孫志勇，林 棟，張 芹

（1.陜西天地建設(shè)有限公司,陜西 西安 710199；2.西部礦業(yè)股份有限公司,青海 海西 816203；3.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 武漢 430081）

礦產(chǎn)資源作為人類生存和發(fā)展的根本性保障基礎(chǔ)，具有重要的戰(zhàn)略地位。2018 年，我國(guó)累積的尾礦庫(kù)存量約207×108t，其中超過一半為鐵尾礦[1]。尾礦堆存不僅占用大量土地、造成社會(huì)資源閑置浪費(fèi)，也給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重污染。隨著2020 年國(guó)家八部委印發(fā)《防范化解尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》（應(yīng)急〔2020〕15 號(hào)），要求尾礦庫(kù)“只減不增”準(zhǔn)入管理，鐵尾礦作為一種二次資源，越來(lái)越受到政府和企業(yè)的重視。10 年間我國(guó)尾礦綜合利用率從個(gè)位數(shù)逐步提升，2019 年，我國(guó)尾礦綜合利用率達(dá)到27%[2]，但細(xì)分領(lǐng)域的尾礦利用率仍差距明顯，鐵尾礦利用率仍低于行業(yè)平均值。立足我國(guó)鐵尾礦資源際，大力開展鐵尾礦資源綜合利用技術(shù)研究開發(fā)，現(xiàn)鐵尾礦資源開發(fā)與節(jié)約并舉，提高鐵尾礦資源利用效率，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義[3]。

1 鐵尾礦資源現(xiàn)狀及其特征

1.1 鐵尾礦資源概述

我國(guó)鐵礦石資源豐富，但資源稟賦差，鐵精礦與相應(yīng)的鐵尾礦產(chǎn)出量之比約為1：3。中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)2021 年數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)鐵精礦產(chǎn)量為2.85×108t，“十四五”末我國(guó)鐵精礦將年產(chǎn)3.7×108t。據(jù)此估算，我國(guó)每年產(chǎn)生的鐵尾礦扣除綜合利用后堆存量約為6×108t，并持續(xù)增長(zhǎng)。長(zhǎng)期堆存累積的鐵尾礦數(shù)量更加可觀，初步估算鐵尾礦累積堆存預(yù)計(jì)在80×108t 左右。

1.2 鐵尾礦類型及其特征

表1 鐵尾礦類型及其化學(xué)成分 %

根據(jù)鐵尾礦中金屬元素的含量，一般分為單金屬尾礦和多金屬尾礦。多金屬鐵尾礦礦物組成復(fù)雜，含有元素種類多，以西南攀西地區(qū)、包頭地區(qū)和長(zhǎng)江中下游武鋼地區(qū)為主要類型。單金屬鐵尾礦主要有以下4 種類型[4]。

（1）高硅鞍山鐵尾礦。具有數(shù)量大、硅含量高、伴生元素少的特點(diǎn)，同類型有國(guó)內(nèi)本鋼歪頭山、大孤山、弓長(zhǎng)嶺、齊大山等。

（2）高鋁馬鋼鐵尾礦。具有產(chǎn)出量低、Al2O3含量高、伴生硫磷元素少的特點(diǎn)，長(zhǎng)江中下游寧蕪一帶為主要產(chǎn)地，如姑山鐵礦、黃梅山鐵礦等。

（3）高鈣、鎂邯鄲鐵尾礦。具有伴生S、Co、Cu、Ni、Pb、Zn、Au、Ag 等微量元素的特點(diǎn)，如王家子、玉石洼、玉泉嶺等。

（4）低鈣、鎂、鋁、硅鐵尾礦。特點(diǎn)是以非金屬重晶石、碧玉等礦物為主，并含有Co、Ni、Cu 等元素，如酒鋼鐵尾礦。

2 鐵尾礦綜合利用途徑及案例

2.1 鐵尾礦再選回收有價(jià)元素

鐵尾礦中有益元素的再富集和回收是開展鐵尾礦綜合利用的首要因素之一，其優(yōu)勢(shì)是通過較少的投資、較少的生產(chǎn)成本和集約節(jié)約管理，現(xiàn)有價(jià)成分回收利用。該方法從20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，陸續(xù)在一些選礦廠投產(chǎn)驗(yàn)證，得到較好經(jīng)濟(jì)效益。

