铁尾矿综合利用

铁尾矿的综合利用昆明理工大学云南省金属矿尾矿资源二次利用工程研究中心1.中国铁尾矿的资源现状2.铁尾矿综合利用的研究进展3.国外尾矿处理的新技术主要章节4.主要结论第一部分中国铁尾矿的资源现状铁是钢材最主要的组份，是工业生产中必不可缺的金属。2013年全球钢铁表观消费量为14.54亿吨，同比增长2.9%；2014年，全球钢铁表观消费量将达到15.62亿吨，同比增长3.2%。1.1中国钢铁行业现状中国49%7%5%5%4%4%3%2%21%日本美国印度俄罗斯韩国德国土耳其其他图12013年全球粗钢产量比例中国是全球最大的钢铁生产国、出口国和消费国，自2000年中国的钢铁产量开始急速增长，至2013年粗钢产量为7.79亿吨，预计2014年表观钢铁消费量达到7.48亿吨。中国铁尾矿的资源现状0100200300400500600700800199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013产量(百万吨)图2中国近二十年粗钢产量中国铁尾矿的资源现状伴随着钢铁行业的连年发展，中国的钢铁形势却出现了困境。2003年，中国超过日本成为全球最大的铁矿石进口国，中国铁矿石的进口依赖度也连年攀升，2013年已超过了70%。这给中国钢铁行业的健康平稳发展带来了严重的威胁。图3中国近年铁矿石进口量及进口依赖度148.20827532638344362761968674381945.7851.6452.0750.4651.3458.9172.1665.5660.1767.8971.2301020304050607080010020030040050060070080090020032004200520062007200820092010201120122013进口依赖度（%）进口量（百万吨）尾矿是选矿产生的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。2006年，中国总尾矿堆存量约80亿t，当年尾矿的排量约为5亿吨，此后中国尾矿的排量逐年上升；至2012年，中国尾矿年排量为15.81亿吨，依次推算，至堆量近200亿吨。而中国作为全球最大的钢铁生产国，铁尾矿的堆存量约占总尾矿堆存量的三分之一，则2014年中国总铁尾矿堆存量应有近70亿吨。中国铁尾矿的资源现状1.2中国铁尾矿的堆存量中国铁尾矿的资源现状1.3铁尾矿的危害1.3.1占用土地中国的铁尾矿利用率远低于国外，与发达国家相比差距更大，大量尾矿只能堆存于尾矿库中。铁尾矿堆存需要建专门的尾矿库，因而占据大量的农田和林用土地，其中包括一些生产力很高的耕地和良田。由于铁尾矿的排放量巨大，中国新增的铁尾矿堆积土地面积约为120公顷/年。此外，尾矿库的建设需要花费大量的资金，一般尾矿库的基建投资为1~3元/t，运行费用3~5元/t。据报道，2000年，中国用于铁尾矿堆存的运营费用即超过7亿元，至2013年，该项运营费用可能已超过20亿元/年。中国铁尾矿的资源现状1.3.2污染环境铁矿石都不程度地伴生有铜、铅和铬等重金属元素，进入尾矿后这些有害元素会发生生物化学迁移，对大气、水体和土壤造成严重污染；此外，某些残留在铁尾矿中的药剂对附近水体和农田生态环境的影响也十分严重；尾矿中的硫化物会产生酸性水，进一步淋浸重金属，迁移流失后对整个生态环境将造成极大危害。干旱多风地区，铁尾矿堆积库表层的粉尘可随风到达很远距离，甚至会带来沙暴，使土地沙化、植被破坏甚至直接威胁到人畜的生存；因铁尾矿堆积使周围土地沙化造成农田减、绝产等事件时有发生。中国铁尾矿的资源现状1.3.3安全隐患由于中国铁矿的嵌布粒度细，常需深度细磨才能有效的实现铁矿物的单体解离。因此，铁尾矿普遍粒度细、含水量高且难以脱水。部分铁尾矿常处于不稳定的泥浆态，随着铁尾矿的不断堆存，尾矿库坝体不断增高，尾矿库的安全隐患日益升高。大型铁尾矿库一旦溃坝，对坝下的村庄、农田以及周边的生态将造成毁灭性的破坏。