河北某地铁尾矿综合利用试验研究

聂轶苗，戴奇卉，牛福生，路晓龙，郭振飞

(1.华北理工大学矿业工程学院，河北 唐山 063009；2.河北省矿业开发与安全技术实验室，河北 唐山 063009)

河北某地铁尾矿综合利用试验研究

聂轶苗1，2，戴奇卉1，牛福生1，2，路晓龙1，郭振飞1

(1.华北理工大学矿业工程学院，河北 唐山 063009；2.河北省矿业开发与安全技术实验室，河北 唐山 063009)

摘要：针对铁尾矿中铁、钛、磷元素含量较高的特点，通过一粗三精重选-再磨-一粗四精三扫浮选联合流程，回收其中有用元素。而后利用铁尾矿选别后的尾矿(简称ZXW)制备矿物聚合材料，结果表明，用尾矿代替细砂制备建筑砌块，在粉煤灰用量4.5%，矿渣25.5%，ZXW用量70%，液固比为0.22的条件下，可得到制品3天抗压强度为10.2MPa，28天抗压强度为43.4MPa，达到了国家标准中对矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥425#对抗压强度的要求。

关键词：铁尾矿；综合利用；矿物聚合材料

我国铁矿选厂很多且分布较广，排放的铁尾矿量很大，现一般采用堆场堆放的方式，不仅占用农田，且污染环境。很多学者对铁尾矿制备胶凝类材料进行了大量研究，如利用铁尾矿制备高强结构材料[1-2]、加气混凝土[3-4]、贝利特水泥[5]、新型轻质隔热墙体材料[6]、陶粒[7]等，但由于不同的铁矿中含硅量不同、粒度组成等不同，在使用时需要先进行相应的试验研究。

本文在对铁尾矿进行原矿性质测试分析和研究的基础上，基于对矿产资源的综合利用，首先进行了铁、钛、磷有用元素的提取试验研究，而后利用铁尾矿选别后的尾矿(简称ZXW)制备矿物聚合材料，文中数据对该类铁尾矿的综合利用具有一定的参考价值。

1铁尾矿原矿性质研究

首先将所有矿样进行缩分，混匀，取代表性矿样进行了原矿性质测试分析。

1.1化学成分测试分析

利用X射线荧光光谱(XRF)分析铁尾矿中主要元素，结果如表1所示。

由表1可知，铁尾矿中含全铁10.18%，TiO24.88%，P2O52.11%按照国家对尾矿排放的标准要求，从固体废弃物综合利用的角度考虑，铁、钛元素和磷均应回收。

1.2物相分析

物相分析中，对铁元素和钛元素进行了物相分析。

表1　铁尾矿X射线荧光光谱分析结果

为了确定尾矿中铁的存在状态，对该铁尾矿作了铁物相分析，见表2。

表2　铁尾矿铁物相分析结果

由铁尾矿中铁物相的分析可见，38.39%的铁赋存于赤、褐铁矿中，37.30%的铁分布于硅酸铁中，其余分布于磁铁矿、菱铁矿和硫化铁中。考虑到赤褐铁矿与一般硅酸铁的比重和磁性差异，可采用重选或磁选的方法进行选别。

同时对铁尾矿中钛元素进行了物相分析，结果表明，铁尾矿中的钛主要分布于钛铁矿(50%以上)，磁铁矿和钛磁铁矿(8%～30%)，金红石(0.19%～16%)及硅酸盐(1.5%～9%)中，可采用重选方法进行回收钛元素。

2有用元素提取试验研究

在大量条件试验的基础上，采用重选-再磨-浮选流程对铁、钛和磷元素进行了提取试验研究，原则流程图如图1所示。其中重选选用XCY-73型 1100×500刻槽摇床，重选的其他条件为：冲程12mm，冲次300次/min，床面坡度3°和给矿浓度25%，给矿量0.38t/h；再磨细度确定为-0.074mm80%，浮选的试验条件为：用碳酸钠调节溶液pH值为8～10，分别加水玻璃和捕收剂(AW-01)，经一粗两精浮选流程，最终得到铁精矿、钛精矿和磷精矿，具体数质量见表3。

