1、昆明理工大学昆明理工大学云南省金属矿尾矿资源二次利用工程研究中心云南省金属矿尾矿资源二次利用工程研究中心 1.1.中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状 2.2.铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展 3.3.国外尾矿处理的新技术国外尾矿处理的新技术主要章节主要章节 4.4.主要结论主要结论第一部分第一部分 中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状铁是钢材最主要的组份，是工业生产中必不可缺的金属。2013年全球钢铁表观消费量为14.54亿吨，同比增长2.9%；2014年，全球钢铁表观消费量将达到15.62亿吨，同比增长3.2%。1.1 1.1 中国钢铁行业现状中国钢铁行业现状 中国
2、是全球最大的钢铁生产国、出口国和消费国，自2000年中国的钢铁产量开始急速增长，至2013年粗钢产量为7.79亿吨，预计2014年表观钢铁消费量达到7.48亿吨。中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状图图2 2 中国近二十年粗钢产量中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状伴随着钢铁行业的连年发展，中国的钢铁形势却出现了困境。2003年，中国超过日本成为全球最大的铁矿石进口国，中国铁矿石的进口依赖度也连年攀升，2013年已超过了70%。这给中国钢铁行业的健康平稳发展带来了严重的威胁。图图3 3 中国近年铁矿石进口量及进口依赖度 尾矿是选矿产生的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。2006年
3、，中国总尾矿堆存量约80亿t，当年尾矿的排量约为5亿吨，此后中国尾矿的排量逐年上升；至2012年，中国尾矿年排量为15.81亿吨，依次推算，至堆量近200亿吨。而中国作为全球最大的钢铁生产国，铁尾矿的堆存量约占总尾矿堆存量的三分之一，则2014年中国总铁尾矿堆存量应有近70亿吨。中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.2 1.2 中国铁尾矿的堆存量中国铁尾矿的堆存量中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.3 1.3 铁尾矿的危害铁尾矿的危害1.3.1 1.3.1 占用土地占用土地 中国的铁尾矿利用率远低于国外，与发达国家相比差距更大，大量尾矿只能堆存于尾矿库中。铁尾矿堆存需要建专门的尾
4、矿库，因而占据大量的农田和林用土地，其中包括一些生产力很高的耕地和良田。由于铁尾矿的排放量巨大，中国新增的铁尾矿堆积土地面积约为120公顷/年。此外，尾矿库的建设需要花费大量的资金，一般尾矿库的基建投资为 13元/t，运行费用 35元/t。据报道，2000年，中国用于铁尾矿堆存的运营费用即超过7亿元，至2013年，该项运营费用可能已超过20亿元/年。中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.3.2 1.3.2 污染环境污染环境铁矿石都不程度地伴生有铜、铅和铬等重金属元素，进入尾矿后这些有害元素会发生生物化学迁移，对大气、水体和土壤造成严重污染；此外，某些残留在铁尾矿中的药剂对附近水体和农田生
5、态环境的影响也十分严重；尾矿中的硫化物会产生酸性水，进一步淋浸重金属，迁移流失后对整个生态环境将造成极大危害。干旱多风地区，铁尾矿堆积库表层的粉尘可随风到达很远距离，甚至会带来沙暴，使土地沙化、植被破坏甚至直接威胁到人畜的生存；因铁尾矿堆积使周围土地沙化造成农田减、绝产等事件时有发生。中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.3.3 1.3.3 安全隐患安全隐患由于中国铁矿的嵌布粒度细，常需深度细磨才能有效的实现铁矿物的单体解离。因此，铁尾矿普遍粒度细、含水量高且难以脱水。部分铁尾矿常处于不稳定的泥浆态，随着铁尾矿的不断堆存，尾矿库坝体不断增高，尾矿库的安全隐患日益升高。大型铁尾矿库一旦溃坝
6、，对坝下的村庄、农田以及周边的生态将造成毁灭性的破坏。建国以来，已发生大小尾矿库溃坝的事故数百起，西襄汾新塔矿业尾矿库溃坝是近期发生最严重的铁尾矿库溃坝事故，事故泄容量26.8万立方米，过泥面积30.2公顷，波及下游500米左右的矿区办公楼、集贸市场和部分民宅，造成277人死亡、4人失踪、33人受伤，直接经济损失达9619.2万元。中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.4 1.4 铁尾矿的分类铁尾矿的分类铁尾矿磁铁矿尾矿赤铁矿尾矿排量大，磁铁矿的产量约为赤铁矿的三倍，所以磁铁矿尾矿的排量要大于赤铁矿尾矿。产比高，由于赤铁矿比磁铁矿难选，单位产量的赤铁矿将产生更多的尾矿，综合利用难度也更高
