我国铁尾矿排放现状及综合利用研究

张杰西，赵斌，房彬

（中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191）

我国铁尾矿排放现状及综合利用研究

张杰西，赵斌，房彬

（中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津300191）

铁尾矿是我国目前数量最多、综合利用难度最大的尾矿，在各类尾矿中具有代表性，实现其合理开发利用对我国尾矿总体利用具有重要意义。在介绍近年来我国尾矿排放现状和综合利用情况的基础上，分析了目前我国铁尾矿综合利用途径和研究进展。基于我国铁尾矿综合利用现状，提出了未来我国铁尾矿综合利用发展方向。

铁尾矿；资源；综合利用

21世纪以来，随着国民经济和社会工业迅速发展，矿产资源需求与日俱增。据统计［1］，我国95%的能源和85%的原料依赖于矿产资源。随着国民经济发展和矿产资源需求增长，采矿行业迅猛发展，矿山开采过程中产生了巨量的尾矿，而尾矿大部分未经综合利用直接排放堆存。堆存的尾矿不仅破坏生态环境，还时刻威胁着人类的生命财产安全，同时也造成了资源的极大浪费。因此，从社会、经济和环境效益综合考虑，开展尾矿综合利用显得极为必要。

随着钢铁行业的迅速发展，每年排放的铁尾矿在尾矿中所占比例也越来越大，尤其最近几年，我国每年铁尾矿的排放量已超过总尾矿量的一半以上，与日俱增的铁尾矿已成为影响钢铁行业发展的重要问题之一。因此，开展铁尾矿综合利用是解决尾矿问题的必然选择。

1 我国尾矿排放现状

截至2012年底，我国共有尾矿库12 273座，其中在用库6 633座，在建库1 234座，已闭库2 193座，停用库2 013座（其中废弃库和强制取缔关闭库1 304座）［2］。据国家发展改革委发布的《中国资源综合利用年度报告（2014）》显示，截止到2013年底我国尾矿累积堆存量为146亿t。尾矿已成为我国目前堆存量最大的固体废弃物，成为我国采矿行业走可持续发展道路的限制性因素。

我国2004—2013年各类尾矿产量如表1所示，从表1可以看出，我国尾矿产量呈逐年增长的趋势，2011年以前，增长幅度较大，2011年之后增长比较缓慢，但从2011年开始我国尾矿年产量均在15亿t以上，到2013年，则高达16.49亿t。从表1还可以看出，我国各类尾矿年产量均呈递增的趋势，其中黄金尾矿、铜尾矿、其他有色及稀贵金属和非金属尾矿的增长量都比较小，唯独铁尾矿增长量最大，从2004年的1.89亿t增加到2013年的8.39亿t，增加了约3.4倍。

表1 2004—2013年尾矿产量［3］亿t

图1呈现的是2004—2013年我国每年产生铁尾矿量在尾矿总量中所占比例，可以看出，铁尾矿产量逐年增长的趋势和尾矿总量相同，但铁尾矿在尾矿总量中所占的比例变化比较大，2004年铁尾矿占尾矿总量的29.30%，而2013年则高达50.88%，且从2011年开始，连续三年均占到50%以上。以朱欣然［4］和陈虎等［5］测算调查，从建国到2009年底，全国铁尾矿排放量大致为62亿t，由此推算，到2013年底，我国铁矿石尾矿排放量已超过90亿t。

图1 2004—2013年尾矿和铁尾矿产生量

2 尾矿综合利用情况

我国是矿产资源开采大国，随着采矿行业迅猛发展，实现尾矿综合利用具有重要意义。表2列举了我国2008—2013年尾矿的综合利用情况，从表2可以看出，我国尾矿综合利用量和利用率呈逐年增长的趋势，2013年实现尾矿综合利用量3.12亿t，利用率18.90%，利用率同比增长了1.1%，虽然和发达国家的60%相比，还存在差距，但从我国的实际情况出发，在尾矿综合利用方面已取得了一定成绩。据报道，我国在铁锰尾矿有价组分提取，有色金属尾矿有价组分高效分选回收以及尾矿制备新型建筑材料等方面取得较大技术突破。

