铁尾矿资源综合利用及研究进展

张 彪，姜春志

（1. 中条山有色金属集团有限公司，山西 运城 044000 ；2. 国家煤化工产品质量监督检验中心（安徽），安徽 淮南 232000）

铁矿资源是我国经济社会发展的重要基础性资源。近年来，铁矿石消耗量日益增大，铁尾矿排放量逐年增多。铁尾矿大量堆积，既造成土地资源浪费，又极易产生空气和土壤污染，破坏自然生态环境，尤其面对极端自然天气，存在着巨大的安全隐患，导致铁尾矿处理成本提高，严重制约企业可持续发展。当前，尾矿综合利用是固废综合利用的重要方面，也是矿产资源高效与循环利用的必然要求。铁尾矿综合利用不仅能回收有价成分，提高资源利用效率，还能变废为宝，改善生态环境，促进经济社会良好发展。

1 铁尾矿资源现状

铁尾矿通常指在铁矿石分选铁精矿过程中排出的尾砂废料。我国铁尾矿主要以磁铁尾矿和赤铁尾矿为主，分布多集中于内蒙、四川、辽宁、河北、湖北等地区。近些年，我国铁尾矿综合利用率不断提升，由2008 年的7% 上升到2018 年的27.69%，但仍低于国外水平[1]。2018 年我国铁尾矿总产生量约4.76 亿t，约占全国尾矿总产生量39.3%，相较其它尾矿，铁尾矿占比最大[2]。受矿石产地和选矿工艺等因素影响，铁尾矿虽然成分和含量不尽相同，但化学组成基本相似，主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O 等[3]。

2 综合利用及研究现状

我国铁尾矿资源的综合利用主要集中在有价成分回收、矿山回填、路基填筑、土地复垦、土壤改良及制备建筑材料等方面。

2.1 有价成分回收

徐彪[4]等以本溪某铁尾矿为研究对象，通过再磨- 弱磁选-强磁选- 铁矿反浮选- 石英矿分步浮选联合工艺流程，得到TFe品位59.75%、产率6.21% 的铁精矿和品位99.15%、产率21.51%的石英精矿。刘伟[5]等研究发现，酒钢铁尾矿含有17.85% 的铁和5.4% 的重晶石，将尾矿预先强磁选所得精矿制粒- 磁化焙烧-弱磁选回收铁资源，对强磁尾矿进行重选- 浮选回收重晶石，最终获得铁精矿品位56.17%、回收率61.75%，重晶石精矿品位95.58%、回收率68.23%。夏青[6]等优化浮选方案，先选钼再选锌回收某磁铁矿尾矿中低品位钼锌，采用一粗两精两扫浮选流程得钼粗精矿，钼粗精矿再磨至-0.037mm80%，以水玻璃为分散剂，硫化钠、亚硫酸钠、硫化锌为锌抑制剂，4 次精选得到钼精矿，实现钼锌有效分离，经一粗三精两扫钼尾矿得锌精矿，钼精矿含钼46.89%、回收率68.96%，锌精矿含锌45.30%、回收率66.64%，相比钼锌硫混合全浮后再分离的全硫浮选工艺，钼精矿品位和回收率分别提高1.30%、5.89%，锌精矿品位和回收率分别提高提高2.73%、2.11%。

国内对铁尾矿有价成分回收的研究起步晚、发展快，各种分选技术发展相对成熟，回收铁尾矿中主要金属元素和部分矿物，可有效提高资源利用率，对实现资源循环利用具有重要意义。

2.2 矿山与路基填筑

矿山采空区对矿区开采和生产带来极大安全隐患，利用铁尾矿回填矿山是大量处理尾矿和建设安全矿山的重要途径。铁尾矿还可以用于路基填筑，缓解尾矿堆占难题，节省企业成本，提升经济效益。

张静文[7]以钢渣、脱硫石膏、粉煤灰、矿渣以及铁尾矿为原料，料浆浓度75%，胶砂比1:6，制成的胶结充填材料料浆装流动性满足自流型胶结充填料流动性要求，填充体28d 抗压强度为4.09MPa，满足矿山胶结充填强度要求；在脱硫石膏12%，矿渣28%，钢渣60%，胶砂比为1:4、减水剂0.5%，料浆浓度75% 的条件下，制成的胶结充填材料试块，28d 抗压强度为5.98MPa，满足矿山充填接顶强度要求。