图1　从铁尾矿中提取钛、铁、磷的原则流程图

表3　从铁尾矿中提取铁、钛和磷元素的试验结果

经过一粗三精重选-再磨-一粗四精三扫浮选流程试验，可将铁尾矿中的钛降低至1.96%，但是铁含量相对还是较高，该工艺流程可将相应的产品在选厂对应的流程中返回即可实现。

3ZXW制备矿物聚合材料的试验研究

3.1ZXW性质分析

对ZXW进行化学成分分析，其主要成分SiO256.14%，Al2O325.17%，CaO 11.44%，MgO 8.59%，并对其进行筛析试验，见表4。

该尾矿中粒径大于0.074 mm，占18.32%，颗粒粒径主要集中在-0.043mm，占60.87%。整体颗粒粒度很细，按其平均粒径属于特细砂范畴。对于特细砂，有很多应用，如制备瓷砖粘结砂浆[8]、高强铁尾矿混凝土[2]等。本次研究中，直接利用ZXW作细骨料制备矿物聚合材料，由于其本身细度很细，所以可直接与机械预处理后的粉煤灰、矿渣混匀，再加入一定量的激发剂，常温下养护成型一定时间，然后测定其力学性能。

表4　ZXW筛析结果

3.2放射性测试

在利用该ZXW制备矿物聚合材料之前，对其进行了放射性测试分析，见表5。

表5　ZXW放射性测试结果表

从表5可以看到，该ZXW各项放射性指标符合建筑材料放射性核素限量(GB6566-2010)标准要求，因此可用之作原材料应用于建筑材料领域。

3.3ZXW制备矿物聚合材料的优化条件

以ZXW为细骨料，配以不同的固体激发剂和液体激发剂，在大量试验的基础上，确定了其优化的配方，即：粉煤灰用量4.5%，矿渣25.5%，ZXW用量70%，液固比为0.22，具体试验流程见图2。

图2　以ZXW等为原料制备矿物聚合材料的工艺流程

按照试验方案，分别称取计算好的ZXW和固体激发剂，置于混料器中搅拌混合均匀。再分别取一定比例的液体激发剂，混合后搅拌均匀后，装入有固体物料的容器中，搅拌均匀后得混合砂浆，然后装入ISO水泥胶砂试模(70mm×70mm×70mm)振动成型。在室温下养护24h，脱模后再在室温下静置2d或27d，测其抗压强度。

最终可得制品3d抗压强度为25.19MPa，28d抗压强度为56.43MPa，达到了国家标准中对矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥425#对抗压强度的要求。

4讨论

本次研究主要针对现场总尾矿的综合利用进行，在研究总尾矿的开发利用的试验基础上，得出了采用两段重选-再磨-一粗两精联合流程，对铁、钛、磷元素进行回收，并利用选别后的尾矿制备矿物聚合材料，达到了国标要求，说明该工艺技术上可行。由于铁矿原矿(铁品位30%左右)中磁铁矿嵌布粒度较粗，现场采用两段磨矿(一段磨矿细度45%，二段磨矿细度75%)四段弱磁选的阶段磨矿阶段选别流程即可获得铁品位65%以上，铁回收率80%以上的铁精矿，导致尾矿的粒度较粗，而直接利用铁尾矿制备微集料混凝土也进行了相应的研究[9]。如果从铁矿原矿性质研究将铁、钛、磷三种元素都回收，也有初步研究，仍需要对尾矿进行再磨，因为磷元素在每段尾矿中的分布都很均匀，而二磨前的尾矿，特别是一磁尾粒度很粗，产率36%左右。