表2 2008—2013年尾矿产量与综合利用情况

2013年我国尾矿综合利用的具体途径如图2所示，可以看出，我国尾矿综合利用的主要途径是生产建筑材料和充填采空区，两者占总利用量的96%，其中生产建筑材料和充填采矿区分别为43%，53%；回收有价组分为3%；其他利用仅为1%。

图2 2013年尾矿综合利用主要途径

我国80%的矿产资源为共伴生矿，由于我国技术装备、经济条件等因素的限制，使得大量有价值资源不能被选出利用而是作为尾矿抛弃，造成了严重的资源浪费。例如，我国铁尾矿的全铁品位平均品位为10.5%以上［4］，有的甚至高达27%［6］，以2013年底我国铁矿石尾矿排放总量90亿t和铁尾矿的全铁品位平均品位计算，尾矿中相当于存有铁9.5亿t左右。

目前，我国铁尾矿量在各类尾矿中所占数量最多，其成分复杂，综合利用难度大，在各种尾矿中具有代表性，因此，合理开发利用铁尾矿对我国尾矿总体利用具有重要意义。国土资源部也发布了《铁、铜、铅、锌、稀土、钾盐和萤石等矿产资源合理开发利用“三率”最低指标要求（试行）的公告》，要求铁尾矿综合利用率不低于20%。

3 我国铁尾矿综合利用的途径

我国铁尾矿资源综合利用工作起步比较晚，虽然取得一定的成绩，但尾矿回收利用率极低。目前，我国铁尾矿利用途径主要包括尾矿再选回收有价元素、加工制成多种建筑材料、矿山采空区充填料、土壤改良剂以及尾矿库复垦等，近年来在水处理、制备白炭黑和介孔材料等方面也有了一定的进展。

3.1 再选回收有价元素

铁尾矿含有大量的有价元素未经回收利用，重选技术是从铁尾矿获取有价组分的唯一途径。我国一些矿山企业为了提高经济效益，相继建立了尾矿回收选厂，从铁尾矿中回收有价组分。事实证明，尾矿重选给企业带来了显著的经济效益，但我国铁尾矿性质差异较大，在重选过程所使用技术工艺要根据具体的铁尾矿性质而定，才能够有效地回收有价金属和非金属元素。例如，山东某选矿厂采用强磁选机，从含有铁为20%的磁铁尾矿选得品位为60%的铁精矿［7］。包钢选厂采用以浮选为主的联合工艺从强磁尾矿中回收稀土精矿和铌，可获得回收率为57.34%的稀土精矿和35.58%的铌［8］。宏达矿业公司采用永磁机技术对本溪南芬囤积上百年的尾矿进行重新“过筛子”处理，年处理尾矿达120万t，每年可回收12万t优质铁精粉和0.8万t硫铁矿［9］。

3.2 加工制成多种建筑材料

铁尾矿化学成分较多，其化学成分与很多建筑材料相近，决定了其能够广泛应用于建筑业。我国在铁尾矿应用于建筑业方面已取得大量的成果，并成功地将铁尾矿运用到建筑制砖和水泥原料中，在混凝土细骨料、公路基层及其他附加值方面也有了一些进展。

3.2.1 制砖

目前，我国在利用铁尾矿生产建筑用砖方面已有大量的研究和应用，铁尾矿根据不同的工艺不仅可以制备建筑墙体所用的烧结砖、蒸压砖和免烧砖等，还可以制备建筑装饰地面和墙体所用的装饰砖。例如，我国马鞍山矿山研究院采用齐大山和歪头山高硅铁尾矿为主要原料成功地制备了免烧砖［10］。石棋等［11］在玻化砖配方加入高岭土、瓷石、长石、石英等原料，再加入20%～30%wt程潮尾矿，可以制得以钙长石为主晶相的玻化砖。焦娟等［12］以武钢程潮铁矿尾矿为原料，加入1.6%的着色助剂（TM），按传统通体砖生产工艺制备出符合国家标准黑色通体砖。

