鐵尾礦綜合利用

鐵尾礦的綜合利用昆明理工大學云南省金屬礦尾礦資源二次利用工程研究中心目前一頁\總數六十九頁\編于二十一點

1.中國鐵尾礦的資源現狀

2.鐵尾礦綜合利用的研究進展

3.國外尾礦處理的新技術主要章節(jié)

4.主要結論目前二頁\總數六十九頁\編于二十一點第一部分中國鐵尾礦的資源現狀鐵是鋼材最主要的組份，是工業(yè)生產中必不可缺的金屬。2013年全球鋼鐵表觀消費量為14.54億噸，同比增長2.9%；2014年，全球鋼鐵表觀消費量將達到15.62億噸，同比增長3.2%。1.1中國鋼鐵行業(yè)現狀圖12013年全球粗鋼產量比例目前三頁\總數六十九頁\編于二十一點中國是全球最大的鋼鐵生產國、出口國和消費國，自2000年中國的鋼鐵產量開始急速增長，至2013年粗鋼產量為7.79億噸，預計2014年表觀鋼鐵消費量達到7.48億噸。中國鐵尾礦的資源現狀圖2中國近二十年粗鋼產量目前四頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀伴隨著鋼鐵行業(yè)的連年發(fā)展，中國的鋼鐵形勢卻出現了困境。2003年，中國超過日本成為全球最大的鐵礦石進口國，中國鐵礦石的進口依賴度也連年攀升，2013年已超過了70%。這給中國鋼鐵行業(yè)的健康平穩(wěn)發(fā)展帶來了嚴重的威脅。圖3中國近年鐵礦石進口量及進口依賴度目前五頁\總數六十九頁\編于二十一點尾礦是選礦產生的廢棄物，是工業(yè)固體廢棄物的主要組成部分。2006年，中國總尾礦堆存量約80億t，當年尾礦的排量約為5億噸，此后中國尾礦的排量逐年上升；至2012年，中國尾礦年排量為15.81億噸，依次推算，至堆量近200億噸。而中國作為全球最大的鋼鐵生產國，鐵尾礦的堆存量約占總尾礦堆存量的三分之一，則2014年中國總鐵尾礦堆存量應有近70億噸。中國鐵尾礦的資源現狀1.2中國鐵尾礦的堆存量目前六頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.3鐵尾礦的危害1.3.1占用土地中國的鐵尾礦利用率遠低于國外，與發(fā)達國家相比差距更大，大量尾礦只能堆存于尾礦庫中。鐵尾礦堆存需要建專門的尾礦庫，因而占據大量的農田和林用土地，其中包括一些生產力很高的耕地和良田。由于鐵尾礦的排放量巨大，中國新增的鐵尾礦堆積土地面積約為120公頃/年。此外，尾礦庫的建設需要花費大量的資金，一般尾礦庫的基建投資為1~3元/t，運行費用3~5元/t。據報道，2000年，中國用于鐵尾礦堆存的運營費用即超過7億元，至2013年，該項運營費用可能已超過20億元/年。目前七頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.3.2污染環(huán)境鐵礦石都不程度地伴生有銅、鉛和鉻等重金屬元素，進入尾礦后這些有害元素會發(fā)生生物化學遷移，對大氣、水體和土壤造成嚴重污染；此外，某些殘留在鐵尾礦中的藥劑對附近水體和農田生態(tài)環(huán)境的影響也十分嚴重；尾礦中的硫化物會產生酸性水，進一步淋浸重金屬，遷移流失后對整個生態(tài)環(huán)境將造成極大危害。干旱多風地區(qū)，鐵尾礦堆積庫表層的粉塵可隨風到達很遠距離，甚至會帶來沙暴，使土地沙化、植被破壞甚至直接威脅到人畜的生存；因鐵尾礦堆積使周圍土地沙化造成農田減、絕產等事件時有發(fā)生。目前八頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.3.3安全隱患由于中國鐵礦的嵌布粒度細，常需深度細磨才能有效的實現鐵礦物的單體解離。因此，鐵尾礦普遍粒度細、含水量高且難以脫水。部分鐵尾礦常處于不穩(wěn)定的泥漿態(tài)，隨著鐵尾礦的不斷堆存，尾礦庫壩體不斷增高，尾礦庫的安全隱患日益升高。大型鐵尾礦庫一旦潰壩，對壩下的村莊、農田以及周邊的生態(tài)將造成毀滅性的破壞。建國以來，已發(fā)生大小尾礦庫潰壩的事故數百起，西襄汾新塔礦業(yè)尾礦庫潰壩是近期發(fā)生最嚴重的鐵尾礦庫潰壩事故，事故泄容量26.8萬立方米，過泥面積30.2公頃，波及下游500米左右的礦區(qū)辦公樓、集貿市場和部分民宅，造成277人死亡、4人失蹤、33人受傷，直接經濟損失達9619.2萬元。目前九頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.4鐵尾礦的分類鐵尾礦磁鐵礦尾礦赤鐵礦尾礦排量大，磁鐵礦的產量約為赤鐵礦的三倍，所以磁鐵礦尾礦的排量要大于赤鐵礦尾礦。產比高，由于赤鐵礦比磁鐵礦難選，單位產量的赤鐵礦將產生更多的尾礦，綜合利用難度也更高。按原礦的礦物性質，一般可將鐵尾礦分為兩大類，即磁鐵礦尾礦和赤鐵礦尾礦。目前十頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.4.1高硅型鐵尾礦該類尾礦硅含量高、粒度細，不含有價的伴生元素，SiO2含量一般在70%以上，尾礦中90%以上是石英、綠泥石、角閃石、云母、長石和白云石等硅酸鹽礦物，平均粒度一般為。這類尾礦以鞍鋼東鞍山、首鋼大石河、太鋼峨口、唐鋼石人溝和本鋼南芬等地的尾礦為代表，也常被稱為鞍山型鐵尾礦。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量12.5675.501.780.502.107.56表1鞍本地區(qū)鐵尾礦的主要化學組成（%）按鐵尾礦的化學組成特征，可將鐵尾礦分為五大類，即：高硅型鐵尾礦、高鋁型鐵尾礦、高鈣鎂型鐵尾礦、低鈣鎂鋁硅型鐵尾礦和多金屬型鐵尾礦。目前十一頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.4.2高鋁型鐵尾礦該類尾礦排量相對較少，Al2O3含量高，一般不含伴生元素和組份，個別尾礦伴生有磷、硫，通常含有長石、云母、高嶺土、綠泥石、磷灰石和黃鐵礦等礦物，-0.074mm粒級含量占30-60%。這類尾礦以馬鋼南山、馬鋼姑山、安徽黃梅山和江蘇吉山等地的尾礦為代表，也常被稱為馬鋼型鐵尾礦。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量17.5443.5812.211.042.7322.90表2安徽黃梅山鐵尾礦的主要化學組成（%）目前十二頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.4.3高鈣鎂型鐵尾礦

