引言

鐵尾礦是鐵礦石經(jīng)過(guò)選礦工藝選取鐵精礦后排放的廢渣。由于利用技術(shù)的限制，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)鐵尾礦一般采取堆填處置，這不僅占用土地，而且引起環(huán)境污染和安全問(wèn)題，工廠還得支付土地征用費(fèi)、運(yùn)費(fèi)和填埋費(fèi)等，增加了鋼鐵的生產(chǎn)成本。隨著鋼鐵產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，鐵礦石的開(kāi)采量不斷增加，選礦廠排放的尾礦量也與日俱增，堆存的大量尾礦給礦業(yè)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)等帶來(lái)不少的難題，已成為礦產(chǎn)和鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要問(wèn)題之一，進(jìn)行鐵尾礦的二次利用是解決尾礦問(wèn)題的根本出路。

國(guó)外非常重視鐵尾礦的綜合利用，其研究工作起步較早，許多發(fā)達(dá)國(guó)家把實(shí)現(xiàn)無(wú)廢料礦山作為開(kāi)發(fā)目標(biāo)之一，把尾礦資源的綜合利用程度視為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志之一，尾礦的綜合利用率達(dá)60%以上，并在從尾礦中回收有價(jià)金屬與非金屬元素、利用鐵尾礦作為采空區(qū)的充填材料、磁化尾礦做土壤改良劑、利用鐵尾礦庫(kù)復(fù)墾植被以及尾礦制作建筑材料等方面已經(jīng)取得了許多實(shí)用性的成果。近年來(lái)，隨著環(huán)境保護(hù)與資源節(jié)約意識(shí)的不斷增強(qiáng)，鐵尾礦的綜合利用工作在我國(guó)已引起普遍關(guān)注，一些高等院校、研究院所等單位與礦山企業(yè)緊密合作，廣泛開(kāi)發(fā)鐵尾礦的綜合利用技術(shù)，在鐵尾礦的綜合利用方面也取得了快速發(fā)展。

1.我國(guó)鐵尾礦特點(diǎn)及資源現(xiàn)狀

1.1鐵尾礦特點(diǎn)

我國(guó)鐵尾礦的突出特點(diǎn)是種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜、粒度細(xì)、泥化嚴(yán)重。按照鐵尾礦的類型，我國(guó)當(dāng)前排放量較大的主要有赤鐵礦尾礦和磁鐵礦尾礦兩大類。我國(guó)鐵精礦產(chǎn)量中磁鐵礦精礦約占3/4，因此磁鐵礦尾礦占鐵尾礦的大部分，但由于本身性質(zhì)的差異，赤鐵礦比磁鐵礦難選，因而其尾礦產(chǎn)生量更多，綜合利用難度更大，而導(dǎo)致堆存量較大。按照鐵尾礦的化學(xué)組成，一般將其分為5種類型:高硅類、高鋁類、高鈣鎂類、低鈣鎂鋁硅類和多金屬類。這種劃分方式主要視其不同元素的含量差異，從而有利于選擇不同的利用途徑。

鐵尾礦化學(xué)成分主要有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO等，還含有少量K₂O、Na₂O以及S等。但因鐵礦石產(chǎn)地和選礦工藝的不同，其成分及含量也不同，導(dǎo)致尾礦性質(zhì)也存在很大差異。此外，我國(guó)鐵礦資源嵌布粒度細(xì)，共生復(fù)雜，為獲得高品位精礦，大部分須經(jīng)過(guò)至少二段磨礦、選別，除預(yù)選拋出少量粗粒尾礦以外，大部分選礦排出的尾礦粒度很細(xì)，主要以細(xì)粒、微細(xì)粒的礦泥形式存在。如西石門鐵礦的細(xì)粒尾礦，-0.074mm就占70%，這樣的細(xì)粒尾礦勿須再磨即可直接回收和加工利用。