3.2.2 水泥和混凝土

我国城市基础化建设的加快，水泥和混凝土是建筑中广泛使用的材料，为铁尾矿在建筑材料高附加利用提供了良好的机遇。以廉价的铁尾矿代替水泥生产原料和应用于混凝土，实现变废料为资源，将带来较大的经济效益和环境效益。目前我国已完成铁尾矿大规模代替水泥原料用于制造水泥的技术中试。

在铁尾矿作为骨料制备混凝土方面也取得了较大的成果。王长龙等［13］利用首钢大石河铁尾矿，以铁尾矿、石灰、水泥、石膏的配比为60∶25∶10∶5制得强度等级为A3.5、密度等级为B06的蒸压加气混凝土。李北星等［14］运用梯级粉磨工艺优化设备的TSBC粉料为胶凝材料，并以含量为70%的铁尾矿为骨架，在常温下可以制备出28 d抗折，抗压强度分别为24.7 MPa和108.1 MPa的高强度混凝土。

3.2.3 作为道路建筑材料

把铁尾矿用于道路工程，可以大量消耗铁尾矿，且能降低公路工程造价，但我国铁尾矿作为道路建筑材料用于道路工程还处于起步阶段，目前大多是一些试验性研究。徐帅［15］研究表明，在铁尾矿中加入30%以上的石灰，可以满足二级以下（含二级）道路基层的要求。以石灰稳定铁尾矿代替水泥稳定砂砾，工程造价更低。

3.2.4 微晶玻璃

根据铁尾矿中的化学成分及含量，利用铁尾矿可制备各种性能的微晶玻璃。如陈晓玲［16］和陈盛建［17］利用低硅铁尾矿成功制备出性能优良、低成本，以透辉石为主晶相的微晶玻璃。闫欣等［18］研究表明，鞍山地区高硅铁尾矿可制取MAS系堇青石系微晶玻璃。

3.3 回填采空区域

利用铁尾矿作为填充材料回填采空区，能够降低企业的生产成本，对解决尾矿污染，降低矿山安全隐患具有重要意义。充填工艺包括分级尾砂胶结充填、全尾砂胶结充填、膏体泵送胶结充填等［19］，其中全尾砂胶结充填工艺可实现尾矿的全部利用，对实现无废矿山具有重要作用。目前，我国采用全尾砂胶结充填工艺的矿山较少，但从矿山行业发展的趋势和尾矿排放现状来看，实现全尾砂胶结充填是我国矿山行业发展的必然趋势。在全尾砂胶结充填中，胶结料是影响充填体性能和充填成本主要因素，因此，要根据我国铁尾矿的具体特征研发适合的胶结充填材料。纪宪坤等［19］针对我国某铁矿全尾砂特性研制出专用胶结充填固化剂（MG-601），通过中试验证，固化剂与全尾砂质量比为1∶4.5时，能够满足矿井接顶部位的性能要求，质量比为1∶6或1∶7时，能够满足矿井普通部位的性能基本要求。

3.4 用于水处理

铁尾矿因其粒度小，比表面积大，且具有少量的磁铁成分等特点，为其应用于污水处理提供了天然条件。铁尾矿应用于水处理，实现变废为宝，且能够降低水处理成本。研究证明［20］，将铁尾矿作为载体应用于生活污水处理，对降低污水COD有显著作用。

另外，有研究表明，铁尾矿经盐酸废液酸解后可制得复合型絮凝剂，用于工业废水中具有良好的效果。杨明平等［21］用盐酸废液与铁尾矿液固质量比为6∶1，在95℃的环境下酸解3.5 h，制备得聚硅酸聚氯化铁（PSPFC）复合絮凝剂，并将其用于处理工业废水，COD和色度的去除率可达90%以上。

