李华伟，苏 英，王 荣，黎恒杆,3,4

（1.湖北工业大学 土木建筑与环境学院，湖北 武汉 430068；2.武夷学院 土木工程与建筑学院，福建 武夷山 354300；3.丘陵山地智慧城镇建设技术福建省高校重点实验室，福建 武夷山 354300；4.闽北山地地质灾害防治福建省高校工程研究中心，福建 武夷山 354300）

“十三五”时期是福建省在生态文明建设进程中的重大关键期，矿产资源产业的转型升级再次推上了新的台阶。福建省矿产资源丰富，各项矿产资源年产值约占全省GDP的12.00%，据2018年10月公布的福建省国土资源年鉴，省内铁矿石的保有资源储量高达6.01×108t，但由于现有多数中小型矿产加工企业矿石采选工艺较为简单，以致剩余尾矿量巨大且金属资源含量在尾矿中仍占有较大的比例[1]。据统计，我国的尾矿综合利用率仅有7.00%，而铁尾矿堆积量高达十几亿吨，占所有类型尾矿总量的近1/3。因此，在产能过剩的当今社会，进一步提高尾矿资源的回收再利用，不仅是解决传统粗放式经济增长方式而导致资源短缺现状的必由之路[2-3]，也是在推进新型工业化转型进程中具有空前意义的一项举措。

鉴于此，对于废弃尾矿资源的回收与再利用的研究，本文针对福建省铁矿开采过程中产生的铁尾矿进行综合分析研究，论述铁尾矿资源利用形势、铁尾矿在制备建筑材料中的应用、铁尾矿利用的发展瓶颈及解决措施，指出需要应对的关键问题，并提出相应的对策及建议。

1 尾矿严峻形势成因分析

尾矿在矿产业开发过程中大量堆积，无法合理的进行“绿色化”处理，不仅占用土地、浪费资源，而且导致日益严重的环境保护压力和安全隐患，制约社会可持续发展进程。因此，尾矿是否能高效地资源化利用，是各省固体废弃物消纳的强效手段，也是发展循环经济的关键性基础。

1.1 铁尾矿利用

福建省地理区位优势明显，拥有良好的矿产资源自然条件优势，截至2017年底，已查明矿产138种，其中金属矿产28种，并且带有金属矿产共生组分多的特点，这也是福建省资源高效利用的一大难题。以铁矿石的尾矿为例，据统计，铁尾矿中的全铁品位约在8.00%～12.00%之间[4]，在部分地区甚至更高，并伴随着其它金属资源，福建省马坑铁尾矿全铁品位约8.10%，但硅质元素含量较高，属于高硅型铁尾矿；福建省阳山铁矿中铁尾矿全铁品位约14.74%，并伴有大量共生金属元素。长期以来，福建省每年产生的废弃尾矿均占全省固体废弃物产生总量的60.00%以上，于2013年福建省龙岩市紫金矿业为废弃尾矿消纳贡献了全方位的支持后，废弃尾矿在全省固废量降至了31.00%左右。假定每年有5.00×106t的铁尾矿产生，以全铁品位12%，精铁矿品位65%，产率2.00%～3.00%进行推算，约可回收1.54×105～2.31×105t的精铁矿[5]，产值超过1.30亿元。因此，如何将尾矿资源高效综合利用已然成为亟待解决的一大问题，如果无法将这一类固废资源“绿色化”应用，将造成无法估量的损失。

1.2 采选工艺与技术手段

福建省的矿产资源保有储量大，开采的力度也逐年增大，但在关键的采选工艺及技术手段方面仍存在不足，以致在选矿后所产生的尾矿中仍存在较大比例的金属矿石成分。以福建省邵武市某铁矿为例，利用X射线荧光光谱（XRF）分析铁尾矿中主要成分[6]，结果如表1所示。

表1 铁尾矿X射线荧光光谱分析结果Tab.1 The result of X-ray fluorescence of iron ore tailings

由表1可知，该铁矿所产生的铁尾矿中全铁含量为16.62%，表明当地在铁矿采选工艺及精炼技术手段上存在较大缺漏。从固体废弃资源再利用方面综合考虑，通过铁尾矿深加工分次循环提炼精铁矿是较好的一种利用途径。

1.3 政策与资金投入

为了实现铁尾矿资源利用的高效产业化发展，仍需要政府依据实际情况，配套相应的政策支持和资金投入。据《福建省矿产资源总体规划2016—2020》文件，福建省铁矿资源分布广泛，由于地质构造特点及成矿条件不同，最主要分布在闽西及闽南地区，例如新罗、漳平、安溪、德化一带，总体探明储量约占全省储量的97%；而三明市及南平市也有小规模的铁矿资源，这给矿产资源开发的“集约化”发展带来了一定的难度。矿产品的深加工少、产业链短，成品精铁矿的价格浮动较大，缺少相关强制性的帮扶政策，对中小型矿产加工企业的运营形成了较大的阻碍[7]。在资金投入方面，2017年整年矿产资源勘查投入资金8867.90万元，其中社会资金占比71.00%，整体与上一年度减少了41.70%，这无形中给矿产资源开发利用增加了很大的难度。