該類尾礦除了Ca、Mg含量高以外，還常伴生S和Co，個別尾礦微量伴生Cu、Ni、Zn、Pb、As、Au和Ag等元素，主要含有透輝石、白云石、長石、方解石、黃鐵礦和黃銅礦等礦物，-0.074mm粒級含量一般占50-70%。

這類尾礦以邯鄲地區(qū)和山東地區(qū)的玉石洼、西門山、張馬屯、符山和王家子等鐵選廠的尾礦為代表，也常被稱為邯鄲型鐵尾礦。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量8.1331.986.4930.7713.848.79表3邯鄲鐵礦尾礦的主要化學組成（%）目前十三頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.4.4低鈣鎂鋁硅型鐵尾礦該類尾礦中SiO2、Ca、Mg、Al2O3含量均較低，常見元素Ba、Na和K，伴生元素有Ge、Ga、Co、Ni和Cu等，常見重晶石、千枚巖、橄欖石和碧玉等礦物，尾礦粒度一般為-0.074mm占70%左右。酒鋼的鏡鐵山和黑鷹山鐵選廠的尾礦為此類尾礦的代表。元素FeSiO2Al2O3CaOMgOBaOGe其它含量17.7831.985.931.502.1013.290.00227.42表4酒鋼選廠尾礦的主要化學組成（%）目前十四頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.4.5多金屬型鐵尾礦該類鐵尾礦成分復雜，伴生元素多，除了含有大量的有色金屬元素，還含有可回收的稀有金屬和貴金屬元素。該類鐵尾礦中的伴生的有價元素的價值常超過主金屬鐵的價值。武鋼的程潮鐵礦和大冶鐵礦，還有包鋼的白云鄂博鐵礦均為此類鐵尾礦的代表。元素FeSiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2O其它含量7.6637.219.0015.3015.321.700.9212.89表5程潮鐵礦尾礦的主要化學組成（%）元素FeSiO2Al2O3CaOMgOREOF其它含量16.2036.752.7617.344.406.0010.806.75表6白云鄂博尾礦的主要化學組成（%）目前十五頁\總數六十九頁\編于二十一點中國鐵尾礦的資源現狀1.5鐵尾礦綜合利用的價值資源化：1.擴大國內鐵礦石的產量，減輕鐵礦石大量進口所帶來的壓力；2.綜合回收鐵尾礦中的各種有價礦物，實現鐵礦資源價值的最大化利用。減量化：1.延長尾礦庫的服役年限;2.減少鐵尾礦的維護成本；

3.減少尾礦的重金屬含量，保護環(huán)境；4.降低安全隱患。目前十六頁\總數六十九頁\編于二十一點第二部分鐵尾礦綜合利用的研究進展2.1鐵尾礦綜合利用的概況早在20世紀60年代初，國外已開始研究鐵尾礦再利用的相關工作，國內雖相對起步較晚，但相關研究的進展較快。鐵尾礦的再利用大體上可分為四個方面：一、尾礦充填，即將鐵尾礦作為主要充填料回填到采空礦井

中；二、植樹復墾，即以鐵尾礦為主要土壤質進行復墾和土壤改

性；三、尾礦再選，即將尾礦中的有價礦物選別出來；四、制造建材和新型材料，即以尾礦為主要原料生產磚瓦、

水泥、微晶玻璃、陶瓷材料、裝飾材料、墻體涂料等。目前十七頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展50年代干式廢石充填60年代水力搬運充填混凝土膠結充填70～80年代細砂膠結充填90年代至今全粒級膠結充填自20世紀50年代以來，中國的尾礦充填大致經歷了以下幾個階段：（1）50年代：為廢石干式充填的全盛時期，基本沒有涉及到

細粒尾礦的應用；（2）60年代：發(fā)展應用分級尾砂水力充填、碎石水力充填和

混凝土膠結充填；（3）70～80年代：廣泛應用以分級尾砂和天然砂作為充填料

的細砂膠結充填技術；（4）90年代：全面發(fā)展了全尾砂膠結充填、塊石砂漿膠結充

填、碎石水泥漿膠結充填和膏體泵壓輸送膠結充填等新

技術，促進了中國采礦技術的進步和采礦工業(yè)的發(fā)展。2.2尾礦充填2.2.1尾礦充填的發(fā)展歷史目前十八頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展就選礦廠的生產而言，尾礦的充填一般會經歷以下幾個步驟：（1）固液分離：也可以理解成選廠直接排放的尾礦的濃縮過

程，一般需要將尾礦的濃度濃縮到65%以上；（2）膠結劑的添加：即添加水泥和石灰等物料的過程，可使松散的沉積物能迅速的膠結起來；（3）礦漿的灌注：即將配置好的高濃度礦漿灌注到礦井指定地點的過程；（4）充填體的養(yǎng)護：即強化充填體的水化作用，使充填體迅

