鐵尾礦整體綜合利用技術(shù)
隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)， 產(chǎn)生的尾礦不僅占 用了大量土地且污染環(huán)境。近年來國內(nèi)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(yù)測， 尾礦利用將是 2 1 世紀(jì) 礦產(chǎn)綜合利用范圍最廣、 潛力最大的領(lǐng)域， 將是人們 爭先利用的新資源， 礦山企業(yè)振興的堅實物質(zhì)基礎(chǔ)， 是礦產(chǎn)開發(fā)高科技、 深層的系統(tǒng)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(chǔ)上， 對有再 選利用價值的鐵尾礦進行再選； ②利用經(jīng)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(qū)； ③對尾礦進行精加工， 生產(chǎn)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(tài)恢復(fù)材料進行生態(tài)恢復(fù)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(chǎn)生尾礦的再選。尾礦再選既可減少尾礦壩建壩 及維護費， 節(jié)省破磨、 開采、 運輸?shù)荣M用， 還可節(jié)省設(shè) 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(jì) 8 0年代末， 特別是 9 0年代以來， 我 國一些礦山企業(yè)從提高經(jīng)濟效益考慮， 陸續(xù)建成了 一些鐵尾礦回收選廠， 取得了明顯的經(jīng)濟效益。例 如， 馬鋼南山鐵礦凹山鐵選廠年產(chǎn)尾礦量4萬 t ， 用 馬鞍山礦山研究院設(shè)計的直徑為 5 0 0 mm的圓盤磁 選機選別， 可獲得產(chǎn)率 5 ％～6 ％， 鐵品位 2 9 ％～ 3 1 ％的粗精礦， 經(jīng)再磨再選后可獲得產(chǎn)率 2 ％， 鐵品 位 6 0 ％- -6 3 ％的合格精礦。該項 目現(xiàn)已運轉(zhuǎn)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(chǎn)建筑材料
我國鐵礦資源嵌布粒度細， 一般需經(jīng)二段磨礦， 少數(shù)三段磨礦、 選別， 因此除預(yù)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(xué)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(chuàng)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(chǎn)品性能 達到了1 0 0 # 標(biāo)準(zhǔn)。同濟大學(xué)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(guī)格和外 形的地面磚； 利用鐵尾礦可生產(chǎn)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(chǎn)建筑用砂或骨料等的材料是最基本的建筑 材料， 對化學(xué)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(chǎn)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(yè)公司利用水廠鐵礦尾礦和磁滑輪廢石 生產(chǎn)建筑用砂和骨科。為使加工原料最大限度轉(zhuǎn)化 成產(chǎn)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(shù)攻關(guān)和技術(shù)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(chǎn)建筑用砂， 利用磁滑輪尾 礦生產(chǎn)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(zhì)基本一致。經(jīng)過 分析檢驗， 經(jīng)篩分后5 ～l O mm粒級可以達到建筑骨 料的標(biāo)準(zhǔn)要求。該礦建成了建筑骨料生產(chǎn)線， 年可 生產(chǎn) 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(jié)磚為 主， 而粘土燒結(jié)磚生產(chǎn)占用大量農(nóng)田， 隨著工業(yè)化程 度的提高， 各種工業(yè)廢渣 日益增多， 我國除了應(yīng)用粉 煤灰、 煤矸石等研制生產(chǎn)墻體材料外， 在利用鐵礦尾 礦研制生產(chǎn)墻體材料方面也做了大量工作， 積累了 一些經(jīng)驗， 各礦山都把研制生產(chǎn)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(jié)型、 水合型、 膠結(jié)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(jié)兩種類型。 無水或貧水的尾礦礦物， 在含水( 包括蒸氣) 的 環(huán)境中發(fā)生水化反應(yīng)， 并生成在使用條件下化學(xué)性 質(zhì)穩(wěn)定、 具有一定機械強度的含水礦物結(jié)合體。由 此所制得的建材產(chǎn)品稱為水化合成建材。 膠結(jié)型尾礦建材是指在常溫或不高于 1 0 0 ℃條 件下， 通過膠結(jié)材料將尾礦顆粒結(jié)合成整體， 而制成 的有規(guī)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(xué)反應(yīng)， 但其本身的形態(tài)、 顆 粒分布、 表面狀態(tài)、 機械強度、 化學(xué)穩(wěn)定等性質(zhì)， 卻對 材料的技術(shù)性能具有重要影響。膠結(jié)型尾礦磚的生 產(chǎn)工藝流程一般包括： 配料、 攪拌、 成型、 養(yǎng)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(yǎng) 護。這對減小設(shè)備投資、 降低成本更具現(xiàn)實意義。
3 生產(chǎn)高附加值的建筑裝飾材料
