铁尾矿综合利用

石、千枚岩、橄榄石和碧玉等矿物，尾矿粒度一般为-0.074mm
占 70%左右。 酒钢的镜铁山和黑鹰山铁选厂的尾矿为此类尾矿的代表。
表4 酒钢选厂尾矿的主要化学组成（%）
元素 含量 Fe 17.78 SiO2 31.98 Al2O3 5.93 CaO 1.50 MgO 2.10 BaO 13.29 Ge 0.002 其它 27.42
中国铁尾矿的资源现状
1.5 铁尾矿综合利用的价值
资源化： 1. 扩大国内铁矿石的产量，减轻铁矿石大量进口 所带来的压力； 2. 综合回收铁尾矿中的各种有价矿物，实现铁矿 资源价值的最大化利用。
减量化： 1. 延长尾矿库的服役年限; 2. 减少铁尾矿的维护成本； 3. 减少尾矿的重金属含量，保护环境； 4. 降低安全隐患。
进口依赖度（%）
72.16
80
71.23
中国铁尾矿的资源现状
1.2 中国铁尾矿的堆存量
尾矿是选矿产生的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成 部分。2006年，中国总尾矿堆存量约80亿t，当年尾矿的排量 约为5亿吨，此后中国尾矿的排量逐年上升；至2012年，中国 尾矿年排量为15.81亿吨，依次推算，至堆量近200亿吨。而中 国作为全球最大的钢铁生产国，铁尾矿的堆存量约占总尾矿 堆存量的三分之一，则 2014 年中国总铁尾矿堆存量应有近70 亿吨。
表3 邯郸铁矿尾矿的主要化学组成（%）
元素 Fe SiO2 Al2O3 CaO MgO 其它
含量
8.13
31.98
6.49
30.77
13.84
8.79
中国铁尾矿的资源现状
1.4.4 低钙镁铝硅型铁尾矿
该类尾矿中 SiO2 、 Ca 、 Mg 、 Al2O3 含量均较低，常见元素 Ba、Na和K，伴生元素有 Ge、Ga、Co、Ni 和 Cu等，常见重晶
中国铁尾矿的资源现状
1.4.3 高钙镁型铁尾矿
该类尾矿除了Ca、Mg含量高以外，还常伴生S和Co，个别 尾矿微量伴生 Cu 、 Ni 、 Zn 、 Pb 、 As 、 Au 和 Ag 等元素，主要含 有透辉石、白云石、长石、方解石、黄铁矿和黄铜矿等矿物， -0.074mm粒级含量一般占50-70%。 这类尾矿以邯郸地区和山东地区的玉石洼、西门山、张马 屯、符山和王家子等铁选厂的尾矿为代表，也常被称为邯郸型 铁尾矿。
土、绿泥石、磷灰石和黄铁矿等矿物，-0.074mm粒级含量占3060%。
这类尾矿以马钢南山、马钢姑山、安徽黄梅山和江苏吉山
等地的尾矿为代表，也常被称为马钢型铁尾矿。
表2 安徽黄梅山铁尾矿的主要化学组成（%）
元素 含量 Fe 17.54 SiO2 43.58 Al2O3 12.21 CaO 1.04 MgO 2.73 其它 22.90
铁尾矿的综合利用
昆明理工大学
云南省金属矿尾矿资源二次利用工程研究中心
主要章节
1.中国铁尾矿的资源现状 2.铁尾矿综合利用的研究进展 3.国外尾矿处理的新技术 4.主要结论
第一部分 中国铁尾矿的资源现状
1.1 中国钢铁行业现状
中国 49% 21% 7%
4%
4% 5%
5%
2%
3% 日本 美国 印度 俄罗斯 韩国 德国 土耳其 其他
中国铁尾矿的资源现状
1.3.3 安全隐患
由于中国铁矿的嵌布粒度细，常需深度细磨才能有效的实现 铁矿物的单体解离。因此，铁尾矿普遍粒度细、含水量高且难以 脱水。部分铁尾矿常处于不稳定的泥浆态，随着铁尾矿的不断堆 存，尾矿库坝体不断增高，尾矿库的安全隐患日益升高。 大型铁尾矿库一旦溃坝，对坝下的村庄、农田以及周边的生 态将造成毁灭性的破坏。建国以来，已发生大小尾矿库溃坝的事 故数百起，西襄汾新塔矿业尾矿库溃坝是近期发生最严重的铁尾 矿库溃坝事故，事故泄容量26.8万立方米，过泥面积30.2公顷，波 及下游 500 米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成 277 人死亡、4人失踪、33人受伤，直接经济损失达9619.2万元。
1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
图2 中国近二十年粗钢产量
中国是全球最大的钢铁生产国、出口国和消费国，自2000 年 中国的钢铁产量开始急速增长，至2013年粗钢产量为7.79亿吨，预 计2014年表观钢铁消费量达到7.48亿吨。
