引言

鐵礦石是重要的礦產資源，在現代經濟中占有重要地位。其中，澳大利亞、巴西和中國的鐵礦石開采量位于世界前列。鐵礦分選的特點是尾礦量大，每分選1t原礦，會產生40%的尾礦，這個比例導致了關于廢物處理的環境問題。尾礦作為礦物分選后的 廢 棄 物，目 前 年 排 放 量 占 工 業 固 態 廢 棄 物 的30%～40%。根 據《中 國 工 業 固 體 廢 物 綜 合 利 用2018—2019年發展報告》，2018年底我國礦山尾礦總量達12.11億t，其中包括鐵尾礦、銅尾礦、金尾礦、其他有色金屬和非金屬尾礦，累計質量超過600億t，總占地11000km2。其中，鐵尾礦僅2018年產量就達到4.75億t，占尾礦總量的約40%。除了中國，鐵尾礦庫在世界其他國家也大量存在。尾礦庫大多是露天存放，對土壤、環境、空氣和人類健康都有負面影響。

1尾礦對環境的危害鐵尾礦在工業廢料中占比很高，如圖1所示，通常有鐵、鎂、鈣、鉻、鎳、鉛、鎘等有害金屬元素。除此之外，浮游選礦時通常添加大量的捕收劑、起泡劑和抑制劑等眾多浮選藥劑，礦漿中的剩余藥劑會隨著尾礦一起排出，且經過破碎研磨后的尾礦顆粒非常細，漂浮到空氣中會造成空氣、水污染等環境問題。

尾礦進入土壤中，會帶來嚴重的金屬污染，對農田等生態系統和人體健康構成嚴重威脅。重金屬進入土壤中不會輕易流失，含量在短期內無法自然降低，這些金屬元素可以通過食物鏈威脅當地居民和動物的健康，同時也直接影響微生物群落。當鐵尾礦進入河流時，將導致水中污染物含量增加，尾礦中的有害元素浸入地下造成地下水源污染。鐵尾礦中的砷、鉻、鎳元素會導致pH值呈酸性，使水中動物、微生物數量減少。此外，尾礦庫表面被風干的細粒級尾礦很容易被吹散到空氣中，這些顆粒被人吸入后極易產生肺部疾病。細粒尾礦漂落在植被和農作物上堆積也會對其造成破壞。近年來，為了維持正常的生產運營，礦山企業主要采取新建和擴建地面尾礦庫的方式來解決尾礦的處置和排放問題，尾礦庫堆存是國內外金屬礦山最主要和最常用的處置尾礦的方法。尾礦庫的管理需要額外的時間、人力和財力，最為重要的是尾礦壩存在安全隱患，尾礦壩施工不到位、廠區人員安全操作意識低等易出現故障，直接威脅人的生命和財產安全。2015年巴西馬里亞納尾礦壩坍塌，導致壩下游74km處，河濱地區1176.6hm2的面積被鐵尾礦污染，457.6hm2原 始 森 林 也 遭 到 了 破 壞。2019年 巴 西Córrego do Feij?o尾礦壩坍塌致235人喪生，35人失蹤，財產損失更是無法估量。

2尾礦干排技術

2.1尾礦干排技術的意義隨著社會發展進步，減少尾礦排放量，促進資源的高效利用，強化廢棄物的回收利用，發揮自然資源的內在價值，實現社會、經濟和環境的共贏，已成為影響我國礦業可持續發展的關鍵問題。傳統的尾礦庫堆存模式在經濟、環境和政策上已越來越不適應今后發展的需求。針對傳統尾礦處理方式所表現出來的諸多問題，目前針對鐵尾礦處理，旋流器+脫水篩+壓濾機或過濾機工藝被越來越多的礦山企業采用，這種工藝主要由旋流器和脫水篩組成，一些現場需要完全干排可增加少量壓濾機或過濾機，可有效降低尾礦入庫量，增加尾礦庫使用年限，減少尾礦庫維護成本；且設備投資和運行成本較使用壓濾機（過濾機）可大幅降低。該工藝適用范圍廣，操作簡單，占地面積小，干排水分低，易堆存，且自動化程度高。尾礦干排工藝見圖2。

尾礦干排技術擁有眾多優勢，首先可有效降低安全隱患。傳統尾礦庫由于濕式作業庫內水含量高，穩定性差，若尾礦庫結構材質出現問題或尾礦量超載易發生爆庫和坍塌事故，對環境和人們生命安全造成威脅；其次，使用尾礦干排技術可以有效提升尾礦回水率，有效節約了資源，在氣候干燥和缺水地區可有效循環使用水資源。另一方面，尾礦干排可以大幅節省尾礦堆放空間，減少尾礦庫的維護和運營成本。最重要的是尾礦干排技術可有效減少環境污染，防止有害化學物質和重金屬元素進入土壤和水源。該技術的推廣對礦山企業的安全穩定運行和地區環境的保護有著重要的意義。