速硬化，保證充填體的強度。尾礦礦漿高濃礦漿高強度充填體固液分離膠結劑添加灌注養(yǎng)護2.2.2尾礦充填的基本步驟目前十九頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.2.3尾礦充填的研究進展傳統(tǒng)的尾礦膠結劑的配置完全按照建筑混凝土的要求和工藝去制備。但這種傳統(tǒng)的粗骨料膠結充填輸送工藝復雜，且對物料的級配要求較高，因而一直未獲得大規(guī)模的推廣使用。近年來，尾礦充填的研究重心主要集中在膠結劑的配置上，在傳統(tǒng)的水泥、石灰和石膏等的基礎上，研究人員使用粉煤灰、爐渣、氟石膏和絮凝劑等配置新型膠結劑取得了顯著的研究成果；尾礦礦漿的濃縮和灌注作業(yè)的進展主要集中在設備上，如水力旋流器、深錐濃密機和往復式柱塞泥漿泵等設備在尾礦的濃縮和灌注的應用；另外，在自動控制（PLC控制系統(tǒng)）和充填體監(jiān)控（感應系統(tǒng)、預警系統(tǒng)）等集成技術領域也獲得較多的研究成果。目前二十頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.2.4尾礦充填的研究實例紀憲坤等針對高鋁高鐵型的鐵尾礦開發(fā)了一種新型固化劑MG-601，其主要由水泥、礦渣粉和化學激發(fā)劑MG-6組成，MG-6由堿金屬碳酸鹽、堿土金屬硫酸鹽和堿金屬硝酸鹽配置而成。通過中試生產應用表明：MG-601固化劑與全尾砂(干基)質量比為1:4.5時，養(yǎng)護28d，充填體的抗壓強度可達4MPa以上，能夠滿足礦井接頂部位的強度性能要求；質量比為l:6或1:7時，基本能夠滿足礦井普通部位的強度性能要求。針對石人溝鐵礦全尾砂的物化特性，杜聚強使用水淬渣、石灰、石膏等研究開發(fā)了一種新型充填膠結材料。通過與水泥做對比分析，發(fā)現新型充填膠結材料在高濃度和低膠砂比條件下，即能使充填體的抗壓強度達標，成功地降低了充填成本。（1）膠結劑目前二十一頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展中鋼蒼山鐵礦和李官集鐵礦的原充填站的尾礦礦漿采用立式砂倉濃縮，但由于底部造漿風壓不足、溢流濃度較高，尾砂利用率低，不能滿足地下采空區(qū)要求。李學忠等通過水力旋流器進行了尾礦濃縮的試驗研究，發(fā)現采用水力旋流器對尾礦的濃縮效果較好，兩個礦山采用旋流器濃縮方案對充填站進行系統(tǒng)的改造后，運行效果良好，尾礦濃縮濃度大于65%，尾砂利用率大于70%，滿足了采空區(qū)對尾礦濃度和尾礦量的要求，礦山達到了采充平衡，降低了運營的費用。（2）設備進展目前二十二頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展深錐濃密機是20世紀70年代發(fā)展起來的一種高效濃縮設備，具有極大的生產能力，可獲得較高的底流濃度，為膏體充填料的制備提供了保障。劉曉輝等以PPSM型深錐濃密機為研究對象，通過現場生產發(fā)現濃密過程中的礦漿在豎直方向上可劃分為澄清區(qū)、沉降區(qū)、臨界濃度區(qū)以及壓縮區(qū)4區(qū)域；分別對各區(qū)域濃度變化規(guī)律及主要影響因素進行了試驗研究，得到固體顆粒在錐體內的3濃密階段；并估算了正常負荷下底流濃度的變化范圍：76%~82%，為現場系統(tǒng)故障預測與排除提供了理論依據。目前二十三頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展1.液力端(閥箱)2.底座3.柱塞組合4.動力端5.液力端潤滑系統(tǒng)6.動力端潤滑系統(tǒng)圖4NB型往復式柱塞泥漿泵通常用于尾礦充填的漿體質量濃度在60%以下，而膏體充填的料漿質量濃度為75%～82%，一般的泥漿泵無法有效地完成膏體充填的運輸。鄭宏乾等研制了NB型往復式柱塞泥漿泵，NB型往復式柱塞泥漿泵為臥式三缸單作用往復式柱塞泵，泵組系統(tǒng)由柱塞泵、喂料泵、入口空氣室及出口空氣室等組成，可以保證高濃度泥漿輸送的穩(wěn)定性。其主體結構見圖4。2009年，在贊比亞謙比西銅礦，NB型往復式柱塞充填泥漿泵已成功得到應用。目前二十四頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展（3）集成系統(tǒng)張婧通過BP神經網絡對影響水力旋流器的參數進行了辨識，確定影響其控制性的主要控制參數，提出旋流器自動控制系統(tǒng)的設計方案。并進一步開發(fā)了PLC的監(jiān)控軟件和基于組態(tài)王KingView6.52的上位機監(jiān)控軟件，實現整個系統(tǒng)的監(jiān)控。現場安裝調試及運行結果顯示該系統(tǒng)具有較高的可靠性和實用性，提高了系統(tǒng)控制的自動化、人性化和水力旋流器的生產指標。目前二十五頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展降低尾礦維護成本：用鐵尾礦做充填料可就地取材，將省去或大大減少堆積庫建設以及維護費用；充填成本低：鐵尾礦用作充填料費用很低，充填費為一般碎石水泥充填的1/4~1/10；節(jié)省土地：某些地區(qū)土地資源十分緊缺，鐵尾礦充填的意義就更加重大。2.2.5鐵尾礦充填的優(yōu)缺點資源浪費：尾礦充填并沒有考慮尾礦中有價元素的回收，勢必建造成這部分有價元素的流失；污染地下水：如選用物理化學性質不穩(wěn)定的尾礦作為充填原料，經長期侵蝕有害元素會溶出，并進入地下體，污染地下水源。目前二十六頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.3鐵尾礦的復墾2.3.1尾礦復墾的概況目前，尾礦復墾的研究主要集中在尾礦的堆肥改性和植物修復兩個方面。土壤改性（作用）特性肥料（微量礦物的缺陷）重金屬固定劑（聚丙烯酸鹽）城市污泥（造紙泥）農業(yè)費料（秸稈、池泥）復墾堆肥改性植物修復穩(wěn)固土壤（水土流失、揚塵）刺槐、白楊、芒草（抗旱、易成活）土壤肥力影響（有機質、全磷、分解酶）目前二十七頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展堆肥改性即從尾礦自身的土壤肥力缺陷入手，通過向尾礦添加特性肥料和重金屬固定劑等改性劑，實現改善尾礦肥力性質的目的。植物修復則是通過在尾礦上種植如刺槐、白楊和芒草等易成活植物植株，實現尾礦土壤固定和緩慢改性。多數尾礦的復墾研究中，尾礦的堆肥改性和植物修復常同步實施，取得了不少的研究成果。目前二十八頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.2.2尾礦復墾的實例姜永利以個舊大屯甲介山尾礦庫復墾農田的土壤為研究對象，以甘蔗為培育植株，研究土壤改良劑對甘蔗吸附金屬（As、Pb、Cd、Pb和Zn）離子的影響。發(fā)現通過對尾礦土壤中添加石灰、普鈣和鋼渣的組合改良劑，能顯著降低甘蔗的重金屬吸收量，并且甘蔗糖分含量提高了18%以上。經計算，尾礦庫修復后可直接減少尾礦占地的經濟損失1220萬元，每年減少水土流失造成的養(yǎng)分損失9151元。經過土壤修復，復墾地的經濟效益和環(huán)境效益都得到了提高。目前二十九頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展河北承德黑山鐵礦的廢石場和尾礦庫的存在嚴重的環(huán)境問題，其裸露沙塵易隨風揚起，大量原生植被破壞，周邊環(huán)境受到嚴重的污染。黃文濤以城市污泥為土壤改性原料，以黑麥草土壤改性植株，開展了黑山鐵礦廢棄地修復的模擬研究。研究發(fā)現，污泥添加量分別為20%和30%時，廢棄地上黑麥草的生長情況最好，出苗率分別可達93.7%和92.0%，株高分別為17.87cm和17.61cm，須根數分別為26和29。此外，廢棄地修復土壤的理化性質也得到提高，其有機質含量分別提高了7.26%和11.56%，含水率分別提高了24.10%和28.95%。目前三十頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展

