李 肖 徐 彪 王双强 许 晗

(本钢集团有限公司)

矿产资源是人类发展和生存重要的物质基础之一，我国90%的能源和80%的原材料来自矿产资源。随着矿产资源的不断开发利用，产生的尾矿逐渐增多，据统计，目前全球尾矿储存量已经达到100亿t以上，并呈逐年增加态势。尾矿如不合理处置，会给环境造成严重的污染和危害。传统的尾矿堆存处置具有占用土地、造成扬尘污染和地下水污染的缺点，且尾矿坝也存在安全隐患，加重了企业的负担[1]。

我国矿产资源整体呈贫矿多、单一矿少、共伴生矿多、矿石组成复杂的特点，由于受开发利用水平、生产设备和综合回收意识的制约，矿产资源没有得到充分利用，尾矿利用率很低，平均仅7%，远远低于国外水平[2]。随着我国矿产资源日渐贫化和国家对保护生态环境的重视，对尾矿综合利用进行深入研究，结合企业生产和发展实际情况，以经济合理地开发利用尾矿资源是今后矿山企业可持续发展的必然选择，是循环经济发展的健康之路。

1 铁尾矿综合利用价值

对于矿产资源来说，不存在尾矿之说。矿山企业尾矿是指生产过程没有进行回收利用的非目的矿物，现阶段不具有经济价值，但已经过开采、运输、破碎、磨矿、选别等处理，相对于原生矿，对其进行再次利用可减少很大一部分的能量消耗，降低回收利用其中有价物质的成本。

我国每年产生铁尾矿1.1亿t以上，尾矿全铁品位平均在11%以上。如果从铁尾矿中回收的铁精矿按品位60%、产率2%～3%计算，每年可回收铁精矿300～400万t，相当于一个大型铁矿企业选矿厂的产量。铁尾矿细度-0.074 mm 50%左右，相比从原生低品位铁矿石中回收铁，磨矿成本可节约近70%[3-4]。因此对尾矿资源进行综合利用研究，提取尾矿中的目的性矿物，在现有科技水平下，兼顾经济合理性，最大限度地利用尾矿资源，变废为宝，既保护生态环境，又有利于企业长远发展。

2 铁尾矿综合利用现状

铁尾矿综合利用是把铁尾矿作为一种复合矿物原料，是剩余的未经目的性回收利用的粉末状固体矿物。铁尾矿除含有少量金属矿物外，主要含方解石、石英、长石、辉石、石榴石等非金属矿物。早在20世纪60年代初，国外已经开始研究铁尾矿资源的综合利用，国内则起步较晚但发展较快。由于国内铁尾矿成分的复杂性，综合利用需要产生更大的效益才能使其具有回收利用价值。随着矿产资源和环境保护意识的不断增强，铁尾矿综合利用研究已经取得很多实用性成果。铁尾矿综合利用大体可分为尾矿再选、尾矿复垦、尾矿填充、用作建筑材料和新型材料4个方面[5-7]。

(1)尾矿再选是国内应用最早、最广泛的再利用工艺，主要分为再选铁和再选非金属矿物两种工艺路线。再选铁工艺主要采取细磨—强磁选—浮选流程，如昆钢集团大红山铁矿、马钢南山铁矿凹山选矿厂、大孤山选矿厂等采用新型高场强磁选机进行尾矿再选铁，都取得了良好的生产效果。尾矿再选非金属矿物工艺应用实践较少，也是今后尾矿综合利用的重点研究方向[8]。

(2)尾矿复垦主要是尾矿库的复垦，也有研究将尾矿作为土壤改良剂、通过种植植物进行复垦的。尾矿库复垦主要是在尾矿库内种植以耐旱耐寒易生存的灌木为主植物，稳固沙土。随着技术的发展，很多尾矿库通过覆盖土壤种植有经济价值的农作物，如唐山迁安、遵化县将尾矿表面覆盖一层25～30 cm的山皮土复垦造田，种植各种农作物，每年实现经济效益1 000多万元。尾矿中含有P、V、B、Zn等微量元素，利用尾矿生产化肥也是其综合利用的一个研究方向[9]。

(3)尾矿充填技术。我国于20世纪80年代末开始研制与开发尾矿充填技术，全尾矿胶结充填技术、高水固结充填采矿法等在矿山得到广泛应用，基本实现无尾排放。但尾矿充填本身也是对资源的一种浪费，填充的尾矿无法再被利用，因此作为填充材料的尾矿应该是已对其中有价金属和非金属矿物进行了回收利用、且在现阶段技术水平条件下无法被再次利用的尾矿，只有这样才能物尽其用，达到资源综合利用的目的[10]。

(4)尾矿作为建筑材料和新型材料的研究和应用近年来发展迅速。通过细磨—分级可用来生产保温材料、尾矿水泥、陶瓷、玻璃、耐火砖等；尾矿主要成分是SiO2，平均粒度-0.14 mm，与建筑用砂性质基本一致,因此筛分后5～10 mm粒级可用做混凝土粗细骨料和建筑用砂。首钢矿业公司对尾矿进行分粒级处理，可用以生产陶瓷添加料、微晶玻璃石英原料、建筑工程砂、建筑砌砖原料等多种产品[11]。

3 南芬选矿厂尾矿综合利用

3.1 综合利用背景

本钢南芬选矿厂是本溪钢铁集团公司重要的原料基地，每年处理铁矿石1 300万t，每年产生尾矿850万t以上，含铁10%左右，全部排入尾矿库堆存。南芬选矿厂闭库尾矿库更是个隐形大型铁矿床，受早期选矿技术水平制约，闭库尾矿库尾矿铁品位较高。据统计，南芬选矿厂现堆存尾矿2亿t以上，不仅占用大量土地，还存在安全和环境问题，更浪费资源，因此需要进行经济合理、技术可行的尾矿综合利用研究。