鐵尾礦再選回收工藝具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，但需要根據(jù)礦石性質(zhì)及原生產(chǎn)工藝進(jìn)行具體試驗(yàn)研究。如赤鐵礦尾礦應(yīng)考慮浮選和重選工藝，連生體磁鐵礦尾礦應(yīng)考慮再磨分散磁選等。如東鞍山選礦廠生產(chǎn)工藝流程是單一堿性浮選，產(chǎn)出的鐵尾礦含鐵15%左右[5]；通過在尾礦管線上截流，采用脫泥脫藥預(yù)處理和螺旋溜槽重選工藝，可年產(chǎn)鐵品位60%左右的鐵精礦9×104t。大弧山選礦廠鐵尾礦采用圓盤磁選機(jī)粗選，粗精礦再磨磁選加細(xì)篩再選，可獲得鐵精礦鐵品位60%左右[5]。遼寧某低品位鐵尾礦采用中磁選、強(qiáng)磁選、磨礦后再中磁選和強(qiáng)磁選的工藝得到中礦，然后采用正浮選得到鐵品位59.05%的鐵精礦[6]。

針對(duì)含有多種有價(jià)元素的鐵尾礦，使用具有綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值的技術(shù)工藝更加科學(xué)合理。如某含銅0.83%、含鐵24.04%的鐵尾礦，采用浮選銅、再磨精選、尾礦選鐵、反浮選脫硫的工藝得到銅品位26.15%、伴生金品位2.14 g/t、伴生銀品位107.50 g/t的合格銅精礦和鐵品位68.32%的合格鐵精礦，現(xiàn)了廢棄多金屬元素的再回收利用[7]。如云南某富鎂鐵尾礦含銅0.22%、含鋅0.68%、含鎂14.34%，采用銅、鋅優(yōu)先浮選工藝流程分別得到銅品位27.34%的銅精礦和鋅品位48.51%、含銦1160 g/t 的鋅精礦，較好地現(xiàn)了有價(jià)元素再富集再回收[8]。

新中國(guó)建立以后，渴望發(fā)展的畢節(jié)人就開始了建設(shè)鐵路的步伐。但直到1966年，貴昆鐵路、內(nèi)昆鐵路建成通車，畢節(jié)才結(jié)束了沒有火車的歷史。

2.2 鐵尾礦作為建筑材料應(yīng)用

鐵礦在選別有價(jià)元素后，所得尾礦化學(xué)成分一般與工程材料的成分相似，并具有粒度細(xì)、開采便捷等特點(diǎn)。一般建筑材料的化學(xué)成分為：SiO2＞65%、Al2O3＞15%、Fe2O3＜15%、MgO＜5%、鈉、鉀微量。鐵尾礦通過適當(dāng)調(diào)整成分，可作為制造墻磚、玻璃、混凝土等的原材料。我國(guó)利用尾礦生產(chǎn)建材的研究在“十二五”“十三五”時(shí)期得到大力推進(jìn)，一批示范項(xiàng)目建成并取得良好發(fā)展。目前，尾礦產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于建筑材料中。

（1）生產(chǎn)墻磚。由于綠色建筑、海綿城市、智慧城市等相繼發(fā)展，傳統(tǒng)建筑材料逐步向新型綠色建筑材料轉(zhuǎn)型，其中墻體材料以低耗、高效、多功能的免燒磚、砌塊、環(huán)保彩磚、復(fù)合板材等成為主流。如免燒磚生產(chǎn)工藝是：原料加工—配料—攪拌—消化—成型—靜置—養(yǎng)護(hù)—包裝，將鐵尾礦作為骨料添加，鐵尾礦的用量最高可達(dá)70%[9]。制備彩色地面磚，采用反打振動(dòng)工藝要求產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度大，以符合道路高強(qiáng)度嚴(yán)苛條件，采用鐵尾礦可減少原材料成本，在礦區(qū)附近地區(qū)的企業(yè)已現(xiàn)成熟應(yīng)用。