楊振意等研究了刺槐種植對大冶黃石鐵尾礦的土壤肥力影響，發(fā)現相對未種植刺槐的鐵尾礦，刺槐人工林下土壤pH比未種植植物的鐵尾礦廢棄地低4.7%，土壤的有機質、全氮和全磷質量分數分別為101.5、2.8和1.5g/kg，堿解氮、速效磷和速效鉀質量分數分別為130.7、16.2和201.8mg/kg，自生固氮菌數量與解磷菌數量分別為75.0×105和85.7×105cfu/g，土壤脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性分別為2.7g/(kg·d)、317.6mg/(kg·h)和4.6ml/(kg·h)，均顯著提高；土壤的全鉀含量則比對照低13.7%。證明刺槐的定居和生長促進了鐵尾礦廢棄地的生態(tài)恢復。目前三十一頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.3.3尾礦復墾的優(yōu)缺點適用面廣：尾礦復墾幾乎適用于所有尾礦的再利用；成本低廉：尾礦復墾的投入成本僅為土壤改性劑的添加和植株的種植，遠低于其它工藝的投入；穩(wěn)固土壤：植物的種植可有效的固定尾礦的土壤，減少尾礦的揚塵和沙暴的形成，極高尾礦庫的安全系數；改良土壤性質：成功的尾礦復墾往往能本質上的改善土壤性質，使尾礦周邊的生態(tài)系統(tǒng)恢復健康；協(xié)同除害：某些尾礦的復墾會用到如城市污泥、農業(yè)費料和工業(yè)廢渣等廢棄物，從而形成了多種污染的協(xié)同治理體系。目前三十二頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展治理周期長：一般草本類植株的成長在半年左右，灌木和喬木類植株則可能要數年，因此，相對于其它工藝，尾礦復墾的治理周期要更長，成效也更慢。盲目性較大：尾礦復墾的研究中，改性劑的配置和優(yōu)良植株的選擇均存在較大不確定性和盲目性；并且由于尾礦自身性質的不穩(wěn)定，多數尾礦復墾的研究還只能處在理論階段。實施難度大：尾礦的復墾涉及到大面積的工藝實施和長期的養(yǎng)護運作，因此，尾礦復墾的實施的穩(wěn)定性和持續(xù)性很難得到保障。目前三十三頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.4鐵尾礦的再選從鐵尾礦中再選有價礦物是最直觀的鐵尾礦再利用的方法，一直以來也是鐵尾礦再利用的研究重點。不同類型的鐵尾礦中有價礦物的種類不盡相同，所使用的回收方法也存在較大的差異。鐵尾礦中常見的有價礦物有赤鐵礦、褐鐵礦、赤褐鐵礦、鈦鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、磷灰石和云母等，黃鐵礦常賦存有Co、Au和Ag等有價礦物；部分的鐵尾礦中還會伴有稀散稀土元素，例如包鋼白云鄂博鐵礦中伴生有大量的鈮-稀土鐵礦石和鈮-稀土礦石。鐵尾礦選別流程多為復合流程，既可以得到多種產品，也符合礦物的選別特性。2.4.1尾礦再選的概況目前三十四頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展再選工藝磁選浮選重選焙燒多用強磁選，捕收弱磁性礦物高磁場梯度（磁介質，SLon型）螺旋溜槽（拋尾）搖床（精選）離心機（微細粒、大紅山鐵礦投產）配合磁選，用于選鐵還原焙燒（Fe2O3→Fe3O4）深度還原焙燒（Fe2O3→Fe單質）多用于回收硫化礦（黃銅礦、黃鐵礦）非金屬礦物（磷灰石、云母、白鎢礦）反浮選（磷灰石、鈦鐵礦等的提純）2.4.2尾礦再選的工藝概況目前三十五頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展由于鐵尾礦粒度細、強磁性礦物少，再選作業(yè)中常用高梯度強磁選設備，Slon磁選機即為當中的代表，該設備在傳統(tǒng)高梯度磁選設備的基礎上，引入了脈動系統(tǒng)使分離區(qū)磁介質內顆粒群始終處于松散狀態(tài)，從而提高磁分離選擇性和防止磁介質堵塞。但由于鐵尾礦中磁性礦物粒度普遍較細，有效捕獲需要非常強的磁場，所以也常會捕獲大量的脈石含量較高的礦粒，導致精礦產品的富集比不高。因此，高梯度磁分離法常用于磁性礦物的預富集，很少用作獲取最終鐵精粉產品的分離方法。該工藝常與重選的搖床工藝或離心機工藝配合使用，獲得鐵精礦或鈦鐵精礦。（1）磁選工藝目前三十六頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展螺旋溜槽：常用于鐵尾礦的預先拋尾，溜槽的精礦常會進入再磨系統(tǒng)，以提高目的礦物的解離度，供后續(xù)選別。搖床：常用于強磁選精礦的再選，可獲得高品位的精礦；但處理量較小，一般不會直接用于鐵尾礦的選別；使用搖床選別時，需要盡量地控制入選的礦石粒度，以期得到最佳的分選效果；處理細粒礦石時，搖床的精礦回收率會偏低。離心機：常與強磁選機配合使用，適用于細粒礦物的分選；精礦的回收率較高，但富集比不會太大；適用于35-45品級鐵次精礦的提質。（2）重選工藝目前三十七頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展