2 铁尾矿的综合利用

2.1 铁尾矿在建筑材料中的应用

铁尾矿中含有丰富的Al2O3、SiO2、CaCO3等资源的非金属矿物成分，在现有成熟的制备技术手段下，可以对铁尾矿进一步地推广利用[8]。目前为止，铁尾矿用于制备微晶玻璃、免烧免蒸超早强砌块、轻质保温型建筑材料等技术已经逐步成熟[9]，但在建筑材料的综合型运用仍有很大的推广空间，例如，微晶玻璃成套制备技术；超早强砌块的耐久性问题以及制备透水砖的透水性能改善问题。这均体现出了铁尾矿在建筑材料制备中的高效综合利用，但仍需要攻克相应的支撑技术。通过改善废弃尾矿高效利用及建筑材料的多功能化发展，未来将会产生更多、更广的建筑材料技术利用和示范工程。

2.2 铁尾矿在高耐久性混凝土中的应用

福建省地处东南沿海，而氯离子侵蚀混凝土是关系到建筑使用耐久性的重大问题。随着沿海城市的不断发展，大规模资金涌入，越来越多的城市用地向海域、盐田等含有大量氯离子存在的地域延伸，这对混凝土的耐久性能是一项巨大的挑战。铁尾矿在铁矿石采选精铁矿过程中已经历了球磨工艺，其细度已经达到了一定水平，铁尾矿进一步研磨至比表面积680 m2/kg以上的尾矿微粉，在级配与活性双协调优化技术的促进下[10]，作为掺合料参与混凝土的制备，其力学性能及耐久性能可以得到较好的提升。

吴瑞东等采用NEL法测定掺铁尾矿微粉的混凝土抗氯离子渗透系数[11]，发现铁尾矿微粉掺量为矿物掺合料的50.00%时适用于低强（C30）混凝土，铁尾矿微粉为矿物掺合料的30.00%时适用于高强（C50）混凝土。宋少民等[12]通过测定铁尾矿微粉-水泥胶凝体系的后期强度、孔结构及微观形貌特征，发现掺量为20%的铁尾矿微粉状态下的混凝土在后期强度、抗氯离子渗透、抗碳化等耐久性能方面均有很大的提升。因此，铁尾矿在高耐久性混凝土中的应用不仅可以减缓自然环境压力，也能为混凝土在耐久性能方面的提升做出巨大贡献。

2.3 尾矿用于填充矿山采空区

尾矿的大规模开采遗留了庞大的开采采空区，鉴于我国发生的多次由矿山采空区引发的地质灾害，在开采矿山的同时，应当防范于未然，做好采空区支护工作，及时消除隐患[13]。龙岩市武平紫金矿业有限公司采用尾矿砂回填井下采空区技术，大规模利用尾矿砂填充体进行地压管理，大幅度的降低了尾矿库容，防止矿床上覆围岩的冒落，保护地表。通过利用回填式采空区填充技术能极大限度地提高地下资源的利用率以及矿山的服务年限，对矿山的可持续发展具有深刻的意义。

2.4 其它用途

铁尾矿用于替代沥青路面的常规填充集料，张宝虎等[14]发现铁尾矿在2.00%左右的低掺量条件下不会影响沥青路面材料的低温性能及水稳定性；铁尾矿在构成成分上大都是以SiO2、Al2O3、Fe2O3等活性金属氧化物为主，高于一般砂的数倍，这些化学成分与无机结合料反应后具有一定刚度、耐久性和良好抗水性，可以满足路面路基基层材料的抗冲刷和适当的抗变形能力要求，因此铁尾矿可以运用于路面基层材料；铁尾矿用于非金属矿产的回收，叶力佳等[15]对福建马坑铁矿中的铁尾矿采用摇床重选、二次强磁精选的工艺获得高回收率的石榴子石精矿；钒钛磁铁矿型尾矿中还可以提取钒、钛、铁等有价金属元素[16]；铁尾矿作为载体可用于直接处理污水。

3 福建省铁尾矿利用的发展瓶颈及解决措施

传统铁矿石提炼精铁矿的工艺，如图1。矿山经爆破后，大块的铁矿石经破碎机多次破碎后进行筛分，均匀送至球磨机研磨至粉末状后进行磁选工序，最终得到品位达标的精铁矿以及铁尾矿。随着全球经济放缓，传统矿产加工工艺已经很难满足现代化社会发展进程中的“绿色可持续”发展战略，福建省总体资源供应过剩，矿产品价格持续走低，传统工艺的优化升级是解决现状的最基础条件，因此，矿产行业的结构调整和转型升级势在必行。