7、。按原矿的矿物性质，一般可将铁尾矿分为两大类，即磁铁矿尾矿和赤铁矿尾矿。中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.4.1 1.4.1 高硅型铁尾矿高硅型铁尾矿该类尾矿硅含量高、粒度细，不含有价的伴生元素，SiO2含量一般在70%以上，尾矿中 90%以上是石英、绿泥石、角闪石、云母、长石和白云石等硅酸盐矿物，平均粒度一般为0.04-0.20mm。这类尾矿以鞍钢东鞍山、首钢大石河、太钢峨口、唐钢石人沟和本钢南芬等地的尾矿为代表，也常被称为鞍山型铁尾矿。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量12.5675.501.780.502.107.56表1 鞍本地区铁尾矿的主要化学组成（%）按铁尾矿
8、的化学组成特征，可将铁尾矿分为五大类，即：高硅型铁尾矿、高铝型铁尾矿、高钙镁型铁尾矿、低钙镁铝硅型铁尾矿和多金属型铁尾矿。中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.4.2 1.4.2 高铝型铁尾矿高铝型铁尾矿 该类尾矿排量相对较少，Al2O3含量高，一般不含伴生元素和组份，个别尾矿伴生有磷、硫，通常含有长石、云母、高岭土、绿泥石、磷灰石和黄铁矿等矿物，-0.074mm粒级含量占30-60%。 这类尾矿以马钢南山、马钢姑山、安徽黄梅山和江苏吉山等地的尾矿为代表，也常被称为马钢型铁尾矿。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量17.5443.5812.211.042.7322.90表2 安
9、徽黄梅山铁尾矿的主要化学组成（%）中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.4.3 1.4.3 高钙镁型铁尾矿高钙镁型铁尾矿 该类尾矿除了Ca、Mg含量高以外，还常伴生S和Co，个别尾矿微量伴生Cu、Ni、Zn、Pb、As、Au和Ag等元素，主要含有透辉石、白云石、长石、方解石、黄铁矿和黄铜矿等矿物，-0.074mm粒级含量一般占50-70%。 这类尾矿以邯郸地区和山东地区的玉石洼、西门山、张马屯、符山和王家子等铁选厂的尾矿为代表，也常被称为邯郸型铁尾矿。元素FeSiO2Al2O3CaOMgO其它含量8.1331.986.4930.7713.848.79表3 邯郸铁矿尾矿的主要化学组成（%）
10、中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.4.4 1.4.4 低钙镁铝硅型铁尾矿低钙镁铝硅型铁尾矿 该类尾矿中SiO2、Ca、Mg、Al2O3含量均较低，常见元素Ba、Na和K，伴生元素有 Ge、Ga、Co、Ni 和 Cu等，常见重晶石、千枚岩、橄榄石和碧玉等矿物，尾矿粒度一般为-0.074mm 占 70%左右。 酒钢的镜铁山和黑鹰山铁选厂的尾矿为此类尾矿的代表。元素FeSiO2Al2O3CaOMgOBaOGe其它含量17.7831.985.931.502.1013.290.00227.42表4 酒钢选厂尾矿的主要化学组成（%）中国铁尾矿的资源现状中国铁尾矿的资源现状1.4.5 1.4.5
11、多金属型铁尾矿多金属型铁尾矿该类铁尾矿成分复杂，伴生元素多，除了含有大量的有色金属元素，还含有可回收的稀有金属和贵金属元素。该类铁尾矿中的伴生的有价元素的价值常超过主金属铁的价值。武钢的程潮铁矿和大冶铁矿，还有包钢的白云鄂博铁矿均为此类铁尾矿的代表。元素FeSiO2Al2O3CaOMgOK2ONa2O其它含量7.6637.219.0015.3015.321.700.9212.89表5 程潮铁矿尾矿的主要化学组成（%）元素FeSiO2Al2O3CaOMgOREOF其它含量16.2036.752.7617.344.406.0010.806.75表6 白云鄂博尾矿的主要化学组成（%）中国铁尾矿的资源
12、现状中国铁尾矿的资源现状1.5 1.5 铁尾矿综合利用的价值铁尾矿综合利用的价值资源化： 1. 扩大国内铁矿石的产量，减轻铁矿石大量进口所带来的压力； 2. 综合回收铁尾矿中的各种有价矿物，实现铁矿资源价值的最大化利用。减量化： 1. 延长尾矿库的服役年限; 2. 减少铁尾矿的维护成本； 3. 减少尾矿的重金属含量，保护环境； 4. 降低安全隐患。第二部分第二部分 铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.1 2.1 铁尾矿综合利用的概况铁尾矿综合利用的概况早在20世纪60年代初，国外已开始研究铁尾矿再利用的相关工作，国内虽相对起步较晚，但相关研究的进展较快。铁尾矿的再利用大体上可分