分級在重選的選別作業(yè)中往往可以起到積極的作用，多數的重選作業(yè)前，添加分級作業(yè)可大幅的提高選別指標。例如：某鐵尾礦的礦物性質復雜，尾礦中有用礦物為赤鐵礦、褐鐵礦和少量磁鐵礦，鐵含量為24.26%，脈石礦物為綠泥石、石英、磷灰石、白云石、方解石、重晶石等。當直接使用強磁-搖床的工藝，可獲得鐵品位62.43%、回收率為18.14%鐵精礦。而采用強磁-分級-搖床精選試驗流程選別該尾礦，其選別指標為：-0.037mm細粒精礦品位49.67%、回收率33.24%；粗粒精礦品位58.16%、回收率7.66%；最終精礦品位51.07%，回收率40.90%?？梢娞砑臃旨壸鳂I(yè)后，最終精礦的回收率得到了一個顯著的提升。目前三十八頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展（3）焙燒工藝常見于弱磁性鐵礦（赤鐵礦、赤褐鐵礦等）的回收，其工藝理念是：將尾礦中的弱磁性的Fe2O3還原成磁鐵礦（Fe3O4），或者深度還原成鐵單質，然后通過弱磁選工藝回收這部分的鐵礦物。例如：某鐵礦經弱磁選后尾礦的Fe品位高達45.36%，分析發(fā)現尾礦中含大量赤褐鐵礦，陳澤宗等使用磁化焙燒-磁選工藝選別該鐵尾礦，在焙燒溫度為750℃的條件下，焙燒60min，焙燒完成后磨至-325目粒級占88.65%，經弱磁選(96kA/m)，可獲得產率為73.87%、Fe品位為59.00%、回收率為90.74%的鐵精礦。焙燒工藝雖能有效地回收鐵尾礦中的弱磁性鐵礦，但工藝控制的難度較大，深度還原的成本又太高，因此尚未有大型化的工業(yè)生產實例。目前三十九頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展（4）浮選工藝浮選本身的適用的范圍很廣，不便于統(tǒng)一的介紹。因此，這里就針對浮選不同的作用來進行介紹。浮選硫化礦：常見于鐵尾礦的脫硫作業(yè)，當硫化礦中含有有價組份時，也可以作為預富集和分離的手段。例如：某鐵尾礦Cu品位為0.36%，Co品位為0.068%；Cu主要以硫化物形式產出，Co主要賦存于黃鐵礦中；劉杰將該尾礦細磨后，使用預先浮銅-浮銅尾礦浮硫的純浮選工藝，獲得了Cu品位為27.42%、回收率為90.93%的銅精礦；以及Co品位為0.29%、回收率為94.88%的鈷精礦，并且該精礦S品位為47.03%，S回收率為94.37%，實現了對該鐵尾礦中銅、鈷和硫的綜合回收。目前四十頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展浮選脫泥：常用于浮選氧化礦（磷灰石、云母）的脫泥作業(yè)，因為氧化礦的浮選常使用胺類捕收劑，而胺類捕收劑對礦泥比較敏感，如果泥質過多浮選就無法正常進行。反浮選：常見于鐵礦或鈦鐵礦粗精礦的提質，常用胺類捕收劑用以浮選硅酸鹽類脈石礦物。浮選目的礦物：根據鐵尾礦目的礦物的不同，浮選的工藝和浮選的藥劑制度會有較大的差異，如：捕收磷灰石常用脂肪酸類、皂類或兩者混合的捕收劑，一般精選段數不超過四段；捕收云母常用胺類捕收劑，常在酸性環(huán)境下進行浮選，精選段數一般可達到五至六段；浮選鈦鐵礦常用氧化石蠟皂作捕收劑，精選段數一般在到四段以上。目前四十一頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展銅陵某選鐵廠弱磁選尾礦P2O5含量為3.74%，主要含磷礦物為磷灰石，何根幸等使用Na2CO3和Na2SiO3作抑制劑，用量分別為4000g/t和2000g/t，氧化石蠟皂作捕收劑，用量別為500g/t，采用一粗兩精的浮選流程，可以得到P2O5品位為35.25%、回收率為95.42%的磷精礦。某鐵尾礦的云母含量為20.34%，魏禮明使用預先脫泥-堿性浮選法浮選云母，通過一粗一掃五精的浮選流程可以得到云母含量為96.19%，回收率為10.17%的云母精礦。承德某鐵尾礦含4.32%的TiO2，賈清梅等使用磨礦-螺旋溜槽-弱磁-強磁-再磨-浮選的工藝，可獲得TiO2品位為46.33%、回收率為11.36%的鈦精礦。目前四十二頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.4.3尾礦再選的優(yōu)點與不足適應性強：針對不同性質的鐵尾礦，可設計不同的再選工藝流程，以期得到合格的精礦產品；資源化程度高：針對尾礦中的有價礦物，使用再選工藝可以實現尾礦資源的最大化利用，既節(jié)約礦產資源，又能創(chuàng)造經濟價值；處理能力大：合理的尾礦再選工藝很容易實現大型化的生產，這也有利于尾礦減量化迅速地完成；部分工藝尚不成熟：如焙燒工藝，磁化焙燒的工藝控制難度大，深度還原焙燒的能耗又太高，因此該項技術尚處于理論階段，大型化的生產還有待進一步的研究；二次污染：主要體現在鐵尾礦的浮選和再磨作業(yè)中，浮選的廢水和再磨新生微細粒礦泥均會導致尾礦的二次污染。目前四十三頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.5鐵尾礦制備建筑材料和新型材料目前，使用鐵尾礦制備建筑材料和新型材料是尾礦綜合利用領域的熱門研究方向，近年來國內外取得了眾多的研究成果。早在20世紀，國外許多國家就開始利用包括鐵尾礦內的尾礦生產建筑材料。中國在研究利用鐵尾礦制備建筑材料如磚瓦、水泥、微晶玻璃、陶瓷材料、裝飾材料和墻體涂料等方面進展迅速，并取得一系列成果，有些工藝已得到成功生產應用。新材料的研究集中在超細二氧化硅、白炭黑和MCM-41新型分子篩等硅酸鹽活性材料上。2.5.1鐵尾礦制備材料的概況目前四十四頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展