1.2鐵尾礦資源現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)鐵尾礦的排放量增長(zhǎng)迅速，堆存量日益增大。由于我國(guó)鐵礦石品位低、共伴生礦多，在選礦過(guò)程中會(huì)排出大量尾礦，每生產(chǎn)1t鐵精礦要排出2.5～3.0t尾礦，同時(shí)隨著礦產(chǎn)資源利用程度的提高，礦石的可開(kāi)采品位相應(yīng)降低，尾礦排出量也在逐漸增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1949—2009年，全國(guó)鐵尾礦排放量大約為62億t，特別是2003年后尾礦排放量呈大幅度上升趨勢(shì)，2009年排出的尾礦量達(dá)5.5億t，2010年排放量為6億t以上。而排出的大部分鐵尾礦采取堆存處置，導(dǎo)致鐵尾礦的堆存量巨大，據(jù)工業(yè)和信息化部、科技部、國(guó)土資源部等部門組織編制的《金屬尾礦綜合利用專項(xiàng)規(guī)劃(2010—2015年)》指出，截止2007年，全國(guó)尾礦堆積總量為80.46億t，而鐵尾礦占全部尾礦堆存總量的1/3以上。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)累計(jì)堆存的鐵尾礦量高達(dá)50億t左右，而且隨著鐵尾礦排放量的提高，其堆存量日益增大。

鐵尾礦已成為我國(guó)排放量最大、綜合利用率最低的固體廢棄物，是當(dāng)前我國(guó)工業(yè)固體廢物的主要組成部分。與粉煤灰、煤矸石等固體廢棄物相比，尾礦的綜合利用技術(shù)更復(fù)雜、難度更大。據(jù)《大宗工業(yè)固體廢物綜合利用“十二五”規(guī)劃》指出，2010年我國(guó)大宗工業(yè)固體廢棄物綜合利用率在40%左右，其中粉煤灰的綜合利用率為68%，煤矸石的綜合利用率為61%，冶煉渣的綜合利用率為60%，相比之下，尾礦的綜合利用率大大滯后，僅為14%，尤其鐵尾礦的利用率更低為10%以下，與發(fā)達(dá)國(guó)家綜合利用率為60%相比還存在很大的差距。

因此，我國(guó)鐵尾礦種類繁多，性質(zhì)復(fù)雜，回收和綜合利用難度較大，當(dāng)前鐵尾礦的排放量增長(zhǎng)迅速，堆存量日益增大，但是開(kāi)發(fā)利用程度很低，鐵尾礦資源綜合利用面臨的形勢(shì)十分嚴(yán)峻，對(duì)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

2.鐵尾礦綜合利用現(xiàn)狀

我國(guó)鐵尾礦綜合利用起步相對(duì)較晚，但進(jìn)展較快。近年來(lái)，在鐵尾礦的綜合利用技術(shù)開(kāi)發(fā)方面取得了很大進(jìn)展，尤其在尾礦再選與回收有價(jià)元素以及用作建筑材料原料方面的研究和應(yīng)用較多，此外還包括作為采空區(qū)的充填材料、用作土壤改良劑和微量元素肥料以及尾礦庫(kù)復(fù)墾等方面。

2.1鐵尾礦再選與回收有價(jià)元素

尾礦綜合利用是世界性的難題，最大著眼點(diǎn)是提取尾礦中有價(jià)金屬元素、非金屬元素，提高資源綜合利用價(jià)值。這不僅在尾礦回收工藝技術(shù)上有所提升，而且尾礦回收設(shè)備也有很大改進(jìn)。首鋼水廠鐵選廠開(kāi)發(fā)了尾礦高效回收新工藝，每年處理尾礦量787萬(wàn)t，尾礦經(jīng)過(guò)再選后，將生產(chǎn)出品位66.95%的鐵精礦28.8萬(wàn)t，回收金屬量19.28萬(wàn)t，直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值達(dá)2.3億元。每年少排尾礦量28.8萬(wàn)t，每年減少占用尾礦庫(kù)庫(kù)容9萬(wàn)m³左右，環(huán)境效益明顯。我國(guó)鐵尾礦中平均鐵品位約為10%，如果對(duì)尾礦進(jìn)行再選，將尾礦鐵品位由10%降為7%，以年處理鐵尾礦2000萬(wàn)t計(jì)算，將每年回收90萬(wàn)t鐵精礦(按我國(guó)鐵精礦品位66%折算)，按800元/t計(jì)，價(jià)值7.2億元，經(jīng)濟(jì)價(jià)值明顯。同時(shí)，鐵尾礦中含有的其他有價(jià)元素若能進(jìn)行回收，必將創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。歪頭山鐵礦選礦廠采用JHC型矩環(huán)式永磁磁選機(jī)和BX磁選機(jī)，每年可從尾礦中回收品位65%鐵精礦5.52萬(wàn)t。梅山鐵礦、昆鋼大紅山鐵選礦廠采用高梯度強(qiáng)磁選機(jī)回收尾礦中的鐵礦物，每年可多產(chǎn)精礦7萬(wàn)～15萬(wàn)t，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。孫達(dá)等進(jìn)行了從鐵尾礦中回收銅的試驗(yàn)研究，經(jīng)過(guò)一次粗選、兩次掃選及四次精選的閉路浮選流程，由含銅0.28%鐵尾礦獲得銅品位23.68%、回收率68.86%的銅精礦，再對(duì)浮選尾礦進(jìn)行搖床重選，使尾礦的銅品位降至0.1%，回收率提高到73.55%。

