿利用的鼓励性政策。 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( 4 ) 资源意识、环境意识不高，资源利用的法律法规建设落后，尾矿利用基础 管理薄弱，缺少尾矿利用的基础资料等。 世界各国矿山开发所产生的固体废物每年都达数百亿吨，而利用率却都比较 低，研究矿山固体废物的处理，面对的既是一个严峻的环保问题，又是一笔宝贵 的财富，对矿山废物的处理和利用，正越来越受到各国政府的重视，很显然，对 矿山废物的研究有很大的发展前景。 1 3 铁尾矿的综合利用现状 1 3 1 国外利用铁尾矿研制生产建筑材料的现状 当前，随着地球资源的不断减少和人们环境意识的增强，世界各国把尾矿当 作二次资源对待，投入大量人力物力，广泛开展对铁矿尾矿的综合利用研究。尤 其在利用尾矿研制墙体材料方面取得了较多成果。国外对铁尾矿的综合利用主要 有如下几个方面： ( 1 ) 用作墙体材料，如前苏联用尾矿生产的粘土一硅酸盐砖和硅酸盐砌墙材 料，美国利用铁尾矿制成的密度可予以控制的轻质砖。 ( 2 ) 用于生产水泥及其他一些建筑材料。 ( 3 ) 用作路基材料。 1 3 2 国内铁尾矿的综合利用 1 3 2 i 我国铁尾矿资源状况的特点 冶金矿山信息网曾在1 9 8 8 年和1 9 9 9 年两次组织对全国主要铁矿进行了尾矿综 合利用的专题调研，从资料分析可较全面了解我国铁尾矿的资源状况的特点。 ( 1 ) 尾矿的产量大而利用率低 据1 9 9 6 年黑色冶金矿山统计年报n 引，全国铁矿选矿厂入选原矿量为2 1 5 亿吨， 排出的尾矿量达1 3 亿吨，占入选矿石量的6 0 4 6 ；全国重点铁矿选矿厂入选原矿 量为1 1 亿吨，排出的尾矿量达5 8 0 2 6 万吨，占入选矿石量的5 2 7 5 。目前，我国 的铁尾矿综合利用率只有7 。我国堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆 存总量的近i 3 。 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( 2 ) 铁尾矿的类型特点 按照铁矿尾矿的矿物组成一般将其分为四种类型；高硅型、高铝型、高钙镁 型和低钙镁铝硅型( 简称低硅型) 。划分的依据是其存在的主要元素，并有利于选 择不同的利用途径。另外还有多金属类的铁矿尾矿，主要有攀钢铁尾矿和白云鄂 博铁尾矿，此类铁尾矿特点是矿物成分复杂，伴生元素多。 ( 3 ) 铁尾矿的分布特点 我国铁尾矿排放量和堆存量分布不匀，按企业所有制分，国有重点矿山最高， 地方国有矿山次之，乡镇民办矿山最低；按地区分，河北、辽宁、山东、山西、 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。 ( 4 ) 铁尾矿化学成分特点 各矿山的尾矿化学成分略有差异，大致如下： f e 一般为6 - - 1 7 ，少数达2 0 以上； s i 0 。一般为3 0 - - , 8 0 ，少数是2 0 以下： a 1 。0 。一般为1 1 1 ，少数达n 1 5 ； m g o 一般为i - - 一1 0 ，少数为1 0 以上； c a o 一般为1 3 - - 2 2 ，仅鞍山式沉积变质铁尾矿中c a o 品位偏低，在4 5 以下： s ，c u ，c o ，t i 0 。，v 2 0 。等有价元素在尾矿中虽不同程度地存在，但含量均在5 以 下，a u ，a g ，g a 、稀土等元素很少，甚至为微量。从尾矿化学成分分析，尾矿中8 0 - - - 9 0 没有回收利用上述元素的价值。 ( 5 ) 铁尾矿粒度特点 我国铁矿资源嵌布粒度细，一般须经二段磨矿，少数经三段磨矿、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。尾矿粒 度一般在一o 0 7 4 m m 占5 0 - - 7 5 。仅长江中下游一带尾矿粒度较粗，为一o 0 7 4 m m 占3 0 。 