鞍山型铁尾矿综合利用现状及发展展望

　　鞍山型铁尾矿综合利用现状及发展展望

　　    新中国的发展从来都离不开钢铁工业，钢铁工业是国民经济的基础产业，标志着国家经济水平和综合国力，其发展直接影响着与其相关的国防工业及建筑、机械、造船、汽车、家电等行业。随着国际产业的转移及我国国民经济的快速发展，我国逐渐成为钢铁生产和消费大国，粗钢产量连年居世界第一。同时，钢铁工业的持续发展也带来矿产资源的不断开发，导致短期内不可再生的矿产资源过度消耗，铁尾矿也成为工业废弃物的重要来源。据统计，仅2018年，我国铁尾矿产生量就达约4.8亿t，并且尾矿产生量仍呈逐年增长的趋势。尾矿堆放占用大量土地资源，其管理及运输更是浪费大量人力物力，细粒的尾矿还会对尾矿库周围的空气、水源、农田带来污染，并且尾矿库面临随时发生事故的风险。因此，如何让铁尾矿作为二次资源重复利用受到越来越多研究者的重视。

　　    铁尾矿是一种伴生性复合矿物质，根据伴生元素的含量可分为多金属类尾矿和单金属类尾矿，其中，根据所含金属种类的不同，我国单金属类尾矿又可分为高硅鞍山型铁尾矿、高铝马钢型铁尾矿、高钙镁邯郸型铁尾矿以及低钙、镁、铝、硅酒钢型铁尾矿等类型。鞍山市矿产资源丰富，已探明的矿产资源有35种，储量丰富的矿产资源有铁矿、菱镁矿、滑石、玉石、大理石、石灰石、花岗岩等。其中，铁矿的探明储量为100亿t，居全国之首，其主要分布在鞍山市区周围及辽阳市的弓长岭、本溪市的歪头山与南芬区。除分布在海城市、岫岩满族自治县的小部分中小型铁矿由乡镇开采外，东鞍山、大孤山、齐大山、弓长岭等大型铁矿均由国家开采。虽然鞍山市铁矿储量大，开采经验丰富，但其对铁尾矿的综合利用率只有7%左右，这仍然是一个亟待解决的问题。本文综述了鞍山型铁尾矿的特性及其综合利用现状，重点阐述了其在尾矿再选、制备新型建筑材料等方面的研究进展，并对鞍山型铁尾矿综合利用的未来发展进行展望，以减少鞍山型铁尾矿堆存量，实现高值化资源再利用。

　　    1.鞍山型铁尾矿研究现状

　　    截至2021年底，鞍山型铁尾矿的学术研究相对较少。早在1987年，有研究者开始意识到鞍山型铁尾矿的特殊意义及其综合利用价值，但随后的近15年一直未受到进一步的关注，2003年之后，越来越多的研究者开始思考如何正确利用鞍山型铁尾矿并取得经济社会效益，其学术研究显著增加。在此期间，共发表学术论文35篇，其中研究类14篇（占比40％），综述类2l篇（占比60％）。

　　    2.鞍山型铁尾矿的特性

　　    鞍山型铁尾矿总体属于高硅、贫铁型细粒尾矿，且70%以上都磨至粒径-200目的水平，松散比重为1.6，有害物质S、P含量低，无放射性污染物。因原矿性质及工艺流程的不同，各选矿厂尾矿构成存在一些差异。现以鞍山钢铁集团有限公司的几大重要原材料供应地（歪头山、齐大山、大孤山、东鞍山、南芬、弓长岭）的矿山为例，分析鞍山型铁尾矿的特性。

　　    2.1 歪头山铁尾矿

　　    歪头山铁矿年产尾矿约580万t。李明碧等对歪头山铁尾矿进行取样分析，结果表明，歪头山铁尾矿中，Si02含量为75.020%，总铁(TFe)为8.670%，Mg0为4.210％，Ca0为4.280%，Al203为2.460%，其余为含量极低的Cu、Zn、Pb等金属元素。

