introductory

鐵礦石是重要的礦產(chǎn)資源，在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。其中，澳大利亞、巴西和中國的鐵礦石開采量位于世界前列。鐵礦分選的特點是尾礦量大，每分選1t原礦，會產(chǎn)生40%的尾礦，這個比例導(dǎo)致了關(guān)于廢物處理的環(huán)境問題。尾礦作為礦物分選后的 廢 棄 物，目 前 年 排 放 量 占 工 業(yè) 固 態(tài) 廢 棄 物 的30%～40%。根 據(jù)《中 國 工 業(yè) 固 體 廢 物 綜 合 利 用2018—2019年發(fā)展報告》，2018年底我國礦山尾礦總量達(dá)12.11億t，其中包括鐵尾礦、銅尾礦、金尾礦、其他有色金屬和非金屬尾礦，累計質(zhì)量超過600億t，總占地11000km2。其中，鐵尾礦僅2018年產(chǎn)量就達(dá)到4.75億t，占尾礦總量的約40%。除了中國，鐵尾礦庫在世界其他國家也大量存在。尾礦庫大多是露天存放，對土壤、環(huán)境、空氣和人類健康都有負(fù)面影響。

1尾礦對環(huán)境的危害鐵尾礦在工業(yè)廢料中占比很高，如圖1所示，通常有鐵、鎂、鈣、鉻、鎳、鉛、鎘等有害金屬元素。除此之外，浮游選礦時通常添加大量的捕收劑、起泡劑和抑制劑等眾多浮選藥劑，礦漿中的剩余藥劑會隨著尾礦一起排出，且經(jīng)過破碎研磨后的尾礦顆粒非常細(xì)，漂浮到空氣中會造成空氣、水污染等環(huán)境問題。

尾礦進(jìn)入土壤中，會帶來嚴(yán)重的金屬污染，對農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。重金屬進(jìn)入土壤中不會輕易流失，含量在短期內(nèi)無法自然降低，這些金屬元素可以通過食物鏈威脅當(dāng)?shù)鼐用窈蛣游锏慕】担瑫r也直接影響微生物群落。當(dāng)鐵尾礦進(jìn)入河流時，將導(dǎo)致水中污染物含量增加，尾礦中的有害元素浸入地下造成地下水源污染。鐵尾礦中的砷、鉻、鎳元素會導(dǎo)致pH值呈酸性，使水中動物、微生物數(shù)量減少。此外，尾礦庫表面被風(fēng)干的細(xì)粒級尾礦很容易被吹散到空氣中，這些顆粒被人吸入后極易產(chǎn)生肺部疾病。細(xì)粒尾礦漂落在植被和農(nóng)作物上堆積也會對其造成破壞。近年來，為了維持正常的生產(chǎn)運(yùn)營，礦山企業(yè)主要采取新建和擴(kuò)建地面尾礦庫的方式來解決尾礦的處置和排放問題，尾礦庫堆存是國內(nèi)外金屬礦山最主要和最常用的處置尾礦的方法。尾礦庫的管理需要額外的時間、人力和財力，最為重要的是尾礦壩存在安全隱患，尾礦壩施工不到位、廠區(qū)人員安全操作意識低等易出現(xiàn)故障，直接威脅人的生命和財產(chǎn)安全。2015年巴西馬里亞納尾礦壩坍塌，導(dǎo)致壩下游74km處，河濱地區(qū)1176.6hm2的面積被鐵尾礦污染，457.6hm2原 始 森 林 也 遭 到 了 破 壞。2019年 巴 西Córrego do Feij?o尾礦壩坍塌致235人喪生，35人失蹤，財產(chǎn)損失更是無法估量。

2尾礦干排技術(shù)

2.1尾礦干排技術(shù)的意義隨著社會發(fā)展進(jìn)步，減少尾礦排放量，促進(jìn)資源的高效利用，強(qiáng)化廢棄物的回收利用，發(fā)揮自然資源的內(nèi)在價值，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的共贏，已成為影響我國礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的尾礦庫堆存模式在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和政策上已越來越不適應(yīng)今后發(fā)展的需求。針對傳統(tǒng)尾礦處理方式所表現(xiàn)出來的諸多問題，目前針對鐵尾礦處理，旋流器+脫水篩+壓濾機(jī)或過濾機(jī)工藝被越來越多的礦山企業(yè)采用，這種工藝主要由旋流器和脫水篩組成，一些現(xiàn)場需要完全干排可增加少量壓濾機(jī)或過濾機(jī)，可有效降低尾礦入庫量，增加尾礦庫使用年限，減少尾礦庫維護(hù)成本；且設(shè)備投資和運(yùn)行成本較使用壓濾機(jī)（過濾機(jī)）可大幅降低。該工藝適用范圍廣，操作簡單，占地面積小，干排水分低，易堆存，且自動化程度高。尾礦干排工藝見圖2。

