南芬選礦廠鐵尾礦綜合利用

李 肖 徐 彪 王雙強 許 晗

(本鋼集團(tuán)有限公司)

礦產(chǎn)資源是人類發(fā)展和生存重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，我國90%的能源和80%的原材料來自礦產(chǎn)資源。隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)利用，產(chǎn)生的尾礦逐漸增多，據(jù)統(tǒng)計，目前全球尾礦儲存量已經(jīng)達(dá)到100億t以上，并呈逐年增加態(tài)勢。尾礦如不合理處置，會給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和危害。傳統(tǒng)的尾礦堆存處置具有占用土地、造成揚塵污染和地下水污染的缺點，且尾礦壩也存在安全隱患，加重了企業(yè)的負(fù)擔(dān)[1]。

我國礦產(chǎn)資源整體呈貧礦多、單一礦少、共伴生礦多、礦石組成復(fù)雜的特點，由于受開發(fā)利用水平、生產(chǎn)設(shè)備和綜合回收意識的制約，礦產(chǎn)資源沒有得到充分利用，尾礦利用率很低，平均僅7%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外水平[2]。隨著我國礦產(chǎn)資源日漸貧化和國家對保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重視，對尾礦綜合利用進(jìn)行深入研究，結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展實際情況，以經(jīng)濟(jì)合理地開發(fā)利用尾礦資源是今后礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的健康之路。

1 鐵尾礦綜合利用價值

對于礦產(chǎn)資源來說，不存在尾礦之說。礦山企業(yè)尾礦是指生產(chǎn)過程沒有進(jìn)行回收利用的非目的礦物，現(xiàn)階段不具有經(jīng)濟(jì)價值，但已經(jīng)過開采、運輸、破碎、磨礦、選別等處理，相對于原生礦，對其進(jìn)行再次利用可減少很大一部分的能量消耗，降低回收利用其中有價物質(zhì)的成本。

我國每年產(chǎn)生鐵尾礦1.1億t以上，尾礦全鐵品位平均在11%以上。如果從鐵尾礦中回收的鐵精礦按品位60%、產(chǎn)率2%～3%計算，每年可回收鐵精礦300～400萬t，相當(dāng)于一個大型鐵礦企業(yè)選礦廠的產(chǎn)量。鐵尾礦細(xì)度-0.074 mm 50%左右，相比從原生低品位鐵礦石中回收鐵，磨礦成本可節(jié)約近70%[3-4]。因此對尾礦資源進(jìn)行綜合利用研究，提取尾礦中的目的性礦物，在現(xiàn)有科技水平下，兼顧經(jīng)濟(jì)合理性，最大限度地利用尾礦資源，變廢為寶，既保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又有利于企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展。

2 鐵尾礦綜合利用現(xiàn)狀

鐵尾礦綜合利用是把鐵尾礦作為一種復(fù)合礦物原料，是剩余的未經(jīng)目的性回收利用的粉末狀固體礦物。鐵尾礦除含有少量金屬礦物外，主要含方解石、石英、長石、輝石、石榴石等非金屬礦物。早在20世紀(jì)60年代初，國外已經(jīng)開始研究鐵尾礦資源的綜合利用，國內(nèi)則起步較晚但發(fā)展較快。由于國內(nèi)鐵尾礦成分的復(fù)雜性，綜合利用需要產(chǎn)生更大的效益才能使其具有回收利用價值。隨著礦產(chǎn)資源和環(huán)境保護(hù)意識的不斷增強，鐵尾礦綜合利用研究已經(jīng)取得很多實用性成果。鐵尾礦綜合利用大體可分為尾礦再選、尾礦復(fù)墾、尾礦填充、用作建筑材料和新型材料4個方面[5-7]。

(1)尾礦再選是國內(nèi)應(yīng)用最早、最廣泛的再利用工藝，主要分為再選鐵和再選非金屬礦物兩種工藝路線。再選鐵工藝主要采取細(xì)磨—強磁選—浮選流程，如昆鋼集團(tuán)大紅山鐵礦、馬鋼南山鐵礦凹山選礦廠、大孤山選礦廠等采用新型高場強磁選機進(jìn)行尾礦再選鐵，都取得了良好的生產(chǎn)效果。尾礦再選非金屬礦物工藝應(yīng)用實踐較少，也是今后尾礦綜合利用的重點研究方向[8]。