1 3 2 2 我国铁尾矿的综合利用现状 我国于8 0 年代开始铁尾矿综合利用的研究。1 9 8 6 年我国首次在中华人民共 和国矿产资源法中将尾矿综合利用以法律形式提出，在原国家科委和国家计委 等联合制定的中国2 l 世纪议程中，将资源的合理利用与环境保护列为四个主 要内容之一。这些政策和措施的落实，有力地推动了尾矿利用与治理工作的步伐。 矿山企业也逐渐认识到尾矿资源的综合利用将成为提高矿山企业经济效益的重要 r 青岛理工大学工学硕士学位论文 途径。我国铁尾矿的综合利用主要有以下几个方面n 7 2 们： ( 1 ) 尾矿再选回收铁 目前，我国铁矿石选矿工艺及设备仍处于6 0 - - - 7 0 年代水平，由于选矿技术较 落后，设备管理不善等原因，致使许多宝贵的资源流失尾矿中。据统计，铁尾矿 中含铁量8 - - 1 5 。如果按照排放1 5 亿吨年铁尾矿计算，每年损失于尾矿中的铁 金属为8 0 0 , - 一1 5 0 0 万吨，因此，从尾矿中回收铁的潜力很大。近几年来，国内部分 矿山开展了这方面的工作，如歪头山铁矿研制了h s 一1 6 0 0 8 盘式磁选机，从尾矿 中回收铁取得较好得效果，在石人沟等矿山使用效果明显；齐大山铁矿用螺旋溜 槽从尾矿中回收赤铁矿；梅山铁矿用磁选法从重介质选后小于0 5 m m 细粒级铁尾矿 中回收铁。以上矿山从尾矿中回收铁均取得了较好的经济效益，既节约了资源， 减少了尾矿量，又为企业增收取得效益。 ( 2 ) 回收伴生的有用矿物 我国铁矿中1 3 以上是多组分矿，伴生有用组分3 0 多种，主要有钒、钛、金、 银、稀土、铌、铜、钻、铅、锌、硫、磷等，而这些伴生矿物的回收利用远远低 于主要矿物铁的回收。根据对全国2 4 6 个含有伴生或共生矿产的大中型企业的调查 统计，其中3 2 1 的矿山没有回收伴生或共生的有用组分，这就造成资源的极大浪 费；但是也有不少矿山在综合回收方面取得了显著的成绩。如大冶铁矿较早地从 尾矿中回收硫和钴；攀枝花铁矿采用重一磁一电选流程从尾矿中回收钛、硫和钻； 白云鄂博铁矿在8 0 年代初建成稀土选矿车间，从铁尾矿中回收稀土和铌；大量的 试验表明，从尾矿中回收有价矿物，一般投入小、产出高，是解决矿产资源短缺 的有效途径之一。 ( 3 ) 利用铁尾矿作采空区的充填材料 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 1 0 。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。 ( 4 ) 铁尾矿用做建筑材料 直接用作建材产品 铁尾矿用做铺路材料、黄沙替代品、水泥骨料等，铺路材料、黄沙替代品、 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 水泥骨料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。高硅型铁尾矿，尾矿中含硅高，可在选矿过程中采取合理工艺， 直接将选矿过程中抛出的废石、磁选过程中产生的尾矿直接利用。 用于水泥生产 尾矿用于生产水泥有两种方法：一是利用尾矿中含铁量高的特点，以尾矿代 替通常水泥配比中使用的铁粉，在这种情况下，尾矿在水泥原料配比中的用量小 于5 尾矿的耗量不大；二是用尾矿代替水泥原料的主要成分，但一般尾矿成分不 能完全符合水泥配比的要求往往需要另外补充某些成分，该利用途径中尾矿消耗 量大。 尾矿用作墙体材料 长期以来，我国墙体材料一直以粘土烧结砖为主，除应用粉煤灰、煤矸石等 工业废渣研制生产外，在利用铁矿尾矿研制生产墙体材料方面也做了大量工作， 其研究较多的是蒸养砖、烧结砖、免烧免蒸砖、加气混凝土等。这些产品大多可 以消耗大量尾矿，并具有较好的经济效益。武汉理工大学陈吉春等人以武钢程潮 铁矿的低硅铁尾矿为主要硅质原料，经过合理的配方研究，已经成功地试制出低 硅铁尾矿加气混凝土。鞍钢矿渣厂利用大孤山选矿厂尾矿配入水泥、石灰等原料， 制成加气棍凝土，其产品重量轻、保温性能好，并己应用于工业及民用建筑。 