13、为四个方面：一、尾矿充填，即将铁尾矿作为主要充填料回填到采空矿井 中；二、植树复垦，即以铁尾矿为主要土壤质进行复垦和土壤改 性；三、尾矿再选，即将尾矿中的有价矿物选别出来；四、制造建材和新型材料，即以尾矿为主要原料生产砖瓦、 水泥、微晶玻璃、陶瓷材料、装饰材料、墙体涂料等。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展50年代干式废石充填60年代水力搬运充填混凝土胶结充填7080年代细砂胶结充填90年代至今全粒级胶结充填自20世纪50年代以来，中国的尾矿充填大致经历了以下几个阶段： （1）50年代：为废石干式充填的全盛时期，基本没有涉及到 细粒尾矿的应用； （2）60年代：发展应用分级尾砂水
14、力充填、碎石水力充填和 混凝土胶结充填； （3）7080年代：广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料 的细砂胶结充填技术； （4）90年代：全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充 填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新 技术，促进了中国采矿技术的进步和采矿工业的发展。2.2 2.2 尾矿充填尾矿充填2.2.1 2.2.1 尾矿充填的发展历史尾矿充填的发展历史铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展就选矿厂的生产而言，尾矿的充填一般会经历以下几个步骤： （1）固液分离：也可以理解成选厂直接排放的尾矿的浓缩过 程，一般需要将尾矿的浓度浓缩到65%以上； （2）胶结剂的添加：即添加
15、水泥和石灰等物料的过程，可使 松散的沉积物能迅速的胶结起来； （3）矿浆的灌注：即将配置好的高浓度矿浆灌注到矿井指定 地点的过程； （4）充填体的养护：即强化充填体的水化作用，使充填体迅 速硬化，保证充填体的强度。尾矿矿浆高浓矿浆高强度充填体固液分离胶结剂添 加灌注养护2.2.2 2.2.2 尾矿充填的基本步骤尾矿充填的基本步骤铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.2.3 2.2.3 尾矿充填的研究进展尾矿充填的研究进展传统的尾矿胶结剂的配置完全按照建筑混凝土的要求和工艺去制备。但这种传统的粗骨料胶结充填输送工艺复杂，且对物料的级配要求较高，因而一直未获得大规模的推广使用。近年来
16、，尾矿充填的研究重心主要集中在胶结剂的配置上，在传统的水泥、石灰和石膏等的基础上，研究人员使用粉煤灰、炉渣、氟石膏和絮凝剂等配置新型胶结剂取得了显著的研究成果；尾矿矿浆的浓缩和灌注作业的进展主要集中在设备上，如水力旋流器、深锥浓密机和往复式柱塞泥浆泵等设备在尾矿的浓缩和灌注的应用；另外，在自动控制（PLC控制系统）和充填体监控（感应系统、预警系统）等集成技术领域也获得较多的研究成果。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.2.4 2.2.4 尾矿充填的研究实例尾矿充填的研究实例纪宪坤等针对高铝高铁型的铁尾矿开发了一种新型固化剂MG-601，其主要由水泥、矿渣粉和化学激发剂MG-6组
17、成，MG-6由碱金属碳酸盐、碱土金属硫酸盐和碱金属硝酸盐配置而成。通过中试生产应用表明：MG-601固化剂与全尾砂(干基)质量比为1:4.5时，养护28d，充填体的抗压强度可达4MPa以上，能够满足矿井接顶部位的强度性能要求；质量比为l:6或1:7时，基本能够满足矿井普通部位的强度性能要求。针对石人沟铁矿全尾砂的物化特性，杜聚强使用水淬渣、石灰、石膏等研究开发了一种新型充填胶结材料。通过与水泥做对比分析，发现新型充填胶结材料在高浓度和低胶砂比条件下，即能使充填体的抗压强度达标，成功地降低了充填成本。（1）胶结剂）胶结剂铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展中钢苍山铁矿和李官集铁矿的原
18、充填站的尾矿矿浆采用立式砂仓浓缩，但由于底部造浆风压不足、溢流浓度较高，尾砂利用率低，不能满足地下采空区要求。李学忠等通过水力旋流器进行了尾矿浓缩的试验研究，发现采用水力旋流器对尾矿的浓缩效果较好，两个矿山采用旋流器浓缩方案对充填站进行系统的改造后，运行效果良好，尾矿浓缩浓度大于65%，尾砂利用率大于70%，满足了采空区对尾矿浓度和尾矿量的要求，矿山达到了采充平衡，降低了运营的费用。（2）设备进展）设备进展铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展深锥浓密机是20世纪70年代发展起来的一种高效浓缩设备，具有极大的生产能力，可获得较高的底流浓度，为膏体充填料的制备提供了保障。刘晓辉等以PP