　　    2.2 齐大山铁尾矿

　　    齐大山铁矿是我国最典型的红铁矿，地质铁矿石储量为16亿t。范敦城对齐大山铁矿选矿厂的铁尾矿进行取样分析，结果表明，齐大山铁尾矿中，Si02含量为75.46％，TFe为17.71%，Mg0为1.75%，Ca0为1.70%，Al203为1.65％，其余为含量较低的Na、K、Mn等元素。

　　    2.3 大孤山铁尾矿

　　    大孤山铁矿是目前我国规模最大的深凹型露天铁矿，铁矿开采始于1916年，尾矿堆存量已达22亿t。毛奎等对大孤山铁尾矿进行取样分析，结果表明，大孤山铁尾矿中，Si02含量为66.59%，TFe为21.67%,Mg0为1.90％,Ca0为6.78%,Al203为2.18%,其余为含量较少的Mn、Na、K等元素，具体结果如表3所示。

　　    2.4 东鞍山铁尾矿

　　    东鞍山烧结厂年产铁尾矿约400万t，尾矿堆存量已达1.3亿t。程绍凯等对东鞍山烧结厂铁尾矿进行取样分析，结果表明，东鞍山烧结厂铁尾矿中，Si02含量为65.17％，TFe为22.65％，Al203为1.53%，Mg0为1.29%，有害物S、P含量较低。

　　    2.5 南芬铁尾矿

　　    南芬铁矿厂铁矿石年处理量为1300万t，年产铁尾矿约850万t，尾矿堆存量已达2亿t。王洪波等对南芬铁尾矿进行取样分析，结果表明，南芬铁尾矿中，Si02含量为75.52%，TFe为11.13％,Ca0为1.72%，Al203为1.92％，其余为含量较少的Mg.P等元素。

　　    2.6 弓长岭铁尾矿

　　    弓长岭尾矿库于1963年投入使用，尾矿堆存量已达10亿t。王冬对弓长岭铁尾矿进行取样分析，结果表明，弓长岭铁尾矿中，Si02含量为67.48%，TFe为27.88%，Ca0为1.78%，Mg0为1.37%，Al203为0.11％，Na20为0.26%，另外含少量的P、S元素及极少量的Cu、Zn、Pb等金属元素。从6个典型鞍山型铁尾矿的化学成分不难看出，鞍山型铁尾矿的Si02含量为65％～80％，TFe含量为8％～30%，P、S含量均小于0.5%，无放射性元素。因此，鞍山型铁尾矿无放射性污染，具有广泛应用的可能性。

　　    3.鞍山型铁尾矿综合利用的现状

　　    3.1 尾矿再选

　　    鞍山型铁尾矿堆存总量大，每年还以约4000万t的产生量持续增长，在如此庞大的基数下，尾矿中铁元素的再选工作将带来相当可观的经济效益。在选矿过程中，由于工艺流程操控波动或矿石性质偏差等因素，尾矿中仍含有一定量的矿物元素。鞍山型铁尾矿作为有价值的二次资源，长期以来都受到研究者的关注，铁尾矿的再选技术也逐渐进步。东鞍山烧结厂采用连续磨矿与单一碱性浮选+阶段磨矿、磁选、细筛再磨工艺对尾矿进行再选，再选后年回收品位60%左右的铁精矿约9万t；大孤山选矿厂采用阶段磨矿+阶段磁选+细筛再磨工艺再选尾矿，尾矿再选后，年回收品位60%左右的铁精矿8万t；齐大山选矿厂采用阶段磨选+重选+磁选+浮选工艺再选尾矿，再选后，年回收品位60%左右的铁精矿8万t。徐彪等采用再磨—弱磁选—强磁选—铁矿反浮选—石英矿分步浮选联合工艺对本溪市某铁矿选矿厂的尾矿进行再选，最终得到TFe品位59.75％、产率6.21％的铁精矿和Si02品位99.15%、产率21.51%的石英精矿。余莹等针对鞍山型铁尾矿的特点，对再选工艺的短流程和高效化进行探索，采用粗细分选—磁选—重选—浮选联合选矿工艺处理弓长岭铁尾矿，获得品位70%左右的铁精矿，实现了粗粒度拿精，改善技术指标，降低选矿成本。

