鐵尾礦整體綜合利用技術
隨著礦產資源的不斷開發， 產生的尾礦不僅占 用了大量土地且污染環境。近年來國內許多高等院 校及科研院所對尾礦綜合利用開展了大量研究工作 并取得一定成果。專家預測， 尾礦利用將是 2 1 世紀 礦產綜合利用范圍最廣、 潛力最大的領域， 將是人們 爭先利用的新資源， 礦山企業振興的堅實物質基礎， 是礦產開發高科技、 深層的系統工程。尾礦綜合利 用定陛為一個綜合性項目， 其整體綜合利用的總體 思路是： ①在鐵尾礦全面物化分析的基礎上， 對有再 選利用價值的鐵尾礦進行再選； ②利用經過再選后 的鐵尾礦進行簡單的加工作為建筑材料( 鐵尾礦制 磚) 或利用尾礦充填采空區； ③對尾礦進行精加工， 生產具有高附加值的建筑裝飾材料 ； ④對暫時不能 利用的鐵尾礦作為生態恢復材料進行生態恢復重 建。
1 鐵尾礦再選或有價元素回收
尾礦再選或有價元素的回收是尾礦整體綜合利 用的主要且首選的措施之一， 包括老尾礦再選利用， 新產生尾礦的再選。尾礦再選既可減少尾礦壩建壩 及維護費， 節省破磨、 開采、 運輸等費用， 還可節省設 備及新工藝研制的更大投資， 因此越來越受到重視。 自2 0世紀 8 0年代末， 特別是 9 0年代以來， 我 國一些礦山企業從提高經濟效益考慮， 陸續建成了 一些鐵尾礦回收選廠， 取得了明顯的經濟效益。例 如， 馬鋼南山鐵礦凹山鐵選廠年產尾礦量4萬 t ， 用 馬鞍山礦山研究院設計的直徑為 5 0 0 mm的圓盤磁 選機選別， 可獲得產率 5 ％～6 ％， 鐵品位 2 9 ％～ 3 1 ％的粗精礦， 經再磨再選后可獲得產率 2 ％， 鐵品 位 6 0 ％- -6 3 ％的合格精礦。該項 目現已運轉多年， 年回收鐵精礦近4萬 t ； 采用搖床回收硫精礦， 其品 位可達3 0 ％以上， 年回收硫精礦5萬 t 。 2 鐵尾礦生產建筑材料
我國鐵礦資源嵌布粒度細， 一般需經二段磨礦， 少數三段磨礦、 選別， 因此除預選拋出部分粗粒尾礦外， 大部分選礦排出和堆存的尾礦粒度較細。同時， 鐵尾礦化學成分接近建筑用陶瓷材料、 玻璃、 磚瓦等 所需要的成分， 為開展尾礦制作建筑材料創造了條 件。 我國利用尾礦作建筑材料的研究始于 8 0年代 “ 七五” 期間， 馬鞍山礦山研究院利用鞍山式細尾礦 作路基材料， 達到了二級公路的強度要求， 該院還利 用齊大山、 歪頭山細粒尾礦研制免燒磚， 其產品性能 達到了1 0 0 # 標準。同濟大學與馬鋼姑山鐵礦合作， 利用粒度為0 ． 1 5 mm以下的尾礦粉為主要原料， 并 摻入 1 0 ％～1 5 ％的生石灰粉， 壓制成各種規格和外 形的地面磚； 利用鐵尾礦可生產加氣混凝土， 所用的 主要原料為鐵尾礦、 水淬礦渣和水泥。 生產建筑用砂或骨料等的材料是最基本的建筑 材料， 對化學成分沒有嚴格要求， 只要求材料有一定 的硬度和粒度， 這種產品一般用量較大， 價格較低， 同時無需再加工， 可解決尾礦堆場緊張的困難。 首鋼礦業公司利用水廠鐵礦尾礦和磁滑輪廢石 生產建筑用砂和骨科。為使加工原料最大限度轉化 成產品， 減少選礦廠的廢渣排放量， 水廠鐵礦圍繞尾 礦的綜合利用開展技術攻關和技術改造工作。通過 對尾礦進行全面分析試驗， 實施了尾礦再選回收措 施 ， 并利用泥砂狀尾礦生產建筑用砂， 利用磁滑輪尾 礦生產建筑骨料。尾礦主要成分是 S i o2 。平均粒 度達到0 ． 1 3 9 mm， 與建筑用砂性質基本一致。經過 分析檢驗， 經篩分后5 ～l O mm粒級可以達到建筑骨 料的標準要求。該礦建成了建筑骨料生產線， 年可 生產 5×1 0 3 m0 建筑骨料。