19、SM型深锥浓密机为研究对象，通过现场生产发现浓密过程中的矿浆在竖直方向上可划分为澄清区、沉降区、临界浓度区以及压缩区4区域；分别对各区域浓度变化规律及主要影响因素进行了试验研究，得到固体颗粒在锥体内的3浓密阶段；并估算了正常负荷下底流浓度的变化范围：76%82%，为现场系统故障预测与排除提供了理论依据。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展1.液力端 (阀箱) 2. 底座 3. 柱塞组合 4. 动力端5. 液力端润滑系统 6. 动力端润滑系统图图4 NB 型往复式柱塞泥浆泵通常用于尾矿充填的浆体质量浓度在 60%以下，而膏体充填的料浆质量浓度为 75%82%，一般的泥浆泵无法有效地完
20、成膏体充填的运输。郑宏乾等研制了NB型往复式柱塞泥浆泵，NB 型往复式柱塞泥浆泵为卧式三缸单作用往复式柱塞泵，泵组系统由柱塞泵、喂料泵、入口空气室及出口空气室等组成，可以保证高浓度泥浆输送的稳定性。其主体结构见图4。2009年，在赞比亚谦比西铜矿，NB型往复式柱塞充填泥浆泵已成功得到应用。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展（3）集成系统）集成系统张婧通过BP神经网络对影响水力旋流器的参数进行了辨识，确定影响其控制性的主要控制参数，提出旋流器自动控制系统的设计方案。并进一步开发了PLC的监控软件和基于组态王King View6.52的上位机监控软件，实现整个系统的监控。现场安装调试
21、及运行结果显示该系统具有较高的可靠性和实用性，提高了系统控制的自动化、人性化和水力旋流器的生产指标。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展 降低尾矿维护成本：用铁尾矿做充填料可就地取材，将省去或大大减少堆积库建设以及维护费用； 充填成本低：铁尾矿用作充填料费用很低，充填费为一般碎石水泥充填的 1/41/10； 节省土地：某些地区土地资源十分紧缺，铁尾矿充填的意义就更加重大。2.2.5 2.2.5 铁尾矿充填的优缺点铁尾矿充填的优缺点p 资源浪费：尾矿充填并没有考虑尾矿中有价元素的回收，势必建造成这部分有价元素的流失；p 污染地下水：如选用物理化学性质不稳定的尾矿作为充填原料，经长期侵
22、蚀有害元素会溶出，并进入地下体，污染地下水源。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.3 2.3 铁尾矿的复垦铁尾矿的复垦2.3.1 2.3.1 尾矿复垦的概况尾矿复垦的概况目前，尾矿复垦的研究主要集中在尾矿的堆肥改性和植物修复两个方面。土壤改性（作用）特性肥料（微量矿物的缺陷）重金属固定剂（聚丙烯酸盐）城市污泥（造纸泥）农业费料（秸秆、池泥）复垦堆肥改性植物修复稳固土壤（水土流失、扬尘）刺槐、白杨、芒草（抗旱、易成活）土壤肥力影响（有机质、全磷、分解酶）铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展堆肥改性即从尾矿自身的土壤肥力缺陷入手，通过向尾矿添加特性肥料和重金属固定剂等改
23、性剂，实现改善尾矿肥力性质的目的。植物修复则是通过在尾矿上种植如刺槐、白杨和芒草等易成活植物植株，实现尾矿土壤固定和缓慢改性。多数尾矿的复垦研究中，尾矿的堆肥改性和植物修复常同步实施，取得了不少的研究成果。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.2.2 2.2.2 尾矿复垦的实例尾矿复垦的实例姜永利以个旧大屯甲介山尾矿库复垦农田的土壤为研究对象，以甘蔗为培育植株，研究土壤改良剂对甘蔗吸附金属（As、Pb、Cd、Pb和Zn ）离子的影响。发现通过对尾矿土壤中添加石灰、普钙和钢渣的组合改良剂，能显著降低甘蔗的重金属吸收量，并且甘蔗糖分含量提高了18%以上。经计算，尾矿库修复后可直接减少
24、尾矿占地的经济损失1220万元，每年减少水土流失造成的养分损失9151元。经过土壤修复，复垦地的经济效益和环境效益都得到了提高。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展河北承德黑山铁矿的废石场和尾矿库的存在严重的环境问题，其裸露沙尘易随风扬起，大量原生植被破坏，周边环境受到严重的污染。黄文涛以城市污泥为土壤改性原料，以黑麦草土壤改性植株，开展了黑山铁矿废弃地修复的模拟研究。研究发现，污泥添加量分别为20%和30%时，废弃地上黑麦草的生长情况最好，出苗率分别可达93.7%和92.0%，株高分别为17.87cm和17.61cm，须根数分别为26和29。此外，废弃地修复土壤的理化性质也得到提
