铁尾矿排放及综合利用浅析

1、铁尾矿排放及综合利用浅析刘玮 S201401181）北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083摘要随着铁矿资源的不断开采利用，作为原铁矿选矿过程中的必然产物铁尾矿，因其排放量大、利用率低的特点，已成为世界范围内的主要固体废弃物之一，如何提高铁尾矿的利用率一直是各国学者研 究的重点方向。对国内外铁尾矿的物化特点、排放量、引起的危害、处理途径和综合利用情况做出了综述 性研究，综合国内外对铁尾矿的利用情况，将铁尾矿运用到建筑材料中将会对铁尾矿利用率和建筑成本等 起到重大作用。关键词 铁尾矿；固体废弃物；综合利用；建筑材料铁尾矿作为将原铁矿石破碎、筛分、研磨、分级、再经重选、浮选或氰化等选别工艺

2、流 程，选出有用铁等金属后的剩余部分。铁尾矿虽然是经过多重筛选而剩下的废弃物，但其中 仍含有大量有用的成分，过去由于选矿等科技水平的限制，不能充分回收利用和再利用，但 是随着科学技术的不断发展和自然资源的紧缺，尾矿本身将会成为重要的二次矿物资源。我 国铁尾矿的排放量大而综合利用率低，堆存占用土地，甚至会污染周边环境。根据中国环境统计年鉴009统计，全国黑色金属矿采选业2008年产生工业固体废弃物量为22424万t，其综合利用率仅为25.1%，而尾矿的综合利用率只有7%。尾矿 的堆存占用大量土地，截至2007年全国矿业开发占用和损坏土地面积165.8万平方米，其 中尾矿堆放90.9万平方米，露天

3、采坑52.2万平方米，采矿塌陷20.3万平方米。铁尾矿的 大量堆存填埋不仅需要占用大量土地，消耗人力物力财力进行管理，并且部分铁尾矿中含有 重金属等有害物质以及细尾矿颗粒引起的扬尘等对地下水资源、周边环境会起到严重的影响。 面对国内铁尾矿的排放及影响的严峻情况，可以借鉴国内外对铁尾矿较好的处理方式，以达 到提高铁尾矿综合利用率和减小环境影响的目的。国内外对铁尾矿的处理主要通过铁尾矿再 选、用于建筑材料的原材料和公路基层填料、水泥生料、制作肥料、矿山堆充、尾矿库的堆 存以及对尾矿库复垦和建立生态区等方法。1铁尾矿的化学矿物组成铁尾矿是一种复合矿物原料，是铁矿石经过筛选过精铁矿后剩下的废渣，除了含

4、少量金 属外，其主要矿物组成是脉石矿物。通过调查，我国主要铁矿山所排放的铁尾矿和国外铁尾 矿的化学组成如表1所示。编号SiO2A1A屈仇CaOso3KQ唐山透化58.761 LW10.415.146.J10.100J .622.71攀枝花12.2&12J51 1.417.72036 D鞍山82.260.8014370.570.05梅山25.96 一如203612.462.76k%2印度83.360.4415.98瑞鼻63.111114。8451126.651.8K1.46表1我国主要铁矿山尾矿和国外铁尾矿化学成分（%）从表1中可以看出，国内主要铁矿山的尾矿和国外铁尾矿化学组成相似，主要是：Si

5、O2、 A12O3、Fe2O3、CaO和MgO，化学成分的含量随着地区不同有较大差异。其矿物成分主要 是石英、赤铁矿、方解石、白云石、长石等，与天然砂的矿物成分相似。2铁尾矿的危害铁尾矿由于排放量大而利用率低的现状，带来了大量的尾矿坝等堆场，而尾矿的堆 存会带来经营管理费用、坝体堆积过高和尾矿中有害元素的迁移等不利影响，对企业经济效 益、周边环境和人民安全带来不同程度的影响。大量尾矿库的经营每年带来大量的管理费用。 据统计，我国冶金矿山每吨尾矿需尾矿库基建投资13元，生产经营管理费用35元。而 我国现有尾矿库12718座，已经闭库的尾矿库1024座，截止2007年，全国尾矿总堆积量 80.46

