河北某鐵礦固體廢物綜合利用研究

呂小煥 李金朋

（河鋼集團礦山設計有限公司）

目前，礦山廢石及尾礦是我國產生量最大的固體廢物，受資源品位低、利用成本高、經濟效益差、利用技術缺乏等問題地制約，目前排土場廢石及尾礦仍以堆存為主［1-2］。針對國家對環保和安全的要求，現有排土場和尾礦庫屬于安全隱患和公益污染項目。因此，本研究旨在通過對固體廢物進行再選、生產建筑材料、回填、復墾等途徑，推動和實現礦山固體廢物資源綜合利用技術的進步和推廣應用，同時消除重大危險源，恢復當地生態環境，利國利民。

1 礦山現狀

河北某鐵礦于1989年建成并投入使用，設計生產能力年采剝總量550萬t，選礦廠年處理礦石150萬t，年產鐵精粉68萬t。2012年該礦主體資源枯竭，露天開采閉坑，礦山停產。該礦排土場位于露天采場的西北方向，占地面積770畝，自1989年投入使用以來，共計堆放巖土量5 178萬t，排土場最高堆置標高137.2 m，地表標高72 m。尾礦庫位于排土場西側，壩頂標高76.0 m，最大堆積高度30.5 m，總庫容1 448萬m3。2014年5月，該尾礦庫通過了閉庫安全設施竣工驗收。排土場與尾礦庫位置關系見圖1。

2 排土場固體廢物利用

2017年以來，該礦所在地及周邊地區砂石行業經歷了前所未有的環保督查風暴，清除了不合規企業、非法企業，砂石礦全部停產，審批一律暫停，導致砂石市場供應量減少，尤其是20～30 mm、10～20 mm、6～10 mm粒級石砟更是供不應求。該礦排土場堆放的廢石主要為混合花崗巖、黑云斜長混合花崗巖、鉀長混合花崗巖，含部分表土，巖石中含部分低品位礦石。根據砂石行業要求，該排土場巖石可破碎成工程用石砟，同時在生產石砟過程中經干選可回收低品位礦石，為礦山后期復墾工程考慮，對排土場中的表土進行單獨堆存。

2.1 開挖工藝

排土場地表標高72 m，考慮后期土地復墾工作，此次研究擬開挖排土場68 m以上的巖土，總量3 118萬t，其中上部堆有120萬t表土，排土場開挖主體采用自上而下分層開挖，挖掘機和前裝機裝載自卸卡車運輸。開挖臺階高度5 m，最小工作平臺寬度不小于30 m。工作時臺階坡面角45°，開挖采用緩幫方式作業，挖掘機最小工作平臺寬度30 m，工作線長度150～200 m。依據挖掘機和前裝機的作業方式及排土場臺階高度情況，采用不同的鏟裝方式。在臺階高度超過5 m時，只允許先用液壓挖掘機對排土場臺階進行挖掘，配合自卸汽車鏟裝；挖掘高度不大于5 m，待挖掘出一定的工作面后，工作面空間不小于30 m×30 m，形成不高于5 m的分臺階，前裝機通過分段道路進入，分臺階進行裝載作業。在臺階高度不大于5 m時，采用挖掘機和前裝機均可作業，挖掘機采用反裝方式作業，前裝機采用正裝方式作業。

2.2 破碎工藝

用裝載機將剝離出的廢石（500～0 mm）給入原料倉。在倉底通過帶有預先分級的棒條振動給料機給入顎式破碎機（PE600 mm×900 mm），給料機篩下細粒級物料及顎式破碎機產品輸送至電振篩進行分級，篩上物料給入錘式破碎機（PC1 200 mm×1 800 mm）；篩下物料及錘式破碎機產品輸送至圓振動篩（3YAH2460，三層篩網）進行篩分作業，第1層篩上物料（粗）返回至錘式破碎機，第2層篩上物料（中）和第3層篩上物料（細）分別給入干式磁選機進行選別，得到10～20 mm石砟產品和10～20 mm磁性礦石及6～10 mm石砟產品和6～10 mm磁性礦物；篩下物料給入磁選機（CTS1230）進行磁選作業，磁選精礦自流至沉降池；磁選尾礦自流至XSD3016輪斗式洗砂機，經過連續兩次選砂作業，得到0～6 mm砂子；尾礦泥自流至采坑回填。破碎工藝流程見圖2。

2.3 產品方案

排土場固體廢棄物經破碎—篩分—選別—洗砂工藝，可獲得0～6 mm砂、6～10 mm石砟、10～20 mm石砟及磁性礦物，其中磁性礦物可單獨銷售或進入選廠選別系統，各粒級石砟可用于建筑用砂。

3 尾礦庫固體廢物利用

為了緩解人地矛盾，增加有效耕地面積，提高土地質量，亟需加大土地復墾力度，同時根據國家對安全和環保要求，需對該鐵礦尾礦庫進行資源綜合利用，恢復當地生態環境［3-4］。

3.1 尾礦砂成分分析及綜合利用可行性分析

尾礦樣多元素化學分析、鐵物相分析、粒級分析、光譜分析、重金屬含量分析結果見表1～表5，典型尾礦放射性分析結果見表6。

?