25、高，其有机质含量分别提高了7.26%和11.56%，含水率分别提高了24.10%和28.95%。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展 杨振意等研究了刺槐种植对大冶黄石铁尾矿的土壤肥力影响，发现相对未种植刺槐的铁尾矿，刺槐人工林下土壤pH比未种植植物的铁尾矿废弃地低4.7%，土壤的有机质、全氮和全磷质量分数分别为101.5、2.8和1.5g/kg，碱解氮、速效磷和速效钾质量分数分别为130.7、16.2和201.8mg/kg，自生固氮菌数量与解磷菌数量分别为75.0105和85.7105cfu/g，土壤脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性分别为2.7g/(kgd)、317.6mg/(kgh)
26、和4.6ml/(kgh)，均显著提高；土壤的全钾含量则比对照低13.7%。证明刺槐的定居和生长促进了铁尾矿废弃地的生态恢复。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.3.3 2.3.3 尾矿复垦的优缺点尾矿复垦的优缺点 适用面广：尾矿复垦几乎适用于所有尾矿的再利用； 成本低廉：尾矿复垦的投入成本仅为土壤改性剂的添加和植株的种植，远低于其它工艺的投入； 稳固土壤：植物的种植可有效的固定尾矿的土壤，减少尾矿的扬尘和沙暴的形成，极高尾矿库的安全系数； 改良土壤性质：成功的尾矿复垦往往能本质上的改善土壤性质，使尾矿周边的生态系统恢复健康； 协同除害：某些尾矿的复垦会用到如城市污泥、农业费料和
27、工业废渣等废弃物，从而形成了多种污染的协同治理体系。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展p 治理周期长：一般草本类植株的成长在半年左右，灌木和乔木类植株则可能要数年，因此，相对于其它工艺，尾矿复垦的治理周期要更长，成效也更慢。p 盲目性较大：尾矿复垦的研究中，改性剂的配置和优良植株的选择均存在较大不确定性和盲目性；并且由于尾矿自身性质的不稳定，多数尾矿复垦的研究还只能处在理论阶段。p 实施难度大：尾矿的复垦涉及到大面积的工艺实施和长期的养护运作，因此，尾矿复垦的实施的稳定性和持续性很难得到保障。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.4 2.4 铁尾矿的再选铁尾矿的再选
28、从铁尾矿中再选有价矿物是最直观的铁尾矿再利用的方法，一直以来也是铁尾矿再利用的研究重点。不同类型的铁尾矿中有价矿物的种类不尽相同，所使用的回收方法也存在较大的差异。铁尾矿中常见的有价矿物有赤铁矿、褐铁矿、赤褐铁矿、钛铁矿、黄铜矿、黄铁矿、磷灰石和云母等，黄铁矿常赋存有Co、Au和Ag等有价矿物；部分的铁尾矿中还会伴有稀散稀土元素，例如包钢白云鄂博铁矿中伴生有大量的铌-稀土铁矿石和铌-稀土矿石。铁尾矿选别流程多为复合流程，既可以得到多种产品，也符合矿物的选别特性。2.4.1 2.4.1 尾矿再选的概况尾矿再选的概况铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展再选工艺磁选浮选重选焙烧多用强磁选
29、，捕收弱磁性矿物高磁场梯度（磁介质，SLon型）螺旋溜槽（抛尾）摇床（精选）离心机（微细粒、大红山铁矿投产）配合磁选，用于选铁还原焙烧（Fe2O3Fe3O4）深度还原焙烧（Fe2O3Fe单质）多用于回收硫化矿（黄铜矿、黄铁矿）非金属矿物（磷灰石、云母、白钨矿）反浮选（磷灰石、钛铁矿等的提纯）2.4.2 2.4.2 尾矿再选的工艺概况尾矿再选的工艺概况铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展由于铁尾矿粒度细、强磁性矿物少，再选作业中常用高梯度强磁选设备，Slon磁选机即为当中的代表，该设备在传统高梯度磁选设备的基础上，引入了脉动系统使分离区磁介质内颗粒群始终处于松散状态，从而提高磁分离选
30、择性和防止磁介质堵塞。但由于铁尾矿中磁性矿物粒度普遍较细，有效捕获需要非常强的磁场，所以也常会捕获大量的脉石含量较高的矿粒，导致精矿产品的富集比不高。因此，高梯度磁分离法常用于磁性矿物的预富集，很少用作获取最终铁精粉产品的分离方法。该工艺常与重选的摇床工艺或离心机工艺配合使用，获得铁精矿或钛铁精矿。（1 1）磁选工艺）磁选工艺铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展螺旋溜槽：螺旋溜槽：常用于铁尾矿的预先抛尾，溜槽的精矿常会进入再磨系统，以提高目的矿物的解离度，供后续选别。摇床：摇床：常用于强磁选精矿的再选，可获得高品位的精矿；但处理量较小，一般不会直接用于铁尾矿的选别；使用摇床选别时，
31、需要尽量地控制入选的矿石粒度，以期得到最佳的分选效果；处理细粒矿石时，摇床的精矿回收率会偏低。离心机：离心机：常与强磁选机配合使用，适用于细粒矿物的分选；精矿的回收率较高，但富集比不会太大；适用于35-45品级铁次精矿的提质。（2 2）重选工艺）重选工艺铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展 分级在重选的选别作业中往往可以起到积极的作用，多数的重选作业前，添加分级作业可大幅的提高选别指标。 例如：某铁尾矿的矿物性质复杂，尾矿中有用矿物为赤铁矿、褐铁矿和少量磁铁矿，铁含量为24.26%，脉石矿物为绿泥石、石英、磷灰石、白云石、方解石、重晶石等。当直接使用强磁-摇床的工艺，可获得铁品位6