3.5 尾矿库复垦

铁尾矿库复垦具有十分现实而重要的意义，铁尾矿库复垦被认为是解决尾矿库环境问题最有效的途径，铁尾矿库复垦对于防止铁尾矿污染环境、减少土地资源浪费、美化矿山环境等方面具有重要的作用。目前，我国在铁尾矿库复垦种植农作物和建立生态园等方面出现不少成功的案例，国家环保部也发布了矿山生态环境保护与恢复治理技术规范等，为未来铁尾矿库复垦奠定了坚实的基础。唐山地区迁安和遵化县地方铁矿厂将尾矿排放在滦河荒滩上，表面覆盖一层25～30 cm的山皮土复垦造田，现已造田种植各种农作物，实现经济效益1 000多万元［23］。鞍钢矿业公司从2003年开始对东鞍山烧结厂尾矿库实施复垦，复垦面积达200 hm2，在起伏的尾矿库上，建起了一座风光绮丽的多功能生态园，被评为国家级绿化示范区。

3.6 其他高值利用

近年来，我国学者在用铁尾矿为初始原料代替纯化工合成介孔分子筛MCM-41，以及用铁尾矿为原料制备出白炭黑、泡沫陶瓷、保温墙体材料等方面也取得较大成果，为我国铁尾矿高值利用开辟了新的途径。吕扬［24］研究表明，以铁尾矿为硅源，分别用水热法和微波法可以合成分子筛MCM-41；于洪浩等［25］以铁尾矿和NaOH为原料，利用化学沉淀法制备了无定型白炭黑，并证明采用化学沉淀法制备白炭黑，可以克服以非金属矿和含硅尾矿采用煅烧酸浸方法制取白炭黑工艺中存在的不足。黎邦城等［26］以程潮铁尾矿为原料，加入玻璃粉、高岭土、石英以及少量辅助发泡剂，成功制备出以闭孔结构为主的泡沫陶瓷。喻振贤等［27］以铁尾矿为主要原料，水泥为胶凝材料，废旧Ps颗粒为填充材料，另外添加一定的激发剂、阻燃剂，制备了阻燃型轻质保温墙体材料。

4 结语

尾矿综合利用是解决我国铁尾矿问题的根本方法，也是保护环境和节约资源最有效的手段。我国铁尾矿堆存量大，分布范围广，性质复杂，针对不同的铁尾矿应该在掌握其具体特征状况的基础上，提出合理利用途径。目前我国在铁尾矿综合利用方面进行了大量的研究工作，并取得了一定的成效，也研制了一部分成熟的技术和装备。

未来应在以下几方面继续努力：国家应该完善法律体系和强化政策引导，改变我国尾矿综合利用局限于大中型老矿山的局面，促进全国性开展尾矿综合利用；我国很多铁尾矿综合利尚处于实验室阶段，如用于水处理、制备介孔分子筛、白炭黑和墙体保温材料等，应加快科研与生产相结合，使研究成果能够应用于实践；根据我国铁尾矿的现状和我国矿山行业发展的需求，铁尾矿综合利用应坚持先回收再利用的原则；铁尾矿综合利用应该以大宗利用为主，应加快完善生产建筑材料、回填矿山踩空区、尾矿库复垦技术的研究。

［1］朱训.21世纪中国矿业城市形势与发展战略思考［J］.中国矿业，2002，11（1）：1-9.

［2］段蔚平，郭金峰，汪斌.我国金属矿山尾矿堆存技术及发展方向［J］.金属矿山，2013（12）：118-122.

［3］刘恋，郝情情，郝梓国，等.中国金属尾矿资源综合利用现状研究［J］.地质与勘探，2013，49（3）：437-443.

［4］朱欣然.铁矿尾矿资源开发利用经济分析［D］.中国地质大学（北京），2010.

［5］陈虎，沈卫国，单来，等.国内外铁尾矿排放及综合利用状况探讨［J］.混凝土，2012（2）：88-92.

［6］陈甲斌，贾文龙，余良辉.铁尾矿资源调查及评价［J］.矿业研究与开发，2010，30（3）：60-62.

［7］侯明兰，曲鸿鲁，杨学作.山东省矿山尾矿综合利用现状与建议［J］.矿冶，2005，13（4）：38-41.

［8］李英霞.从包钢强磁尾矿中回收稀土和铌的研究［J］.广东有色金属学报，1999，9（2）：101-105.

