铁尾矿综合利用研究现状

潘宝峰，时彦宁

（大连理工大学，辽宁大连116023）

铁尾矿综合利用研究现状

潘宝峰*，时彦宁

（大连理工大学，辽宁大连116023）

铁尾矿是铁矿石经过选矿工艺选取铁精矿后排放的废渣，随着铁尾矿排放量增高，铁尾矿砂回收利用已经成为全社会关注的问题。主要介绍了现阶段国内外对铁尾矿回收途径的研究方向，并对研究成果做了简要的陈述，提出了国内铁尾矿利用存在的问题，并结合我国现状对铁尾矿利用方向提出了展望。

铁尾矿；建筑材料；尾矿库复垦

铁尾矿是铁矿石经过选矿工艺选取铁精矿后排放的废渣。当前，我国铁尾矿的排放量增长迅速，据有效数字统计，自1949年以来，我国铁尾矿砂排放量超过60×108t，尤其在2003年以后铁尾矿排放量大幅上升，2009排放量达到5.5×108t，2010年排放量超过6×108t[1]。因此，铁尾矿的综合回收利用问题已受到全社会的广泛关注。

1 国内利用现状

我国铁尾矿综合利用起步较晚，但进展很快。特别是“十一五”期间，在高校、研究院以及铁尾矿企业的努力下，铁尾矿回收利用技术已经得到很大提升，现阶段我国铁尾矿再利用主要有3个方面：铁尾矿再选及回收有价元素；铁尾矿生产建筑材料；铁尾矿充填采空区和尾矿库复垦。

1.1 回收有价元素

铁尾矿回收利用的最大着眼点是提取铁尾矿中的有价元素，从铁尾矿中回收原本不能分选或没有分选的有价组分。我国在这方面做了很多研究工作。

东北大学刘文刚[2]等人（2011）采用正—反浮选联合流程对齐大山选矿厂的浮选尾矿（铁品位为19.75%）进行了铁回收试验研究，正浮选试验结果表明：在2，4—二羟基苯甲酸为石英抑制剂、油酸钠为捕收剂和不加pH值调整剂的条件下，当抑制剂用量为800g/t、油酸钠用量为550g/t时，可以获得铁品位31.86%、铁回收率78.85%的浮选粗精矿。反浮选试验结果表明：当磨矿细度小于0.045mm占95.50%时，经过1次粗选、2次精选、1次扫选，可获得铁品位66.17%、铁回收率27.64%的反浮选精矿。

北京科技大学刘占华[3]等人（2012）采用弱磁选—直接还原焙烧—磁选工艺对内蒙古某高硫铁尾矿进行处理，得到了铁品位为92.86%、相对弱磁精矿回收率为82.37%、硫含量为0.40%的还原铁，获得了较好的提铁降硫效果。

孙达[4]尝试从铁尾矿中回收铜元素，将铁尾矿砂经过1次粗选、2次扫选以及4次精选的闭路浮选流程，从铜品位0.3%铁尾矿中获取到铜品位23.7%的铜精矿，并且回收率可达到68.9%。

马钢铁尾矿储量大，且其中含有大量的的石榴石。为充分利用这一资源，马鞍山矿山研究院[5]成功研究了强磁一粗二精分级摇床选别流程，选出了石榴石含量97.4%的石榴石精矿，其回收率可达到41%。

综上，铁尾矿回收有价元素的经济效益显著，最近几年回收工艺技术和回收设备也都取得很大进步，但该途径受铁尾矿本身特性的影响较大，对很多尾矿并不适用，并且回收有价元素后的铁尾矿仍然会产生固体废物污染，因此需要联合其他回收利用技术来解决铁尾矿问题。

1.2 铁尾矿生产建筑材料

铁尾矿主要化学成分有铝、钙、硅、镁的氧化物。其中，铝、硅含量较高，且80%以上都是非金属矿物，与建筑材料十分相近，这为铁矿在建材业的应用提供了前提条件。目前，我国铁尾矿在建筑材料应用中已经取得明显成效，主要表现在制作墙体材料、道路材料、制砖材料、装饰材料以及陶瓷材料。

