我國鐵礦尾礦資源現(xiàn)狀及開發(fā)利用研究

我國鐵礦尾礦資源現(xiàn)狀及開發(fā)利用研究

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國傳統(tǒng)的粗放型經(jīng)濟增長方式越來越明顯，資源不足。目前,我國工業(yè)固體廢棄物綜合利用率在60%左右,而金屬尾礦的綜合利用率平均不到10%。隨著我國礦產(chǎn)資源開采力度的不斷加大,尾礦排出量會每年遞增,據(jù)統(tǒng)計,我國金屬礦山尾礦堆存量達到50億t以上,并且每年以6億t的速度遞增,不僅對環(huán)境造成嚴重破壞,增加了安全隱患,而且大量占有土地,增加礦山的投資規(guī)模和尾礦庫的運營成本,成為制約金屬礦山可持續(xù)發(fā)展的主要問題之一,尾礦已成為我國工業(yè)目前產(chǎn)出量最大、綜合利用率最低的大宗固體廢棄物,加快尾礦的綜合利用已迫在眉睫。1霍邱礦物資源特征及最終礦積1.1機床及脈石礦物霍邱縣蘊藏豐富的鐵礦資源,霍邱鐵礦是國內(nèi)重要礦區(qū)之一,目前已探明資源儲量17.12億t,遠景儲量20億t以上,位居全國第5,華東第1。霍邱鐵礦系前震旦紀沉積變質(zhì)鐵礦,為鞍山式貧磁鐵礦石,金屬礦物主要為磁鐵礦,在氧化帶中有假象赤鐵礦及少量的赤鐵礦、磁赤鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等,脈石礦物主要為石英角閃石、鐵閃石、陽起石、透閃石、黑云母和少量石榴子石,硫平均0.065%,磷0.037%。呈典型條帶狀構(gòu)造,黑色磁鐵礦和白色石英條帶平行相間,夾層厚度為1～3mm,磁鐵礦嵌布粒度均勻而且較粗,脈石礦物也較粗,脈石礦物共生關(guān)系不密切,容易解離。1.2分析和總結(jié)礦渣化學(xué)成分和組成霍邱鐵礦尾礦的化學(xué)成分分析見表1,顆粒組成見表2。1.3采選、開采及總經(jīng)營自2002年以來,霍邱縣先后引進河北大昌、南鋼集團、邯邢冶金礦山管理局、中鋼集團、上海杭鋼集團、內(nèi)蒙古眾興礦業(yè)等6家企業(yè)從事鐵礦石的采選生產(chǎn)。2010年,鐵礦企業(yè)銷售收入累計達60億元,實現(xiàn)利稅7億元,礦業(yè)經(jīng)濟有力地促進了縣域經(jīng)濟的快速發(fā)展。到“十二五”期間,霍邱規(guī)劃礦山開發(fā)總規(guī)模年采選原礦4000萬t以上,年產(chǎn)鐵精礦1500萬t以上。隨著礦產(chǎn)資源開采力度的不斷加大,尾礦排出量不斷遞增,尾礦的大量堆存帶來資源、環(huán)境、安全和土地等諸多問題,必須加快其綜合利用,從根本上緩解對礦山資源開發(fā)的約束。2尾礦充填采礦尾砂膠結(jié)充填體系安徽大昌礦業(yè)集團有限公司規(guī)劃礦石開采500萬t/a,一期設(shè)計規(guī)模為150萬t/a,目前已具備年產(chǎn)300萬t原礦生產(chǎn)能力,年尾礦廢渣產(chǎn)生量約182萬t。大昌公司自成立以來,始終堅持“企業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護同步、經(jīng)濟效益和社會效益并重”的理念,依托自身的技術(shù)優(yōu)勢與資源優(yōu)勢,圍繞“資源節(jié)約與綜合利用”的主題,通過新技術(shù)、新工藝的開發(fā)應(yīng)用,打造了“尾礦回收鐵精礦→井下采空區(qū)尾砂膠結(jié)充填→加氣混凝土砌塊、蒸壓磚、陶粒及礦物肥生產(chǎn)”一條完整的尾礦系統(tǒng)化綜合利用體系,以二次精選后的鐵礦尾砂為原材料,生產(chǎn)新型建材、礦物肥以及井下采空區(qū)膠結(jié)充填體,實現(xiàn)年綜合利用鐵礦尾砂182萬t的生產(chǎn)能力。其中:年產(chǎn)100萬m3加氣混凝土砌塊及1.2億塊蒸壓磚消耗鐵礦尾砂75萬t;年產(chǎn)20萬t礦物復(fù)混肥消耗鐵礦尾砂10萬t,高濃度全尾砂膠結(jié)充填設(shè)計年充填能力102.4×104m3,每年充填使用的全尾礦(干)量達123萬t,按照年處理300萬t原礦,約產(chǎn)生45萬t廢石、182萬t尾礦,充填量占年排放尾礦量的67.6%,同時,選廠采用高壓輥磨技術(shù)進行濕式粗粒拋尾,將粗粒干尾砂直接排入干堆場,基本可實現(xiàn)尾礦庫尾礦零排放。