6、亿t，其中就有45亿t为铁尾矿，仅2007年全国尾矿排放量近10亿t。照此计算，2007 年，铁尾矿全年的营运费用就达15亿元以上。尾矿库坝体高度随着尾矿的大量排放而不断 增加，由此带来的不安全隐患也日益增大。例如：2007年辽宁海城尾矿库溃堤事件、2008年震惊全国的山西襄汾尾矿库溃坝事件 等，给人民的生命和财产带来重大的损失。尾矿在受到腐蚀时，以及尾矿中的可迁移元素发 生迁移时，将会对大气和水土造成严重污染，并导致土壤退化，植被破坏甚至威胁到人畜的 生命安全；而对于一些未复垦的尾矿库，表面的细砂可被风吹到库区周边，严重恶化周边地 区生活环境。尾矿中残留的选矿药剂和含有的重金属离子，甚至砷、

7、汞等污染物质，会随尾 矿水流入附近河流或渗入地下，严重污染河流及地下水源。我国因尾矿造成的直接污染面积 已达百万亩，间接污染土地面积1000余万亩。印度排出的尾矿中大多有15g/kg的有毒物 质和重金属离子。在铁尾矿和选矿用的水中已发现不同浓度Cu，Fe，Mn，Zn，Cr，Mo， Ni和Co等金属，而且在周边地区的土壤中发现了以上重金属元素。英国的部分地区堆积 了大量的18、19和20世纪采矿留下的金属尾矿，这些尾矿从未进行复垦并且都靠近河道。 这遗留下的尾矿严重污染了土壤、河道和地下水，在一些地区，采矿所排出的水是主要的河 流污染源。3国内外铁尾矿情况3.1我国铁尾矿排放量及现状我国铁矿资源

8、丰富，铁矿石年产量已从2003年的2.6亿t增加到2009年的8.8亿t， 年均增长超过20%，目前中国已查明铁矿资源624亿t，未探明资源超过2000亿t。我国铁 矿资源的突出特点是贫矿多富矿少，并且矿产资源中80%为共伴生矿，矿业也较国外发达 国家起步晚，各地区技术发展不平衡，不同时期的选矿技术差距较大，使得大量有价值资源 存留在尾矿中。我国铁尾矿的全铁品位平均为8%12%,有的甚至高达27%。以当前铁尾矿 总堆存量62亿t计算，尾矿中相当于存有铁6亿t左右。而且，尾矿中的非金属矿物不但 存量巨大，而且有些已经具备高附加值应用的潜在特性。据了解，历年来我国原矿处理量基 本上等同于历年铁矿原

9、矿产量。通过推算原理可以确定铁尾矿的产量。我国原铁矿石产量，从1999年1.11亿t增长到2008年的3.66亿t，由世界产量第三 上升至第一。按国际平均铁矿品位换算的中国铁矿石年产量只有我国实际原铁矿产量的47% 左右。由此可以看出，原铁矿石的巨大产量和较低品位以及快速增长趋势使得我国每年所排 放的铁尾矿量将比世界其他国家更多。3.2国外铁尾矿情况随着全球城市化和工业化的快速发展，大量有毒污染物被释放到周围环境中，这些 污染物大部分来自世界各地采矿产生的工业废弃物和尾矿。而只要有采矿，就必然会带来尾 矿，所以世界上大部分国家都存在尾矿处理这个问题。印度是世界第六大铁矿石储备国，也 是重要的铁

10、矿石生产和出口国，印度有大约10%15%的铁矿石开采后被当做尾矿而未被利 用。这些矿石大多是超细粉末，粒径小于150以m，大约1 0001 200万t这样的矿石被当 做尾矿处理，而且在未来十年中，印度铁矿石年总产量有望超过4亿t，尾矿的总量在持续 增长。在17世纪初到1923年，日本西南部Chugoku山脉的铁矿开采十分活跃，由于露天 岩石中含铁量很低，所以在采矿中产生了大量松散的废石料。西部的日本冈山平原位于高桥 河流的最下游，高桥河的最上游有大量废弃的采矿场。挖出的泥土量至少1.9X1082.7X108 m3。这些废弃物中的大部分被丢进了高桥河的支流中，被水流带到下游。根据历史记载， 日本