建国以来，已发生大小尾矿库溃坝的事故数百起，西襄汾新塔矿业尾矿库溃坝是近期发生最严重的铁尾矿库溃坝事故，事故泄容量26.8万立方米，过泥面积30.2公顷，波及下游500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成277人死亡、4人失踪、33人受伤，直接经济损失达9619.2万元。中国铁尾矿的资源现状1.4铁尾矿的分类铁尾矿磁铁矿尾矿赤铁矿尾矿排量大，磁铁矿的产量约为赤铁矿的三倍，所以磁铁矿尾矿的排量要大于赤铁矿尾矿。产比高，由于赤铁矿比磁铁矿难选，单位产量的赤铁矿将产生更多的尾矿，综合利用难度也更高。按原矿的矿物性质，一般可将铁尾矿分为两大类，即磁铁矿尾矿和赤铁矿尾矿。中国铁尾矿的资源现状1.4.1高硅型铁尾矿该类尾矿硅含量高、粒度细，不含有价的伴生元素，SiO2含量一般在70%以上，尾矿中90%以上是石英、绿泥石、角闪石、云母、长石和白云石等硅酸盐矿物，平均粒度一般为0.04-0.20mm。这类尾矿以鞍钢东鞍山、首钢大石河、太钢峨口、唐钢石人沟和本钢南芬等地的尾矿为代表，也常被称为鞍山型铁尾矿。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量12.5675.501.780.502.107.56表1鞍本地区铁尾矿的主要化学组成（%）按铁尾矿的化学组成特征，可将铁尾矿分为五大类，即：高硅型铁尾矿、高铝型铁尾矿、高钙镁型铁尾矿、低钙镁铝硅型铁尾矿和多金属型铁尾矿。中国铁尾矿的资源现状1.4.2高铝型铁尾矿该类尾矿排量相对较少，Al2O3含量高，一般不含伴生元素和组份，个别尾矿伴生有磷、硫，通常含有长石、云母、高岭土、绿泥石、磷灰石和黄铁矿等矿物，-0.074mm粒级含量占30-60%。这类尾矿以马钢南山、马钢姑山、安徽黄梅山和江苏吉山等地的尾矿为代表，也常被称为马钢型铁尾矿。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量17.5443.5812.211.042.7322.90表2安徽黄梅山铁尾矿的主要化学组成（%）中国铁尾矿的资源现状1.4.3高钙镁型铁尾矿该类尾矿除了Ca、Mg含量高以外，还常伴生S和Co，个别尾矿微量伴生Cu、Ni、Zn、Pb、As、Au和Ag等元素，主要含有透辉石、白云石、长石、方解石、黄铁矿和黄铜矿等矿物，-0.074mm粒级含量一般占50-70%。这类尾矿以邯郸地区和山东地区的玉石洼、西门山、张马屯、符山和王家子等铁选厂的尾矿为代表，也常被称为邯郸型铁尾矿。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量8.1331.986.4930.7713.848.79表3邯郸铁矿尾矿的主要化学组成（%）中国铁尾矿的资源现状1.4.4低钙镁铝硅型铁尾矿该类尾矿中SiO2、Ca、Mg、Al2O3含量均较低，常见元素Ba、Na和K，伴生元素有Ge、Ga、Co、Ni和Cu等，常见重晶石、千枚岩、橄榄石和碧玉等矿物，尾矿粒度一般为-0.074mm占70%左右。酒钢的镜铁山和黑鹰山铁选厂的尾矿为此类尾矿的代表。元素FeSiO2Al2O3CaOMgOBaOGe其它含量17.7831.985.931.502.1013.290.00227.42表4酒钢选厂尾矿的主要化学组成（%）中国铁尾矿的资源现状1.4.5多金属型铁尾矿该类铁尾矿成分复杂，伴生元素多，除了含有大量的有色金属元素，还含有可回收的稀有金属和贵金属元素。该类铁尾矿中的伴生的有价元素的价值常超过主金属铁的价值。武钢的程潮铁矿和大冶铁矿，还有包钢的白云鄂博铁矿均为此类铁尾矿的代表。元素FeSiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2O其它含量7.6637.219.0015.3015.321.700.9212.89表5程潮铁矿尾矿的主要化学组成（%）元素FeSiO2Al2O3CaOMgOREOF其它含量16.2036.752.7617.344.406.0010.806.75表6白云鄂博尾矿的主要化学组成（%）中国铁尾矿的资源现状1.5铁尾矿综合利用的价值资源化：1.