有效的提高了尾礦資源化綜合利用率,解決了尾礦大量堆存帶來的資源、環(huán)境、土地等方面的問題,最終實現(xiàn)礦山無害化生產(chǎn)的目標。2.1綜合利用廢物提取資源2.1.1鐵渣再選來自選鐵礦廠的全部尾礦經(jīng)盤式磁選機磁選,再選后的粗精礦依次經(jīng)過弱磁選、球磨、磁力脫水槽、雙筒弱磁選工藝選礦,再選流程見圖1。2.1.2尾砂膠結(jié)充填生產(chǎn)再選后尾礦的排放濃度為10%～15%尾礦漿由渣漿泵輸送至濃密機,濃縮后尾砂總量的40%～55%直接用于井下采空區(qū)尾砂膠結(jié)充填,剩余尾砂總量的45%～60%泵入尾砂脫水裝置,經(jīng)脫水、過濾、干燥后形成的干尾砂,含水量為10%～12%,經(jīng)分級機由高架輸送帶輸送到磚廠直接作為原料生產(chǎn)加氣混凝土砌塊、蒸壓磚、陶?；蛴糜谒鄰S作為混合材原料或作為礦物肥生產(chǎn)原料。2.2統(tǒng)一混凝土填充材料采用尾礦干砂(含水量10%～12%)為主要原料,輔以石灰、水泥、石膏、水等原料,按照一定配比,可生產(chǎn)不同規(guī)格的加氣混凝土砌塊及蒸壓磚制品。2.2.1水料比0.20.12%鋁膏、3%石膏、3%石膏、3.8.8.5%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.12%鋁膏、3.8.10.10.12%鋁膏、3.8.10.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.10.10.10.12%硫、3.10.10.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.10.10.12%鋁膏、3.10.10.12%鋁膏、3.10.10.12%鋁膏、3.10.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏①原料配方:60%鐵礦尾砂、17%生石灰、20%水泥、3%石膏、0.08%～0.12%鋁膏,水料比(0.6～0.65)∶1;②生產(chǎn)工藝:原料制備→配料攪拌→澆注成型→預(yù)養(yǎng)→切割編組→高壓蒸養(yǎng)→成品裝卸。2.2.2石灰、骨料、水泥①原料配方:80%鐵礦尾砂、10%生石灰、5%骨料、5%水泥;②生產(chǎn)工藝:原料制備→配料攪拌→消解陳化→擠壓攪拌→壓制成型→高壓蒸養(yǎng)→成品裝卸。2.3陶粒的制備①原料配方:60%～70%鐵礦尾砂、黏土25%～40%、秸稈粉末1%～3%;②生產(chǎn)工藝:原料處理→造粒與干燥→生料球焙燒→冷卻。2.4尾砂的礦物組成通過切片,在顯微鏡下觀察,得知該鐵礦尾砂的主要礦物組成:角閃石、石英、長石、云母等,這些都是硅酸鹽礦物,其中:角閃石含鐵,云母含鉀。2.4.1尾砂稀土元素和微量元素該鐵礦尾砂的氧化物主要為SiO2,含量達68.22%,其次為Al2O3和FeO,含量分別為8.08%和7.85%,再次為CaO、MgO、FeO,含量略低,鈉、鉀、錳、磷的含量偏低,但鐵、鎂、鈣的含量較高。2.4.1.2稀土元素該鐵礦尾砂的稀土元素總量71.52×10-6,稀土元素球粒隕石標準化曲線具有弱的負銪異常,輕稀土元素含量較高,重稀土含量較低,輕重稀土比值為4.19。見表3。2.4.1.3微量元素本鐵礦尾砂的過渡族元素(Co、NiV、Cu、Pb、Zn)含量較高,但不相容元素含量(Ba、Sr、Ga、Nb、Ta)較低,特別是有害元素鎘(Cd)的含量較低,這對減少農(nóng)作物的有害元素含量,提高農(nóng)作物的品質(zhì),提高食品安全是非常有益的。見表4。從以上分析結(jié)果來看,鐵礦尾砂中含有農(nóng)作物生長過程中所需要的元素,只要激發(fā)出其活性,可以制作礦物肥。2.4.2對作物生長過程中微量元素的活化劑經(jīng)不同溫度條件下的水溶性試驗,分析結(jié)果表明,經(jīng)過高溫(500～600℃)處理的鐵礦尾砂可以有效地活化出作物生長過程中所需要的微量元素、稀土元素和微量元素,而活化出的有害元素含量甚微或遠沒有超標。