鐵尾礦的再資源化利用

熊哲

摘 要：介紹了鐵尾礦在我國的綜合利用現狀，詳述了其在建筑材料制作方面的廣泛應用，并闡述了鐵尾礦砂再資源化利用的新途徑，以期為我國建筑產業從資源消耗型向資源節約型轉變提供思路。

關鍵詞：鐵尾礦；建筑材料；化學成分；尾礦庫

中圖分類號：X753 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.120

鐵是人類生存和生活的必需品，鐵的發展歷史和人類文明緊密相連。我國不單是人口大國，也是資源大國，尤其是鐵礦資源總量豐富。目前，我國已被探測出的礦區有近2 000處，探明鐵礦石儲量接近7.0×1010 t，居世界第5位。鐵尾礦是鐵選廠在特定經濟技術條件下，將鐵礦石磨細，選取有用組分后排放的廢棄物。這些廢棄物的化學成分比較復雜，非金屬是其主要組成成分。該物質資源化利用的途徑較少，常以堆存的方式廢棄在尾礦庫。而尾礦庫是高勢能的結構物，存在穩定性、環境協調性較低等多方面的問題。隨著中共十八大四中全會的召開，生態文明建設的地位再次提升，大量鐵尾礦給人類的生活環境造成了嚴重的污染，已受到了全社會的廣泛關注。因此，尋找有效、合理的再資源化途徑變得更加緊迫。

1 鐵尾礦帶來的問題

1.1 環境污染

粉塵和殘留選礦劑是鐵尾礦污染環境的兩大因素。在選礦過程中，大體積的礦石被粉碎選走，留下了許多細小的顆粒，這些細小的顆粒會懸浮在空氣中，進而形成霧霾，是引發各類呼吸道疾病的罪魁禍首。此外，在選礦過程中殘留的選礦劑多數是有害的，隨著雨水的沖刷會流入水體和農田，進而造成污染。

1.2 浪費資金、占用土地

鐵尾礦被篩選后，其剩余部分最終會以堆積的方式廢棄在尾礦庫，而尾礦庫的設計投資通常能占到整個項目總投資的20%～30%，資金投入量巨大。以江西新余某公司的九龍山東坑尾礦庫為例，其投資金額達1 041.7萬元，而其使用壽命只有9年。此外，尾礦庫占地面積巨大，會占用大量的農業用地、耕作用地，進而導致選礦區的自然生態失去平衡。

1.3 建造鐵尾礦壩（庫）存在安全隱患

鐵尾礦庫的安全建設應貫穿始終，一旦某些環節沒有做好，將埋下較大的安全隱患，進而引發事故。具體而言，尾礦庫周邊山體的穩定性、復雜的土質情況等影響了初步勘察設計的準確性；大體積鋼筋混凝土結構的施工質量難以控制；在使用過程中，難以保證定期檢查排水構筑物的裂縫、滲透等情況。許多安全事故的發生是因為相關單位未重視安全隱患的處理工作。近年來，鐵尾礦壩事故頻發，比如，山西臨汾某公司980溝尾礦庫發生了特別重大的潰壩事故、山西襄汾某尾礦庫垮壩發生重大事故、江西銅業所屬某鐵尾礦庫一老溢流槽發生尾砂泄漏事故等。這些事故都是由于在尾礦壩的設計和建造過程中忽視安全隱患的處理工作而導致的。

2 鐵尾礦的綜合利用途徑

2.1 鐵尾礦再選和價元素的綜合回收

我國鐵礦的品相相對較低，鐵礦石中通常還包括其他的金屬元素，比如金、銀、銅等。因此，許多企業開始區分不同類型、礦區的礦石，并發展新的綜合回收工藝回收鐵尾礦中的有價元素，建立了回收選礦廠，取得了較好的經濟、社會和環境效益。

2.2 鐵尾礦作土壤改良劑和微量元素肥料

研究表明，鐵尾礦中的微量元素可以作為肥料，能明顯改善植物的生長環境，使土壤變肥沃；鐵尾礦中的碳酸鈣、石膏等可調節土壤的pH值。目前，許多礦山企業成功利用尾礦配制出鉀鈣肥、鉀鎂肥、鈣鎂磷肥、磁肥等肥料，取得了較好的經濟效益。

2.3 利用鐵尾礦制作建筑材料

目前，利用鐵尾礦制作建筑材料的方式已被廣泛應用，水泥、玻璃、磚等在生產過程中都可以將鐵尾礦作為摻和料。這樣不僅能大大減少生產材料、原材料的使用量，還能使產品具有新功能，從而提高其價值。