图1 铁矿石提炼精铁矿工艺流程Fig.1 Technological process of refining iron ore from iron ore

3.1 铁矿石的研磨工艺

铁矿石在破碎机压碎后的第一步就是在球磨机中进行研磨，研磨至粉状，其粉末颗粒平均粒径为-0.14 mm，分次磁选后所剩余的铁尾矿含全铁量根据各地区生产加工企业的加工方式不同而有不同的品位，通常为8.00%～12.00%，甚至达到25.00%以上，这种现象的重要解决方法可以通过改善其研磨工艺。在一定程度上，磁选后得到的精铁矿的产率与研磨后得颗粒粒径大小有很大的关系，若能进行超细粉碎加工，对精铁矿的提炼产率将会有质的提升。王娜等[17]曾用湿法超细研磨体系对矿石进行研磨，通过合理调配介质物料比、磨矿浓度、磨矿时间、磨矿介质等降低矿石粒径至微米级。裴晓东等[18]采用高压辊磨方式磨碎得到更合理的矿石粒径，配合湿式中磁预选-阶段磨选工艺，初选合格尾矿的产率提高至约39.00%，精铁矿的回收率提高了0.30%，全铁品位提升了2.60%。因此，在铁矿石的精炼过程中可引入湿法超细研磨体系，球磨与湿法研磨相结合，提升精炼工艺质量，从而降低铁尾矿中的全铁含量，这将会成为提高铁矿产品附加值的重要技术手段。

3.2 铁尾矿的再磁选工艺

铁尾矿中铁的主要存在形式以磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿以及菱铁矿等金属成分，据表1中对福建省邵武市某铁矿中铁尾矿的X射线荧光光谱分析结果可知，该矿山废弃尾矿中的全铁含量高达16.62%，若对铁尾矿进行二次或多次分级磁选再次得到精选铁矿，将会带来巨大收益。戴惠新等[19]曾采用磁场强度为323 mT弱磁、650 mT强磁对铁尾矿分步抛尾，得到全铁品位为23.77%的精铁矿；得到的精铁矿通过磨细至-0.077 mm粒径再以100 mT磁场进行筛选，得到全铁品位为59.38%的精铁矿；最终经过摇床分选流程，最终得到平均综合利用率超过39.00%，品位59.51%的最终精铁矿。由此可见，对铁尾矿的再回收利用是提高废弃资源利用率的重大措施，进一步加大对尾矿再磁选工艺适应性技术的推广，势必将尾矿的高效利用推上一个新的台阶。

3.3 废弃铁尾矿的拓展应用

福建省地处我国东南沿海，其军事战略地位显而易见，军事信息安全工作因此更加处于高度保密状态。随着科学技术的快速发展，各类电子设备以极快的速度遍布了日常生活的各个角落，电磁辐射干扰随着信息化、高科技化的发展，随之成为了一种无形的军事威胁以及电磁环境污染，因此，电磁屏蔽功能材料在军工建筑的推广与应用迫在眉睫[20]。

铁尾矿中含有各形态的铁，尤其是以氧化物的形式存在，何永佳等[21]通过研究水泥基材料掺加Fe2O3及纳米Fe2O3进行材料吸波性能测试，研究结果表明，掺加10%纳米Fe2O3与掺加25%普通Fe2O3于纯水泥砂浆试样时，材料的吸波性能可以达到最佳水平。废弃铁尾矿中含有大量的金属元素及矿物组分，利用尾矿资源的这类特殊组分性质，以一定合适的比例掺加在建筑材料中用于新型电磁屏蔽功能材料，不仅可以大规模减少废弃尾矿资源的堆积量，也能对我国的政治、军事、经济安全提供更强大的保障。

4 对策及建议

针对当前福建省的尾矿资源利用现状及存在的问题，地方政府应积极争取国家财政资金，加大矿产资源调查评价工作中的投入资金；创新矿业投融资机制，引导社会资金、资源、资产等要素投入，探索政府与社会资本合作模式；出台具有政策引导性的矿山资源优化办法及专项扶持政策，着力于废弃尾矿的治理工作，促进矿山的绿色转型发展目标顺利实施。企业方面应注重矿产资源使用效率，积极响应国家制定的绿色矿山发展政策；加强企业之间的交流合作，促进尾矿浓缩、研磨及磁选工艺的提升，促进自主研发新工艺、新设备的产业化发展。各科研单位应当致力于提高废弃尾矿的综合回收利用率方面的工作，加强废弃尾矿利用的前瞻性、基础性的科学技术研究，扩大尾矿资源利用途径，将固废资源绿色化水平提高到新的层次。