万磊[8]研究发现，在水泥、生物聚凝酶、碎石、铁尾矿=5:2:30 ：68、聚丙烯纤维用量1.5kg/m3条件下，铁尾矿做路面基层材料的7d 无侧限抗压强度强度达到4.76MPa，能够达到国家高速公路和一级公路道路使用标准。

2.3 土地复垦与土壤改良

崔照豪[9]研究表明，采用植物- 微生物联合修复技术，铁尾矿pH 下降1 个单位，强碱性变为弱碱性，Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+、Mn2+去除率达到53.5%、51.3%、52.4%、54.8%、42.1%。铁尾矿含水量增加，总孔隙度由提升至60%，达到了保水保肥透气的能力。杨孝勇[10]研究发现，在组合改良剂铁尾矿40g、脱硫石膏10g、碎秸秆10g、生物炭和有机肥各3g 条件下，对盐碱土的改良效果最佳，改良后的盐碱土理化性质基本满足植物正常生长条件。尾矿复垦能够从根源上解决堆积占用土地问题，利用尾矿改良土壤，对修复生态环境具有重要意义。

2.4 制备建筑材料

铁尾矿往往含有大量石英和长石等矿物，可以用于制备混凝土、陶瓷、砖瓦、微晶玻璃等建材，这是减少尾矿堆积和尾矿资源再利用的重要途径。

宋少民[11]等试验表明，在铁尾矿微粉掺量20% 以内时，熟料胶凝材料混凝土耐久性和28d 强度满足相关要求。潘德安[12]等，以抚顺铁尾矿为原料，在掺量分别为铁尾矿55%、高岭土18%、黏土18%、钠长石1.8%、钾长石7.2%、外加剂碳化硅0.4%，烧成温度1160℃条件下，制得泡沫陶瓷抗压强度7.65MPa，吸水率3.95%。刘俊杰[13]等研究表明，在铁尾矿、熟石灰、标准砂、水泥、石膏质量比为100:25:22:15:2，水固比10%，成型压力20MPa 条件下，制备的免烧砖7d 抗压强度12.14MPa。

虽然铁尾矿制备建材研究较多，但技术单一，产品附加值不高，建材制备过程中重金属的浸出迁移及危害研究相对较少。随着3D 技术的发展，利用铁尾矿3D 打印建材成为研究新方向。李新健[14]以铁尾矿和铜尾矿为研究对象，在两者质量比为4:1 条件下，制备的尾矿胶凝复合材料28d 抗折强度和抗压强度分别为8.2MPa、45.2MPa。

2.5 其他方面

铁尾矿含有丰富硅、铁等元素，除了以上用途，还能制备高附加值和功能性产品，如微晶玻璃、白炭黑及纳米级α-Fe2O3光催化剂等。

南宁[15]等以商洛铁尾矿为主要原料，采用烧结法制备CaOMgO-Al2O3-SiO2四元体系微晶玻璃，在晶化温度900℃，保温2h 条件下，制备的铁尾矿微晶玻璃性能最佳，主晶相为透辉石相，抗压强度164.75MPa，耐酸、耐碱质量损失率分别为0.11%、0.13%。

白炭黑，又称水合二氧化硅，白色超细粉末，分散性和绝缘性好，不溶于强酸强碱，广泛应用于印刷、橡胶及医药等行业。苏琳[16]等以铁尾矿为原料，在温度110℃、固液比1:2、反应时间2h 的碱浸条件下，制得白炭黑化学结构为无定型水合二氧化硅，形貌近似球状粒子，粒径约150mm。

在常温下纳米级α-Fe2O3具有性质稳定、无毒、催化活性高等优点，多应用催化、染料、新能源电池等领域。牟文宁[17]等将铁尾矿在酸矿比2:1、焙烧温度800℃、焙烧时间2h 条件下焙烧，铁提取率89.80%，浸出液中和沉淀处理，在400℃最适温度下煅烧氢氧化铁，所制备得α-Fe2O3分散性好，粒径40mm~50mm，光催化2h 时，甲基橙降解率达99%。

利用铁尾矿制备的高附加值产品，性能优良，市场前景好，是当前铁尾矿二次利用的新方向。

3 问题与展望

近几年，国内铁尾矿的利用技术不断积累，但技术相对单一，尾矿利用率和产品附加值不高。对铁尾矿有效成分回收，要综合考略矿物学特征、选矿工艺及设备等因素，优化分选方案，注重降耗提效。同时要加强新型建材产品的开发力度和相关产品的标准制定，加大政策扶持和创新激励力度，推动铁尾矿资源利用向高附加值和产业化方向发展，从而加速实现铁尾矿的减量化、无害化和资源化利，促进经济社会可持续发展。