11、冈山平原在17世纪初到19世纪期间由于潮汐作用向南扩展。同时，河流两岸的堤坝 也形成，因为河道立刻固定，大量夹杂在水中的尾矿从上游流下，使河床越来越高，致使当 时洪水经常发生。4国内外对铁尾矿的综合利用矿产资源是一种不可再生资源，随着工业的发展，世界各国对矿产的需求也是不断增加， 而随着而来的问题是，高品位的原矿石越来越少，所留下的是低品位的原矿石，而低品位的 原矿石在选矿中会留下更多的尾矿，这些尾矿的处理，不仅需要大量人力物力财力，更需要 一个合理的处理方法。如何最大程度的利用这些尾矿已经成为衡量科学技术水平和经济发大 水平的标志之一。为达到无废料矿山的目的，世界各国对尾矿综合利用做出了广泛

12、研究，取 得了很大成果。图1为铁尾矿综合利用系统示意图。（铁尾矿）f提纯非金属矿物:长石，（回收有价元素压,Cu,（整体利用）石英，硅灰石等JTi,ZnAu,AgTSntS J填充法采（矿弟填料尾矿干排,干堆填充闭坑）（地下尾（尾矿坝露天菜场J （弁库）I 、（复垦）: I（无废矿山）图1铁尾矿综合利用系统示意图4.1尾矿再选金属矿石是不可再生的自然资源，而且部分的矿产资源是共伴生矿，不同时期选矿技术 差异，大量有价值资源遗留在尾矿中，随着社会发展，科技进步，金属矿石的不断开采，高 品位的金属矿石越来越少，而低品位的矿石将会带来更多的尾矿。开展尾矿再选，不仅将尾 矿中有价成分进行回收，更是提高

13、自然资源利用率的有效措施。马钢南山铁矿厂采用马鞍山矿山研究院设计的磁选机对尾矿进行再选，每年可从尾矿中 回收4万t品位为60%63%的合格铁精矿和5万t含硫30%的硫精矿；首钢水厂选矿厂采 用北京冶矿研究总院研制的尾矿再选磁选机，使金属总回收率从75%提高到81%，每年从 尾矿中回收品位为67%的铁精矿20余万t，年创经济受益4000多万元；大冶铁矿是一个含 铁、铜、硫、钻等多种金属矿床，尾矿中含有大量铁、铜、硫、钻、镍、金、银等有价元素。 该矿厂采用对尾矿进行泥砂分选工艺试验，即对尾矿泥采用磨矿铜硫浮选-弱磁选流程分别 回收铁、铜、硫、钻、金、银等有价元素。根据试验和现行价格估算，如每年处理

14、尾矿120 万t，可创产值1800万元。美国明尼苏达州的墨萨比矿区安尼克斯山选矿厂采用浮选流程， 每年处理含铁品位为25%的尾矿100万t，生产品位为60%的铁精矿20万t。日本八茎选矿 厂从1973年开始使用从铜铁矿和钨矿的尾矿中利用浮选和化学处理方法再回收白钨方法， 每月能回收7 t人造白钨。日本大江选矿厂从锌、硫铁矿等浮选尾矿中，再选黑色金属锰，使锰的回收率达84% 以上。加拿大铁矿公司在拉布拉多建立了从原重选厂螺旋选矿机中排出的尾矿回收细粒磁铁 矿的新选矿厂，采用了磁选流程，每年可回收铁精矿70余万t，使金属回收率达到85%90% 外。在前苏联，已开始从钦磁铁矿选矿厂的尾矿中再选铁精矿

15、。在芬兰的奥泰玛基选矿厂中， 也已实现了类似的选矿流程。此外，美国矿山局曾研究了对磷铁回收钒后的废料进行利用的 新方法，利用这种废料可以制成含五氧化二磷12%的过磷酸肥料。4.2铁尾矿生产建筑材料铁尾矿因铁矿产地和选矿工艺的不同，其尾矿成分及含量也有差异。但是铁尾矿化学成 分主要有硅、铝、钙、镁的氧化物和少量钾、钠、铁、硫的氧化物，主要矿物是石英和长石 类矿物，大体上与天然砂矿物成分相同，这就为尾矿在建材业的广泛应用提供了前提条件。 国内外对尾矿在建筑材料中的利用做出了深入研究，取得了很大成果。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