尾礦干排技術(shù)擁有眾多優(yōu)勢，首先可有效降低安全隱患。傳統(tǒng)尾礦庫由于濕式作業(yè)庫內(nèi)水含量高，穩(wěn)定性差，若尾礦庫結(jié)構(gòu)材質(zhì)出現(xiàn)問題或尾礦量超載易發(fā)生爆庫和坍塌事故，對環(huán)境和人們生命安全造成威脅；其次，使用尾礦干排技術(shù)可以有效提升尾礦回水率，有效節(jié)約了資源，在氣候干燥和缺水地區(qū)可有效循環(huán)使用水資源。另一方面，尾礦干排可以大幅節(jié)省尾礦堆放空間，減少尾礦庫的維護(hù)和運(yùn)營成本。最重要的是尾礦干排技術(shù)可有效減少環(huán)境污染，防止有害化學(xué)物質(zhì)和重金屬元素進(jìn)入土壤和水源。該技術(shù)的推廣對礦山企業(yè)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和地區(qū)環(huán)境的保護(hù)有著重要的意義。

2.2工業(yè)應(yīng)用案例首鋼礦業(yè)水廠鐵選廠由于多年作業(yè)，尾礦庫的累計堆積量即將達(dá)到頂點，為了選廠的正常運(yùn)行，廠區(qū)被迫擴(kuò)建尾礦庫。針對水廠尾礦庫存在的問題，首鋼礦業(yè)對尾礦庫進(jìn)行改造，采用14套尾礦干排系統(tǒng)（φ250mm×3旋流器組+2450mm直線篩）代替原尾礦庫，從源頭上減少了尾礦的排放。尾礦干排系統(tǒng)使尾礦入庫量減少了70%，同時企業(yè)每年可節(jié)約成本6451.2萬元，有效延長了尾礦庫的使用年限，從根本上降低了尾礦庫的安全風(fēng)險，對廠區(qū)周圍的生態(tài)恢復(fù)起到了至關(guān)重要的作用。為響應(yīng)國家政策，加快綠色礦山建設(shè)，安徽馬鋼集團(tuán)張莊礦業(yè)改進(jìn)了選廠尾礦庫，采用全尾礦井下填充模式。采用尾礦干排系統(tǒng)代替原流程，尾礦經(jīng) 干 排 處 理 后，直 線 篩（脫 水 篩）篩 上 濃 度 升 至82.27%，比原流程中的濃密機(jī)底流濃度高出14.27個百分點，有效的降低了尾礦含水量。2018年底，該系統(tǒng)已形成穩(wěn)固的生產(chǎn)線，經(jīng)計算，改進(jìn)后的系統(tǒng)每年綜合創(chuàng)效1560萬元，節(jié)約充填空間30萬m3。該尾礦干排模式符合綠色環(huán)保理念，在節(jié)約空間的同時有效提高了企業(yè)效益。攀鋼礦業(yè)某選廠尾礦量約173萬t/a，2014年運(yùn)行生產(chǎn)，原采用尾礦濕排工藝。為了節(jié)能減排，響應(yīng)綠色礦山號召，通過分析鐵尾礦性質(zhì)和粒度組成，設(shè)計了尾礦干排系統(tǒng)替代了原尾礦濕排作業(yè)。干排系統(tǒng)采用φ350mm旋流器組和脫水篩組合，經(jīng)過穩(wěn)定運(yùn)行，該系統(tǒng)處理的尾礦水小于16%，達(dá)到了很好的應(yīng)用效果，干排后的尾礦砂用于平整道路和覆土造田。脫水生產(chǎn)中產(chǎn)生的濾液全部返回選廠，實現(xiàn)了工業(yè)水循環(huán)利用。該技術(shù)在有效避免傳統(tǒng)尾礦庫安全隱患的同時，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3鐵尾礦的綜合利用隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的消耗日益增大，如何提高礦產(chǎn)資源的利用率是亟待解決的難題。尾礦綜合利用逐漸成為礦山企業(yè)和科研院所研究的熱門課題。目前關(guān)于尾礦的利用主要有3個方面：①回收利用鐵尾礦中的稀有元素；②對鐵尾礦進(jìn)行二次加工，使之成為具有高附加值的建筑材料；③使用鐵尾礦生產(chǎn)砂石骨料，代替原建筑材料河砂。