随着“绿色矿山、全面发展、协调发展、可持续发展”理念的深入，进行尾矿综合利用，变废为宝，形成基于尾矿开发的新产品和新的利润增长点，拓展企业的生产经营范围是提高企业经济效益和社会效益的重要途径。

3.2 综合利用途径

南芬选矿厂采用磨矿—磁选原则流程进行生产，仅利用尾矿回收机提取部分低品位铁精矿，没有对其他金属和非金属矿物进行综合利用。该选矿厂尾矿属高硅型铁尾矿，铁品位10%左右，主要以碳酸铁和赤(褐)铁的形式存在，非金属矿物主要为石英，SiO2含量77.83%，此外还含有长石、石榴石、角闪石等。

3.2.1 制备高纯石英砂

南芬选矿厂尾矿石英与铁矿物连生，石英矿物的包裹体、鲕状结构较少，颗粒较大，可以充分回收利用其中的石英制备高纯石英砂，实现尾矿的高附加值利用。高纯石英砂SiO2品位在99.90%以上，属中性无机填料，不含结晶水，不与被填充物发生化学反应，是一种非常稳定的矿物填料，被广泛应用于高级液晶玻璃、大规模及超大规模集成电路、光纤、激光、航天、军事等领域中。

对南芬铁尾矿进行高纯石英砂提取需要物理选矿、化学选矿、粉体表面处理等多种工艺结合，目前主要采用磨矿—弱磁选—强磁选—浮选—整形磨—深加工酸洗处理—表面改性处理工艺，提取的高纯石英砂SiO2品位99.9%以上、白度94.0%以上，达到高品质石英砂标准。

3.2.2 回收赤褐铁

南芬选矿厂现阶段生产的尾矿细度-0.074 mm 60%左右，铁矿物主要是磁选工艺无法回收的赤(褐)铁矿和少量没有达到单体解离的微细粒磁铁矿，主要集中在-0.045 mm，因此可采用细磨—弱磁选—强磁选—浮选工艺回收尾矿中的赤(褐)铁，试验可得到产率6%以上、品位60%的铁精矿。以该流程为依据测算，每年通过回收利用可生产品位60%左右的铁精矿50多万吨。

3.2.3 分粒级处理

尾矿综合利用要获得利润的关键点是工艺产品市场价格可观，因此对该尾矿按粗粒级、中粒级、细粒级分别处理，以提高磨矿—分级工艺作业效率，降低选别成本。

首先通过细筛筛分得到+0.5 mm的粗粒级作为建筑用砂使用，代替铺路材料、黄砂，也可以用作混凝土骨料、水泥掺料；-0.5 mm粒级经过分级得到中粒级，粒度组成简单，可以通过常规的磨选工艺回收其中的金属矿物和非金属矿物；-0.045 mm细粒级通过水力旋流器分级直接排出，再通过表面改性工艺用作提取稀散金属和橡胶补强材料。

尾矿通过分粒级处理进行综合利用，既提高磨矿分级效率，降低成本，又可以排除粒级组成复杂对后续选别工艺的影响，是尾矿大规模综合利用的良好途径。

3.2.4 整体处理工艺

合理的尾矿综合利用技术是企业产生经济效益和社会效益的基础。尾矿综合利用应采用多元化的生产工艺相结合，多种利用途径同时进行：既有经济效益不高、但可以消耗大量尾矿的产品，如建筑砂、水泥混凝土骨料等，也要有技术含量高、附加值高、经济利润高的产品，如提取高纯石英、稀有金属等。根据南芬选矿厂尾矿特点，结合现阶段尾矿综合利用研究成果，采取分粒级利用、多种产品相结合的整体处理工艺，流程见图1。

图1 尾矿综合利用整体处理工艺流程

3.2.5 尾矿库综合利用

南芬选矿厂闭坝尾矿库位于南芬区小庙儿沟内，占地面积405 km2，于2006年停运闭库。目前，尾矿库生态恢复主要采取工程处理措施和植被恢复措施，种植适应性强、生长快、抗逆性强、固土能力好的沙棘和刺槐。由于尾矿库比邻村落和国道，交通方便，但国内还没有可靠技术保证尾矿资源的开采利用安全，因此可以发展尾矿库旅游资源。由于国道可以直接通向南芬大峡谷景区、财神庙景区等旅游景点，因此可对南芬尾矿库部分区域进行土壤改型，种植观赏性强的作物和经济作物，同时在尾矿坝上修建度假山庄，把尾矿坝建设成为一个新型旅游景点。

4 结 论

尾矿综合利用是最大限度地利用矿产资源，也是保护生态环境、促进矿山企业可持续发展的深层次、大系统工程。尾矿综合利用涉及选矿、材料、机械、环保等学科领域，需要多种工艺技术相结合，同时要引起各相关部门与人员的重视，才能使尾矿变废为宝，避免尾矿堆存带来的危害和资源浪费。

南芬选矿厂铁尾矿品位10%左右，SiO2含量77.83%，可用来制备超纯石英砂、回收赤褐铁，或通过分粒级处理和整体处理工艺回收有用物质，甚至可以在闭库尾矿坝上建设新型旅游景点等途径，实现尾矿资源的综合利用，经济效益、社会效益显著。