16、 凝材料；美国除从废石中回收萤石、长石和石英等用于其他工业外，绝大部分用做混凝土骨 料、地基及沥青路面材料，并且已利用浮选尾矿经过干压制造出抗压强度达35MPa的砖， 在砖坯中掺加氧化铁、氧化锰、氧化钙等添加料进行焙烧，可获得不同颜色的砖；日本利用 浮选尾矿作为主要原材料制造下水道陶土管，日本公害资源研究所制出了用尾矿作轻质多空 材料的专利。印度的S.K.Das等人利用铁尾矿制备出达到欧洲标准的瓷砖。我国在这方面 也取得了大量成果，成功将铁尾矿运用到各种免烧砖、烧结砖、玻璃或微晶玻璃、混凝土细 集料以及公路基层等中。其中公路的底基层和基层填料用量大且对原材料性质没有严格要求， 将铁尾矿作为公路

17、基层材料使用将会起到重大的经济和环境效益。我国学者对这方面的研究 已经做出了大量工作，取得了显著成效，为尾矿在公路工程中的运用起到推广和指导作用。我国尾矿在建筑材料中的应用远不止上述几种，仅1996年全年发明专利中，尾矿废渣 利用涉及建材的专利就有18条，这说明尾矿在建筑材料中的应用越来越广。并且随着我国 基础建设的不断加大，建筑材料对原材料的需求量越来越大，而自然资源的有限和不可再生 性也会制约建筑材料发展方向，将固体废弃物运用到建筑材料中是必然的趋势，而作为尾矿 的成分性质也适用于建筑材料的原材料。所以，如何加大尾矿在建筑材料中的使用范围和使 用量将会对采矿业和建材行业起到重大影响，这也是

18、建筑材料必然是尾矿的主要利用途径之 一的原因。4.3铁尾矿作为水泥生料目前，随着水泥行业的不断发展，自然资源的不断开发，传统原料已不能满足水泥长远 与可持续发展的需求，寻求新的原材料来替代传统材料已刻不容缓。铁尾矿与水泥生料的化 学组成相同，理论上可以将尾矿作为水泥的一种生料进行利用，这将会对水泥和采矿行业都 起到积极的作用。铁尾矿中含有多种微量元素，可改善水泥生料的易烧性；适量铁尾矿在水 泥煅烧中能形成比较优良的熟料。铁尾矿单独粉磨易磨性很差，但作硅质原材料配料时易磨 性中等，理论上，铁尾矿完全可以替代或部分取代传统硅质、铁质材料作为水泥生料使用， 同时铁尾矿粉含水量大，可能出现喂料时下料不

19、畅，配料出现结皮等，应加强防堵等措施。 4.4铁尾矿用作肥料或土壤改良剂有些尾矿中含有适合植物生长、促进土壤营养组分转化吸收和质量优化的微量元素而可 以作为土壤改良剂或微量元素肥料。对于含有少量磁铁矿的尾矿，其具有载磁性能，这类尾 矿可进一步磁化而成磁尾土壤改良剂。磁尾复合肥料是在尾矿中掺入一定比例的N、P、K及 部分微量元素，再经磁化而成。日本某些选矿厂尾矿具有碱性，在种植水稻试验中，这种尾 矿对老朽酸性土壤有中和作用，能改良酸性土质。我国马鞍山矿山研究院也于20世纪80年 代曾研究磁化铁尾矿作为肥料，取得了成效。但尾矿产量巨大，而肥力有限，不能像有机肥 和化肥那样容易自然分解、消失。肥力有