中国铁尾矿的资源现状
900
进口量（百万吨） 800 700 600 500 40 400 300 200 100 0
148. 208 326 383 443 627 619 686 819 743
65.56
67.89
60.17
70 60 50
58.91
51.64 52.07 50.46 51.34 45.78
表1 鞍本地区铁尾矿的主要化学组成（%）
元素 Fe SiO2 Al2O3 CaO MgO 其它
含量
12.56
75.50
1.78
0.50
2.10
7.56
中国铁尾矿的资源现状
1.4.2 高铝型铁尾矿
该类尾矿排量相对较少，Al2O3含量高，一般不含伴生元素
和组份，个别尾矿伴生有磷、硫，通常含有长石、云母、高岭
中国铁尾矿的资源现状
1.3 铁尾矿的危害
1.3.1 占用土地
中国的铁尾矿利用率远低于国外，与发达国家相比差距更大 ，大量尾矿只能堆存于尾矿库中。铁尾矿堆存需要建专门的尾矿库 ，因而占据大量的农田和林用土地，其中包括一些生产力很高的耕 地和良田。由于铁尾矿的排放量巨大，中国新增的铁尾矿堆积土地 面积约为120公顷/年。此外，尾矿库的建设需要花费大量的资金， 一般尾矿库的基建投资为 1~3 元 /t，运行费用 3~5 元 /t 。据报道， 2000年，中国用于铁尾矿堆存的运营费用即超过 7亿元，至2013年 ，该项运营费用可能已超过20亿元/年。
第二部分 铁尾矿综合利用的研究进展
2.1 铁尾矿综合利用的概况
早在20 世纪60 年代初，国外已开始研究铁尾矿再利用的相 关工作，国内虽相对起步较晚，但相关研究的进展较快。铁尾 矿的再利用大体上可分为四个方面： 一、尾矿充填，即将铁尾矿作为主要充填料回填到采空矿井 中； 二、植树复垦，即以铁尾矿为主要土壤质进行复垦和土壤改 性； 三、尾矿再选，即将尾矿中的有价矿物选别出来； 四、制造建材和新型材料，即以尾矿为主要原料生产砖瓦、 水泥、微晶玻璃、陶瓷材料、装饰材料、墙体涂料等。
图1 2013年全球粗钢产量比例
铁是钢材最主要的组份，是工业生产中必不可缺的金属。2013 年全球钢铁表观消费量为14.54亿吨，同比增长2.9%；2014年，全球 钢铁表观消费量将达到15.62亿吨，同比增长3.2%。
中国铁尾矿的资源现状
800 700
产量(百万吨)
600 500 400 300 200 100 0
中国铁尾矿的资源现状
按铁尾矿的化学组成特征，可将铁尾矿分为五大类，即： 高硅型铁尾矿、高铝型铁尾矿、高钙镁型铁尾矿、低钙镁铝硅 型铁尾矿和多金属型铁尾矿。
1.4.1 高硅型铁尾矿
该类尾矿硅含量高、粒度细，不含有价的伴生元素， SiO2 含量一般在70%以上，尾矿中 90%以上是石英、绿泥石、角闪 石、云母、长石和白云石等硅酸盐矿物，平均粒度一般为0.040.20mm。 这类尾矿以鞍钢东鞍山、首钢大石河、太钢峨口、唐钢石 人沟和本钢南芬等地的尾矿为代表，也常被称为鞍山型铁尾矿 。
50年代 干式废石充填 60年代 水力搬运充填 混凝土胶结充填 70～80年代 细砂胶结充填 90年代至今 全粒级胶结充填
铁尾矿综合利用的研究进展 2.2.2 尾矿充填的基本步骤
胶结剂
添 加
尾矿矿浆
固液分离
高浓矿浆
灌注 养护
高强度充填体
就选矿厂的生产而言，尾矿的充填一般会经历以下几个 步骤：
（1）固液分离：也可以理解成选厂直接排放的尾矿的浓缩过 程，一般需要将尾矿的浓度浓缩到65%以上； （2）胶结剂的添加：即添加水泥和石灰等物料的过程，可使 松散的沉积物能迅速的胶结起来； （3）矿浆的灌注：即将配置好的高浓度矿浆灌注到矿井指定 地点的过程； （4）充填体的养护：即强化充填体的水化作用，使充填体迅 速硬化，保证充填体的强度。
30 20
275
10
0
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
图3 中国近年铁矿石进口量及进口依赖度
伴随着钢铁行业的连年发展，中国的钢铁形势却出现了困 境。 2003 年，中国超过日本成为全球最大的铁矿石进口国，中 国铁矿石的进口依赖度也连年攀升，2013年已超过了70%。这给 中国钢铁行业的健康平稳发展带来了严重的威胁。
