摘要：鞍山型鐵尾礦作為我國(guó)典型的尾礦類(lèi)型之一，具有高硅、貧鐵、年產(chǎn)生量大、綜合利用價(jià)值大等特征。本文對(duì)歪頭山、齊大山、大孤山等具有代表性的鞍山型鐵尾礦進(jìn)行化學(xué)成分簡(jiǎn)述，重點(diǎn)分析鞍山型鐵尾礦的綜合利用現(xiàn)狀，展望其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：鞍山型鐵尾礦；綜合利用；開(kāi)發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD926.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）02-0-06

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.026

Current situation and development prospect of comprehensive utilization of Anshan-Type iron tailings

YANG Shuang1， AN Luyang1， CUI Xiaodong2， ZHANG Yafeng1

（1. Sinosteel Anshan Institute of Thermo-Energy Co.， Ltd.; 2. Agency of Industry and Information Technology of Anshan， Anshan 114002， China）

Abstract： As one of the typical types of tailings in China， Anshan-type iron tailings have the characteristics of high silicon， poor iron， large annual production and high comprehensive utilization value. This paper briefly describes the chemical composition of typical Anshan-type iron tailings， such as Waitoushan， Qidashan and Dagushan， and emphatically analyzes the current situation of comprehensive utilization of Anshan-type iron tailings， and looks forward to its future"development trend.

Keywords： Anshan-type iron tailings; comprehensive utilization; development

新中國(guó)的發(fā)展從來(lái)都離不開(kāi)鋼鐵工業(yè)，鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，標(biāo)志著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力，其發(fā)展直接影響著與其相關(guān)的國(guó)防工業(yè)及建筑、機(jī)械、造船、汽車(chē)、家電等行業(yè)。隨著國(guó)際產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)逐漸成為鋼鐵生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，粗鋼產(chǎn)量連年居世界第一。同時(shí)，鋼鐵工業(yè)的持續(xù)發(fā)展也帶來(lái)礦產(chǎn)資源的不斷開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致短期內(nèi)不可再生的礦產(chǎn)資源過(guò)度消耗，鐵尾礦也成為工業(yè)廢棄物的重要來(lái)源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2018年，我國(guó)鐵尾礦產(chǎn)生量就達(dá)約4.8億t[1]，并且尾礦產(chǎn)生量仍呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。尾礦堆放占用大量土地資源，其管理及運(yùn)輸更是浪費(fèi)大量人力物力，細(xì)粒的尾礦還會(huì)對(duì)尾礦庫(kù)周?chē)目諝?、水源、農(nóng)田帶來(lái)污染，并且尾礦庫(kù)面臨隨時(shí)發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何讓鐵尾礦作為二次資源重復(fù)利用受到越來(lái)越多研究者的重視[2-7]。

鐵尾礦是一種伴生性復(fù)合礦物質(zhì)，根據(jù)伴生元素的含量可分為多金屬類(lèi)尾礦和單金屬類(lèi)尾礦，其中，根據(jù)所含金屬種類(lèi)的不同，我國(guó)單金屬類(lèi)尾礦又可分為高硅鞍山型鐵尾礦、高鋁馬鋼型鐵尾礦、高鈣鎂邯鄲型鐵尾礦以及低鈣、鎂、鋁、硅酒鋼型鐵尾礦等類(lèi)型[8]。鞍山市礦產(chǎn)資源豐富，已探明的礦產(chǎn)資源有35種，儲(chǔ)量豐富的礦產(chǎn)資源有鐵礦、菱鎂礦、滑石、玉石、大理石、石灰石、花崗巖等。其中，鐵礦的探明儲(chǔ)量為100億t，居全國(guó)之首，其主要分布在鞍山市區(qū)周?chē)斑|陽(yáng)市的弓長(zhǎng)嶺、本溪市的歪頭山與南芬區(qū)。除分布在海城市、岫巖滿(mǎn)族自治縣的小部分中小型鐵礦由鄉(xiāng)鎮(zhèn)開(kāi)采外，東鞍山、大孤山、齊大山、弓長(zhǎng)嶺等大型鐵礦均由國(guó)家開(kāi)采。雖然鞍山市鐵礦儲(chǔ)量大，開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)豐富，但其對(duì)鐵尾礦的綜合利用率只有7%左右[9]，這仍然是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。本文綜述了鞍山型鐵尾礦的特性及其綜合利用現(xiàn)狀，重點(diǎn)闡述了其在尾礦再選、制備新型建筑材料等方面的研究進(jìn)展，并對(duì)鞍山型鐵尾礦綜合利用的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行展望，以減少鞍山型鐵尾礦堆存量，實(shí)現(xiàn)高值化資源再利用。

