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    铁尾矿整体综合利用技术

    访问: 工业固废 来源:中国环保信息网 2010-12-06收藏本页 信息来至互联网,仅供参考

    随着矿产资源的不断开发, 产生的尾矿不仅占 用了大量土地且污染环境。近年来国内许多高等院 校及科研院所对尾矿综合利用开展了大量研究工作 并取得一定成果。专家预测, 尾矿利用将是 2 1 世纪 矿产综合利用范围最广、 潜力最大的领域, 将是人们 争先利用的新资源, 矿山企业振兴的坚实物质基础,  是矿产开发高科技、 深层的系统工程。尾矿综合利 用定陛为一个综合性项目, 其整体综合利用的总体 思路是: ①在铁尾矿全面物化分析的基础上, 对有再 选利用价值的铁尾矿进行再选; ②利用经过再选后 的铁尾矿进行简单的加工作为建筑材料( 铁尾矿制 砖) 或利用尾矿充填采空区; ③对尾矿进行精加工,  生产具有高附加值的建筑装饰材料 ; ④对暂时不能 利用的铁尾矿作为生态恢复材料进行生态恢复重 建。 

    1 铁尾矿再选或有价元素回收

    尾矿再选或有价元素的回收是尾矿整体综合利 用的主要且首选的措施之一, 包括老尾矿再选利用,  新产生尾矿的再选。尾矿再选既可减少尾矿坝建坝 及维护费, 节省破磨、 开采、 运输等费用, 还可节省设 备及新工艺研制的更大投资, 因此越来越受到重视。  自2 0世纪 8 0年代末, 特别是 9 0年代以来, 我 国一些矿山企业从提高经济效益考虑, 陆续建成了 一些铁尾矿回收选厂, 取得了明显的经济效益。例 如, 马钢南山铁矿凹山铁选厂年产尾矿量4万 t , 用 马鞍山矿山研究院设计的直径为 5 0 0 mm的圆盘磁 选机选别, 可获得产率 5 %~6 %, 铁品位 2 9 %~ 3 1 %的粗精矿, 经再磨再选后可获得产率 2 %, 铁品 位 6 0 %- -6 3 %的合格精矿。该项 目现已运转多年,  年回收铁精矿近4万 t ; 采用摇床回收硫精矿, 其品 位可达3 0 %以上, 年回收硫精矿5万 t 。   2 铁尾矿生产建筑材料

    我国铁矿资源嵌布粒度细, 一般需经二段磨矿,  少数三段磨矿、 选别, 因此除预选抛出部分粗粒尾矿外, 大部分选矿排出和堆存的尾矿粒度较细。同时,  铁尾矿化学成分接近建筑用陶瓷材料、 玻璃、 砖瓦等 所需要的成分, 为开展尾矿制作建筑材料创造了条 件。  我国利用尾矿作建筑材料的研究始于 8 0年代 “ 七五” 期间, 马鞍山矿山研究院利用鞍山式细尾矿 作路基材料, 达到了二级公路的强度要求, 该院还利 用齐大山、 歪头山细粒尾矿研制免烧砖, 其产品性能 达到了1 0 0 # 标准。同济大学与马钢姑山铁矿合作,  利用粒度为0 . 1 5 mm以下的尾矿粉为主要原料, 并 掺入 1 0 %~1 5 %的生石灰粉, 压制成各种规格和外 形的地面砖; 利用铁尾矿可生产加气混凝土, 所用的 主要原料为铁尾矿、 水淬矿渣和水泥。   生产建筑用砂或骨料等的材料是最基本的建筑 材料, 对化学成分没有严格要求, 只要求材料有一定 的硬度和粒度, 这种产品一般用量较大, 价格较低,  同时无需再加工, 可解决尾矿堆场紧张的困难。  首钢矿业公司利用水厂铁矿尾矿和磁滑轮废石 生产建筑用砂和骨科。为使加工原料最大限度转化 成产品, 减少选矿厂的废渣排放量, 水厂铁矿围绕尾 矿的综合利用开展技术攻关和技术改造工作。通过 对尾矿进行全面分析试验, 实施了尾矿再选回收措 施 , 并利用泥砂状尾矿生产建筑用砂, 利用磁滑轮尾 矿生产建筑骨料。尾矿主要成分是 S i o2 。平均粒 度达到0 . 1 3 9 mm, 与建筑用砂性质基本一致。经过 分析检验, 经筛分后5 ~l O mm粒级可以达到建筑骨 料的标准要求。该矿建成了建筑骨料生产线, 年可 生产 5×1 0 3 m0 建筑骨料。 