（2）生產(chǎn)玻璃。玻璃的主要原料為尾礦、石英砂、碳酸鈣、氧化鋁、氧化鎂、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋇、硼砂等，其中尾礦用量可達(dá)到60%。國(guó)內(nèi)外對(duì)此開展研究較多，如沈陽(yáng)建筑工程學(xué)院利用歪頭山鐵尾礦及新城金礦尾礦研制成建筑用微晶玻璃，尾礦摻量達(dá)65%以上[10]；王明[11]論述的以垣曲鐵尾礦采用燒結(jié)法制備黑色微晶玻璃，取得了較好成果。

（3）生產(chǎn)凝膠材料。利用鐵尾礦生產(chǎn)水泥可從代替配方元素和代替骨料組分兩方面考慮，代替水泥配方的鐵粉，對(duì)鐵尾礦的消耗量較少；代替水泥骨料組分，則需要調(diào)整配方以達(dá)到水泥標(biāo)號(hào)要求，鐵尾礦消耗量相對(duì)較大。如桃沖鐵礦的水泥廠，對(duì)鐵尾礦資源的消耗量占選鐵廠尾礦總量的1/7，減少了選鐵廠尾礦的堆存量，也降低了企業(yè)的直接生產(chǎn)成本[12]。

（4）其他建筑材料。將鐵尾礦作為二次資源開發(fā)的建筑產(chǎn)品種類較為豐富。在美國(guó)，大多數(shù)尾礦用于生產(chǎn)混凝土、鋪路材料、輕質(zhì)磚等。在日本，將鐵尾礦、硅藻土配料生產(chǎn)混凝土輕集料，可用于建材的原材料。建筑用粉煤灰砌塊墻體材料的原材料為尾礦、粉煤灰、粗骨料和水泥等，其中采用鐵尾礦的摻和量高達(dá)45%[12]。近幾年，由于環(huán)保監(jiān)管，我國(guó)各大城市的混凝土砌塊企業(yè)原材料從天然砂開始轉(zhuǎn)向機(jī)制砂，對(duì)尾礦和粉煤灰的需求更加迫切，推動(dòng)礦企現(xiàn)了尾礦資源化銷售。

2.3 鐵尾礦作為礦山填料應(yīng)用

據(jù)廖國(guó)禮教授公開報(bào)告，我國(guó)尾礦庫(kù)存量6731個(gè)，已納入地方尾礦庫(kù)安全生產(chǎn)包保責(zé)任制系統(tǒng)。2020年，八部委出臺(tái)的《防范化解尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》（應(yīng)急〔2020〕15 號(hào)），要求對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行“只減不增”治理管控。2021 年9 月開始施的《尾礦庫(kù)安全規(guī)程》（GB 39496—2020），制定了尾礦庫(kù)回采安全防范的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。尾礦庫(kù)管理已然成為選礦廠生產(chǎn)管理的重要部分，如何大幅度消納尾礦、降低庫(kù)存是礦山開發(fā)企業(yè)的重要問題，其中尾礦充填技術(shù)最為用而高效。

尾礦充填技術(shù)通常具有多種有益成效，經(jīng)濟(jì)上最為顯著的是成本費(fèi)用低，較傳統(tǒng)的充填費(fèi)用可降低70%～90%；對(duì)于不能設(shè)置尾礦庫(kù)的企業(yè)，采用充填的效益更加突出。例如，安徽前常銅鐵礦公司位于淮北平原，由于項(xiàng)目所在地地形及環(huán)保政策等要求，必須將選礦廠排出的尾礦全部用于采空區(qū)的充填。