長期以來， 我國墻體材料一直以粘土燒結磚為 主， 而粘土燒結磚生產占用大量農田， 隨著工業化程 度的提高， 各種工業廢渣 日益增多， 我國除了應用粉 煤灰、 煤矸石等研制生產墻體材料外， 在利用鐵礦尾 礦研制生產墻體材料方面也做了大量工作， 積累了 一些經驗， 各礦山都把研制生產墻體材料作為尾礦 利用的主要方面。
按照尾礦建材的形成機理， 尾礦建筑材料一般 劃分為熔制型、 燒結型、 水合型、 膠結型尾礦建材 4 個基本類型， 而在利用尾礦制作墻體磚和地面磚方 面， 主要用到水合型和膠結兩種類型。 無水或貧水的尾礦礦物， 在含水( 包括蒸氣) 的 環境中發生水化反應， 并生成在使用條件下化學性 質穩定、 具有一定機械強度的含水礦物結合體。由 此所制得的建材產品稱為水化合成建材。 膠結型尾礦建材是指在常溫或不高于 1 0 0 ℃條 件下， 通過膠結材料將尾礦顆粒結合成整體， 而制成 的有規則外形， 滿足使用條件的建筑用材料或制品。 在這類材料中， 尾礦主要起骨料( 又稱集料) 作用， 一 般不參與材料形成的化學反應， 但其本身的形態、 顆 粒分布、 表面狀態、 機械強度、 化學穩定等性質， 卻對 材料的技術性能具有重要影響。膠結型尾礦磚的生 產工藝流程一般包括： 配料、 攪拌、 成型、 養護四個基 本工序。與水合型尾礦不同之處主要是采用常溫養 護。這對減小設備投資、 降低成本更具現實意義。
3 生產高附加值的建筑裝飾材料
鐵尾礦除了可以生產一般的建筑材料外， 還可 以作為主要原料生產高附加值的建筑裝飾材料， 如 微晶玻璃等。微晶玻璃是一種由基礎玻璃控制晶化 行為而制成的微晶體和玻璃相均勻分布的材料。微 晶玻璃同普通玻璃的區別在于其具有結晶結構， 而 同陶瓷材料的區別則在于其結晶結構要細得多。利 用鐵尾礦制備微晶玻璃 ， 可以開發出高性能、 低成本 的高檔建筑裝飾或工業耐損耐腐蝕材料， 提高了尾 礦產品的技術含量和附加值。因此， 近年來國內外 學者針對此問題開展了一系列的研究。如北京科技 大學以大廟鐵尾礦和廢石為主要原料制成了尾礦微 晶玻璃花崗巖； 沈陽建筑工程學院與東北大學聯合 研制利用歪頭山鐵尾礦及新城金礦尾礦加入調整氧 化物及適當晶核劑， 形成以透輝石為主晶相的建筑 用微晶玻璃 ， 尾礦摻量可達 6 5 ％以上等。 利用尾礦制備微晶玻璃的工藝主要有兩種。 ( 1 ) 熔融法。將配合料在高溫下熔制為玻璃后 直接成型為所需形狀的產品， 經退火后在一定溫度 下進行核化和晶化， 以獲得晶粒細小且結構均勻致 密的微晶玻璃制品。熔融法的最大特點是可以沿用 任何一種玻璃的成型方法， 如壓延、 壓制、 吹制、 拉 制、 澆注等， 適合 自動化操作和制備形狀復雜的制 品。
( 2 ) 燒結法。將配合料經高溫熔制為玻璃后倒 入水中淬冷， 經水淬后的玻璃易于粉碎為細小顆粒， 再裝入特殊模具中， 采用與陶瓷燒結類似的方法， 讓 玻璃粉在半熔融狀態下致密化并成核析晶。燒結法 適合于熔制溫度高的玻璃和難于形成玻璃的微晶玻 璃的制備。同時， 因顆粒細小， 表面積大， 比熔融法 制得的玻璃更易于晶化， 可不加或少加晶核劑。用 燒結法制備的尾礦廢渣微晶玻璃板材可獲得與天然 大理石與花崗巖十分相似的花紋， 裝飾效果好， 但存 在殘留氣孔的問題， 合格率有待提高。
4 利用鐵尾礦充填采空區