（1）铁尾矿制作墙体材料。清华大学田景松[6]等人（2010）将铁尾矿砂与机制砂搭配组成混合砂，按照颗粒级配理论合理调整铁尾矿砂与机制砂的混合比例，配制出工作性能、力学性能和耐久性能都能够满足现代施工技术要求的不同强度等级的混凝土。

海南大学张浩[7]等人（2012）用正交试验法确定了利用铁尾矿来制备加气混凝土砌块的最优配合比，试验结果表明铁尾矿、石英砂、水泥、氧化钙、石膏、铝粉、稳泡剂分别为原材料干重的59.20%、8.26%、15.96%、14.03%、1.00%、0.06%、0.07%，且水料比为0.58时，其抗压强度达到了4.85MPa，并研究了热带海洋性气候环境对加气混凝土砌块与混凝土之间界面结合强度的影响。

（2）铁尾矿用作道路材料。杨青[8]（2008）通过对无机结合料稳定铁尾矿砂的路用性能进行试验研究，研究结果表明：11%水泥稳定铁尾矿砂、31%石灰稳定铁尾矿砂、2%水泥和12%石灰稳定铁尾矿砂均能满足低等级道路基层强度要求。

河北工业大学孙吉书[9]等人（2012）对石灰粉煤灰稳定铁尾矿碎石的强度、抗压回弹模量、抗冻性能、水稳定性等路用性能的研究，分析了其强度的影响因素，并阐述了石灰粉煤灰稳定铁尾矿碎石的强度形成机理。试验结果表明，石灰粉煤灰稳定铁尾矿碎石（石灰∶粉煤灰∶铁尾矿碎石为10∶20∶70）的各项技术性能满足现行规范的要求，可以作为各级公路的基层材料。

张铁志[10]试验研究利用加筋铁尾矿用于道路基层施工，试验表明:水泥剂量3%,聚丙烯纤维0.3%的混合料均可满足各等级公路技术要求，并证明加筋铁尾矿可以比单纯水泥稳定铁尾矿节省2%水泥剂量,且混合料性能得到极大提高。但该技术存在经济与技术平衡问题，纤维含量维持在0.3%,才能保证混合料强度最佳;水泥剂量维持在3%时，才能在符合技术要求的基础上达到最经济水泥用量。

（3）铁尾矿用于制砖。建筑用砖仍是我国建筑业用量最大的建材产品之一，马鞍山研究院[11]以齐大山、歪头山的铁尾矿为主要原料，配入少量骨料、钙质胶凝材料及外加剂，加水均匀搅拌，在60t的压力机上挤压成型，脱模并养护28d，成功地制成免烧砖。

大连理工大学徐博书[12]等人（2010）以辽宁地区的铁尾矿砂（SiO2含量为74.98%，Fe2O3含量为7.63%）为原料，并掺加一定比例的碎石、水泥，通过采用静压成型、脱模养护的方法，制备得到了用于道路工程的MU20级铁尾矿免烧砖，并对其强度形成进行了机理分析。

张锦瑞、贾清梅[13-14]以唐山地区的铁尾矿为主要原料，掺加一定比例的粗骨料、水泥，采用特定方法制办成型后，再经蒸压养护和蒸汽养护，研究出铁尾矿含量50%以上的蒸压砖，采用该方法所制得的铁尾矿砖各项指标均能满足要求。

尹洪峰[15]对邯郸地区铁尾矿进行了制砖试验研究，结果表明：采用挤出成型法可以制备出MU 7.5的建筑用砖；采用压制成型法可以制备出MU10以上的建筑用砖，尾矿砖体积密度与普通砖相近，试样泛霜试验合格、抗冷冻性好。

目前尚未见到用铁尾矿研制多孔砖和清水砖的报道，随着研究的深入和扩大，用铁尾矿制作多孔砖和清水砖等新型建材会成为新的研究方向。

（4）铁尾矿用于生产装饰材料。吉林大学李亚超[16]等人（2011）以鞍山式铁尾矿粉和玻璃粉为原料，采用无压烧结法来制备铁尾矿建筑饰面材料。研究结果表明其物理力学性能都达到了天然石材的标准，可以作为建筑饰面材料。