總之，鐵尾礦再選與回收有價(jià)元素經(jīng)濟(jì)效益顯著，近年來(lái)在提升尾礦回收工藝技術(shù)和回收設(shè)備上都有很大進(jìn)展，但該利用途徑受尾礦本身特性及回收技術(shù)的影響較大，對(duì)很多尾礦不適用，而且再選與回收有價(jià)元素后仍然會(huì)產(chǎn)生新的固體廢物污染，必須聯(lián)合其他尾礦利用技術(shù)才能從根本上解決尾礦問(wèn)題。

2.2鐵尾礦制作建筑材料

鐵尾礦的化學(xué)成分與粘土等礦物材料十分接近，可以作為制作建筑材料的原料，將其應(yīng)用于建材領(lǐng)域比在其他領(lǐng)域具有更多的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以大宗量徹底的利用鐵尾礦，有效的緩解鐵尾礦堆存帶來(lái)的大量問(wèn)題，而且為建材開(kāi)辟了新的資源。我國(guó)在當(dāng)前應(yīng)用中已取得明顯成效，主要集中在建筑用磚、水泥、微晶玻璃以及其他建筑材料方面。

1)利用鐵尾礦制磚。

建筑用磚仍是我國(guó)建筑業(yè)用量最大的建材產(chǎn)品之一，當(dāng)前國(guó)家為了保護(hù)土地資源，制定了一系列禁止實(shí)心黏土磚的政策，所以利用鐵尾礦制磚不失為一條很好的途徑。根據(jù)不同的工藝主要分為免蒸免燒磚、蒸壓磚和燒結(jié)磚。馬鞍山礦山研究院采用齊大山、歪頭山鐵礦的高硅尾礦為主要原料，配入少量骨料、鈣質(zhì)膠凝材料及外加劑，加入適量的水，均勻攪拌后在60t的壓力機(jī)上模壓成型，脫模后經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(自然養(yǎng)護(hù))28天，成功地制成免燒磚。張錦瑞、賈清梅等利用唐山地區(qū)的高硅鐵尾礦為主要原料，加入一定量粗骨料、水泥、粉煤灰和外加劑，經(jīng)配料、坯料制備、振動(dòng)成型后蒸壓養(yǎng)護(hù)，再蒸汽養(yǎng)護(hù)，成功地研制出尾礦摻量50%以上的蒸壓磚，所制得的尾礦磚抗壓、抗折強(qiáng)度均達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其他性能指標(biāo)也滿足要求。近年來(lái)，我國(guó)研究人員對(duì)鐵尾礦制備燒結(jié)磚做了大量的研究工作。梅山礦業(yè)公司聯(lián)合西安建筑科技大學(xué)、山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院等單位，圍繞梅山鐵尾礦生產(chǎn)燒結(jié)磚開(kāi)展了一系列研究工作，先后利用梅山鐵礦尾礦，進(jìn)行了從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、半工業(yè)試驗(yàn)到工業(yè)試驗(yàn)的系統(tǒng)燒結(jié)制磚研究，可制備出質(zhì)量達(dá)標(biāo)的實(shí)心磚、多孔磚和空心磚，證實(shí)了其代替黏土生產(chǎn)燒結(jié)磚的可行性。孫天虎等也利用邯鄲型高鈣、鎂尾礦，采用工業(yè)上常用的擠出成型法來(lái)制備燒結(jié)多孔磚。石棋等在?；u配方中除了加入高嶺土、瓷石、長(zhǎng)石、石英等陶瓷常用原料以外，引入20%～30%程潮鐵尾礦，可以得到以鈣長(zhǎng)石為主晶相的玻化磚。

