铁尾矿的再资源化利用

熊哲

摘 要：介绍了铁尾矿在我国的综合利用现状，详述了其在建筑材料制作方面的广泛应用，并阐述了铁尾矿砂再资源化利用的新途径，以期为我国建筑产业从资源消耗型向资源节约型转变提供思路。

关键词：铁尾矿；建筑材料；化学成分；尾矿库

中图分类号：X753 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.120

铁是人类生存和生活的必需品，铁的发展历史和人类文明紧密相连。我国不单是人口大国，也是资源大国，尤其是铁矿资源总量丰富。目前，我国已被探测出的矿区有近2 000处，探明铁矿石储量接近7.0×1010 t，居世界第5位。铁尾矿是铁选厂在特定经济技术条件下，将铁矿石磨细，选取有用组分后排放的废弃物。这些废弃物的化学成分比较复杂，非金属是其主要组成成分。该物质资源化利用的途径较少，常以堆存的方式废弃在尾矿库。而尾矿库是高势能的结构物，存在稳定性、环境协调性较低等多方面的问题。随着中共十八大四中全会的召开，生态文明建设的地位再次提升，大量铁尾矿给人类的生活环境造成了严重的污染，已受到了全社会的广泛关注。因此，寻找有效、合理的再资源化途径变得更加紧迫。

1 铁尾矿带来的问题

1.1 环境污染

粉尘和残留选矿剂是铁尾矿污染环境的两大因素。在选矿过程中，大体积的矿石被粉碎选走，留下了许多细小的颗粒，这些细小的颗粒会悬浮在空气中，进而形成雾霾，是引发各类呼吸道疾病的罪魁祸首。此外，在选矿过程中残留的选矿剂多数是有害的，随着雨水的冲刷会流入水体和农田，进而造成污染。

1.2 浪费资金、占用土地

铁尾矿被筛选后，其剩余部分最终会以堆积的方式废弃在尾矿库，而尾矿库的设计投资通常能占到整个项目总投资的20%～30%，资金投入量巨大。以江西新余某公司的九龙山东坑尾矿库为例，其投资金额达1 041.7万元，而其使用寿命只有9年。此外，尾矿库占地面积巨大，会占用大量的农业用地、耕作用地，进而导致选矿区的自然生态失去平衡。

1.3 建造铁尾矿坝（库）存在安全隐患

铁尾矿库的安全建设应贯穿始终，一旦某些环节没有做好，将埋下较大的安全隐患，进而引发事故。具体而言，尾矿库周边山体的稳定性、复杂的土质情况等影响了初步勘察设计的准确性；大体积钢筋混凝土结构的施工质量难以控制；在使用过程中，难以保证定期检查排水构筑物的裂缝、渗透等情况。许多安全事故的发生是因为相关单位未重视安全隐患的处理工作。近年来，铁尾矿坝事故频发，比如，山西临汾某公司980沟尾矿库发生了特别重大的溃坝事故、山西襄汾某尾矿库垮坝发生重大事故、江西铜业所属某铁尾矿库一老溢流槽发生尾砂泄漏事故等。这些事故都是由于在尾矿坝的设计和建造过程中忽视安全隐患的处理工作而导致的。

2 铁尾矿的综合利用途径

2.1 铁尾矿再选和价元素的综合回收

我国铁矿的品相相对较低，铁矿石中通常还包括其他的金属元素，比如金、银、铜等。因此，许多企业开始区分不同类型、矿区的矿石，并发展新的综合回收工艺回收铁尾矿中的有价元素，建立了回收选矿厂，取得了较好的经济、社会和环境效益。

2.2 铁尾矿作土壤改良剂和微量元素肥料

研究表明，铁尾矿中的微量元素可以作为肥料，能明显改善植物的生长环境，使土壤变肥沃；铁尾矿中的碳酸钙、石膏等可调节土壤的pH值。目前，许多矿山企业成功利用尾矿配制出钾钙肥、钾镁肥、钙镁磷肥、磁肥等肥料，取得了较好的经济效益。

2.3 利用铁尾矿制作建筑材料

目前，利用铁尾矿制作建筑材料的方式已被广泛应用，水泥、玻璃、砖等在生产过程中都可以将铁尾矿作为掺和料。这样不仅能大大减少生产材料、原材料的使用量，还能使产品具有新功能，从而提高其价值。