5结论

1)铁尾矿原矿性质研究表明，其中铁、钛、磷元素含量较高，不能直接排放，通过两段重选-再磨-一粗两精联合流程，可得到产率为10.12%，含钛30.69%，含铁48.86%的重选精矿和产率5.03%，磷含量为30.44的磷精矿。通过此联合流程，降低了铁尾矿中三个有价元素的含量，利于资源的综合回收利用。

2)对铁尾矿提取有用元素之后剩余的尾矿ZXW，进行放射性、粒度筛析及化学成分分析，确定该ZXW可用作制备矿物聚合材料的原材料。

3)利用ZXW制备矿物聚合材料的优化试验条件为：粉煤灰用量4.5%，矿渣25.5%，ZXW用量70%，液固比为0.22。最终可得制品3d抗压强度为25.19MPa，28d抗压强度为56.43MPa，达到了

国家标准中对矿渣、火山灰、粉煤灰硅酸盐水泥425#对抗压强度的要求。

参考文献

[1]吴辉，倪文，王爽，等.水力旋流分级铁尾矿对高强结构材料性能的影响[J].矿物学报，2012(ZK)：179-180.

[2]徐丽，吴辉，郭珍妮，等.利用微磨球效应制备超高强铁尾矿混凝土[J].金属矿山，2010(12)：162-166.

[3]崔孝炜，倪文，吴辉，等.水胶比对铁尾矿混凝土强度的影响[J].金属矿山，2011(11)：166-168.

[4]王长龙，倪文，李德忠，等.山西灵丘低硅铁尾矿制备加气混凝土的试验研究[J].煤炭学报，2012(7)：1129-1133.

[5]史伟，张一敏，陈铁军，等.用低硅铁尾矿制备贝利特水泥[J].金属矿山，2012(7)：165-168.

[6]袁蝴蝶，尹洪峰，卢琳琳，等.烧成温度对铁尾矿墙体材料性能的影响[J].金属矿山，2012(1)：166-168.

[7]杜芳，刘阳生.铁尾矿烧制陶粒及其性能的研究[J].环境工程，2010，(28)：369-372，402.

[8]张秀芝，付宝华，杨瑞，等.黄河特细砂瓷砖粘结砂浆的配制及影响因素研究[J].新型建筑材料，2013(9)：35-39.

[9]聂轶苗，张晋霞，王森，等.河北某地特细砂铁尾矿制备微集料混凝土的试验研究[J].混凝土，2015(2)：79-81.

Experimental study on the comprehensive utilization of the iron tailings from Hebei province

NIE Yi-miao1，2，DAI Qi-hui1，NIU Fu-sheng1，2，LU Xiao-long1，GUO Zhen-fei1

(1.College of Mining Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan 063009，China；2.Mining Development and Safety Technology Key Lab of Hebei Province，Tangshan 063009)

Abstract:Gravity-regrinding-flotation combined processes were adopted to retrieve iron，titanium and phosphor elements based on the analysis of iron tailings properties.Mineral polymer were prepared using ZXW，which was the product of iron tailings after retrieving iron，titanium and phosphor elements.The best experimental condition was fly ash 4.5wb%，ZXW70%，slag 25.5% and liquid/solid 0.22 and the compressive strength of mineral polymer product could reach 10.2 MPa for 3 days，43.4MPa for 28days，which Meet national standards of the compressive strength for slag-fly ash based silicate cement with 425#.

Key words：iron tailings；comprehensive utilization；mineral polymer

收稿日期：2014-10-29

基金项目：河北省自然科学基金项目“SiO2-Al2O3-CaO-Na2O(K2O)-H2O体系矿物聚合材料制备及聚合机理研究”资助(编号：E2013209303)；河北省高等学校科学研究计划项目“硅酸盐矿物硫酸溶解制备多孔SiO2产品的酸溶解机制研究”资助(编号：QN2015091)

作者简介：聂轶苗(1979-)，女，博士，副教授，主要从事矿物加工及矿物材料的教学与科研工作。E-mail：nieym168@163.com。

中图分类号：TD95

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)01-0112-03