2)用于生產(chǎn)其他建筑材料。

鐵尾礦在建材業(yè)中還有很多其他用途，比如用來(lái)制作膠凝材料，作為混凝土骨料、水泥摻料、建筑用砂和鋪筑路基等。李繼芳等將鐵尾礦在新型干法熟料生產(chǎn)線上成功應(yīng)用，試驗(yàn)證明完全可用鐵尾礦替代傳統(tǒng)的硅質(zhì)、鐵質(zhì)材料，生產(chǎn)的熟料質(zhì)量較好，可以穩(wěn)定生產(chǎn)普通52.5級(jí)等高標(biāo)號(hào)水泥。并且每t熟料成本下降近5元，2500t/d新型干法生產(chǎn)線年可利用鐵尾礦約10萬(wàn)t。劉文永等利用首鋼水廠鐵尾礦，通過(guò)配料和燒制試驗(yàn)研究，成功地完成了摻加鐵尾礦燒制膠凝材料的試驗(yàn)研究。

此外，鐵尾礦用于生產(chǎn)微晶玻璃、保溫材料等產(chǎn)品的研發(fā)也在進(jìn)行中。鐵尾礦可以用來(lái)生產(chǎn)對(duì)透明度要求不高的玻璃建材制品，比如有色玻璃裝飾板、微晶玻璃裝飾板、玻璃馬賽克等。目前，研究較多的是利用尾礦生產(chǎn)微晶玻璃和玻璃馬賽克等。

2.3作為礦山采空區(qū)的充填材料

近年來(lái)，充填采礦技術(shù)得到了迅速發(fā)展，將尾礦填充采空區(qū)不僅可以解決尾礦的排放問(wèn)題，而且降低了充填成本，具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。有些礦山由于地形的原因，不可能設(shè)置尾礦庫(kù)，利用尾礦充填采空區(qū)則是其直接利用尾礦的有效途徑?？到ㄈA采用全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，利用張馬屯鐵礦選礦廠兩端脫水后的尾礦充填采空區(qū)效果好。邊同民等利用馬莊鐵尾礦充填采空區(qū)24萬(wàn)m2，使馬莊鐵礦塌陷區(qū)和尾礦庫(kù)得到徹底的治理，解決了兩個(gè)重大危險(xiǎn)源。從實(shí)踐來(lái)看，來(lái)源廣泛的尾砂代替砂石作井下大面積充填是技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的，也是礦山正在研發(fā)推廣的一項(xiàng)新工藝。

2.4用作土壤改良劑和微量元素肥料

鐵尾礦中往往含有Fe、Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、P等微量元素，這些正是維持植物生長(zhǎng)和發(fā)育的必需元素，對(duì)其進(jìn)一步磁化可制成磁化尾礦土壤改良劑，如再摻入一定比例的N、K、P等元素，可磁化成磁尾復(fù)合肥，對(duì)植物生長(zhǎng)非常有利。我國(guó)馬鞍山礦山研究院曾在“七五”和“八五”期間，率先進(jìn)行了利用磁化鐵尾礦作為土壤改良劑的研究工作，研究磁化鐵尾礦作為肥料，施入土壤中使農(nóng)作物增產(chǎn)效果十分顯著，并在當(dāng)涂太倉(cāng)生態(tài)村建成一座年產(chǎn)10000t的磁化復(fù)合肥廠，這種磁化復(fù)合肥深受周圍農(nóng)民的歡迎。但鐵尾礦排放量大，而制作的尾礦復(fù)合肥的肥力有限，且不能像有機(jī)肥和化肥那樣容易自然分解、消失，只能在當(dāng)?shù)厣倭渴褂?，限制了尾礦作為肥料方面的大量應(yīng)用和消耗，因而近年來(lái)研究和應(yīng)用較少。