2.3.1 利用鐵尾礦生產水泥

利用鐵尾礦生產水泥能綜合改善水泥的性能，達到節約成本、生產高質量產品的目標，即以最低的壽命周期成本使產品具備必需功能。水泥是經過二磨一燒制成的，其強度取決于熟

料燒成的情況和熟料中的礦物組成，而鐵尾礦中的多種微量元素可影響水泥熟料的形成，達到改善水泥性能的效果。王金忠等采用掃描電鏡和化學分析、試驗等方法對利用鐵尾礦制作的普通硅酸鹽水泥進行了試驗，解釋了水泥性能與微量元素的關系；余春剛等在配制水泥生料的過程中用鐵尾礦代替鐵粉后發現，新型生料的易燒性好，燒成的熟料比利用鐵粉生料煅燒出的熟料性能更好。

2.3.2 利用鐵尾礦制備建筑材料

新型輕質隔熱保溫建筑材料是一種復合材料，具有質量輕、能防止建筑物內部熱量損失、隔絕外界熱量傳入等特點，用途廣泛。研究發現，鐵尾礦可作為輕質隔熱保溫建筑材料的原料。王應燦等以鐵尾礦為主要原料制備了輕質隔熱保溫材料，具有保溫性好的特點；喻杰等從試驗的角度驗證了這一結論，并得出了原料的最佳摻和比例。

2.3.3 利用鐵尾礦制取微晶玻璃

微晶玻璃是一種具有較高機械強度和抗震性能的材料，被廣泛應用于建筑、機械等各個領域。由于鐵尾礦中含有大量的SiO2，因此，將鐵尾礦作為制備微晶玻璃的原料是可行的。許多學者在這方面進行了研究，比如，張錦瑞等利用熱處理工藝將唐山地區的鐵尾礦制成了微晶玻璃；北京科技大學制成了鐵尾礦微品玻璃花崗巖，其外觀、理化性能均優于天然花崗巖；陳曉玲研究出了低硅鐵尾礦微晶玻璃的基礎配方。因此，利用鐵尾礦制取微晶玻璃是鐵尾礦資源化利用的途徑之一。

2.3.4 利用鐵尾礦生產陶瓷材料

鋼渣和尾礦的主要成分為SiO2、Al2O3、MgO和CaO等，這些成分與陶瓷材料的主要化學組成相同。陶瓷的傳統做法是在黏土定型后燒紙，但成品易碎。而利用鐵尾礦作原料制備的陶瓷的性能得到了極大的改善，其抗折強度、抗裂能力有了明顯提高，遠遠超過了國家標準。

2.3.5 其他建筑材料

鐵尾礦在建筑材料中的用途較多，比如，利用鐵尾礦制備各種燒結磚、蒸壓磚等，制備加氣混凝土和混凝土空心砌塊，用作混凝土骨料、水泥摻料和建筑用砂以及鋪筑路基等。

3 鐵尾礦再資源化的新途徑

隨著我國現代化腳步的加快，建筑工地、車輛、工廠的數量快速增長，隨之而來的噪聲污染也日益嚴重，普通的吸隔聲材料已不足以解決這一問題，我們需要更加廉價、高效的吸隔聲復合材料。Qing-Qing Ni，Enjie Lu等以樹脂為基體，加入了碳纖維、玻璃纖維織物、納米二氧化硅等制備了一種新型復合隔聲材料，這種材料的隔聲性能比單純的聚氨酯樹脂材料更優；潘涵等以氯乙烯基復合材料為基體，加入了玻璃纖維織物、無紡布、木質材料、硫酸鋇粉末等，制備了多種不同層合結構的復合隔聲材料；蔣文明將廢鋼渣粉作為添加料加入了改性聚氨酯泡沫塑料，制備了一種隔聲性能優異、輕薄、經濟、易加工成型的新型復合隔聲墻板材料?；谏鲜鲅芯浚ＡЮw維織物、硫酸鋇、廢鋼渣等添加料的加入都能改變單一材料的吸隔聲性能。因此，利用鐵尾礦制作建筑吸隔聲復合材料是值得考慮的。

4 結束語

我國在鐵尾礦的綜合利用方面碩果累累，成功研制了一批較成熟的技術和裝備，雖成果喜人，仍不可固步自封停滯不前。我們需要及時總結，加大組織推廣應用。鐵尾礦建材資源化利用依舊有著廣闊的發展前景，其制成的新產品往往價格低廉，性能上有不同程度的改善，所以仍需要投入精力繼續研究。

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〔編輯：張思楠〕