引言

鐵礦石是重要的礦產(chǎn)資源，在現(xiàn)代經(jīng)濟中占有重要地位。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，漂浮到空氣中會造成空氣、水污染等環(huán)境問題。

尾礦進入土壤中，會帶來嚴重的金屬污染，對農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)和人體健康構(gòu)成嚴重威脅。重金屬進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?shù)鼐用窈蛣游锏慕】担瑫r也直接影響微生物群落。當鐵尾礦進入河流時，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)運營，礦山企業(yè)主要采取新建和擴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)展進步，減少尾礦排放量，促進資源的高效利用，強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、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+壓濾機或過濾機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或過濾機，可有效降低尾礦入庫量，增加尾礦庫使用年限，減少尾礦庫維護成本；且設(shè)備投資和運行成本較使用壓濾機（過濾機）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，減少尾礦庫的維護和運營成本。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)定運行和地區(qū)環(huán)境的保護有著重要的意義。

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到頂點，為了選廠的正常運行，廠區(qū)被迫擴建尾礦庫。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)，安徽馬鋼集團張莊礦業(yè)改進了選廠尾礦庫，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)定運行，該系統(tǒng)處理的尾礦水小于16%，達到了很好的應(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)濟效益。

3鐵尾礦的綜合利用隨著我國經(jīng)濟的飛速發(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，同時具有一定的機械強度的材料。膠凝材料可分為有機膠凝和無機膠凝兩大類。常用的無機膠凝材料有水泥、石膏和石灰。由于鐵尾礦的化學(xué)特性，研究人員多次嘗試利用鐵尾礦生產(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，眾多學(xué)者在利用固體廢料制磚方面進行了大量研究。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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