鐵尾礦的再資源化利用

熊哲

摘 要：介紹了鐵尾礦在我國的綜合利用現(xiàn)狀，詳述了其在建筑材料制作方面的廣泛應(yīng)用，并闡述了鐵尾礦砂再資源化利用的新途徑，以期為我國建筑產(chǎn)業(yè)從資源消耗型向資源節(jié)約型轉(zhuǎn)變提供思路。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦；建筑材料；化學(xué)成分；尾礦庫

中圖分類號：X753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.120

鐵是人類生存和生活的必需品，鐵的發(fā)展歷史和人類文明緊密相連。我國不單是人口大國，也是資源大國，尤其是鐵礦資源總量豐富。目前，我國已被探測出的礦區(qū)有近2 000處，探明鐵礦石儲量接近7.0×1010 t，居世界第5位。鐵尾礦是鐵選廠在特定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，將鐵礦石磨細(xì)，選取有用組分后排放的廢棄物。這些廢棄物的化學(xué)成分比較復(fù)雜，非金屬是其主要組成成分。該物質(zhì)資源化利用的途徑較少，常以堆存的方式廢棄在尾礦庫。而尾礦庫是高勢能的結(jié)構(gòu)物，存在穩(wěn)定性、環(huán)境協(xié)調(diào)性較低等多方面的問題。隨著中共十八大四中全會的召開，生態(tài)文明建設(shè)的地位再次提升，大量鐵尾礦給人類的生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，已受到了全社會的廣泛關(guān)注。因此，尋找有效、合理的再資源化途徑變得更加緊迫。

1 鐵尾礦帶來的問題

1.1 環(huán)境污染

粉塵和殘留選礦劑是鐵尾礦污染環(huán)境的兩大因素。在選礦過程中，大體積的礦石被粉碎選走，留下了許多細(xì)小的顆粒，這些細(xì)小的顆粒會懸浮在空氣中，進(jìn)而形成霧霾，是引發(fā)各類呼吸道疾病的罪魁禍?zhǔn)?。此外，在選礦過程中殘留的選礦劑多數(shù)是有害的，隨著雨水的沖刷會流入水體和農(nóng)田，進(jìn)而造成污染。

1.2 浪費(fèi)資金、占用土地

鐵尾礦被篩選后，其剩余部分最終會以堆積的方式廢棄在尾礦庫，而尾礦庫的設(shè)計(jì)投資通常能占到整個(gè)項(xiàng)目總投資的20%～30%，資金投入量巨大。以江西新余某公司的九龍山東坑尾礦庫為例，其投資金額達(dá)1 041.7萬元，而其使用壽命只有9年。此外，尾礦庫占地面積巨大，會占用大量的農(nóng)業(yè)用地、耕作用地，進(jìn)而導(dǎo)致選礦區(qū)的自然生態(tài)失去平衡。

1.3 建造鐵尾礦壩（庫）存在安全隱患

鐵尾礦庫的安全建設(shè)應(yīng)貫穿始終，一旦某些環(huán)節(jié)沒有做好，將埋下較大的安全隱患，進(jìn)而引發(fā)事故。具體而言，尾礦庫周邊山體的穩(wěn)定性、復(fù)雜的土質(zhì)情況等影響了初步勘察設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性；大體積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量難以控制；在使用過程中，難以保證定期檢查排水構(gòu)筑物的裂縫、滲透等情況。許多安全事故的發(fā)生是因?yàn)橄嚓P(guān)單位未重視安全隱患的處理工作。近年來，鐵尾礦壩事故頻發(fā)，比如，山西臨汾某公司980溝尾礦庫發(fā)生了特別重大的潰壩事故、山西襄汾某尾礦庫垮壩發(fā)生重大事故、江西銅業(yè)所屬某鐵尾礦庫一老溢流槽發(fā)生尾砂泄漏事故等。這些事故都是由于在尾礦壩的設(shè)計(jì)和建造過程中忽視安全隱患的處理工作而導(dǎo)致的。

2 鐵尾礦的綜合利用途徑

2.1 鐵尾礦再選和價(jià)元素的綜合回收

我國鐵礦的品相相對較低，鐵礦石中通常還包括其他的金屬元素，比如金、銀、銅等。因此，許多企業(yè)開始區(qū)分不同類型、礦區(qū)的礦石，并發(fā)展新的綜合回收工藝回收鐵尾礦中的有價(jià)元素，建立了回收選礦廠，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。

2.2 鐵尾礦作土壤改良劑和微量元素肥料

研究表明，鐵尾礦中的微量元素可以作為肥料，能明顯改善植物的生長環(huán)境，使土壤變肥沃；鐵尾礦中的碳酸鈣、石膏等可調(diào)節(jié)土壤的pH值。目前，許多礦山企業(yè)成功利用尾礦配制出鉀鈣肥、鉀鎂肥、鈣鎂磷肥、磁肥等肥料，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 利用鐵尾礦制作建筑材料

目前，利用鐵尾礦制作建筑材料的方式已被廣泛應(yīng)用，水泥、玻璃、磚等在生產(chǎn)過程中都可以將鐵尾礦作為摻和料。這樣不僅能大大減少生產(chǎn)材料、原材料的使用量，還能使產(chǎn)品具有新功能，從而提高其價(jià)值。