（5）铁尾矿用于陶瓷材料。将铁尾矿应用于陶瓷材料，在有效利用废弃尾矿、保护环境的同时，也可以极大改善陶瓷性能。目前这方面的研究已展开，但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，尚未有大规模陶瓷生产线。

1.3 铁尾矿充填采空区和尾矿库复垦

近年来，充填采矿技术快速发展，将尾矿填充采空区不仅可以解决尾矿的排放问题，还可以降低充填成本，具有很好的经济效益。

河北宽城冶金建材工业公司周杰[17]等人（2011）利用承德地区某铁矿厂尾矿干排充填采空区，不仅解决了建设铁尾矿库所带来的安全隐患，也消除了采空区的安全隐患。

沈阳农业大学李晓雷[18]等人（2012）通过对红透山尾矿库复垦适宜性评价得出了影响尾矿库复垦适宜方向的关键是有效土层的厚度、污染物的处理和基底稳定性；同时尾矿库复垦应以三级牧草地和林地为主，复垦植被应选择抗逆性较强的植物。

实践表明，以铁尾矿砂代替砂石充填采空区可以起到经济环保的效果，这将成为矿山研发推广的新工艺。

1.4 其他利用方式

除上面介绍的3种利用方式外，铁尾矿还可以用来生产耐火材料、建筑用砂、肥料和土壤改良剂等[19-21]。

2 国外铁尾矿综合利用现状

国外对铁尾矿综合利用的研究工作起步较早，特别是1970年以后，制定了一系列法规，大大改善了矿山和尾矿场的环境。他们在铁尾矿再选及回收有价金属、制作建筑材料、尾矿库复垦等方面也早已取得很多实用性成果。

伊斯坦布尔技术大学Sirkeci A.A.[22]等人（2006）采用浮选法，在最佳浮选条件下从迪夫里伊选矿厂的老尾矿中回收钴、镍和铜，回收率分别达到了83.1%、57.7%和59.0%。

印度作为世界上第六大铁尾矿生产国，每年产生近1800×104t的尾矿，如何安全处理和利用这些尾矿对于铁矿行业而言是一个巨大的挑战。2000年4月印度国家冶金实验室Das S.K.[23]等人利用铁尾矿生产陶瓷地板和墙砖，其强度和硬度基本上符合欧洲的标准。

印度矿业环境中心Maiti S.K.[24]等人（2005）发现在铁尾矿库上种植植物有利于稳定和减少水土流失，进一步研究发现尾矿中铁含量不但不会影响植物的自然生长，相反高含铁量还会促进植物生长。

美国Norland M.R.[25]等人（1994）在明尼苏达州选取了2处铁尾矿库进行生态恢复试验，经过4年的研究调查，发现植被恢复率达到了72%。

3 国内铁尾矿利用存在的问题及前景展望

尽管铁尾矿的综合利用在“十一五”期间取得了较为明显的成效，但仍存在一些问题：

（1）技术支撑能力不足，利用率不高。目前铁尾矿的综合利用存在许多技术瓶颈，尤其缺乏大规模、高附加值利用的重大技术和装备。大多数铁矿山企业研发能力较弱，技术装备落后，缺少研发投入的积极性。而现有技术装备水平不能为铁尾矿综合利用产业提供有效支撑，制约了综合利用的发展。

（2）企业规模小。目前从事铁尾矿综合利用的企业以中小型为主，年平均产值不到2000万元，缺乏具有较强市场竞争力的跨区域、跨省份的大型专业化企业集团。

（3）铁尾矿资源循环利用的法律、法规建设相对落后，铁尾矿利用的基础管理薄弱，缺乏资源和环保意识；另一方面由于投资回报率小，铁尾矿山企业对尾矿资源循环利用的积极性不高。

总之，我国在铁尾矿综合利用方面虽然取得了很大进展，但与当前需要之间还是存在很大差距，铁尾矿综合利用任务艰巨，应当引起全社会的高度关注。铁尾矿的资源化利用研究前景广阔，尤其是在道路各个层面中的应用都还有很大的研究空间，铁尾矿砂在道路中的综合应用必然会成为一个新的课题。

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TD926.4

A

1004-5716（2015）05-0153-04

2014-06-09

2014-06-10

潘宝峰（1967-），男（汉族），内蒙古赤峰人，教授，现从事道路工程教学研究工作。