目前， 我國在鐵礦山地下開采過程中多采用崩 落法或留礦法等采礦方法， 利用充填采礦法的還很 少， 這主要是由于過去我國鐵礦石價格一直偏低， 且 多開采地表出露或淺層礦體。隨著開采深度的加 大， 地下開采礦山所占的比例越來越大， 開采條件越 來越難， 需要更安全更高效的采礦方法。近年來我 國鐵礦石價值得到正確的估價， 價格回升， 特別是， 充填采礦技術得到了迅速的發展， 另外， 近年來我國 的環境保護政策也對礦山企業提出了更高的要求， 這些都為鐵礦山實現尾砂充填創造了條件， 充填新 技術有代表的是全尾砂膠結充填技術和高水固結充 填采礦法兩種。 ( 1 ) 全尾砂膠結充填技術。全尾砂膠結充填技 術是以物理化學和膠體化學的理論為基礎， 選用從 選礦廠排出的 1 5 ％- -2 0 ％濃度的全尾砂漿， 經濃密 和真空過濾( 或壓濾) 兩段脫水后所得的全尾砂作充 填骨料， 用細磨冶煉爐渣代替部分水泥， 采用強力活 化攪拌裝置制備充填料漿， 用泵壓或自重將充填料 漿輸送至采空區， 形成穩定均質結構的充填體。全 尾砂膠結充填以全尾砂作充填骨料， 料漿以流體形 式輸送至采場， 料漿濃度高， 沒有粗、 細顆粒之間的 分選沉降， 克服了傳統的分級尾砂膠結充填存在的 一系列問題和缺陷， 有著廣泛的市場。
( 2 ) 高水固結充填采礦法。在金屬礦山尾砂膠 結充填工藝中， 不使用水泥而使用“ 高水速凝固化材 料” ( 簡稱高水材料) 作膠凝材料， 使用礦山選廠全尾 砂作充填骨料， 按一定配比加水混合后， 形成高水固 結充填料漿。根據工藝設備條件和現場技術要求， 充填料漿濃度可在 3 0 ％～7 0 ％之間變化。高水固 結充填料漿充入采場后不用脫水便可以凝結為固態 充填體。
5 利用鐵尾礦進行生態恢復
利用尾礦進行生態恢復一般可以概括為以下三 大階段： ①尾礦復墾規劃設計階段； ②尾礦復墾工程 實施階段， 即工程復墾階段； ③尾礦工程復墾后改善 與管理階段， 除復墾為房屋建筑、 娛樂場所、 工業設 施等建設用地外。 對用于農、 林、 牧、 漁、 綠化等復墾 土地， 在工程復墾工作結束后， 還必須進行生物復 墾， 以建立生產力高、 穩定性好、 具有較好經濟和生 態效益的植被。復墾規劃是復墾工作的準備階段， 決定復墾工程的目的和技術經濟是否可行， 是后兩 階段的依據。復墾工程實施是復墾規劃付諸實現的 工程階段， 各種土地整治工程， 保質、 保量、 準確、 準 時是該階段的關鍵， 但該階段的完成僅僅只是完成 了復墾工作的6 0 ％。美國法律規定 ， 該階段的完成 僅退回6 0 ％的復墾保證金。余下 4 0 ％的復墾工作 是由復墾后改善與管理階段完成， 該階段主要任務 是達到復墾最終 目標和提高復墾效益， 建立良好的 植被和生態環境。
尾礦工程復墾的任務是建立有利于植物生長的 表層和生根層， 或為今后有關部門利用尾礦復墾土 地( 包括水面) 作好前期準備工作。主要工藝措施有 堆置和處理表土和耕層、 充填低洼地、 建造人工水 體、 修建排水工程、 地基處理與建設用地的前期準備 工作等。
生物復墾是采取生物等技術措施恢復土壤肥力 和生物生產能力， 建立穩定植被層的活動， 是農林用 地復墾的第三階段工作。狹義的生物復墾是利用生 物方法恢復用于農 、 林、 牧、 綠化復墾土地的土壤肥 力并建立植被。廣義的生物復墾包括恢復復墾土地 生產力、 對復墾土地進行高效利用的一切生物和工 程措施。
總之， 鐵尾礦是很好的二次資源， 如采取的手段 適宜， 完全能夠實現整體綜合利用， 只有這樣， 才可 以充分利用有限的資源， 以提高礦業開發的經濟效 益并同時解決礦區生態環境的整治創造條件， 最終 實現礦區的生態可持續發展。
參 考 文 獻：
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