(2)尾礦復(fù)墾主要是尾礦庫的復(fù)墾，也有研究將尾礦作為土壤改良劑、通過種植植物進(jìn)行復(fù)墾的。尾礦庫復(fù)墾主要是在尾礦庫內(nèi)種植以耐旱耐寒易生存的灌木為主植物，穩(wěn)固沙土。隨著技術(shù)的發(fā)展，很多尾礦庫通過覆蓋土壤種植有經(jīng)濟(jì)價值的農(nóng)作物，如唐山遷安、遵化縣將尾礦表面覆蓋一層25～30 cm的山皮土復(fù)墾造田，種植各種農(nóng)作物，每年實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益1 000多萬元。尾礦中含有P、V、B、Zn等微量元素，利用尾礦生產(chǎn)化肥也是其綜合利用的一個研究方向[9]。

(3)尾礦充填技術(shù)。我國于20世紀(jì)80年代末開始研制與開發(fā)尾礦充填技術(shù)，全尾礦膠結(jié)充填技術(shù)、高水固結(jié)充填采礦法等在礦山得到廣泛應(yīng)用，基本實現(xiàn)無尾排放。但尾礦充填本身也是對資源的一種浪費，填充的尾礦無法再被利用，因此作為填充材料的尾礦應(yīng)該是已對其中有價金屬和非金屬礦物進(jìn)行了回收利用、且在現(xiàn)階段技術(shù)水平條件下無法被再次利用的尾礦，只有這樣才能物盡其用，達(dá)到資源綜合利用的目的[10]。

(4)尾礦作為建筑材料和新型材料的研究和應(yīng)用近年來發(fā)展迅速。通過細(xì)磨—分級可用來生產(chǎn)保溫材料、尾礦水泥、陶瓷、玻璃、耐火磚等；尾礦主要成分是SiO2，平均粒度-0.14 mm，與建筑用砂性質(zhì)基本一致,因此篩分后5～10 mm粒級可用做混凝土粗細(xì)骨料和建筑用砂。首鋼礦業(yè)公司對尾礦進(jìn)行分粒級處理，可用以生產(chǎn)陶瓷添加料、微晶玻璃石英原料、建筑工程砂、建筑砌磚原料等多種產(chǎn)品[11]。

3 南芬選礦廠尾礦綜合利用

3.1 綜合利用背景

本鋼南芬選礦廠是本溪鋼鐵集團(tuán)公司重要的原料基地，每年處理鐵礦石1 300萬t，每年產(chǎn)生尾礦850萬t以上，含鐵10%左右，全部排入尾礦庫堆存。南芬選礦廠閉庫尾礦庫更是個隱形大型鐵礦床，受早期選礦技術(shù)水平制約，閉庫尾礦庫尾礦鐵品位較高。據(jù)統(tǒng)計，南芬選礦廠現(xiàn)堆存尾礦2億t以上，不僅占用大量土地，還存在安全和環(huán)境問題，更浪費資源，因此需要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的尾礦綜合利用研究。

隨著“綠色礦山、全面發(fā)展、協(xié)調(diào)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展”理念的深入，進(jìn)行尾礦綜合利用，變廢為寶，形成基于尾礦開發(fā)的新產(chǎn)品和新的利潤增長點，拓展企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營范圍是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的重要途徑。

3.2 綜合利用途徑

南芬選礦廠采用磨礦—磁選原則流程進(jìn)行生產(chǎn)，僅利用尾礦回收機提取部分低品位鐵精礦，沒有對其他金屬和非金屬礦物進(jìn)行綜合利用。該選礦廠尾礦屬高硅型鐵尾礦，鐵品位10%左右，主要以碳酸鐵和赤(褐)鐵的形式存在，非金屬礦物主要為石英，SiO2含量77.83%，此外還含有長石、石榴石、角閃石等。

3.2.1 制備高純石英砂

南芬選礦廠尾礦石英與鐵礦物連生，石英礦物的包裹體、鮞狀結(jié)構(gòu)較少，顆粒較大，可以充分回收利用其中的石英制備高純石英砂，實現(xiàn)尾礦的高附加值利用。高純石英砂SiO2品位在99.90%以上，屬中性無機填料，不含結(jié)晶水，不與被填充物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是一種非常穩(wěn)定的礦物填料，被廣泛應(yīng)用于高級液晶玻璃、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路、光纖、激光、航天、軍事等領(lǐng)域中。

對南芬鐵尾礦進(jìn)行高純石英砂提取需要物理選礦、化學(xué)選礦、粉體表面處理等多種工藝結(jié)合，目前主要采用磨礦—弱磁選—強磁選—浮選—整形磨—深加工酸洗處理—表面改性處理工藝，提取的高純石英砂SiO2品位99.9%以上、白度94.0%以上，達(dá)到高品質(zhì)石英砂標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 回收赤褐鐵