　　    3.2 制备新型建筑材料

　　    鞍山型铁尾矿硅含量高，粒径细，其资源特征与传统的建材原料相似，基本不需要再进行破碎或其他前处理，利用其制备大需求量的高附加值产品，不仅符合高创收、低成本的经济要求，还符合可持续发展理念。

　　    3.2.1 建筑用砖

　　    随着房地产业的发展，建筑用砖量持续增加，其制备材料也从传统的黏土逐渐向固废资源转化，同时由空心多孔砖代替传统实心砖，由非烧结砖代替烧结砖。赵阳利用鞍山型铁尾矿作为原料，制备耐盐碱建筑用砖，在铁尾矿、水泥、粗骨料与粉煤灰质量比为70：12：6：12，外加0.5%氯化钙的条件下，制备的耐盐碱建筑用砖性能最佳，满足《非烧结垃圾尾矿砖》（JC/T422-2007）及《混凝土砌块和砖试验方法》（GB/T4111-2013）的要求。谷素清利用齐大山、歪头山铁尾矿作为主要原料，辅以少量骨料、凝胶材料、外加剂及适量的水，混匀后在14.7～19.6MPa的压力下制备免烧墙体砖，此法生产的墙体砖符合《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T422-2007)的要求。

　　    3.2.2 道路基层

　　    目前，尾矿砂代替天然砂的路用可行性已经得到诸多研究者的认证。赵飞利用弓长岭铁尾矿、普通硅酸盐水泥、纤维和水作为原料，制备水泥尾矿砂道路基层，该道路基层力学性能、水稳定性及抗冻融性能都较传统道路基层有所提升。杨青研究发现，鞍山型铁尾矿砂掺加石灰和水泥后具有半刚性材料的特性，其铺设的路面基层抗压强度、劈裂强度及回弹模量等指标都可满足现行规范对公路基层的要求，同时造价可实现最低。张晓辉等以弓长岭铁尾矿为骨料，矿渣硅酸盐水泥为凝胶材料，制备的路基材料与传统路基材料（水泥砂浆和水泥土）相比具有良好的抗冻性能，比较适合作为北方地区的路基材料。徐帅以齐大山铁尾矿和石灰为原料，进行击实、无侧限抗压强度、回弹模量、劈裂强度等试验，结果表明，石灰掺量超过30％时，石灰稳定的铁尾矿可以应用于低等级公路基层中。

　　    3.2.3 建筑保温材料

　　    我国北方地区冬季严寒，轻质外墙保温材料可以代替传统的耐火性能不佳的有机保温材料，成为建筑保温材料中的翘楚。路畅等以歪头山铁尾矿为原料，制备孔隙率为64.59%的多孔玻璃陶瓷保温材料，其导热系数可达0.125W／(m·K)。马旭峰等以再选后的铁尾矿为主要材料，加入纤维、网格布等材料，经搅拌、发泡、浇筑、拆膜、养护等工艺制备保温墙板材，面密度可达90kg/m2，耐火极限大于2.5h，抗冲击性、抗冻融性能良好，可以达到《建筑用轻质隔墙条板》（GB/T23451-2009）的标准要求。

　　    3.2.4 高性能混凝土

　　    一般来说，利用铁尾矿制备的高性能混凝土强度和耐久性都优于传统混凝土，其利用固废资源，降低了制造成本。韩鹏以齐大山铁尾矿为原料，其经机械活化后取代水泥作为混凝土的胶凝材料，铁尾矿取代水泥的比例达到20%时，混合物坍塌度满足设计要求，取代比例为30％时，混凝土强度有所下降，但仍满足设计强度C30要求，取代比例为40%时，掺入适当减水剂可提高混凝土抗压强度，也能满足设计强度C30要求。毛奎等以鞍山型铁尾矿为主要原料，制备加气混凝土，结果表明，铁尾矿掺量为55％，天然砂掺量为10%时，加气混凝土抗压强度可达A05级别，干体积密度可达B07级别，符合相关国家标准要求。