鐵尾礦除了可以生產(chǎn)一般的建筑材料外， 還可 以作為主要原料生產(chǎn)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(chǔ)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(qū)別在于其具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)， 而 同陶瓷材料的區(qū)別則在于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)要細得多。利 用鐵尾礦制備微晶玻璃 ， 可以開發(fā)出高性能、 低成本 的高檔建筑裝飾或工業(yè)耐損耐腐蝕材料， 提高了尾 礦產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值。因此， 近年來國內(nèi)外 學(xué)者針對此問題開展了一系列的研究。如北京科技 大學(xué)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(xué)院與東北大學(xué)聯(lián)合 研制利用歪頭山鐵尾礦及新城金礦尾礦加入調(diào)整氧 化物及適當(dāng)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(chǎn)品， 經(jīng)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(jié)構(gòu)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(fù)雜的制 品。
( 2 ) 燒結(jié)法。將配合料經(jīng)高溫熔制為玻璃后倒 入水中淬冷， 經(jīng)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(jié)類似的方法， 讓 玻璃粉在半熔融狀態(tài)下致密化并成核析晶。燒結(jié)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(jié)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(qū)
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(shù)得到了迅速的發(fā)展， 另外， 近年來我國 的環(huán)境保護政策也對礦山企業(yè)提出了更高的要求， 這些都為鐵礦山實現(xiàn)尾砂充填創(chuàng)造了條件， 充填新 技術(shù)有代表的是全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)和高水固結(jié)充 填采礦法兩種。 ( 1 ) 全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)。全尾砂膠結(jié)充填技 術(shù)是以物理化學(xué)和膠體化學(xué)的理論為基礎(chǔ)， 選用從 選礦廠排出的 1 5 ％- -2 0 ％濃度的全尾砂漿， 經(jīng)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(qū)， 形成穩(wěn)定均質(zhì)結(jié)構(gòu)的充填體。全 尾砂膠結(jié)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(tǒng)的分級尾砂膠結(jié)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(jié)充填采礦法。在金屬礦山尾砂膠 結(jié)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(jié)充填料漿。根據(jù)工藝設(shè)備條件和現(xiàn)場技術(shù)要求， 充填料漿濃度可在 3 0 ％～7 0 ％之間變化。高水固 結(jié)充填料漿充入采場后不用脫水便可以凝結(jié)為固態(tài) 充填體。
5 利用鐵尾礦進行生態(tài)恢復(fù)
利用尾礦進行生態(tài)恢復(fù)一般可以概括為以下三 大階段： ①尾礦復(fù)墾規(guī)劃設(shè)計階段； ②尾礦復(fù)墾工程 實施階段， 即工程復(fù)墾階段； ③尾礦工程復(fù)墾后改善 與管理階段， 除復(fù)墾為房屋建筑、 娛樂場所、 工業(yè)設(shè) 施等建設(shè)用地外。 對用于農(nóng)、 林、 牧、 漁、 綠化等復(fù)墾 土地， 在工程復(fù)墾工作結(jié)束后， 還必須進行生物復(fù) 墾， 以建立生產(chǎn)力高、 穩(wěn)定性好、 具有較好經(jīng)濟和生 態(tài)效益的植被。復(fù)墾規(guī)劃是復(fù)墾工作的準(zhǔn)備階段， 決定復(fù)墾工程的目的和技術(shù)經(jīng)濟是否可行， 是后兩 階段的依據(jù)。復(fù)墾工程實施是復(fù)墾規(guī)劃付諸實現(xiàn)的 工程階段， 各種土地整治工程， 保質(zhì)、 保量、 準(zhǔn)確、 準(zhǔn) 時是該階段的關(guān)鍵， 但該階段的完成僅僅只是完成 了復(fù)墾工作的6 0 ％。美國法律規(guī)定 ， 該階段的完成 僅退回6 0 ％的復(fù)墾保證金。余下 4 0 ％的復(fù)墾工作 是由復(fù)墾后改善與管理階段完成， 該階段主要任務(wù) 是達到復(fù)墾最終 目標(biāo)和提高復(fù)墾效益， 建立良好的 植被和生態(tài)環(huán)境。
尾礦工程復(fù)墾的任務(wù)是建立有利于植物生長的 表層和生根層， 或為今后有關(guān)部門利用尾礦復(fù)墾土 地( 包括水面) 作好前期準(zhǔn)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(shè)用地的前期準(zhǔn)備 工作等。
生物復(fù)墾是采取生物等技術(shù)措施恢復(fù)土壤肥力 和生物生產(chǎn)能力， 建立穩(wěn)定植被層的活動， 是農(nóng)林用 地復(fù)墾的第三階段工作。狹義的生物復(fù)墾是利用生 物方法恢復(fù)用于農(nóng) 、 林、 牧、 綠化復(fù)墾土地的土壤肥 力并建立植被。廣義的生物復(fù)墾包括恢復(fù)復(fù)墾土地 生產(chǎn)力、 對復(fù)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?qū)崿F(xiàn)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(yè)開發(fā)的經(jīng)濟效 益并同時解決礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的整治創(chuàng)造條件， 最終 實現(xiàn)礦區(qū)的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。
參 考 文 獻：
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