2.4.3尾砂的加工處理①配料攪拌:按照7%～10%比例的凹凸棒石粉(或10%的斜發(fā)沸石粉)加入鐵礦尾砂中,用少量水攪拌均勻后輸送到回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi);②高溫烘烤:于回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)烘烤到400～600℃并恒溫15min(當回轉(zhuǎn)窯設(shè)備為18.2m×2.4m時的烘烤時間);③快速淬冷:待尾砂離開回轉(zhuǎn)窯出口時,加入冷水淬冷,加水量以尾砂不流水并且保持原料為干燥狀態(tài)為準則;④磨成粉末:淬冷后的尾砂經(jīng)過雷蒙磨磨細至200目以下;⑤包裝:處理好的粉狀產(chǎn)品進行包裝,作為礦物肥料的原料,經(jīng)計量配料后直接加到化肥中(氮、磷、鉀)經(jīng)混合、造粒、干燥、磁化等過程而制得礦物復(fù)混肥。該鐵礦尾砂高溫(5000℃)處理后,經(jīng)國家地質(zhì)實驗測試中心水溶性測定,結(jié)果表明:能夠被植物所吸收的水溶性和枸溶性組分浸出,且浸出量較高(如Ca、Mg、Na、Mn、S、Sr、Li、Zn等),同時,作物生長過程中所需要的常量元素硅、鈣、鐵和稀土元素及微量元素,可溶性也較大,說明尾砂經(jīng)過高溫處理,能夠有效的將各種礦物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為農(nóng)作物可吸收的元素。因此該尾砂可用作復(fù)混肥添加劑或直接造粒作為獨立的礦物添加劑。2.5尾砂膠結(jié)充填采礦礦山采空區(qū)回填是直接利用尾礦最行之有效的途徑之一,為了提高尾砂利用率和充填濃度,采用全尾砂膠結(jié)充填井下采空區(qū),該工藝是以物理化學(xué)和膠體化學(xué)的理論為基礎(chǔ),采用選礦廠的尾礦漿,經(jīng)高效濃密機和陶瓷過濾機兩段脫水獲取濕尾砂,應(yīng)用振動放礦裝置和強力攪拌裝置,將全粒級尾砂與適量的水泥和水合成高濃度的均質(zhì)膠結(jié)充填料,以管路輸送、賓漢流體的方式充入采場。尾砂流量、水泥流量、加水量和混合料的質(zhì)量濃度等參數(shù)均由微機處理系統(tǒng)自動檢測。全尾砂膠結(jié)充填的尾砂利用率達到95%以上。近幾年來,大昌公司在這一方面做了大量的前期工作,采用分段空場嗣后充填法采礦,充填骨料為選礦廠全尾砂,設(shè)計年充填能力102.4×104m3,由兩個充填能力為51.2×104m3/a的充填站組成。每年充填使用的全尾礦(干)量達123萬t。3成功的效果3.1核心自主知識產(chǎn)權(quán)完成公開實審階段公司通過鐵礦尾礦資源化綜合利用的研發(fā),已形成了對尾砂綜合利用原創(chuàng)性技術(shù),擁有發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、提高資源產(chǎn)出率的核心自主知識產(chǎn)權(quán)8項,其中:已授權(quán)發(fā)明專利2項,實用新型專利3項,另3項發(fā)明專利已進入公開實審階段,同時研制的礦物肥2009年被安徽省認定為高新技術(shù)產(chǎn)品,公司所屬吳集鐵礦已被國土資源部2012年批準成為第二批國家級綠色礦山試點單位,實現(xiàn)了資源、經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調(diào)開發(fā)。相關(guān)專利見表5。3.2減少模土、水泥、礦質(zhì)、增加農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)環(huán)境通過上述鐵礦尾砂資源化綜合利用的實施,“變廢為寶、化害為利”,僅加氣磚項目達產(chǎn)后年可減排二氧化碳9.2萬t,節(jié)約標煤3.38萬t(與同體積燒結(jié)磚比較),減少黏土使用量192萬m3,節(jié)地6.4hm2(按100萬t堆存),同時利用鐵礦尾砂生產(chǎn)的礦物肥能改變安徽省中、低產(chǎn)田農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,能夠全面補充土壤各種有效礦質(zhì),促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,加強生態(tài)環(huán)境建設(shè),產(chǎn)生較好的環(huán)境效應(yīng)。3.3聯(lián)帶動性原則霍邱地區(qū)鐵礦資源儲量位居全國第5,鐵礦尾礦資源化綜合利用關(guān)聯(lián)帶動性強,能帶動礦山、建材、能源、建筑等行業(yè)的發(fā)展,乘數(shù)效應(yīng)顯著,