燒結工藝該工藝多用于鐵尾礦燒制磚瓦或陶粒等材料，一般此類尾礦多含赤鐵礦，并且鐵品位較高，生產過程中常會添加入適當配比的黏土、粉煤灰來改善鐵尾礦磚坯的燒結性能。陳永亮等研究了鐵尾礦燒結磚的燒結過程及機理，認為鐵尾礦燒結磚的燒結過程分為干燥預熱、加熱、燒成及冷卻4個階段。鐵尾礦燒結磚燒結初期以固相表面的擴散傳質為主，燒結中后期以熔融液相作用下的固體顆粒重排和塑性流動傳質為主，熔融液相對鐵尾礦磚坯的燒結致密及固相反應起到重要的促迸作用。鐵尾礦泥膏磚坯塑性風干粘土助塑劑混勻加水燒結成品900℃燒制目前四十五頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展

混泥土制備工藝該工藝類與尾礦充填的膠結技術存在交叉，多將鐵尾礦作為骨料，普遍使用SiO2含量在70%左右的高硅型鐵尾礦，一般鐵尾礦的配比量在60-70%；生產過程中常會添加入適當配比的石灰熟料、高爐渣、石膏、粉煤灰和減水劑，一般養(yǎng)護時間在一個月左右；高強度的混泥土可用于制備二免磚或三免磚。武鋼鐵金山店尾礦中CaO和Al2O3含量分別為14.35%和9.07%，與傳統(tǒng)建材較接近，易龍生[43]按質量比為5:30:68:2配比水泥、碎石、鐵尾礦和改性生物酶的，添加1.5kg/m3的聚丙烯纖維，恒溫恒濕養(yǎng)護60d，得到的路面基層材料劈裂抗拉強度達到0.396MPa、抗彎拉強度達1.641MPa，抗彎拉強度與無側限抗壓的強度之比為0.27，達到《路基路面工程》規(guī)定的高速公路和一級公路力學性能要求。目前四十六頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展劉佳等使用SiO2含量為69.56%的高硅鐵尾礦制備混凝土，配合使用粉煤灰可以顯著提高混凝土的強度，按鐵尾礦60%、粉煤灰16%、高爐渣10.4%、熟料10.4%、脫硫石膏3.2%和UNF-5萘系減水劑1.2%的質量配比，和水膠比為0.21配制高強混凝土；該試樣護養(yǎng)28d，抗拆強度達20.6MPa，抗壓強度達100.1MPa。這種工藝中起到主要固化作用的成分為托貝莫來石，其為一種水化硅酸鈣，是加氣混凝土的有效成分，具有高強度和高密度的特性。王長龍等發(fā)現隨著鐵尾礦摻量的提高，托貝莫來石的數量增加，晶體結構由針片狀變?yōu)槎汤w維狀，相互交叉形成了網狀結構，使制品的抗壓強度提高；但是鐵尾礦摻量過高，會使結晶良好的托貝莫來石數量減少，網狀結構變得松散，導致制品的抗壓強度降低。目前四十七頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展水泥制備工藝現實的水泥生產中，經常會用到鐵尾礦代替砂巖配置水泥生料，一般這類鐵尾礦的鈣、鎂、鋁和鐵含量相對較高，而硅的含量則較低。湖北某地鐵尾礦含35.43%的SiO2，Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO含量分別為8.89%、9.41%、13.01%和9.70%，史偉等以其和石灰石為主要原料，進行了制備貝利特水泥的研究?？疾炝嗽吓浔取㈧褵郎囟群突罨瘎┦鄵搅繉λ嗍炝闲阅艿挠绊?。結果表明：以質量分數為30.90%的鐵尾礦和69.10%的石灰石為原料，在1350℃煅燒1h，再添加相當于熟料質量0.60%的活化劑石膏，可成功制得的貝利特水泥。其28d的強度指標達到了PI42.5R水泥的要求，且其主要礦物種類與傳統(tǒng)硅酸鹽水泥相一致，但貝利特礦物的含量明顯超過傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥。目前四十八頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展微晶玻璃制備工藝不同于制磚的燒結工藝，制備微晶玻璃使用的鐵尾礦SiO2含量要大于70%，并且熔煉的溫度更高，熔煉的時間更長；微晶玻璃的制備中產需要添加晶核劑，用以促進和加速結晶生產；另外，生產中還有兩個重要的溫度點—核化溫度和晶化溫度要注意控制，否則會影響微晶玻璃的有效結晶。張錦瑞利用唐山地區(qū)鐵尾礦（SiO2含72.79%）來制備微晶玻璃，發(fā)現采用TiO2＋Cr2O3的復合晶核劑，微晶玻璃結晶效果較好，TiO2晶核劑添加量為3%，Cr2O3晶核劑添加量為1%；并經分析比較確定該鐵尾礦微晶玻璃的熱處理工藝為：核化溫度770℃，核化保溫時間為60min，晶化溫度為870℃，晶化保溫時間為60min，升溫速率為5℃/min。目前四十九頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展新型材料的制備這部分研究主要集中在鐵尾礦中硅酸鹽的提取技術上，主要思路是將鐵尾礦中的SiO2組份溶解出來，然后按照需要的方式析出，生成高比表面積的硅酸鹽活性材料。