扩大国内铁矿石的产量，减轻铁矿石大量进口所带来的压力；2.综合回收铁尾矿中的各种有价矿物，实现铁矿资源价值的最大化利用。减量化：1.延长尾矿库的服役年限;2.减少铁尾矿的维护成本；3.减少尾矿的重金属含量，保护环境；4.降低安全隐患。第二部分铁尾矿综合利用的研究进展2.1铁尾矿综合利用的概况早在20世纪60年代初，国外已开始研究铁尾矿再利用的相关工作，国内虽相对起步较晚，但相关研究的进展较快。铁尾矿的再利用大体上可分为四个方面：一、尾矿充填，即将铁尾矿作为主要充填料回填到采空矿井中；二、植树复垦，即以铁尾矿为主要土壤质进行复垦和土壤改性；三、尾矿再选，即将尾矿中的有价矿物选别出来；四、制造建材和新型材料，即以尾矿为主要原料生产砖瓦、水泥、微晶玻璃、陶瓷材料、装饰材料、墙体涂料等。铁尾矿综合利用的研究进展50年代干式废石充填60年代水力搬运充填混凝土胶结充填70～80年代细砂胶结充填90年代至今全粒级胶结充填自20世纪50年代以来，中国的尾矿充填大致经历了以下几个阶段：（1）50年代：为废石干式充填的全盛时期，基本没有涉及到细粒尾矿的应用；（2）60年代：发展应用分级尾砂水力充填、碎石水力充填和混凝土胶结充填；（3）70～80年代：广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填技术；（4）90年代：全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新技术，促进了中国采矿技术的进步和采矿工业的发展。2.2尾矿充填2.2.1尾矿充填的发展历史铁尾矿综合利用的研究进展就选矿厂的生产而言，尾矿的充填一般会经历以下几个步骤：（1）固液分离：也可以理解成选厂直接排放的尾矿的浓缩过程，一般需要将尾矿的浓度浓缩到65%以上；（2）胶结剂的添加：即添加水泥和石灰等物料的过程，可使松散的沉积物能迅速的胶结起来；（3）矿浆的灌注：即将配置好的高浓度矿浆灌注到矿井指定地点的过程；（4）充填体的养护：即强化充填体的水化作用，使充填体迅速硬化，保证充填体的强度。尾矿矿浆高浓矿浆高强度充填体固液分离胶结剂添加灌注养护2.2.2尾矿充填的基本步骤铁尾矿综合利用的研究进展2.2.3尾矿充填的研究进展传统的尾矿胶结剂的配置完全按照建筑混凝土的要求和工艺去制备。但这种传统的粗骨料胶结充填输送工艺复杂，且对物料的级配要求较高，因而一直未获得大规模的推广使用。近年来，尾矿充填的研究重心主要集中在胶结剂的配置上，在传统的水泥、石灰和石膏等的基础上，研究人员使用粉煤灰、炉渣、氟石膏和絮凝剂等配置新型胶结剂取得了显著的研究成果；尾矿矿浆的浓缩和灌注作业的进展主要集中在设备上，如水力旋流器、深锥浓密机和往复式柱塞泥浆泵等设备在尾矿的浓缩和灌注的应用；另外，在自动控制（PLC控制系统）和充填体监控（感应系统、预警系统）等集成技术领域也获得较多的研究成果。铁尾矿综合利用的研究进展2.2.4尾矿充填的研究实例纪宪坤等针对高铝高铁型的铁尾矿开发了一种新型固化剂MG-601，其主要由水泥、矿渣粉和化学激发剂MG-6组成，MG-6由碱金属碳酸盐、碱土金属硫酸盐和碱金属硝酸盐配置而成。通过中试生产应用表明：MG-601固化剂与全尾砂(干基)质量比为1:4.5时，养护28d，充填体的抗压强度可达4MPa以上，能够满足矿井接顶部位的强度性能要求；质量比为l:6或1:7时，基本能够满足矿井普通部位的强度性能要求。针对石人沟铁矿全尾砂的物化特性，杜聚强使用水淬渣、石灰、石膏等研究开发了一种新型充填胶结材料。通过与水泥做对比分析，发现新型充填胶结材料在高浓度和低胶砂比条件下，即能使充填体的抗压强度达标，成功地降低了充填成本。（1）胶结剂铁尾矿综合利用的研究进展中钢苍山铁矿和李官集铁矿的原充填站的尾矿矿浆采用立式砂仓浓缩，但由于底部造浆风压不足、溢流浓度较高，尾砂利用率低，不能满足地下采空区要求。李学忠等通过水力旋流器进行了尾矿浓缩的试验研究，发现采用水力旋流器对尾矿的浓缩效果较好，两个矿山采用旋流器浓缩方案对充填站进行系统的改造后，运行效果良好，尾矿浓缩浓度大于65%，尾砂