2.2工業應用案例首鋼礦業水廠鐵選廠由于多年作業，尾礦庫的累計堆積量即將達到頂點，為了選廠的正常運行，廠區被迫擴建尾礦庫。針對水廠尾礦庫存在的問題，首鋼礦業對尾礦庫進行改造，采用14套尾礦干排系統（φ250mm×3旋流器組+2450mm直線篩）代替原尾礦庫，從源頭上減少了尾礦的排放。尾礦干排系統使尾礦入庫量減少了70%，同時企業每年可節約成本6451.2萬元，有效延長了尾礦庫的使用年限，從根本上降低了尾礦庫的安全風險，對廠區周圍的生態恢復起到了至關重要的作用。為響應國家政策，加快綠色礦山建設，安徽馬鋼集團張莊礦業改進了選廠尾礦庫，采用全尾礦井下填充模式。采用尾礦干排系統代替原流程，尾礦經 干 排 處 理 后，直 線 篩（脫 水 篩）篩 上 濃 度 升 至82.27%，比原流程中的濃密機底流濃度高出14.27個百分點，有效的降低了尾礦含水量。2018年底，該系統已形成穩固的生產線，經計算，改進后的系統每年綜合創效1560萬元，節約充填空間30萬m3。該尾礦干排模式符合綠色環保理念，在節約空間的同時有效提高了企業效益。攀鋼礦業某選廠尾礦量約173萬t/a，2014年運行生產，原采用尾礦濕排工藝。為了節能減排，響應綠色礦山號召，通過分析鐵尾礦性質和粒度組成，設計了尾礦干排系統替代了原尾礦濕排作業。干排系統采用φ350mm旋流器組和脫水篩組合，經過穩定運行，該系統處理的尾礦水小于16%，達到了很好的應用效果，干排后的尾礦砂用于平整道路和覆土造田。脫水生產中產生的濾液全部返回選廠，實現了工業水循環利用。該技術在有效避免傳統尾礦庫安全隱患的同時，取得良好的經濟效益。

3鐵尾礦的綜合利用隨著我國經濟的飛速發展，對于礦產資源的消耗日益增大，如何提高礦產資源的利用率是亟待解決的難題。尾礦綜合利用逐漸成為礦山企業和科研院所研究的熱門課題。目前關于尾礦的利用主要有3個方面：①回收利用鐵尾礦中的稀有元素；②對鐵尾礦進行二次加工，使之成為具有高附加值的建筑材料；③使用鐵尾礦生產砂石骨料，代替原建筑材料河砂。

3.1利用鐵尾礦生產膠凝材料膠凝材料是指將塑料膏狀物通過物理化學的方式轉化為石質體，并將其他材料黏合成一個整體，同時具有一定的機械強度的材料。膠凝材料可分為有機膠凝和無機膠凝兩大類。常用的無機膠凝材料有水泥、石膏和石灰。由于鐵尾礦的化學特性，研究人員多次嘗試利用鐵尾礦生產水泥膠凝材料，如硅酸鹽水泥熟料、復合水泥和地聚合物。目前，美國波特蘭已成功利用鐵尾礦制成水泥熟料、復合水泥和地質聚合物。

3.2利用鐵礦尾礦制磚黏 土 和 頁 巖 是 傳 統 的 制 磚 原 料，可 在900～1000°C的高溫窯中燒制而成。在建筑行業，通常需要消耗大量黏土制磚，預計未來幾十年國內對磚的需求量將繼續上升。由于我國經濟的快速發展，目前生產傳統黏土磚的原料日益消耗，為了實現環保和可持續發展的目標，眾多學者在利用固體廢料制磚方面進行了大量研究。在鐵尾礦制磚領域，已經取得了較大的進展。北京科技大學以鐵尾礦為原料，采用堿活化渣、粉煤灰和熟料粉塵作為膠凝材料，使用高壓滅菌工藝制備了抗壓強度為15MPa的承重磚。該承重磚中鐵尾礦含量超過80%。目前，研究人員已經研究了多種以鐵尾礦為原料的耐火磚、免燒磚、蒸壓磚、透水磚、保溫多孔磚等。使用鐵尾礦代替傳統材料制磚，不僅節省了尾礦的處置成本，還降低了磚的生產成本。從經濟上講，鐵尾礦制磚比傳統黏土磚和水泥磚具有明顯的經濟效益。

3.3利用鐵礦尾礦制砂石混凝土混凝土是最常用的建筑材料之一，年產量約44億t，根據文獻報道，到2050年，混凝土產量預計超過55億t。近年來，隨著中國對基礎設施領域的投資不斷增加，建筑行業對混凝土的需求顯著增大，加上不合理的開采，導致砂石和其他一些自然資源逐漸枯竭。此外，隨著工業廢物的產生量急劇增加，對環境構成了嚴重威脅。鐵尾礦中的主要硅酸鹽礦物為石英和長石，且其基本礦物組成與天然砂相似。因此，考慮在混凝土生產中使用鐵尾礦是一項具有重要意義的研究。鐵尾礦制砂不但能減少環境污染，而且可提高環境的可持續性。目前，鐵尾礦制砂在唐山、馬鞍山等部分地區有小規模工業應用，但未大規模推廣。在今后的研究中，礦山企業和科研人員將會繼續探究推廣，并重點關注鐵尾礦使用的長期性和耐磨性。

4結語隨著有限礦產資源被不斷開發利用，最大限度地節約資源已成為當今工礦企業的首要任務，特別是對尾礦的綜合回收更是研究的重點。尾礦干排系統工藝解決了尾礦處置和排放存在的生態和環保問題，達到了國內領先水平，大幅提高了企業的社會效益和經濟效益，在礦山領域具有廣泛的推廣價值。在尾礦的綜合利用方面，雖然有了一定的進展，但國內大多還停留在實驗室階段，在工業應用中還存在一定的局限性。在今后的研究中，鐵尾礦資源的最大利用率仍舊是各行業關注的焦點，并在“以廢治廢”的大背景下不斷發展。

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