白炭黑作為一種環(huán)保、性能優(yōu)異的助劑，被廣泛用于橡膠制品、紡織、造紙和食品添加劑等領域。張明熹等以SiO2含量為64.35%的鐵尾礦為原料制備白炭黑，鐵尾礦經過酸洗-熱堿反應-稀酸沉淀的制備流程，成功制備了納米級白炭黑，白炭黑顆粒近似球形，粒徑為50-100nm，SiO2的回收率可達97.41%。目前五十頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展

MCM-41是新型分子篩材料M41S體系中的一員，具有孔道呈六方有序排列、一維均勻、孔徑分布窄，比表面積和吸附容量大，常用作催化劑的載體和表面功能化的基質。于洪浩采用鞍山鐵尾礦為硅源，CTAB為模板劑，使用水熱合成法成功合成出了介孔分子篩MCM-41，適宜條件為n(CTAB)/n(SiO2)=0.05～0.60，pH值=8～11。貴州某難選鈦鐵礦經還原焙燒-弱磁選后，鐵尾礦TiO2品位為11.52%，針對尾礦中的TiO2，鄧強等使用酸化焙燒-水解工藝成功的制得了納米級銳鈦礦精礦，該銳鈦礦精礦TiO2品位達到72.20%，樣品呈孔狀結構，平均孔徑在5nm左右，具有很好的光催化性能，可用于降解4-硝基酚。目前五十一頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.5.7鐵尾礦制備材料的優(yōu)缺點多數鐵尾礦制備建筑材料會直接使用原生鐵尾礦，雖然得到的產品相對單一，但不會產生大量的新生費料。因此，鐵尾礦制備建筑材料的最大價值在于可真正意義上實現鐵尾礦的零排放。僅此一點，該研究方向就具有足夠的推廣價值和研究意義。但與此同時，該研究方向也存在諸多的問題，如制磚、制水泥和制微晶玻璃涉及到高溫作業(yè)，工藝成本較高，能耗也大，容易造成大氣的二次污染；另外，這些工藝流程普遍對鐵尾礦的化學組成要求較為苛刻，不同的制料工藝對鐵尾礦成分要求也不同；還有這些工藝生產出的產品需要相對穩(wěn)定的供求環(huán)境，否則生產的產品無處可售，在經濟上便不具有可行性。目前五十二頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展2.6鐵尾礦的其他用途一般鐵尾礦會具有一定的堿性，通過添加適量的鐵尾礦，部分的酸性或缺鐵土壤也可以實現土壤改性的目的。張作順等使用鐵尾礦作為鋼渣的改性劑，發(fā)現鐵尾礦可以實現鋼渣的高溫改性，鋼渣中f-CaO的含量顯著降低，顯微結構得到改善，鋼渣的膠凝性能得到提高。鐵尾礦中含有大量的石英-磁鐵礦連生體，其密度比磁鐵礦低，一般可小于3g/cm3，但仍然具有磁性。在廢水處理中，相比于比磁鐵礦，石英-磁鐵礦連生體更加易于流化，并且來源更加廣泛，成本更低，可用于代替磁鐵礦作為廢水的處理的載體。目前五十三頁\總數六十九頁\編于二十一點鐵尾礦綜合利用的研究進展以上均是科研人員研究發(fā)現鐵尾礦在其它領域所能起到的作用，但以上的應用都存在需求量小和對尾礦自生性質要求高的問題，不具有普遍的推廣價值。鐵尾礦廢水處理土壤改良劑冶煉改性劑包裹體（石英和磁鐵礦、磁性）降低COD（化學需氧量）調節(jié)土壤pH添加微量元素（Fe）提高鋼渣的膠凝性能（降低f-CaO）目前五十四頁\總數六十九頁\編于二十一點第三部分國外尾礦處理的新技術3.1新型設備復合力場離心機（MultiGravitySeparator，MGS）在傳統(tǒng)臥式連選離心機的基礎上，加入了軸向的高頻震動，即在普通離心機分選的過程中，增加了一個相對于筒體的剪切力，這樣有利于礦漿中微粒的分散，在一定程度上改善了離心機選別效率低下的問題。3.1.1復合力場離心機（1）設備簡介目前五十五頁\總數六十九頁\編于二十一點國外尾礦處理的新技術某鉻鐵礦尾礦位于土耳其Fethiye地區(qū)，其Cr2O3品位為14.79%；尾礦-38μm粒級中，Cr2O3的分布率為53.25%；在傳統(tǒng)重選工藝中，-38μm粒級的礦石很難得到較好的選別指標。Sel?uk?zgen利用水力旋流器與復合力場離心機組合處理此尾礦，先通過水力旋流器拋粗，旋流器溢流進入復合力場離心機進行分選，得到了合格鉻鐵精礦。