3.1利用鐵尾礦生產(chǎn)膠凝材料膠凝材料是指將塑料膏狀物通過物理化學(xué)的方式轉(zhuǎn)化為石質(zhì)體，并將其他材料黏合成一個整體，同時具有一定的機(jī)械強(qiáng)度的材料。膠凝材料可分為有機(jī)膠凝和無機(jī)膠凝兩大類。常用的無機(jī)膠凝材料有水泥、石膏和石灰。由于鐵尾礦的化學(xué)特性，研究人員多次嘗試?yán)描F尾礦生產(chǎn)水泥膠凝材料，如硅酸鹽水泥熟料、復(fù)合水泥和地聚合物。目前，美國波特蘭已成功利用鐵尾礦制成水泥熟料、復(fù)合水泥和地質(zhì)聚合物。

3.2利用鐵礦尾礦制磚黏 土 和 頁 巖 是 傳 統(tǒng) 的 制 磚 原 料，可 在900～1000°C的高溫窯中燒制而成。在建筑行業(yè)，通常需要消耗大量黏土制磚，預(yù)計未來幾十年國內(nèi)對磚的需求量將繼續(xù)上升。由于我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，目前生產(chǎn)傳統(tǒng)黏土磚的原料日益消耗，為了實現(xiàn)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，眾多學(xué)者在利用固體廢料制磚方面進(jìn)行了大量研究。在鐵尾礦制磚領(lǐng)域，已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展。北京科技大學(xué)以鐵尾礦為原料，采用堿活化渣、粉煤灰和熟料粉塵作為膠凝材料，使用高壓滅菌工藝制備了抗壓強(qiáng)度為15MPa的承重磚。該承重磚中鐵尾礦含量超過80%。目前，研究人員已經(jīng)研究了多種以鐵尾礦為原料的耐火磚、免燒磚、蒸壓磚、透水磚、保溫多孔磚等。使用鐵尾礦代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料制磚，不僅節(jié)省了尾礦的處置成本，還降低了磚的生產(chǎn)成本。從經(jīng)濟(jì)上講，鐵尾礦制磚比傳統(tǒng)黏土磚和水泥磚具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3利用鐵礦尾礦制砂石混凝土混凝土是最常用的建筑材料之一，年產(chǎn)量約44億t，根據(jù)文獻(xiàn)報道，到2050年，混凝土產(chǎn)量預(yù)計超過55億t。近年來，隨著中國對基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的投資不斷增加，建筑行業(yè)對混凝土的需求顯著增大，加上不合理的開采，導(dǎo)致砂石和其他一些自然資源逐漸枯竭。此外，隨著工業(yè)廢物的產(chǎn)生量急劇增加，對環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。鐵尾礦中的主要硅酸鹽礦物為石英和長石，且其基本礦物組成與天然砂相似。因此，考慮在混凝土生產(chǎn)中使用鐵尾礦是一項具有重要意義的研究。鐵尾礦制砂不但能減少環(huán)境污染，而且可提高環(huán)境的可持續(xù)性。目前，鐵尾礦制砂在唐山、馬鞍山等部分地區(qū)有小規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，但未大規(guī)模推廣。在今后的研究中，礦山企業(yè)和科研人員將會繼續(xù)探究推廣，并重點關(guān)注鐵尾礦使用的長期性和耐磨性。

4結(jié)語隨著有限礦產(chǎn)資源被不斷開發(fā)利用，最大限度地節(jié)約資源已成為當(dāng)今工礦企業(yè)的首要任務(wù)，特別是對尾礦的綜合回收更是研究的重點。尾礦干排系統(tǒng)工藝解決了尾礦處置和排放存在的生態(tài)和環(huán)保問題，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，大幅提高了企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，在礦山領(lǐng)域具有廣泛的推廣價值。在尾礦的綜合利用方面，雖然有了一定的進(jìn)展，但國內(nèi)大多還停留在實驗室階段，在工業(yè)應(yīng)用中還存在一定的局限性。在今后的研究中，鐵尾礦資源的最大利用率仍舊是各行業(yè)關(guān)注的焦點，并在“以廢治廢”的大背景下不斷發(fā)展。

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