1 鞍山型鐵尾礦研究現(xiàn)狀

截至2021年底，鞍山型鐵尾礦的學(xué)術(shù)研究相對(duì)較少，簡(jiǎn)要匯總結(jié)果如圖1所示。由圖1（a）可知，早在1987年，有研究者開(kāi)始意識(shí)到鞍山型鐵尾礦的特殊意義及其綜合利用價(jià)值，但隨后的近15年一直未受到進(jìn)一步的關(guān)注，2003年之后，越來(lái)越多的研究者開(kāi)始思考如何正確利用鞍山型鐵尾礦并取得經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，其學(xué)術(shù)研究顯著增加。在此期間，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文35篇，其中研究類(lèi)14篇（占比40%），綜述類(lèi)21篇（占比60%），如圖1（b）所示。

2 鞍山型鐵尾礦的特性

鞍山型鐵尾礦總體屬于高硅、貧鐵型細(xì)粒尾礦，且70%以上都磨至粒徑-200目的水平，松散比重為1.6，有害物質(zhì)S、P含量低，無(wú)放射性污染物[10]。因原礦性質(zhì)及工藝流程的不同，各選礦廠(chǎng)尾礦構(gòu)成存在一些差異?，F(xiàn)以鞍山鋼鐵集團(tuán)有限公司的幾大重要原材料供應(yīng)地（歪頭山、齊大山、大孤山、東鞍山、南芬、弓長(zhǎng)嶺）的礦山為例，分析鞍山型鐵尾礦的特性。

2.1 歪頭山鐵尾礦

歪頭山鐵礦年產(chǎn)尾礦約580萬(wàn)t。李明碧等[11]對(duì)歪頭山鐵尾礦進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明，歪頭山鐵尾礦中，SiO2含量為75.020%，總鐵（TFe）為8.670%，MgO為4.210%，CaO為4.280%，Al2O3為2.460%，其余為含量極低的Cu、Zn、Pb等金屬元素，具體結(jié)果如表1所示。

2.2 齊大山鐵尾礦

齊大山鐵礦是我國(guó)最典型的紅鐵礦，地質(zhì)鐵礦石儲(chǔ)量為16億t[12]。范敦城[13]對(duì)齊大山鐵礦選礦廠(chǎng)的鐵尾礦進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明，齊大山鐵尾礦中，SiO2含量為75.46%，TFe為17.71%，MgO為1.75%，CaO為1.70%，Al2O3為1.65%，其余為含量較低的Na、K、Mn等元素，具體結(jié)果如表2所示。

2.3 大孤山鐵尾礦

大孤山鐵礦是目前我國(guó)規(guī)模最大的深凹型露天鐵礦，鐵礦開(kāi)采始于1916年，尾礦堆存量已達(dá)22億t[14]。毛奎等[15]對(duì)大孤山鐵尾礦進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明，大孤山鐵尾礦中，SiO2含量為66.59%，TFe為21.67%，MgO為1.90%，CaO為6.78%，Al2O3為2.18%，其余為含量較少的Mn、Na、K等元素，具體結(jié)果如表3所示。

2.4 東鞍山鐵尾礦

東鞍山燒結(jié)廠(chǎng)年產(chǎn)鐵尾礦約400萬(wàn)t，尾礦堆存量已達(dá)1.3億t。程紹凱等[16]對(duì)東鞍山燒結(jié)廠(chǎng)鐵尾礦進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明，東鞍山燒結(jié)廠(chǎng)鐵尾礦中，SiO2含量為65.17%，TFe為22.65%，Al2O3為1.53%，MgO為1.29%，有害物S、P含量較低，具體結(jié)果如表4所示。

2.5 南芬鐵尾礦

南芬鐵礦廠(chǎng)鐵礦石年處理量為1 300萬(wàn)t，年產(chǎn)鐵尾礦約850萬(wàn)t，尾礦堆存量已達(dá)2億t[17]。王洪波等[18]對(duì)南芬鐵尾礦進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明，南芬鐵尾礦中，SiO2含量為75.52%，TFe為11.13%，CaO為1.72%，Al2O3為1.92%，其余為含量較少的Mg、P等元素，具體結(jié)果如表5所示。