Sel?uk?zgen還針對復合力場離心機的轉鼓尖端直徑（a）、尾端直徑（v）、轉速（d）、傾角（t）和沖洗水量（w）等參數進行了詳細的研究；并提出了兩個數學模型，一個是有關Cr2O3回收率的多元方程，另一個是有關Cr2O3品位的多元方程，發(fā)現這兩個模型的決定系數（R2）均高于0.9；依照這兩個模型，分別優(yōu)化了復合力場離心機的工作參數，并進行了驗證試驗，分別得到了Cr2O3品位為31.35%、回收率為81.38%和Cr2O3品位為45.76%、回收率為69.24%的鉻鐵精礦，與模型的預期結果十分接近。（2）應用實例目前五十六頁\總數六十九頁\編于二十一點3.1.2Falcon離心機溫哥華獵鷹選礦公司研制了一種名為Falcon的選礦機，其主體形式是一個立式離心機，可產生強大的離心力場（離心力可達4000G以上），足以分選超細粒（-10μm）的煤，并且可以連續(xù)作業(yè)；除了應用于選煤，它還廣泛應用于硫化礦、鐵礦、錫礦、鈦礦和金礦等的選別。（1）設備簡介目前五十七頁\總數六十九頁\編于二十一點國外尾礦處理的新技術土耳其Tun?bilek洗煤廠的煤泥中含有可回收的煤粒，但其粒度小于10μm的組份在60%以上，灰分則高達66%，屬極難選的超細粒煤礦。FilizOru?等使用水力旋流器和Falcon離心機選別該煤泥，通過水力旋流器預選后，細煤粉進入Falcon離心機進行精選，可獲得回收率在85%以上，灰分低于36%的煤精粉。在煤泥選別研究的基礎上，FilizOru?還利用統(tǒng)計軟件Minitab15對試驗數據進行了最小二乘法線性回歸分析，建立了一個多元（給礦量、給礦濃度、給礦速度和沖洗水量）數學模型，發(fā)現其灰分預測的決定系數（R2）在0.73至0.58，回收率的預測決定系數在0.65至0.40；并且進一步進行了相關的驗證試驗，發(fā)現驗證試驗結果與預測結果十分接近；該數學模型可以很好的為其它類似研究和相關預測提供較為準確的依據。（2）應用實例目前五十八頁\總數六十九頁\編于二十一點國外尾礦處理的新技術復合力場離心機主要是結合離心力場和轉鼓軸向的慣性力場，強化了礦石在離心力場中的分散，優(yōu)化了離心機的選別指標。復合力場離心機在細粒級礦石選別中的成功應用，證明了復合力場的選別工藝在難選礦物選別中具有巨大的研究和應用前景。Falcon離心機則表明強離心設備在細粒甚至超細粒（-10μm）礦物選別中具有積極的應用前景。另外，選別研究的基礎上，國外的研究人員還會從多個獨立的變量中總結、歸納和模擬，采用數學統(tǒng)計和計算機模擬技術建立選別體系的模型，之后進行驗證和改進，最終建立的選別模型可以很便利地幫助研究人員調控選別指標，為后續(xù)的深度機理研究和工業(yè)生產提供了有利的參考條件。3.1.3指導意義目前五十九頁\總數六十九頁\編于二十一點3.2微生物處理技術微生物處理是依靠微生物的生化作用改善尾礦性質，是一種環(huán)保、高效和廉價的尾礦修復和回收的技術。微生物處理可分為微生物浸出和微生物礦化兩個方面，微生物浸出是利用微生物的侵蝕和代謝作用將礦石中內含的有害金屬離子釋放出來進入液相，進而將有害金屬離子提取出來；微生物礦化則是將液相已存在的超標的有害金屬離子礦化沉淀出來，從而達到凈化液相的目的。國外尾礦處理的新技術3.2.1微生物處理簡介目前六十頁\總數六十九頁\編于二十一點俄羅斯烏拉爾地區(qū)的UMMC（即UGMK）公司屬下的Uchalinsky和Gaisky等選廠供應俄羅斯國內90%的銅、鋅精礦，同時，這些選廠也排出了大量的尾礦，據不完全統(tǒng)計，每年將近有15噸的金和50噸的銀流失于這些尾礦中，金、銀的總損失量分別預計已超過250噸和1000噸，并且有數百倍于金銀損失量的銅鋅流失于尾礦中。TamaraF.Kondrat'eva等采用生物浸出技術研究此尾礦的可浸性，試驗試樣由Svyatogor選廠制取，在確保試樣的礦物學和元素組成的代表性前提下，化驗分析得知尾礦中主要有價元素含量為：銅0.29%、鋅0.26%、金0.7g/t和銀10.8g/t；生物浸出采用一種嗜酸無機化能營養(yǎng)微生物，由于浸出的速率較慢，TamaraF.Kondrat'eva等進行了長達134天的浸出對比試驗，酸性浸出和生物浸出試驗結果分別為：鋅回收率為59.5%和87.0%、銅回收率為46.0%和54.5%、金回收率為56.4%和57.8%、銀回收率為50.5%和50.9%，說明生物浸出比之酸性浸出可以明顯的提高鋅和銅的浸出率，但是對金銀沒有顯著地提升作用。國外尾礦處理的新技術3.2.2微生物處理實例目前六十一頁\總數六十