20、限也决定了价值的低下，没有长途运输的价值，这 也限制了尾矿作为肥料方面的大量应用，尾矿作为肥料只能在附近地区少量使用。4.5铁尾矿作为矿山填充材料矿山采空区回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一。它简单，耗资少，降低了充填 成本和整个矿山生产成本，降低矿石贫化率和损失率，提高了回采率，是世界各国普遍采用 的一种利用尾矿的方法。充填采矿法经过多年的发展，已经从最初的干式填充法到不含胶结 剂的水砂填充，以后发展为胶结填充，并使填充体浓度不断提高，逐步发展为高浓度的膏体 填充。尾矿填充技术在20个世纪中后期发展迅速。在20世纪50年代，澳洲一些地下金 属矿山，以水利填充取代了早期使用的干式填充。19

21、69年澳大利亚科学与工程研究开展了 机械落矿填充采矿法的相关问题，10余年后在水利充填领域取得显著成绩。1977年芒特艾 萨矿与新南威尔士大学矿物学院合作研究出低成本胶结填充技术。加拿大于1993年发展了 膏体填充技术，地下硬岩采矿企业几乎都采用这种填充工艺。膏体填充因其使用全尾矿砂、 水泥消耗量小、填充体强度高、无需脱水且不离析等优势在近几十年来得到快速发展和广泛 应用。4.6尾矿库复垦及建立生态区为了防止尾矿随着风和水等扩散到周边环境，各国学者通过研究各种物理、化学及植被 等方法稳固这些固体废弃物，使其对周边环境的影响降低到最低。其中植物的稳固是首选复 垦的方法，因为它更持久，更美观，在已

22、关闭的矿山得到更广泛的运用。在矿山上覆盖植被 能降低矿山表层的风速，捕获空气中的尾矿粉尘，减轻雨水对松散尾矿的冲刷，有效的减少 表层尾矿流失，并且植被能吸收大部分水并使水分蒸发返回大气层，从而减少可溶性重金属 浸入水源。国外许多国家对尾矿库的复垦工作十分重视，如德国、俄罗斯、美国、加拿大， 澳大利亚等国家的矿山土地复垦率都已达80%以上。20世纪90年代，在美国矿山局的支 持下，明尼苏达州东部的梅萨比铁矿山脉就开始进行复垦试验，研究有机添加物对尾矿上植 被恢复的影响，复垦土其植物生长率大大提高，可以种植雀麦草、紫花苜蓿、草本樨及各种 牧草，而且三年之后就能够进行自我调节，不再需要以往的营养调整

23、措施。加拿大铁矿公司 （IOC）的一个铁矿场在过去40年里向Wabush湖内排放了近2 300万t尾矿，在排放点 附近形成了 20 km长的生态环境，对周边环境和支流产生了影响，为解决这些问题，IOC联 合当地政府及社会各界制定了尾矿管理方案，确定了 “尾矿生态化”（TBI）计划。该计划 主要是在尾矿排放区种植不同当地植物，优化环境，减少尾矿污染，并且利用尾矿区中原先 的一些低洼变成沼泽盆地、水圈、丘陵地等交错地形形成人工湿地，为当地野生动物提供了 栖息地。人工湿地种植模式不仅有利于恢复生态系统，而且比传统种植方法费用低，进一步 降低尾矿管理的运作成本。5结语概述了国内外铁尾矿的基本情况，与世

24、界其他国家相比，我国原铁矿产量大、品位低， 每年铁尾矿的排放量更多，利用率极低的现状，其大量堆场对生态环境和生产安全具有潜在 的威胁。铁尾矿的再选、回填矿山采空区、制作肥料、生产建筑材料（尤其是混凝土和公路 工程）、作为水泥生料等利用途径中。尾矿区的复垦和生态区建设可以最大限度的降低尾矿 对生态环境和生产安全的父母影响。生产建筑材料和水泥生料无疑是一种应用面较广、需求 量大、兼容性强、无污染、安全隐患小的利用途径，也是国内外目前研究的重点之一。参考文献：朱欣然.铁矿尾矿资源开发利用经济分析D.北京：中国地质大学，2010.国家统计局环境保护部.中国环境统计年鉴2009M.北京：中国统计出版社，2009.中华人民共和国国土资源部.2007年度中国地质环境公报N.甘肃政报，2008（9）.金属尾矿综合利用专项规划（20102015）N.湖北省人民政府公报，2010（12）.王亚利.利用唐