2.5利用尾礦庫(kù)復(fù)墾植被

尾礦庫(kù)復(fù)墾對(duì)于減少土地資源浪費(fèi)、降低尾礦污染、優(yōu)化礦山環(huán)境具有重要的作用。我國(guó)礦山的土地復(fù)墾工作起步于20世紀(jì)60年代，近年來(lái)在尾礦庫(kù)的復(fù)墾方面取得了較大進(jìn)展。唐山地區(qū)遷安、遵化縣地方鐵礦廠將尾礦排放在灤河荒灘上，表面覆蓋一層25～30cm的山皮土復(fù)墾造田，現(xiàn)已造田種植各種農(nóng)作物，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益1000多萬(wàn)元。南芬選礦廠通過(guò)在舊尾礦庫(kù)表面覆蓋表土的方法，使整個(gè)舊尾礦庫(kù)復(fù)墾造田，不僅治理了尾礦庫(kù)的粉塵污染，而且尾礦庫(kù)造田后成為南芬地區(qū)的蔬菜生產(chǎn)基地之一。馬鞍山礦山研究院在馬鋼姑山鐵尾礦庫(kù)和排土場(chǎng)開(kāi)展了揚(yáng)塵抑制及植被復(fù)墾的技術(shù)研究，對(duì)尾礦庫(kù)復(fù)墾的技術(shù)條件以及揚(yáng)塵抑制有關(guān)資料進(jìn)行了收集，并在尾礦庫(kù)壩坡和排土場(chǎng)進(jìn)行了植被試驗(yàn)，目前正在開(kāi)發(fā)研制的“冶金礦山土地復(fù)墾專家系統(tǒng)”可為不同地區(qū)、不同氣候條件、不同土壤及礦石特征的礦山提供有關(guān)最佳復(fù)墾方案等方面的專家咨詢。

3.展望及建議

鐵尾礦是“放錯(cuò)地方”的資源，其綜合利用是保護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的有效手段。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，鐵尾礦資源的綜合利用還在起步階段，近年來(lái)雖然取得了一定的成績(jī)，但其開(kāi)發(fā)利用程度仍然很低，遠(yuǎn)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求，與國(guó)際先進(jìn)水平相比還存在著很大的差距，應(yīng)當(dāng)從政策、經(jīng)濟(jì)、法律以及技術(shù)等方面著眼，并根據(jù)當(dāng)前形勢(shì)采取切實(shí)可行的措施。

1)政策上，國(guó)家及地方政府應(yīng)進(jìn)一步給予足夠重視和大力支持，制定礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的法律、法規(guī)和促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的政策和機(jī)制，促進(jìn)礦山企業(yè)對(duì)尾礦資源循環(huán)利用的積極性，使鐵尾礦綜合利用步入正軌。

2)鐵尾礦的綜合利用涉及跨行業(yè)、多學(xué)科的許多領(lǐng)域，各相關(guān)部門應(yīng)積極組建鐵尾礦綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，開(kāi)展鐵尾礦資源綜合利用的大型研究課題，并通過(guò)工程示范建設(shè)，加快推進(jìn)尾礦綜合利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3)我國(guó)許多的鐵尾礦綜合利用研究尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，很多研究成果難以推廣應(yīng)用，各相關(guān)部門應(yīng)堅(jiān)持科研和生產(chǎn)相結(jié)合的原則，進(jìn)一步加強(qiáng)尾礦綜合利用的研究，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，使研究成果能早日應(yīng)用于實(shí)踐。

4)根據(jù)我國(guó)鐵尾礦堆存量巨大的現(xiàn)狀，其利用途徑首先應(yīng)該以大宗利用為主，先解決利用量的問(wèn)題，深入完善尾礦建材和尾礦充填采空區(qū)技術(shù)研究，同時(shí)，以精細(xì)利用的多樣化方法為輔，開(kāi)展鐵尾礦的整體利用，逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)尾礦礦山的目標(biāo)。

5)由于不同地區(qū)地質(zhì)條件各不相同，各礦山尾礦在化學(xué)組成和物化性質(zhì)方面差異較大，鐵尾礦的開(kāi)發(fā)利用需針對(duì)不同地區(qū)的特定條件做專門的研究，并按地域和尾礦本身的特點(diǎn)對(duì)鐵尾礦資源進(jìn)行分類，分別提出其合理利用途徑。

總之，我國(guó)在鐵尾礦綜合利用方面雖然取得了很大進(jìn)展，但與當(dāng)前需要之間還是存在很大差距，鐵尾礦綜合利用任務(wù)艱巨、形勢(shì)迫切，應(yīng)當(dāng)引起全社會(huì)的高度重視，大力促進(jìn)我國(guó)鐵尾礦綜合利用和礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展。鐵尾礦的資源化利用研究方興未艾，資源化利用前景廣闊，在政府及有關(guān)部門、科研機(jī)構(gòu)、高等院校與礦山企業(yè)的共同努力下，我國(guó)鐵尾礦利用與治理工作必將迎來(lái)良性發(fā)展之路。