　　    3.2.5 建筑饰面材料

　　    近年来，随着尾矿综合利用技术的不断发展，铁尾矿综合利用不断朝技术含量更高的建筑饰面材料方向发展。李亚超以大孤山铁尾矿和玻璃粉为原料，按照39：11的比例混合，通过无压烧结制备建筑饰面材料，其性能优于天然石材，可以作为天然石材的平价代替应用于建筑工程。微晶玻璃作为近几年流行的建筑饰面材料，兼具玻璃和陶瓷的特性，可广泛应用于建筑、医学、电子科技、航空航天、机械、电力等领域。微晶玻璃在普通玻璃的基础上进行晶化处理，晶化后获得普通玻璃不具备的特殊性能。曲国庆等以歪头山铁尾矿及碎玻璃为原料，制取表面微晶化玻璃，研究晶核剂及热处理工艺对玻璃微晶化的影响，结果表明，利用Ti02和Cr203复合晶核剂在较低温度下就能实现玻璃的表面微晶化，且尾矿利用率可达50％。闫欣等以鞍山型铁尾矿为主要原料，添加一定量的铝钒渣和高钛渣，制备出主晶相为堇青石的微晶玻璃。雷岩等以鞍山型铁尾矿、菱镁石尾矿和铝钒土为原料，以Ti02为晶核剂，通过熔融制得以堇青石为主晶相的微晶玻璃，尾矿利用率可达54%。李明碧等以歪头山铁尾矿为原料，制得微晶陶瓷玻化砖，吸水率为0.68%，抗压强度达65.3MPa。

　　    4.鞍山型铁尾矿综合利用的未来发展展望

　　    经过近年来研究者的不懈努力，鞍山型铁尾矿综合利用已经取得显著的成绩，然而铁尾矿综合利用仍是一个道阻且长的系统性工程，还存在大量问题亟待解决。因此，要因地制宜，合理选用选矿技术，科学制定选矿管理制度，保证铁尾矿中铁元素充分利用，收集并回收铁尾矿中除铁、硅元素外的微量元素。未来，要加强政策引导，加大科研力度，加速科研成果转化，确保鞍山型铁尾矿综合利用可持续发展。

　　    4.1 做好整体规划，制定经济扶持政策

　　    鞍山型铁尾矿综合利用与矿产开发、环境保护密切相关，但不同于原生矿山开发，一些企业视尾矿综合利用为负担，思想上和行动上较为被动。要坚持“谁开发、谁治理”的原则，做好整体规划，出台经济扶持政策，减免尾矿综合利用生产环节的增值税、环境保护税。成立行业协会，对尾矿总量及结构进行调控，同步共享行业信息。

　　    4.2 加大科研力度，鼓励技术创新

　　    与国外相比，我国尾矿综合利用研究起步较晚，研究成果存在较大的差距。要以现有研究为基础，加大科研力度，拓展鞍山型铁尾矿综合利用的领域及途径。要建立铁尾矿综合利用的科研平台，鼓励技术创新，推动铁尾矿综合利用深入发展。

　　    4.3 促进产学研合作，加速科研成果转化

　　    目前，多类鞍山型铁尾矿的高附加值产品仍然处于实验室阶段。要促进产学研合作，建设科研成果产业园区，加速科研成果的产业转化，使成果落地，并对新产品、新技术进行市场推广，使铁尾矿真正实现经济效益和社会效益。

　　    5.结论

　　    本文简述鞍山型铁尾矿研究现状，结合鞍山型铁尾矿的特性，分析其综合利用现状，最后展望鞍山型铁尾矿综合利用的发展趋势。未来，要做好整体规划，制定经济扶持政策，加大科研力度，鼓励技术创新，促进产学研合作，加速科研成果转化，确保鞍山型铁尾矿实现综合利用。  

　　                                         摘自：《中国资源综合利用》2023年第2期