石墨尾矿资源化综合利用现状

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石墨尾矿资源化综合利用现状

作者:陈宝海

来源:《中国科技博览》2018年第03期

[摘要]文章简要介绍了石墨的主要用途、矿产分布,以及石墨尾矿的严重危害性,综述了目前石墨尾矿资源化综合利用的研究现状。

[关键词]石墨尾矿;危害性;综合利用;现状

中图分类号:TD926.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)03-0308-02

1 引言

石墨是一种高能晶体碳素材料,因其特有的物理化学性能,广泛应用于冶金、机械、电子、军工、国防、航天等领域[1]。我国石墨资源分布广泛[2],晶质石墨主要分布在黑龙江、山东、内蒙、山西、河北五省,石墨保有储量占全国的90%。目前我国的石墨生产企业高达300家,鳞片石墨的生产能力达到每年35万吨,远远超过了每年25万吨的市场需求[3]。石墨选矿后,大量的石墨尾矿就地堆积,带来了诸多问题[4]。

2 石墨尾矿的危害

2.1 占用大量土地。尾矿的堆积会占据大量农林用地,随着其数量的增加,占地面积也在持续扩大,导致当地土地资源失去平衡。

2.2 对生态环境的影响严重。裸露于地表的泥沙状尾矿粉末,每逢刮风,极易形成扬沙天气,甚至形成尾矿沙尘暴。另外,残留于尾矿中的选矿药剂会产生有害气体和酸性水,将直接对大气和水土造成严重污染,导致土壤污染、土地退化、植被破坏。

2.3 易产生安全隐患。尾矿堆存时容易流动,在多雨季节极易导致塌陷和滑坡。而且随着其数量的不断增加,尾矿库坝体的高度也随之增加,安全隐患日益增大。

因此,如何利用或治理这些尾矿已成为企业亟待解决的大事。

3 石墨尾矿的利用现状

3.1 石墨尾矿中有用矿物的再回收

我国石墨矿产资源分布广泛,矿石种类繁多,但基本上为共伴生矿,在选取其中的大部分石墨以后,仍有大量价值较高矿物资源进入到尾矿之中,如云母、金红石、钛铁矿、黄铁矿、磁黄铁矿和残余石墨等,都可以通过各种选矿手段加以回收利用。

余志伟等[5]对金溪石墨尾矿进行了提钒研究,试验结果表明:尾矿中钒的浸出率达

95.5%、萃取率达87.6%、反萃取率达99.9%、沉淀率达99.0%,得到钾明矾和铵明矾的产率分别为9.2%和23.2%。此外,浸出渣主要由硅酸盐组成,且具有较高活性,可以作为水泥掺合料和生产建筑材料的原料。

曲鸿鲁等[6]对山东省某石墨尾矿进行了回收黄铁矿、磁黄铁矿和金红石的研究。对黄铁矿、磁黄铁矿的回收,采用不经磨矿直接浮硫的工艺,获得了含黄铁矿、磁黄铁矿的硫精矿产品,产率9.18%~11.54%,硫精矿品位含硫29.10%~37.26%,回收率80.51%~90.63%。对金红石的回收,先浮选除杂,然后经重选、磁选、电选,最终获得金红石精矿产品,金红石精矿品位含TiO2 87.86~89.91%,回收率43.48%~51.07%。

3.2 利用石墨尾矿制备免烧砖

杨中喜等[7]对石墨尾矿固化砖的制备进行了研究,结果表明,在石墨尾矿为82%、普通硅酸盐水泥为10%、固化剂为8%时,制备出的固化砖性能良好。15次冻融循环后抗压强度损失10%、质量损失0.5%;25次冻融循环后抗压强度损失13%,重量损失1.2%,且无裂纹产生。制品吸水率、体积密度、耐水性均完全符合JC422-91规定的一等免烧砖标准。

3.3 利用石墨尾矿制备烧结砖

张灿英等[8]以石墨尾矿、煤矸石等工业废渣为主要原料研制环保陶瓷生态砖,研究发现,石墨尾矿和煤矸石的最佳用量分别为40%和25%,加入10%的垃圾焚烧灰作为烧结助剂,采用挤出成形的方法,烧成温度为1000~1200℃,烧成制品性能指标能够达到国外标准。

陈宝海等[9]以石墨尾矿为主要原料进行陶瓷烧结砖的制备研究。以石英和高岭土为辅料,采用压制成型法,烧成制品具有较高的表面硬度和强度,符合国家标准GB/T 4100-2006。

杨敏等[10]以石墨尾矿为主要原料,研究了烧结温度对烧结砖性能的影响,结果表明:随烧结温度升高,烧结砖的体积收缩率增加,吸水率降低,抗压强度提高。

张卫卫等[11]以石墨尾矿为主要原料,对烧结砖泛霜现象进行了研究。结果表明,通过控制原料粒度、添加BaCO3、添加无定型二氧化硅可有效解决烧结砖的泛霜问题,烧结砖制品符合国家标准要求。

黄世峰等[12]对石墨尾矿承重烧结砖的制备进行了研究。结果表明,坯体烧成温度随尾矿含量的增加而升高。若尾矿含量大于70%,烧成温度在1150℃以上,耗能较高;若尾矿含量为50%、60%,烧成温度在1000~1080℃,与普通粘土砖烧成温度范围基本一致,且制得的承重烧结砖符合国家标准。

3.4 利用石墨尾矿作填筑材料

目前,利用石墨尾矿作填筑材料已有部分相关研究和报道,主要集中在道路工程的应用中。利用石墨尾矿作填筑材料以其耗渣量大、工艺简单等优点,且能有效地解决尾矿堆存问题,避免环境污染,是石墨尾矿综合利用的一种有效途径。

任成法[13]以石墨矿渣为研究对象,通过对其成分和性质的系统分析,进行填筑公路路基的研究。结果表明,填筑前要先在路基底层铺10 cm以上的粘土,路基边坡要满足1∶1.5的坡度,以塑性指数至少为15的粘土作边坡和顶面的保护层,且顶面为人字横坡,坡度2~3%。

毛洪录等[14]研究了石墨矿渣在高速公路路基中的应用。结果表明,用剂量为6%的水泥稳定后的石墨矿渣水温稳定性好,且强度较高,可以满足高速公路路基对材料的要求。

4 石墨尾矿废弃地的植被复垦

国外许多国家对土地复垦十分重视,如德国、加拿大、美国、俄罗斯、澳大利亚等国家矿山的土地复垦率达80%以上。我国矿山土地的复垦工作起步于上世纪60年代,在80年代后期至90年代才较快地发展起来。

孙景波等[15]对黑龙江省鸡西市柳毛石墨尾矿废弃地进行了分析研究,结果表明,该地土壤为强碱性,各类养分严重缺乏,且重金属含量严重超标。经过植被修复后,土壤pH值略有下降,各类养分也得到不同程度的增加,超标重金属也减少到3种,植被修复对废弃地土壤的改善起到了一定作用。

李献智等[16]对黑龙江省鸡西市石墨尾矿废弃地进行了研究。分析了废弃地植被快速恢复与重建中应用植物的种类,通过对其成活率、生长量和盖度变化等的考察,指出各种植物适用性。

5 结语

长久以来,通过产业政策引导和产业技术升级,一定程度上提高了资源利用率。同时,对石墨尾矿利用的不断深入研究,也推动了石墨尾矿资源化的技术进步。但是仍不能满足亟待处理的迫切需求,石墨尾矿资源化综合利用依然任重道远。

参考文献

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