2.6 弓長(zhǎng)嶺鐵尾礦

弓長(zhǎng)嶺尾礦庫(kù)于1963年投入使用，尾礦堆存量已達(dá)10億t。王冬[19]對(duì)弓長(zhǎng)嶺鐵尾礦進(jìn)行取樣分析，結(jié)果表明，弓長(zhǎng)嶺鐵尾礦中，SiO2含量為67.48%，TFe為27.88%，CaO為1.78%，MgO為1.37%，Al2O3為0.11%，Na2O為0.26%，另外含少量的P、S元素及極少量的Cu、Zn、Pb等金屬元素，具體結(jié)果如表6所示。

從6個(gè)典型鞍山型鐵尾礦的化學(xué)成分不難看出，鞍山型鐵尾礦的SiO2含量為65%～80%，TFe含量為8%～30%，P、S含量均小于0.5%，無(wú)放射性元素。因此，鞍山型鐵尾礦無(wú)放射性污染，具有廣泛應(yīng)用的可能性。

3 鞍山型鐵尾礦綜合利用的現(xiàn)狀

3.1 尾礦再選

鞍山型鐵尾礦堆存總量大，每年還以約4 000萬(wàn)t的產(chǎn)生量持續(xù)增長(zhǎng)，在如此龐大的基數(shù)下，尾礦中鐵元素的再選工作將帶來(lái)相當(dāng)可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。在選礦過(guò)程中，由于工藝流程操控波動(dòng)或礦石性質(zhì)偏差等因素，尾礦中仍含有一定量的礦物元素。鞍山型鐵尾礦作為有價(jià)值的二次資源，長(zhǎng)期以來(lái)都受到研究者的關(guān)注，鐵尾礦的再選技術(shù)也逐漸進(jìn)步。東鞍山燒結(jié)廠(chǎng)采用連續(xù)磨礦與單一堿性浮選+階段磨礦、磁選、細(xì)篩再磨工藝對(duì)尾礦進(jìn)行再選，再選后年回收品位60%左右的鐵精礦約9萬(wàn)t；大孤山選礦廠(chǎng)采用階段磨礦+階段磁選+細(xì)篩再磨工藝再選尾礦，尾礦再選后，年回收品位60%左右的鐵精礦8萬(wàn)t；齊大山選礦廠(chǎng)采用階段磨選+重選+磁選+浮選工藝再選尾礦，再選后，年回收品位60%左右的鐵精礦8萬(wàn)t[20]。徐彪等[21]采用再磨-弱磁選-強(qiáng)磁選-鐵礦反浮選-石英礦分步浮選聯(lián)合工藝對(duì)本溪市某鐵礦選礦廠(chǎng)的尾礦進(jìn)行再選，最終得到TFe品位59.75%、產(chǎn)率6.21%的鐵精礦和SiO2品位99.15%、產(chǎn)率21.51%的石英精礦。余瑩等[22]針對(duì)鞍山型鐵尾礦的特點(diǎn)，對(duì)再選工藝的短流程和高效化進(jìn)行探索，采用粗細(xì)分選-磁選-重選-浮選聯(lián)合選礦工藝處理弓長(zhǎng)嶺鐵尾礦，獲得品位70%左右的鐵精礦，實(shí)現(xiàn)了粗粒度拿精，改善技術(shù)指標(biāo)，降低選礦成本。

3.2 制備新型建筑材料

鞍山型鐵尾礦硅含量高，粒徑細(xì)，其資源特征與傳統(tǒng)的建材原料相似，基本不需要再進(jìn)行破碎或其他前處理，利用其制備大需求量的高附加值產(chǎn)品，不僅符合高創(chuàng)收、低成本的經(jīng)濟(jì)要求，還符合可持續(xù)發(fā)展理念。

3.2.1 建筑用磚

隨著房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，建筑用磚量持續(xù)增加，其制備材料也從傳統(tǒng)的黏土逐漸向固廢資源轉(zhuǎn)化，同時(shí)由空心多孔磚代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)心磚，由非燒結(jié)磚代替燒結(jié)磚。趙陽(yáng)[23]利用鞍山型鐵尾礦作為原料，制備耐鹽堿建筑用磚，在鐵尾礦、水泥、粗骨料與粉煤灰質(zhì)量比為70∶12∶6∶12，外加0.5%氯化鈣的條件下，制備的耐鹽堿建筑用磚性能最佳，滿(mǎn)足《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》（JC/T 422—2007）及《混凝土砌塊和磚試驗(yàn)方法》（GB/T 4111—2013）的要求。谷素清[24]利用齊大山、歪頭山鐵尾礦作為主要原料，輔以少量骨料、凝膠材料、外加劑及適量的水，混勻后在14.7～19.6 MPa的壓力下制備免燒墻體磚，此法生產(chǎn)的墻體磚符合《非燒結(jié)垃圾尾礦磚》（JC/T 422—2007）的要求。