32、2.43%、回收率为18.14%铁精矿。而采用强磁-分级-摇床精选试验流程选别该尾矿，其选别指标为：-0.037mm细粒精矿品位49.67%、回收率33.24%；粗粒精矿品位58.16%、回收率7.66%；最终精矿品位51.07%，回收率40.90%。可见添加分级作业后，最终精矿的回收率得到了一个显著的提升。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展（3 3）焙烧工艺）焙烧工艺常见于弱磁性铁矿（赤铁矿、赤褐铁矿等）的回收，其工艺理念是：将尾矿中的弱磁性的Fe2O3还原成磁铁矿（Fe3O4），或者深度还原成铁单质，然后通过弱磁选工艺回收这部分的铁矿物。例如：某铁矿经弱磁选后尾矿的Fe品位高
33、达45.36%，分析发现尾矿中含大量赤褐铁矿，陈泽宗等使用磁化焙烧-磁选工艺选别该铁尾矿，在焙烧温度为750的条件下，焙烧60min，焙烧完成后磨至-325目粒级占88.65%，经弱磁选 (96kA/m)，可获得产率为73.87%、Fe品位为59.00%、回收率为90.74%的铁精矿。焙烧工艺虽能有效地回收铁尾矿中的弱磁性铁矿，但工艺控制的难度较大，深度还原的成本又太高，因此尚未有大型化的工业生产实例。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展（4 4）浮选）浮选工艺工艺浮选本身的适用的范围很广，不便于统一的介绍。因此，这里就针对浮选不同的作用来进行介绍。浮选硫化矿：浮选硫化矿：常见于铁
34、尾矿的脱硫作业，当硫化矿中含有有价组份时，也可以作为预富集和分离的手段。例如：某铁尾矿Cu品位为0.36%，Co品位为0.068%；Cu主要以硫化物形式产出，Co主要赋存于黄铁矿中；刘杰将该尾矿细磨后，使用预先浮铜-浮铜尾矿浮硫的纯浮选工艺，获得了Cu品位为27.42%、回收率为90.93%的铜精矿；以及Co品位为0.29%、回收率为94.88%的钴精矿，并且该精矿S品位为47.03%，S回收率为94.37%，实现了对该铁尾矿中铜、钴和硫的综合回收。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展浮选脱泥：浮选脱泥：常用于浮选氧化矿（磷灰石、云母）的脱泥作业，因为氧化矿的浮选常使用胺类捕收剂，
35、而胺类捕收剂对矿泥比较敏感，如果泥质过多浮选就无法正常进行。反浮选：反浮选：常见于铁矿或钛铁矿粗精矿的提质，常用胺类捕收剂用以浮选硅酸盐类脉石矿物。浮选目的矿物：浮选目的矿物：根据铁尾矿目的矿物的不同，浮选的工艺和浮选的药剂制度会有较大的差异，如：捕收磷灰石常用脂肪酸类、皂类或两者混合的捕收剂，一般精选段数不超过四段；捕收云母常用胺类捕收剂，常在酸性环境下进行浮选，精选段数一般可达到五至六段；浮选钛铁矿常用氧化石蜡皂作捕收剂，精选段数一般在到四段以上。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展铜陵某选铁厂弱磁选尾矿P2O5含量为3.74%，主要含磷矿物为磷灰石，何根幸等使用Na2CO3和
36、Na2SiO3作抑制剂，用量分别为4000g/t和2000g/t，氧化石蜡皂作捕收剂，用量别为500g/t，采用一粗两精的浮选流程，可以得到P2O5品位为35.25%、回收率为95.42%的磷精矿。某铁尾矿的云母含量为20.34%，魏礼明使用预先脱泥-碱性浮选法浮选云母，通过一粗一扫五精的浮选流程可以得到云母含量为96.19%，回收率为10.17%的云母精矿。承德某铁尾矿含4.32%的TiO2，贾清梅等使用磨矿-螺旋溜槽-弱磁-强磁-再磨-浮选的工艺，可获得TiO2品位为46.33%、回收率为11.36%的钛精矿。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.4.3 2.4.3 尾矿再选
37、的优点与不足尾矿再选的优点与不足 适应性强：针对不同性质的铁尾矿，可设计不同的再选工艺流程，以期得到合格的精矿产品； 资源化程度高：针对尾矿中的有价矿物，使用再选工艺可以实现尾矿资源的最大化利用，既节约矿产资源，又能创造经济价值； 处理能力大：合理的尾矿再选工艺很容易实现大型化的生产，这也有利于尾矿减量化迅速地完成；p 部分工艺尚不成熟：如焙烧工艺，磁化焙烧的工艺控制难度大，深度还原焙烧的能耗又太高，因此该项技术尚处于理论阶段，大型化的生产还有待进一步的研究；p 二次污染：主要体现在铁尾矿的浮选和再磨作业中，浮选的废水和再磨新生微细粒矿泥均会导致尾矿的二次污染。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综