尾矿用作装饰建筑制品 铁尾矿用作装饰材料扩大了应用范围并能生产出高附加值的产品，对其进一 步开发利用有很强的促进作用。国内已取得大量可行的成果。东北大学的李彬利 用鞍山大孤山的铁尾矿及工业废渣的混合物为原料制成黑色玻璃；北京科技大学 利用石人沟选矿厂细粒尾矿，研制成轻骨料仿花岗岩系列产品；中国地质科学院 尾矿利用中心利用马鞍山矿山研究院回收铁以后的梅山铁矿选矿厂的细粒铁尾 矿，在实验室研制成了黑色、蓝色等4 种深色微晶玻璃花岗岩等高级装饰材料；本 钢的沙德昌等使用本钢歪头山和南芬的高硅尾矿也研制出尾矿质彩色道板砖；武 汉理工大学陈吉春等人对武钢程潮低硅铁尾矿进行研究，利用程潮铁矿低硅铁尾 矿为主要原料，并筛选出廉价的添加剂和预激发的外掺料，采用合理的工艺流程， 在尾矿的利用率达到6 5 的条件下，研制出高性能的彩色路面砖制品。 ( 5 ) 用铁尾矿作为土壤改良剂和微量元素肥料 铁尾矿中往往含有z n 、m n 、c u 、m o 、v 、b 等微量元素，这正是维持植物生长和 1 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 发育的必须元素。因此用铁尾矿可以生产出含钼、锰、稀土、锌等微量元素肥料。 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也表明，土壤中施入磁 化尾矿后，农作物增产效果十分显著。 1 4 论文选题的内容和意义 1 4 1 论文选题的意义 一方面随着社会的不断发展和科技的不断进步，矿物的选别技术也在不断地 进步，另一方面随着人类对矿物的不断开采和利用，矿物的储量在不断减少，而 且矿物的质量也在下降，矿石近年来趋向于贫、细、杂。而尾矿则由于受到当时 选矿技术的限制，含有一定量的目的矿物或伴生矿物，如果能回收其中的有用矿 物，不仅可以缓解资源的压力，还可以在一定程度上减轻环境的污染，具有巨大 的经济效益和社会效益。但具有再选价值的尾矿多是存放时间很长的老尾矿，在 存放的过程中，矿石的性质都发生了非常大的变化，回收的难度相当大。 本论文所用的试样来自山东莱钢集团莱芜矿业有限责任公司的业庄选矿厂尾 矿库。随着生产的年限逐渐增加，该尾矿库已近爆满，不能继续使用。同时，由 于土地资源紧张，无法再建新的尾矿库。为了能充分、合理地利用现有的资源， 顺应当代资源利用的潮流，响应国家可持续发展战略的要求，故委托青岛理工大 学探索从含铁尾矿中再选铁的工艺、方法，尽可能回收尾矿中的铁元素，生产出 合格的铁精矿，达到市场的要求，开拓资源综合利用的新路子。 1 4 2 论文研究的主要内容 ( 1 ) 对铁矿石选别工艺进行研究，查明铁物质的存在形式，尾矿的元素组成、 粒度大小等 ( 2 ) 进行矿石可磨性试验 ( 3 ) 磁选管磁性分析试验，包括分选细度试验和分选场强试验 ( 4 ) 弱磁场磁选试验，包括磨矿细度试验、磁场强度试验、分选时间试验和 分选浓度试验 青岛理工大学工学硕士学位论文 ( 5 ) 弱磁尾矿的强磁场磁选试验，包括筛析试验、场强试验、磁介质试验和 脉动次数试验 ( 6 ) 进行强磁精矿再选及综合流程试验 ( 7 ) 磁选机理分析 ( 8 ) 摇床分选的机理分析 1 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章试验样品、试剂、仪器设备及研究方法 2 1 试验样品 2 1 1 试样的来源 试验用尾矿样由莱芜铁矿业庄选矿厂从生产流程中截取，并运送至青岛理工 大学。2 0 0 1 年业庄选矿厂的矿石来源绝大部分为业庄矿区自产矿石，仅有很少部 分外购矿石，2 0 0 2 年则全部为业庄矿区自产矿石。业庄铁矿于1 9 6 6 年开始基建， 1 9 6 8 年基本建成。自1 9 8 6 年至1 9 9 2 年上半年，采用进路法出矿，年产矿石3 - 6 万吨；1 9 9 2 年开始采用充填法试采，充填能力为4 0 m 3 h ，年产矿石1 0 万吨，目前 生产能力达到1 5 万吨年。 业庄矿石属高温热液交代矽卡岩型铁矿石，总储量为4 0 0 万吨，有用矿物主 要以磁铁矿为主，其次为半假象赤铁矿，其它铁矿物还有假象赤铁矿、赤铁矿、 褐铁矿等。