2.3.1 利用鐵尾礦生產(chǎn)水泥

利用鐵尾礦生產(chǎn)水泥能綜合改善水泥的性能，達(dá)到節(jié)約成本、生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的目標(biāo)，即以最低的壽命周期成本使產(chǎn)品具備必需功能。水泥是經(jīng)過二磨一燒制成的，其強(qiáng)度取決于熟

料燒成的情況和熟料中的礦物組成，而鐵尾礦中的多種微量元素可影響水泥熟料的形成，達(dá)到改善水泥性能的效果。王金忠等采用掃描電鏡和化學(xué)分析、試驗(yàn)等方法對利用鐵尾礦制作的普通硅酸鹽水泥進(jìn)行了試驗(yàn)，解釋了水泥性能與微量元素的關(guān)系；余春剛等在配制水泥生料的過程中用鐵尾礦代替鐵粉后發(fā)現(xiàn)，新型生料的易燒性好，燒成的熟料比利用鐵粉生料煅燒出的熟料性能更好。

2.3.2 利用鐵尾礦制備建筑材料

新型輕質(zhì)隔熱保溫建筑材料是一種復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕、能防止建筑物內(nèi)部熱量損失、隔絕外界熱量傳入等特點(diǎn)，用途廣泛。研究發(fā)現(xiàn)，鐵尾礦可作為輕質(zhì)隔熱保溫建筑材料的原料。王應(yīng)燦等以鐵尾礦為主要原料制備了輕質(zhì)隔熱保溫材料，具有保溫性好的特點(diǎn)；喻杰等從試驗(yàn)的角度驗(yàn)證了這一結(jié)論，并得出了原料的最佳摻和比例。

2.3.3 利用鐵尾礦制取微晶玻璃

微晶玻璃是一種具有較高機(jī)械強(qiáng)度和抗震性能的材料，被廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械等各個(gè)領(lǐng)域。由于鐵尾礦中含有大量的SiO2，因此，將鐵尾礦作為制備微晶玻璃的原料是可行的。許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究，比如，張錦瑞等利用熱處理工藝將唐山地區(qū)的鐵尾礦制成了微晶玻璃；北京科技大學(xué)制成了鐵尾礦微品玻璃花崗巖，其外觀、理化性能均優(yōu)于天然花崗巖；陳曉玲研究出了低硅鐵尾礦微晶玻璃的基礎(chǔ)配方。因此，利用鐵尾礦制取微晶玻璃是鐵尾礦資源化利用的途徑之一。

2.3.4 利用鐵尾礦生產(chǎn)陶瓷材料

鋼渣和尾礦的主要成分為SiO2、Al2O3、MgO和CaO等，這些成分與陶瓷材料的主要化學(xué)組成相同。陶瓷的傳統(tǒng)做法是在黏土定型后燒紙，但成品易碎。而利用鐵尾礦作原料制備的陶瓷的性能得到了極大的改善，其抗折強(qiáng)度、抗裂能力有了明顯提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.5 其他建筑材料

鐵尾礦在建筑材料中的用途較多，比如，利用鐵尾礦制備各種燒結(jié)磚、蒸壓磚等，制備加氣混凝土和混凝土空心砌塊，用作混凝土骨料、水泥摻料和建筑用砂以及鋪筑路基等。

3 鐵尾礦再資源化的新途徑

隨著我國現(xiàn)代化腳步的加快，建筑工地、車輛、工廠的數(shù)量快速增長，隨之而來的噪聲污染也日益嚴(yán)重，普通的吸隔聲材料已不足以解決這一問題，我們需要更加廉價(jià)、高效的吸隔聲復(fù)合材料。Qing-Qing Ni，Enjie Lu等以樹脂為基體，加入了碳纖維、玻璃纖維織物、納米二氧化硅等制備了一種新型復(fù)合隔聲材料，這種材料的隔聲性能比單純的聚氨酯樹脂材料更優(yōu)；潘涵等以氯乙烯基復(fù)合材料為基體，加入了玻璃纖維織物、無紡布、木質(zhì)材料、硫酸鋇粉末等，制備了多種不同層合結(jié)構(gòu)的復(fù)合隔聲材料；蔣文明將廢鋼渣粉作為添加料加入了改性聚氨酯泡沫塑料，制備了一種隔聲性能優(yōu)異、輕薄、經(jīng)濟(jì)、易加工成型的新型復(fù)合隔聲墻板材料。基于上述研究，玻璃纖維織物、硫酸鋇、廢鋼渣等添加料的加入都能改變單一材料的吸隔聲性能。因此，利用鐵尾礦制作建筑吸隔聲復(fù)合材料是值得考慮的。

4 結(jié)束語

我國在鐵尾礦的綜合利用方面碩果累累，成功研制了一批較成熟的技術(shù)和裝備，雖成果喜人，仍不可固步自封停滯不前。我們需要及時(shí)總結(jié)，加大組織推廣應(yīng)用。鐵尾礦建材資源化利用依舊有著廣闊的發(fā)展前景，其制成的新產(chǎn)品往往價(jià)格低廉，性能上有不同程度的改善，所以仍需要投入精力繼續(xù)研究。

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〔編輯：張思楠〕