铁尾矿综合利用的研究进展 2.2.4 尾矿充填的研究实例
（1）胶结剂 纪宪坤等针对高铝高铁型的铁尾矿开发了一种新型固化 剂MG-601，其主要由水泥、矿渣粉和化学激发剂MG-6组成， MG-6由碱金属碳酸盐、碱土金属硫酸盐和碱金属硝酸盐配置 而成。通过中试生产应用表明：MG-601固化剂与全尾砂(干基) 质量比为 1:4.5 时，养护 28d ，充填体的抗压强度可达 4MPa 以 上，能够满足矿井接顶部位的强度性能要求；质量比为 l:6 或 1:7时，基本能够满足矿井普通部位的强度性能要求。 针对石人沟铁矿全尾砂的物化特性，杜聚强使用水淬渣、 石灰、石膏等研究开发了一种新型充填胶结材料。通过与水 泥做对比分析，发现新型充填胶结材料在高浓度和低胶砂比 条件下，即能使充填体的抗压强度达标，成功地降低了充填 成本。
铁尾矿综合利用的研究进展 2.2.3 尾矿充填的研究进展
传统的尾矿胶结剂的配置完全按照建筑混凝土的要求和 工艺去制备。但这种传统的粗骨料胶结充填输送工艺复杂， 且对物料的级配要求较高，因而一直未获得大规模的推广使 用。 近年来，尾矿充填的研究重心主要集中在胶结剂的配置 上，在传统的水泥、石灰和石膏等的基础上，研究人员使用 粉煤灰、炉渣、氟石膏和絮凝剂等配置新型胶结剂取得了显 著的研究成果；尾矿矿浆的浓缩和灌注作业的进展主要集中 在设备上，如水力旋流器、深锥浓密机和往复式柱塞泥浆泵 等设备在尾矿的浓缩和灌注的应用；另外，在自动控制（PLC 控制系统）和充填体监控（感应系统、预警系统）等集成技 术领域也获得较多的研究成果。
中国铁尾矿的资源现状
1.4.5 多金属型铁尾矿
该类铁尾矿成分复杂，伴生元素多，除了含有大量的有色
金属元素，还含有可回收的稀有金属和贵金属元素。该类铁尾 矿中的伴生的有价元素的价值常超过主金属铁的价值。
武钢的程潮铁矿和大冶铁矿，还有包钢的白云鄂博铁矿均
为此类铁尾矿的代表。
表5 程潮铁矿尾矿的主要化学组成（%）
中国铁尾矿的资源现状
1.4 铁尾矿的分类
按原矿的矿物性质，一般可将铁尾矿分为两大类，即磁铁 矿尾矿和赤铁矿尾矿。
排量大，磁铁矿的产量约为赤 铁矿的三倍，所以磁铁矿尾矿 的排量要大于赤铁矿尾矿。
磁铁矿尾矿
铁 尾 矿
赤铁矿尾矿
产比高，由于赤铁矿比磁铁矿 难选，单位产量的赤铁矿将产 生更多的尾矿，综合利用难度 也更高。
中国铁尾矿的资源现状 1.3.2 污染环境
铁矿石都不程度地伴生有铜、铅和铬等重金属元素，进入尾 矿后这些有害元素会发生生物化学迁移，对大气、水体和土壤造 成严重污染；此外，某些残留在铁尾矿中的药剂对附近水体和农 田生态环境的影响也十分严重；尾矿中的硫化物会产生酸性水， 进一步淋浸重金属，迁移流失后对整个生态环境将造成极大危害 。 干旱多风地区，铁尾矿堆积库表层的粉尘可随风到达很远距 离，甚至会带来沙暴，使土地沙化、植被破坏甚至直接威胁到人 畜的生存；因铁尾矿堆积使周围土地沙化造成农田减、绝产等事 件时有发生。
铁尾矿综合利用的研究进展
2.2 尾矿充填
2.2.1 尾矿充填的发展历史
自20世纪50 年代以来，中国的尾矿充填大致经历了以下 几个阶段：
（1）50年代：为废石干式充填的全盛时期，基本没有涉及到 细粒尾矿的应用； （2）60年代：发展应用分级尾砂水力充填、碎石水力充填和 混凝土胶结充填； （3）70～80年代：广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料 的细砂胶结充填技术； （4）90年代：全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充 填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新 技术，促进了中国采矿技术的进步和采矿工业的发展。
元素
含量
源自文库
Fe
7.66
SiO2
37.21
Al2O3
9.00
CaO
15.30
MgO
15.32
K2O
1.70
Na2O
0.92
其它
12.89
表6 白云鄂博尾矿的主要化学组成（%）
元素 含量 Fe 16.20 SiO2 36.75 Al2O3 2.76 CaO 17.34 MgO 4.40 REO 6.00 F 10.80 其它 6.75