［9］姚明刚，王金龙，任瑞晨.辽宁西部地区铁尾矿资源化综合利用与研究［J］.矿业工程，2011，9（4）：53-56.

［10］郭春丽.利用铁尾矿制造建筑用砖［J］.砖瓦，2006（2）：42-44.

［11］石棋，郭玉忠，陈井清，等.程潮铁尾矿在玻化砖中的应用研究［J］.中国陶瓷，2011，47（9）：41-44.

［12］焦娟，郭志猛，刘祥庆，等.用程潮铁尾矿制备黑色通体砖［J］.金属矿山，2011（12）：167-170.

［13］王长龙，梁庆，王颜军，等.用首钢大石河铁尾矿制备蒸压加气混凝土［J］.金属矿山，2013（2）：160-163

［14］李北星，陈梦义，王威，等.梯级粉磨制备铁尾矿——矿渣基胶凝材料［J］.建筑材料学报，2014，17（2）：206-211.

［15］徐帅.铁尾矿在道路中的应用研究［J］.低温建筑技术，2014，36（1）：25-27.

［16］陈晓玲.低硅铁尾矿制微晶玻璃的试验研究［J］.矿产综合利用，2011（5）：41-44.

［17］陈盛建.低硅铁尾矿微晶玻璃的研制［D］.武汉理工大学，2004.

［18］闫欣，李静.基于鞍山铁尾矿的堇青石系微晶玻璃制备［J］.辽宁科技大学学报，2013，36（2）：113-116.

［19］纪宪坤，周永祥，杨建辉，等.铁尾矿全尾砂胶结充填固化剂及工程应用［J］.新型建筑材料，2014，41（4）：30-33.

［20］刘宏，王化军，刘恩松.铁尾矿在废水处理中的应用［J］.矿业工程，2007，5（1）：48-50.

［21］杨明平，胡忠于.盐酸废液分解铁尾矿制聚硅酸聚氯化铁复合絮凝剂［J］.无机盐工业，2008，40（4）：52-54.

［22］牛京考，袁怀雨，刘保顺，等.矿山固体废弃物的综合利用与治理系统工程［J］.中国矿业，1999，8（5）：47-50.［23］黄勇刚.我国铁尾矿资源的利用现状及展望［J］.资源与产业，2013，15（3）：40-44.

［24］吕扬.铁尾矿为原料制备介孔分子筛［D］.沈阳理工大学，2010.

［25］于洪浩，薛向欣，黄大威.铁尾矿制备白炭黑的实验研究［J］.过程工程学报，2008，8（2）：300-304.

［26］黎邦城，石棋，胡海明，等.程潮铁尾矿制备泡沫陶瓷的研究［J］.中国陶瓷，2014，50（9）：82-86

［27］喻振贤，李汇，姜玉凤，等.铁尾矿制备阻燃型轻质保温墙体材料的研究［J］.新型建筑材料，2013（4）：30-33.

Research on current situation and comprehensive utilization of iron ore tailings emissions in China

ZHANG Jiexi，ZHAO Bin，FANG Bin
（Tianjin Recyclable Resources Institution，All China Federation of Supply and Marketing Cooperatives，Tianjin 300191，China）

Among all kind of tailings in China，the iron ore tailings are the largest and the most difficult for comprehensive utilization.So it is significant to solve this representative problem and make a rational utilization of iron ore tailings.The situation of emission and comprehensive utilization of tailings in recent years was introduced，and the approaches of comprehensive utilization and the research status of iron ore tailings were analyzed.Based on the current state of iron ore tailings reusing development，the development direction of comprehensive utilization of iron ore tailings was brought forward.

iron ore tailings；resources；comprehensive utilization

X75；TD98

A

1674-0912（2015）09-0029-04

2015－08－05）

张杰西（1986-），男，陕西延安人，硕士，主要从事土壤污染修复与矿山生态修复方面的工作

赵斌（1981-），男，山东蓬莱人，学士，助理研究员，主要从事再生资源循环利用技术研究。