2.3.1 利用铁尾矿生产水泥

利用铁尾矿生产水泥能综合改善水泥的性能，达到节约成本、生产高质量产品的目标，即以最低的寿命周期成本使产品具备必需功能。水泥是经过二磨一烧制成的，其强度取决于熟

料烧成的情况和熟料中的矿物组成，而铁尾矿中的多种微量元素可影响水泥熟料的形成，达到改善水泥性能的效果。王金忠等采用扫描电镜和化学分析、试验等方法对利用铁尾矿制作的普通硅酸盐水泥进行了试验，解释了水泥性能与微量元素的关系；余春刚等在配制水泥生料的过程中用铁尾矿代替铁粉后发现，新型生料的易烧性好，烧成的熟料比利用铁粉生料煅烧出的熟料性能更好。

2.3.2 利用铁尾矿制备建筑材料

新型轻质隔热保温建筑材料是一种复合材料，具有质量轻、能防止建筑物内部热量损失、隔绝外界热量传入等特点，用途广泛。研究发现，铁尾矿可作为轻质隔热保温建筑材料的原料。王应灿等以铁尾矿为主要原料制备了轻质隔热保温材料，具有保温性好的特点；喻杰等从试验的角度验证了这一结论，并得出了原料的最佳掺和比例。

2.3.3 利用铁尾矿制取微晶玻璃

微晶玻璃是一种具有较高机械强度和抗震性能的材料，被广泛应用于建筑、机械等各个领域。由于铁尾矿中含有大量的SiO2，因此，将铁尾矿作为制备微晶玻璃的原料是可行的。许多学者在这方面进行了研究，比如，张锦瑞等利用热处理工艺将唐山地区的铁尾矿制成了微晶玻璃；北京科技大学制成了铁尾矿微品玻璃花岗岩，其外观、理化性能均优于天然花岗岩；陈晓玲研究出了低硅铁尾矿微晶玻璃的基础配方。因此，利用铁尾矿制取微晶玻璃是铁尾矿资源化利用的途径之一。

2.3.4 利用铁尾矿生产陶瓷材料

钢渣和尾矿的主要成分为SiO2、Al2O3、MgO和CaO等，这些成分与陶瓷材料的主要化学组成相同。陶瓷的传统做法是在黏土定型后烧纸，但成品易碎。而利用铁尾矿作原料制备的陶瓷的性能得到了极大的改善，其抗折强度、抗裂能力有了明显提高，远远超过了国家标准。

2.3.5 其他建筑材料

铁尾矿在建筑材料中的用途较多，比如，利用铁尾矿制备各种烧结砖、蒸压砖等，制备加气混凝土和混凝土空心砌块，用作混凝土骨料、水泥掺料和建筑用砂以及铺筑路基等。

3 铁尾矿再资源化的新途径

随着我国现代化脚步的加快，建筑工地、车辆、工厂的数量快速增长，随之而来的噪声污染也日益严重，普通的吸隔声材料已不足以解决这一问题，我们需要更加廉价、高效的吸隔声复合材料。Qing-Qing Ni，Enjie Lu等以树脂为基体，加入了碳纤维、玻璃纤维织物、纳米二氧化硅等制备了一种新型复合隔声材料，这种材料的隔声性能比单纯的聚氨酯树脂材料更优；潘涵等以氯乙烯基复合材料为基体，加入了玻璃纤维织物、无纺布、木质材料、硫酸钡粉末等，制备了多种不同层合结构的复合隔声材料；蒋文明将废钢渣粉作为添加料加入了改性聚氨酯泡沫塑料，制备了一种隔声性能优异、轻薄、经济、易加工成型的新型复合隔声墙板材料。基于上述研究，玻璃纤维织物、硫酸钡、废钢渣等添加料的加入都能改变单一材料的吸隔声性能。因此，利用铁尾矿制作建筑吸隔声复合材料是值得考虑的。

4 结束语

我国在铁尾矿的综合利用方面硕果累累，成功研制了一批较成熟的技术和装备，虽成果喜人，仍不可固步自封停滞不前。我们需要及时总结，加大组织推广应用。铁尾矿建材资源化利用依旧有着广阔的发展前景，其制成的新产品往往价格低廉，性能上有不同程度的改善，所以仍需要投入精力继续研究。

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〔编辑：张思楠〕