南芬選礦廠現(xiàn)階段生產(chǎn)的尾礦細(xì)度-0.074 mm 60%左右，鐵礦物主要是磁選工藝無法回收的赤(褐)鐵礦和少量沒有達(dá)到單體解離的微細(xì)粒磁鐵礦，主要集中在-0.045 mm，因此可采用細(xì)磨—弱磁選—強磁選—浮選工藝回收尾礦中的赤(褐)鐵，試驗可得到產(chǎn)率6%以上、品位60%的鐵精礦。以該流程為依據(jù)測算，每年通過回收利用可生產(chǎn)品位60%左右的鐵精礦50多萬噸。

3.2.3 分粒級處理

尾礦綜合利用要獲得利潤的關(guān)鍵點是工藝產(chǎn)品市場價格可觀，因此對該尾礦按粗粒級、中粒級、細(xì)粒級分別處理，以提高磨礦—分級工藝作業(yè)效率，降低選別成本。

首先通過細(xì)篩篩分得到+0.5 mm的粗粒級作為建筑用砂使用，代替鋪路材料、黃砂，也可以用作混凝土骨料、水泥摻料；-0.5 mm粒級經(jīng)過分級得到中粒級，粒度組成簡單，可以通過常規(guī)的磨選工藝回收其中的金屬礦物和非金屬礦物；-0.045 mm細(xì)粒級通過水力旋流器分級直接排出，再通過表面改性工藝用作提取稀散金屬和橡膠補強材料。

尾礦通過分粒級處理進(jìn)行綜合利用，既提高磨礦分級效率，降低成本，又可以排除粒級組成復(fù)雜對后續(xù)選別工藝的影響，是尾礦大規(guī)模綜合利用的良好途徑。

3.2.4 整體處理工藝

合理的尾礦綜合利用技術(shù)是企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的基礎(chǔ)。尾礦綜合利用應(yīng)采用多元化的生產(chǎn)工藝相結(jié)合，多種利用途徑同時進(jìn)行：既有經(jīng)濟(jì)效益不高、但可以消耗大量尾礦的產(chǎn)品，如建筑砂、水泥混凝土骨料等，也要有技術(shù)含量高、附加值高、經(jīng)濟(jì)利潤高的產(chǎn)品，如提取高純石英、稀有金屬等。根據(jù)南芬選礦廠尾礦特點，結(jié)合現(xiàn)階段尾礦綜合利用研究成果，采取分粒級利用、多種產(chǎn)品相結(jié)合的整體處理工藝，流程見圖1。

圖1 尾礦綜合利用整體處理工藝流程

3.2.5 尾礦庫綜合利用

南芬選礦廠閉壩尾礦庫位于南芬區(qū)小廟兒溝內(nèi)，占地面積405 km2，于2006年停運閉庫。目前，尾礦庫生態(tài)恢復(fù)主要采取工程處理措施和植被恢復(fù)措施，種植適應(yīng)性強、生長快、抗逆性強、固土能力好的沙棘和刺槐。由于尾礦庫比鄰村落和國道，交通方便，但國內(nèi)還沒有可靠技術(shù)保證尾礦資源的開采利用安全，因此可以發(fā)展尾礦庫旅游資源。由于國道可以直接通向南芬大峽谷景區(qū)、財神廟景區(qū)等旅游景點，因此可對南芬尾礦庫部分區(qū)域進(jìn)行土壤改型，種植觀賞性強的作物和經(jīng)濟(jì)作物，同時在尾礦壩上修建度假山莊，把尾礦壩建設(shè)成為一個新型旅游景點。

4 結(jié) 論

尾礦綜合利用是最大限度地利用礦產(chǎn)資源，也是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的深層次、大系統(tǒng)工程。尾礦綜合利用涉及選礦、材料、機械、環(huán)保等學(xué)科領(lǐng)域，需要多種工藝技術(shù)相結(jié)合，同時要引起各相關(guān)部門與人員的重視，才能使尾礦變廢為寶，避免尾礦堆存帶來的危害和資源浪費。

南芬選礦廠鐵尾礦品位10%左右，SiO2含量77.83%，可用來制備超純石英砂、回收赤褐鐵，或通過分粒級處理和整體處理工藝回收有用物質(zhì)，甚至可以在閉庫尾礦壩上建設(shè)新型旅游景點等途徑，實現(xiàn)尾礦資源的綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益顯著。