我國(guó)礦山充填技術(shù)及應(yīng)用的迅速發(fā)展，加上環(huán)保政策的高質(zhì)量發(fā)展要求，為鐵尾礦充填創(chuàng)造了基礎(chǔ)性條件。目前，具有代表性的充填方法主要包括全尾礦膠結(jié)充填方法和高水固結(jié)充填方法兩種。全尾礦膠結(jié)充填技術(shù)基于物理化學(xué)、膠體化學(xué)理論，采用濃度為15%～20%的尾礦漿，經(jīng)過壓濾脫水工藝得到尾砂充填骨料。高水固結(jié)充填技術(shù)是以“高水速凝固材料”為膠結(jié)材料，將礦山尾礦作為充填骨料，按一定比例配制成濃度30%～70%的高水固化料漿，直接凝結(jié)為固體充填體。

2.4 鐵尾礦應(yīng)用新途徑

利用鐵尾礦資源可推動(dòng)區(qū)域的山水林田湖草沙等生態(tài)區(qū)域協(xié)調(diào)，現(xiàn)資源本位利用和提升綜合效益。

（1）應(yīng)用于土壤改良。鞍鋼研究院將鐵尾礦與有機(jī)肥、離子置換劑等制備成土壤改良劑，將東北某蘇打鹽堿地改良為稻田，擴(kuò)大試驗(yàn)表明，土壤pH 值和鹽度都得到明顯改善，具備農(nóng)作物成長(zhǎng)條件[13]。

（2）應(yīng)用于綠色新型材料。將鐵尾礦與廢聚苯乙烯、水泥等材料進(jìn)行配料，制備成輕質(zhì)保溫材料，是鐵尾礦進(jìn)入高端保溫裝配式材料領(lǐng)域的新途徑。由于砂石骨料在資源和環(huán)保方面監(jiān)管趨嚴(yán)，鐵尾礦作為主要原材料在裝配式材料、3D 打印建筑材料[14]等綠色新型材料中的研究和應(yīng)用具有可行性。

（3）應(yīng)用于全域綜合整治。德國(guó)、美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)，針對(duì)礦山及生態(tài)的制度體系較為健全，基本形成法律、規(guī)劃、技術(shù)等有效的治理機(jī)制，其礦山復(fù)墾率超過80%[15]。我國(guó)的礦山土地復(fù)墾從1990 年前后進(jìn)入了快速發(fā)展階段。利用尾礦進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的土地可用于農(nóng)、林、牧、漁、綠化等社會(huì)活動(dòng)，還可以將尾礦與環(huán)境、空間等融合考慮開展全域綜合整治，對(duì)于新增土地、重建生態(tài)、減少隱患、可持續(xù)發(fā)展等意義重大[16-18]。

（4）應(yīng)用于替代更新材料。發(fā)揮尾礦物理化學(xué)性質(zhì)差異作用，采用鐵尾礦作為高爐渣調(diào)質(zhì)劑可改善高爐渣性能[19-20]，采用鐵尾礦作為環(huán)境工程處理劑可現(xiàn)環(huán)境天然或人工修復(fù)，采用鐵尾礦生產(chǎn)路面基料可減少天然砂石料的消耗量[21]。

3 結(jié)束語(yǔ)

鐵尾礦具有儲(chǔ)量大、有害成分少、自然屬性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用適宜的技術(shù)手段，與發(fā)展綠色、環(huán)保、國(guó)土、生態(tài)等融合，能夠創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，現(xiàn)多層次綜合效益，是一種相對(duì)較好的二次資源。在資源戰(zhàn)略與和諧發(fā)展的背景下，大力推進(jìn)基于鐵尾礦的回收、填充、替代材料等應(yīng)用的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)生態(tài)環(huán)境改善及新領(lǐng)域綠色、科技等方面的發(fā)展需求，探索國(guó)土綜合整治、貧瘠土壤改良、高端裝配式材料、3D 打印建筑材料等新應(yīng)用研究，也是鐵尾礦緊跟時(shí)代步伐、現(xiàn)資源價(jià)值的重要途徑之一。鐵尾礦日益體現(xiàn)出的多功能性、基礎(chǔ)保障性和資源戰(zhàn)略性，將對(duì)緩解資源約束、平衡資源開發(fā)結(jié)構(gòu)、推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。