    长期以来, 我国墙体材料一直以粘土烧结砖为 主, 而粘土烧结砖生产占用大量农田, 随着工业化程 度的提高, 各种工业废渣 日益增多, 我国除了应用粉 煤灰、 煤矸石等研制生产墙体材料外, 在利用铁矿尾 矿研制生产墙体材料方面也做了大量工作, 积累了 一些经验, 各矿山都把研制生产墙体材料作为尾矿 利用的主要方面。 

    按照尾矿建材的形成机理, 尾矿建筑材料一般 划分为熔制型、 烧结型、 水合型、 胶结型尾矿建材 4  个基本类型, 而在利用尾矿制作墙体砖和地面砖方 面, 主要用到水合型和胶结两种类型。  无水或贫水的尾矿矿物, 在含水( 包括蒸气) 的 环境中发生水化反应, 并生成在使用条件下化学性 质稳定、 具有一定机械强度的含水矿物结合体。由  此所制得的建材产品称为水化合成建材。  胶结型尾矿建材是指在常温或不高于 1 0 0 ℃条 件下, 通过胶结材料将尾矿颗粒结合成整体, 而制成 的有规则外形, 满足使用条件的建筑用材料或制品。  在这类材料中, 尾矿主要起骨料( 又称集料) 作用, 一 般不参与材料形成的化学反应, 但其本身的形态、 颗 粒分布、 表面状态、 机械强度、 化学稳定等性质, 却对 材料的技术性能具有重要影响。胶结型尾矿砖的生 产工艺流程一般包括: 配料、 搅拌、 成型、 养护四个基 本工序。与水合型尾矿不同之处主要是采用常温养 护。这对减小设备投资、 降低成本更具现实意义。 

    3 生产高附加值的建筑装饰材料

    铁尾矿除了可以生产一般的建筑材料外, 还可 以作为主要原料生产高附加值的建筑装饰材料, 如 微晶玻璃等。微晶玻璃是一种由基础玻璃控制晶化 行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的材料。微 晶玻璃同普通玻璃的区别在于其具有结晶结构, 而 同陶瓷材料的区别则在于其结晶结构要细得多。利 用铁尾矿制备微晶玻璃 , 可以开发出高性能、 低成本 的高档建筑装饰或工业耐损耐腐蚀材料, 提高了尾 矿产品的技术含量和附加值。因此, 近年来国内外 学者针对此问题开展了一系列的研究。如北京科技 大学以大庙铁尾矿和废石为主要原料制成了尾矿微 晶玻璃花岗岩; 沈阳建筑工程学院与东北大学联合 研制利用歪头山铁尾矿及新城金矿尾矿加入调整氧 化物及适当晶核剂, 形成以透辉石为主晶相的建筑 用微晶玻璃 , 尾矿掺量可达 6 5 %以上等。  利用尾矿制备微晶玻璃的工艺主要有两种。   ( 1 ) 熔融法。将配合料在高温下熔制为玻璃后 直接成型为所需形状的产品, 经退火后在一定温度 下进行核化和晶化, 以获得晶粒细小且结构均匀致 密的微晶玻璃制品。熔融法的最大特点是可以沿用 任何一种玻璃的成型方法, 如压延、 压制、 吹制、 拉 制、 浇注等, 适合 自动化操作和制备形状复杂的制 品。 

    ( 2 ) 烧结法。将配合料经高温熔制为玻璃后倒 入水中淬冷, 经水淬后的玻璃易于粉碎为细小颗粒,  再装入特殊模具中, 采用与陶瓷烧结类似的方法, 让 玻璃粉在半熔融状态下致密化并成核析晶。烧结法 适合于熔制温度高的玻璃和难于形成玻璃的微晶玻 璃的制备。同时, 因颗粒细小, 表面积大, 比熔融法 制得的玻璃更易于晶化, 可不加或少加晶核剂。用 烧结法制备的尾矿废渣微晶玻璃板材可获得与天然 大理石与花岗岩十分相似的花纹, 装饰效果好, 但存 在残留气孔的问题, 合格率有待提高。 

    4 利用铁尾矿充填采空区

    目前, 我国在铁矿山地下开采过程中多采用崩 落法或留矿法等采矿方法, 利用充填采矿法的还很 少, 这主要是由于过去我国铁矿石价格一直偏低, 且 多开采地表出露或浅层矿体。随着开采深度的加 大, 地下开采矿山所占的比例越来越大, 开采条件越 来越难, 需要更安全更高效的采矿方法。近年来我 国铁矿石价值得到正确的估价, 价格回升, 特别是,  充填采矿技术得到了迅速的发展, 另外, 近年来我国 的环境保护政策也对矿山企业提出了更高的要求,  这些都为铁矿山实现尾砂充填创造了条件, 充填新 技术有代表的是全尾砂胶结充填技术和高水固结充 填采矿法两种。   ( 1 ) 全尾砂胶结充填技术。全尾砂胶结充填技 术是以物理化学和胶体化学的理论为基础, 选用从 选矿厂排出的 1 5 %- -2 0 %浓度的全尾砂浆, 经浓密 和真空过滤( 或压滤) 两段脱水后所得的全尾砂作充 填骨料, 用细磨冶炼炉渣代替部分水泥, 采用强力活 化搅拌装置制备充填料浆, 用泵压或自重将充填料 浆输送至采空区, 形成稳定均质结构的充填体。全 尾砂胶结充填以全尾砂作充填骨料, 料浆以流体形 式输送至采场, 料浆浓度高, 没有粗、 细颗粒之间的 分选沉降, 克服了传统的分级尾砂胶结充填存在的 一系列问题和缺陷, 有着广泛的市场。 