业庄选矿厂选矿生产采用磁选+ 重选工艺，其工艺流程为：破碎一磨 矿一磁选一重选一过滤，具体如图2 - 1 所示。选矿厂最终产品为铁精粉，按市场 价格销往莱芜钢铁股份有限公司，作为其炼钢原料。 2 1 2 试样的制备 从矿厂取回的样品是直接从排矿口取出的湿尾样，为了不使矿样过度氧化， 该尾样的处理是在实验室阴凉处晾干的。其密度测定结果为3 1 0 k g m 2 。从外观上 看，该试样为赤褐色，按图2 2 加工成试验研究试样。 2 1 3 试样的粒度分析 对铁尾矿磨矿时，矿样的粒度应在2 m m 以下，由于莱芜铁矿所要研究的矿石 是尾矿，其粒度较细，直接取矿样进行筛分试验。取5 0 0 9 该尾样，用4 0 ，- - - 2 0 0 目 的筛子进行筛分。根据要求乜1 | ，通过筛析所得到的各个粒级的质量之和与物料原 来质量的差值不能超过物料原来质量的1 ，否则筛析结果应视为无效。本试验所 得到的各粒级的质量之和为4 9 9 5 9 ，所以可把各个粒级的质量之和作为1 0 0 来计 算。各目含量及各目铁所占的百分含量结果如表2 - 3 所示。 青岛理工大学工学硕士学位论文 原矿 铁精矿溢流硫精矿尾矿溢流 图2 - 1 业庄选矿厂选矿工艺流程图 f i 9 2 1t e c h n o i o g yf i o wc h a r to fy e z h u a n gir o np ia n t 1 4 工破碎 回粗碎 原样 多 兀 素 化 学 分 析 粒 度 分 析 铁 物 相 分 析 图2 - 2 矿样制备流程图 f i 9 2 2p r e p a r a t i o f ff i o wc h a r tf o rs a m p i e 表2 - 3 筛分试验及各粒级的铁含量 t a b i e 2 3r e s u l to fs c r e e nh n a i y s is 密 度 测 定 累计产率铁分配率 粒级( 目)重量( g )产率( )铁品位( ) ( )( ) + 4 01 1 32 2 62 2 66 6 50 7 2 4 0 + 8 03 6 86 9 39 1 97 8 32 7 6 8 0 + 12 06 8 91 3 5 92 2 7 8 1 2 0 47 9 5 1 2 0 + 1 5 03 4 26 5 5 2 9 3 31 6 2 35 3 2 1 5 0 + 1 8 0 1 3 32 9 6 3 2 2 91 9 8 52 5 3 1 8 0 + 2 0 0 3 0 3 6 1 13 8 4 01 9 4 25 6 4 - 2 0 03 0 4 76 1 6 01 0 0 0 02 5 7 17 5 0 8 ( 尾矿) 4 9 9 51 0 0 0 01 0 0 0 0 2 0 8 91 0 0 0 0 1 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 1 4 试样的多元素化学分析 为了查清试样的物质成分，首先必须弄清试样的化学成分，为此专门委托地 质矿产部山东省中心实验室对该尾矿进行了多元素化学分析，分析结果见表2 4 。 从表2 4 可以看出，尾矿中脉石矿物主要是s i o ：2 5 9 1 、c a 0 1 4 6 0 ，其次为 m g o 及a l 。0 3 ，含量分别为5 8 6 及3 7 5 。该矿样的铁品位达2 0 8 9 ，远远高于低 品位铁矿石的铁含量，在当前铁矿石价格上涨、低品位铁矿石的利用价值得到重 视的情况下，此类尾矿的利用价值同样不容忽视，亦可成为一种宝贵的二次资源。 表2 - 4 试样多元素分析结果 t a b i e 2 。4r e s u i to fe i e m e n th n a i y s i s 化学成分s i 0 2a 1 2 0 3t f ec a o m g o f e os f e 含量2 5 9 13 7 52 0 8 91 4 6 05 8 63 9 41 8 4 0 化学成分 t ispm nc up b