38、合利用的研究进展2.5 2.5 铁尾矿制备建筑材料和新型材料铁尾矿制备建筑材料和新型材料目前，使用铁尾矿制备建筑材料和新型材料是尾矿综合利用领域的热门研究方向，近年来国内外取得了众多的研究成果。早在 20 世纪，国外许多国家就开始利用包括铁尾矿内的尾矿生产建筑材料。中国在研究利用铁尾矿制备建筑材料如砖瓦、水泥、微晶玻璃、陶瓷材料、装饰材料和墙体涂料等方面进展迅速，并取得一系列成果，有些工艺已得到成功生产应用。新材料的研究集中在超细二氧化硅、白炭黑和MCM-41新型分子筛等硅酸盐活性材料上。2.5.1 2.5.1 铁尾矿制备材料的概况铁尾矿制备材料的概况铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研
39、究进展2.5.22.5.2 烧结工艺烧结工艺该工艺多用于铁尾矿烧制砖瓦或陶粒等材料，一般此类尾矿多含赤铁矿，并且铁品位较高，生产过程中常会添加入适当配比的黏土、粉煤灰来改善铁尾矿砖坯的烧结性能。陈永亮等研究了铁尾矿烧结砖的烧结过程及机理，认为铁尾矿烧结砖的烧结过程分为干燥预热、加热、烧成及冷却4个阶段。铁尾矿烧结砖烧结初期以固相表面的扩散传质为主，烧结中后期以熔融液相作用下的固体颗粒重排和塑性流动传质为主，熔融液相对铁尾矿砖坯的烧结致密及固相反应起到重要的促迸作用。铁尾矿泥膏砖坯塑性风干粘土助塑剂混匀加水烧结成品900烧制铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.5.32.5.3 混
40、泥土制备工艺混泥土制备工艺该工艺类与尾矿充填的胶结技术存在交叉，多将铁尾矿作为骨料，普遍使用SiO2含量在70%左右的高硅型铁尾矿，一般铁尾矿的配比量在60-70%；生产过程中常会添加入适当配比的石灰熟料、高炉渣、石膏、粉煤灰和减水剂，一般养护时间在一个月左右；高强度的混泥土可用于制备二免砖或三免砖。武钢铁金山店尾矿中CaO和Al2O3含量分别为14.35%和9.07%，与传统建材较接近，易龙生43按质量比为5:30:68:2配比水泥、碎石、铁尾矿和改性生物酶的，添加1.5kg/m3的聚丙烯纤维，恒温恒湿养护60d，得到的路面基层材料劈裂抗拉强度达到0.396MPa、抗弯拉强度达1.641MP
41、a，抗弯拉强度与无侧限抗压的强度之比为0.27，达到路基路面工程规定的高速公路和一级公路力学性能要求。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展刘佳等使用SiO2含量为69.56%的高硅铁尾矿制备混凝土，配合使用粉煤灰可以显著提高混凝土的强度，按铁尾矿60%、粉煤灰16%、高炉渣10.4%、熟料10.4%、脱硫石膏3.2%和UNF-5萘系减水剂1.2%的质量配比，和水胶比为0.21配制高强混凝土；该试样护养28d，抗拆强度达20.6MPa，抗压强度达100.1MPa。这种工艺中起到主要固化作用的成分为托贝莫来石，其为一种水化硅酸钙，是加气混凝土的有效成分，具有高强度和高密度的特性。王长龙
42、等发现随着铁尾矿掺量的提高，托贝莫来石的数量增加，晶体结构由针片状变为短纤维状，相互交叉形成了网状结构，使制品的抗压强度提高；但是铁尾矿掺量过高，会使结晶良好的托贝莫来石数量减少，网状结构变得松散，导致制品的抗压强度降低。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.5.42.5.4 水泥制备工艺水泥制备工艺现实的水泥生产中，经常会用到铁尾矿代替砂岩配置水泥生料，一般这类铁尾矿的钙、镁、铝和铁含量相对较高，而硅的含量则较低。湖北某地铁尾矿含35.43%的SiO2，Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO含量分别为8.89%、9.41%、13.01%和9.70%，史伟等以其和石灰石为主要原料
43、，进行了制备贝利特水泥的研究。考察了原料配比、煅烧温度和活化剂石膏掺量对水泥熟料性能的影响。结果表明：以质量分数为30.90%的铁尾矿和69.10%的石灰石为原料，在1350煅烧1h，再添加相当于熟料质量0.60%的活化剂石膏，可成功制得的贝利特水泥。其28 d的强度指标达到了PI42.5R水泥的要求，且其主要矿物种类与传统硅酸盐水泥相一致，但贝利特矿物的含量明显超过传统的硅酸盐水泥。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.5.52.5.5 微晶玻璃制备工艺微晶玻璃制备工艺不同于制砖的烧结工艺，制备微晶玻璃使用的铁尾矿SiO2含量要大于70%，并且熔炼的温度更高，熔炼的时间更长；微