?

由表1、表2可知，尾礦全鐵含量5.40%，其中磁鐵礦占20.88%，應首先對尾礦進行再選，回收有價元素，提高資源回收和綜合利用率。

?

一般建筑用砂要求含泥量<5%（<0.08 mm的粉礦），由表3可知，該鐵礦尾礦滿足上述要求。

?

建材行業標準《硅酸鹽建筑制品用砂》（JC/T622—1996）規定，生產硅酸鹽建筑制品對原料化學成分要求SiO2質量分數≥65%，K2O+Na2O質量分數≤5%，硫化物及硫酸鹽質量分數≤2%。生產加氣混凝土、蒸壓灰砂磚、免蒸免燒磚等建筑制品對鐵尾礦化學成分要求SiO2≥65%，Fe2O3≤15%，K2O+Na2O≤5%，MgO＜5%。由表4可知，該鐵礦尾礦中SiO2質量分數在70%以上，Fe2O3、K2O、Na2O、MgO質量分數均符合要求。

注：使用γ譜儀按照國標標準測量。

由表5可知，該礦山尾礦中各種重金屬含量很低，符合國家相關建材產品標準要求。

?

由表6可知，該尾礦的天然放射性核素鐳-226、釷-232、鉀-40放射性比活度檢測結果符合國家《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2001）標準，用于生產的建筑主體材料和裝飾材料，其產銷與使用范圍不受限制。

鞍鋼礦業研究所在試驗室進行了從尾礦中分選提取石英礦物的探索性試驗，結果表明，其SiO2綜合回收品位可達95%，指標接近玻璃原料（三類）標準（SiO2含量大于96%），該鐵礦為鞍山式沉積變質鐵礦床，其尾礦性質與鞍鋼礦業尾礦相似，且石英礦物粒度較粗，在尾礦中單體解離度較高，因此可借鑒鞍鋼礦業試驗研究成果，雖與生產高附加值高純石英砂標 準（SiO2含 量9.90%～99.99%，Fe2O3含 量 小 于0.001%）還有一定差距［5］，但可進一步開展從尾礦中提取高純度石英砂的研究工作。

尾礦砂呈不規則的棱角狀，質量穩定、潔凈，與山砂、河砂相比，用尾礦砂配制的混凝土其性能優于用圓形的山砂和河砂配制的混凝土，且尾礦砂加工成本很低，因此具有廣闊的發展前景。

3.2 尾礦砂回采

尾礦庫最終復墾標高為+67 m，該設計擬將尾礦庫回采至+66.7 m，再用土回填至+67 m達到復墾要求，尾礦庫+66.7 m以上尾礦量約536萬m3，約為800萬t。尾礦庫內尾礦砂回采分為干式和濕式回采［6］。該項目擬采用濕式回采（船采）的方法。濕式回采用水槍、采砂船或浮球式潛水泵等方式對尾礦進行水力回采。根據尾礦庫回采的規劃及順序（先內后外，先庫后壩，先上后下，分層開采），由于現有尾礦庫上層已種植植被，前期用鏟運機需將采坑水經泵送至尾礦庫造漿，造漿后經采砂船泵送至尾礦打撈機進行回收，精礦經沉淀后單獨銷售或進入選別系統，打撈機尾礦通過篩分分選出合格粒級的砂子。

3.3 尾礦砂選別

采用先打撈再洗砂的工藝流程，見圖3。

3.4 產品方案

尾礦庫尾礦經回采—打撈—洗砂工藝可獲得磁性礦物、尾礦砂，其中磁性礦物可單獨出售或進入選廠選別系統，各粒級石砟可用于建筑用砂，尾礦砂可通過制作尾礦磚、加工建筑用砂、生產高純度石英砂等途徑綜合利用。

4 結 語

（1）河鋼某排土場固體廢棄物經破碎—篩分—選別—洗砂工藝可獲得0～6 mm砂、6～10 mm石砟、10～20 mm石砟及磁性礦物；尾礦庫尾礦經回采—打撈—洗砂工藝可獲得磁性礦物、尾礦砂，其中磁性礦物可單獨出售或進入選廠選別系統，各粒級石砟可用于建筑用砂，尾礦砂可通過制作尾礦磚、加工建筑用砂、生產高純度石英砂等途徑綜合利用。

（2）尾礦的綜合開發利用可代替天然礦物資源，大幅減少非金屬礦物資源的開發，為非金屬產業，特別是建材行業提供現成的原料來源。

（3）對現有尾礦庫尾砂資源綜合利用后，可達到提高礦產資源綜合利用率及減少尾礦庫安全隱患的雙重目的，同時，為尾礦庫生態恢復提供基礎條件，社會效益顯著。