3.2.2 道路基層

目前，尾礦砂代替天然砂的路用可行性已經(jīng)得到諸多研究者的認(rèn)證。趙飛[25]利用弓長(zhǎng)嶺鐵尾礦、普通硅酸鹽水泥、纖維和水作為原料，制備水泥尾礦砂道路基層，該道路基層力學(xué)性能、水穩(wěn)定性及抗凍融性能都較傳統(tǒng)道路基層有所提升。楊青[26]研究發(fā)現(xiàn)，鞍山型鐵尾礦砂摻加石灰和水泥后具有半剛性材料的特性，其鋪設(shè)的路面基層抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度及回彈模量等指標(biāo)都可滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范對(duì)公路基層的要求，同時(shí)造價(jià)可實(shí)現(xiàn)最低。張曉輝等[27]以弓長(zhǎng)嶺鐵尾礦為骨料，礦渣硅酸鹽水泥為凝膠材料，制備的路基材料與傳統(tǒng)路基材料（水泥砂漿和水泥土）相比具有良好的抗凍性能，比較適合作為北方地區(qū)的路基材料。徐帥[28]以齊大山鐵尾礦和石灰為原料，進(jìn)行擊實(shí)、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度、回彈模量、劈裂強(qiáng)度等試驗(yàn)，結(jié)果表明，石灰摻量超過(guò)30%時(shí)，石灰穩(wěn)定的鐵尾礦可以應(yīng)用于低等級(jí)公路基層中。

3.2.3 建筑保溫材料

我國(guó)北方地區(qū)冬季嚴(yán)寒，輕質(zhì)外墻保溫材料可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的耐火性能不佳的有機(jī)保溫材料，成為建筑保溫材料中的翹楚。路暢等[29]以歪頭山鐵尾礦為原料，制備孔隙率為64.59%的多孔玻璃陶瓷保溫材料，其導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)0.125 W/（m·K）。馬旭峰等[30]以再選后的鐵尾礦為主要材料，加入纖維、網(wǎng)格布等材料，經(jīng)攪拌、發(fā)泡、澆筑、拆膜、養(yǎng)護(hù)等工藝制備保溫墻板材，面密度可達(dá)90 kg/m2，耐火極限大于2.5 h，抗沖擊性、抗凍融性能良好，可以達(dá)到《建筑用輕質(zhì)隔墻條板》（GB/T 23451—2009）的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.4 高性能混凝土

一般來(lái)說(shuō)，利用鐵尾礦制備的高性能混凝土強(qiáng)度和耐久性都優(yōu)于傳統(tǒng)混凝土，其利用固廢資源，降低了制造成本。韓鵬[31]以齊大山鐵尾礦為原料，其經(jīng)機(jī)械活化后取代水泥作為混凝土的膠凝材料，鐵尾礦取代水泥的比例達(dá)到20%時(shí)，混合物坍塌度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，取代比例為30%時(shí)，混凝土強(qiáng)度有所下降，但仍滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30要求，取代比例為40%時(shí)，摻入適當(dāng)減水劑可提高混凝土抗壓強(qiáng)度，也能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30要求。毛奎等[15]以鞍山型鐵尾礦為主要原料，制備加氣混凝土，結(jié)果表明，鐵尾礦摻量為55%，天然砂摻量為10%時(shí)，加氣混凝土抗壓強(qiáng)度可達(dá)A05級(jí)別，干體積密度可達(dá)B07級(jí)別，符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.5 建筑飾面材料