44、晶玻璃的制备中产需要添加晶核剂，用以促进和加速结晶生产；另外，生产中还有两个重要的温度点核化温度和晶化温度要注意控制，否则会影响微晶玻璃的有效结晶。张锦瑞利用唐山地区铁尾矿（SiO2含72.79%）来制备微晶玻璃，发现采用TiO2Cr2O3的复合晶核剂，微晶玻璃结晶效果较好，TiO2晶核剂添加量为3%，Cr2O3晶核剂添加量为1%；并经分析比较确定该铁尾矿微晶玻璃的热处理工艺为：核化温度770，核化保温时间为60min，晶化温度为870，晶化保温时间为60min，升温速率为5/min。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.5.62.5.6 新型材料的制备新型材料的制备 这部分研究
45、主要集中在铁尾矿中硅酸盐的提取技术上，主要思路是将铁尾矿中的SiO2组份溶解出来，然后按照需要的方式析出，生成高比表面积的硅酸盐活性材料。 白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂，被广泛用于橡胶制品、纺织、造纸和食品添加剂等领域。张明熹等以SiO2含量为64.35%的铁尾矿为原料制备白炭黑，铁尾矿经过酸洗-热碱反应-稀酸沉淀的制备流程，成功制备了纳米级白炭黑，白炭黑颗粒近似球形，粒径为50-100nm，SiO2的回收率可达97.41%。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展 MCM-41是新型分子筛材料M41S体系中的一员，具有孔道呈六方有序排列、一维均匀、孔径分布窄，比表面积和吸附容量
46、大，常用作催化剂的载体和表面功能化的基质。于洪浩采用鞍山铁尾矿为硅源，CTAB为模板剂，使用水热合成法成功合成出了介孔分子筛MCM-41，适宜条件为n(CTAB)/n(SiO2)=0.050.60，pH值=811。 贵州某难选钛铁矿经还原焙烧-弱磁选后，铁尾矿TiO2品位为11.52%，针对尾矿中的TiO2，邓强等使用酸化焙烧-水解工艺成功的制得了纳米级锐钛矿精矿，该锐钛矿精矿TiO2品位达到72.20%，样品呈孔状结构，平均孔径在5nm左右，具有很好的光催化性能，可用于降解4-硝基酚。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.5.7 2.5.7 铁尾矿制备材料的优缺点铁尾矿制备材料
47、的优缺点多数铁尾矿制备建筑材料会直接使用原生铁尾矿，虽然得到的产品相对单一，但不会产生大量的新生费料。因此，铁尾矿制备建筑材料的最大价值在于可真正意义上实现铁尾矿的零排放。仅此一点，该研究方向就具有足够的推广价值和研究意义。但与此同时，该研究方向也存在诸多的问题，如制砖、制水泥和制微晶玻璃涉及到高温作业，工艺成本较高，能耗也大，容易造成大气的二次污染；另外，这些工艺流程普遍对铁尾矿的化学组成要求较为苛刻，不同的制料工艺对铁尾矿成分要求也不同；还有这些工艺生产出的产品需要相对稳定的供求环境，否则生产的产品无处可售，在经济上便不具有可行性。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展2.6 2
48、.6 铁尾矿的其他用途铁尾矿的其他用途一般铁尾矿会具有一定的碱性，通过添加适量的铁尾矿，部分的酸性或缺铁土壤也可以实现土壤改性的目的。张作顺等使用铁尾矿作为钢渣的改性剂，发现铁尾矿可以实现钢渣的高温改性，钢渣中f-CaO的含量显著降低，显微结构得到改善，钢渣的胶凝性能得到提高。铁尾矿中含有大量的石英-磁铁矿连生体，其密度比磁铁矿低，一般可小于3g/cm3，但仍然具有磁性。在废水处理中，相比于比磁铁矿，石英-磁铁矿连生体更加易于流化，并且来源更加广泛，成本更低，可用于代替磁铁矿作为废水的处理的载体。铁尾矿综合利用的研究进展铁尾矿综合利用的研究进展以上均是科研人员研究发现铁尾矿在其它领域所能起到的
49、作用，但以上的应用都存在需求量小和对尾矿自生性质要求高的问题，不具有普遍的推广价值。铁尾矿废水处理土壤改良剂冶炼改性剂包裹体（石英和磁铁矿、磁性）降低COD（化学需氧量）调节土壤pH添加微量元素（Fe）提高钢渣的胶凝性能（降低f-CaO）第三部分第三部分 国外尾矿处理的新技术国外尾矿处理的新技术3.1 3.1 新型设备新型设备复合力场离心机（Multi Gravity Separator，MGS）在传统卧式连选离心机的基础上，加入了轴向的高频震动，即在普通离心机分选的过程中，增加了一个相对于筒体的剪切力，这样有利于矿浆中微粒的分散，在一定程度上改善了离心机选别效率低下的问题。3.1.1 3.1
50、.1 复合力场离心机复合力场离心机（1 1）设备简介）设备简介国外尾矿处理的新技术国外尾矿处理的新技术某铬铁矿尾矿位于土耳其Fethiye地区，其Cr2O3品位为14.79%；尾矿-38m粒级中，Cr2O3的分布率为53.25%；在传统重选工艺中，-38m粒级的矿石很难得到较好的选别指标。Seluk zgen利用水力旋流器与复合力场离心机组合处理此尾矿，先通过水力旋流器抛粗，旋流器溢流进入复合力场离心机进行分选，得到了合格铬铁精矿。Seluk zgen还针对复合力场离心机的转鼓尖端直径（a）、尾端直径（v）、转速（d）、倾角（t）和冲洗水量（w）等参数进行了详细的研究；并提出了两个数学模型，一