    ( 2 ) 高水固结充填采矿法。在金属矿山尾砂胶 结充填工艺中, 不使用水泥而使用“ 高水速凝固化材 料” ( 简称高水材料) 作胶凝材料, 使用矿山选厂全尾 砂作充填骨料, 按一定配比加水混合后, 形成高水固 结充填料浆。根据工艺设备条件和现场技术要求,  充填料浆浓度可在 3 0 %~7 0 %之间变化。高水固 结充填料浆充入采场后不用脱水便可以凝结为固态 充填体。 

    5 利用铁尾矿进行生态恢复

    利用尾矿进行生态恢复一般可以概括为以下三 大阶段: ①尾矿复垦规划设计阶段; ②尾矿复垦工程 实施阶段, 即工程复垦阶段; ③尾矿工程复垦后改善 与管理阶段, 除复垦为房屋建筑、 娱乐场所、 工业设 施等建设用地外。 对用于农、 林、 牧、 渔、 绿化等复垦 土地, 在工程复垦工作结束后, 还必须进行生物复 垦, 以建立生产力高、 稳定性好、 具有较好经济和生 态效益的植被。复垦规划是复垦工作的准备阶段,  决定复垦工程的目的和技术经济是否可行, 是后两 阶段的依据。复垦工程实施是复垦规划付诸实现的 工程阶段, 各种土地整治工程, 保质、 保量、 准确、 准 时是该阶段的关键, 但该阶段的完成仅仅只是完成 了复垦工作的6 0 %。美国法律规定 , 该阶段的完成 仅退回6 0 %的复垦保证金。余下 4 0 %的复垦工作 是由复垦后改善与管理阶段完成, 该阶段主要任务 是达到复垦最终 目标和提高复垦效益, 建立良好的 植被和生态环境。 

    尾矿工程复垦的任务是建立有利于植物生长的 表层和生根层, 或为今后有关部门利用尾矿复垦土 地( 包括水面) 作好前期准备工作。主要工艺措施有 堆置和处理表土和耕层、 充填低洼地、 建造人工水 体、 修建排水工程、 地基处理与建设用地的前期准备 工作等。 

    生物复垦是采取生物等技术措施恢复土壤肥力 和生物生产能力, 建立稳定植被层的活动, 是农林用 地复垦的第三阶段工作。狭义的生物复垦是利用生 物方法恢复用于农 、 林、 牧、 绿化复垦土地的土壤肥 力并建立植被。广义的生物复垦包括恢复复垦土地 生产力、 对复垦土地进行高效利用的一切生物和工 程措施。 

    总之, 铁尾矿是很好的二次资源, 如采取的手段 适宜, 完全能够实现整体综合利用, 只有这样, 才可 以充分利用有限的资源, 以提高矿业开发的经济效 益并同时解决矿区生态环境的整治创造条件, 最终 实现矿区的生态可持续发展。 

    参 考 文 献: 

    [ 1 ] 郭春丽. 利用铁尾矿制造建筑用砖[ J ] . 砖瓦, 2 o 0 6 ( 2 ) . 

    [ 2 ] 张锦瑞等 利用铁尾矿制取微晶玻璃的研究[ J ] . 金属矿山,  2 0 0 5 ( 1 1 ) . 

    [ 3 ] 杨根祥. 全尾砂胶结充填技术的现状及其发展[ J ] . 中国矿业,  1 9 9 5 ( 2 ) . 

    [ 4 ] 黄玉诚等. 高水固结充填下向进路开采假顶稳定性研究[ J ] . 矿 业研 究与开发 , 2 0 0 4增刊 . 

    [ 5 ]   李富平等 唐山地区铁矿土地复垦模式探讨[ J ] . 有色金属( 矿 山部分) , 2 0 0 3 ( 3 ) . 

    [ 6 ]   袁世伦 . 金属矿山固体废弃物综合利用与处置的途径和任务 [ J ] . 矿业快报, 2 0 0 4. 9 . 

     


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