近年來(lái)，隨著尾礦綜合利用技術(shù)的不斷發(fā)展，鐵尾礦綜合利用不斷朝技術(shù)含量更高的建筑飾面材料方向發(fā)展。李亞超[32]以大孤山鐵尾礦和玻璃粉為原料，按照39∶11的比例混合，通過(guò)無(wú)壓燒結(jié)制備建筑飾面材料，其性能優(yōu)于天然石材，可以作為天然石材的平價(jià)代替應(yīng)用于建筑工程。微晶玻璃作為近幾年流行的建筑飾面材料，兼具玻璃和陶瓷的特性，可廣泛應(yīng)用于建筑、醫(yī)學(xué)、電子科技、航空航天、機(jī)械、電力等領(lǐng)域。微晶玻璃在普通玻璃的基礎(chǔ)上進(jìn)行晶化處理，晶化后獲得普通玻璃不具備的特殊性能。曲國(guó)慶等[33]以歪頭山鐵尾礦及碎玻璃為原料，制取表面微晶化玻璃，研究晶核劑及熱處理工藝對(duì)玻璃微晶化的影響，結(jié)果表明，利用TiO2和Cr2O3復(fù)合晶核劑在較低溫度下就能實(shí)現(xiàn)玻璃的表面微晶化，且尾礦利用率可達(dá)50%。閆欣等[34]以鞍山型鐵尾礦為主要原料，添加一定量的鋁釩渣和高鈦渣，制備出主晶相為堇青石的微晶玻璃。雷巖等[35]以鞍山型鐵尾礦、菱鎂石尾礦和鋁釩土為原料，以TiO2為晶核劑，通過(guò)熔融制得以堇青石為主晶相的微晶玻璃，尾礦利用率可達(dá)54%。李明碧等[11]以歪頭山鐵尾礦為原料，制得微晶陶瓷?；u，吸水率為0.68%，抗壓強(qiáng)度達(dá)65.3 MPa。

4 鞍山型鐵尾礦綜合利用的未來(lái)發(fā)展展望

經(jīng)過(guò)近年來(lái)研究者的不懈努力，鞍山型鐵尾礦綜合利用已經(jīng)取得顯著的成績(jī)，然而鐵尾礦綜合利用仍是一個(gè)道阻且長(zhǎng)的系統(tǒng)性工程，還存在大量問(wèn)題亟待解決。因此，要因地制宜，合理選用選礦技術(shù)，科學(xué)制定選礦管理制度，保證鐵尾礦中鐵元素充分利用，收集并回收鐵尾礦中除鐵、硅元素外的微量元素。未來(lái)，要加強(qiáng)政策引導(dǎo)，加大科研力度，加速科研成果轉(zhuǎn)化，確保鞍山型鐵尾礦綜合利用可持續(xù)發(fā)展。

4.1 做好整體規(guī)劃，制定經(jīng)濟(jì)扶持政策

鞍山型鐵尾礦綜合利用與礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)密切相關(guān)，但不同于原生礦山開(kāi)發(fā)，一些企業(yè)視尾礦綜合利用為負(fù)擔(dān)，思想上和行動(dòng)上較為被動(dòng)。要堅(jiān)持“誰(shuí)開(kāi)發(fā)、誰(shuí)治理”的原則，做好整體規(guī)劃，出臺(tái)經(jīng)濟(jì)扶持政策，減免尾礦綜合利用生產(chǎn)環(huán)節(jié)的增值稅、環(huán)境保護(hù)稅。成立行業(yè)協(xié)會(huì)，對(duì)尾礦總量及結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，同步共享行業(yè)信息。

4.2 加大科研力度，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新

與國(guó)外相比，我國(guó)尾礦綜合利用研究起步較晚，研究成果存在較大的差距。要以現(xiàn)有研究為基礎(chǔ)，加大科研力度，拓展鞍山型鐵尾礦綜合利用的領(lǐng)域及途徑。要建立鐵尾礦綜合利用的科研平臺(tái)，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)鐵尾礦綜合利用深入發(fā)展。

4.3 促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，加速科研成果轉(zhuǎn)化

目前，多類(lèi)鞍山型鐵尾礦的高附加值產(chǎn)品仍然處于實(shí)驗(yàn)室階段。要促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，建設(shè)科研成果產(chǎn)業(yè)園區(qū)，加速科研成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，使成果落地，并對(duì)新產(chǎn)品、新技術(shù)進(jìn)行市場(chǎng)推廣，使鐵尾礦真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)論

本文簡(jiǎn)述鞍山型鐵尾礦研究現(xiàn)狀，結(jié)合鞍山型鐵尾礦的特性，分析其綜合利用現(xiàn)狀，最后展望鞍山型鐵尾礦綜合利用的發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)，要做好整體規(guī)劃，制定經(jīng)濟(jì)扶持政策，加大科研力度，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作，加速科研成果轉(zhuǎn)化，確保鞍山型鐵尾礦實(shí)現(xiàn)綜合利用。

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