我國(guó)鐵礦尾礦資源現(xiàn)狀及開(kāi)發(fā)利用研究

我國(guó)鐵礦尾礦資源現(xiàn)狀及開(kāi)發(fā)利用研究

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)傳統(tǒng)的粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式越來(lái)越明顯，資源不足。目前,我國(guó)工業(yè)固體廢棄物綜合利用率在60%左右,而金屬尾礦的綜合利用率平均不到10%。隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源開(kāi)采力度的不斷加大,尾礦排出量會(huì)每年遞增,據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)金屬礦山尾礦堆存量達(dá)到50億t以上,并且每年以6億t的速度遞增,不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞,增加了安全隱患,而且大量占有土地,增加礦山的投資規(guī)模和尾礦庫(kù)的運(yùn)營(yíng)成本,成為制約金屬礦山可持續(xù)發(fā)展的主要問(wèn)題之一,尾礦已成為我國(guó)工業(yè)目前產(chǎn)出量最大、綜合利用率最低的大宗固體廢棄物,加快尾礦的綜合利用已迫在眉睫。1霍邱礦物資源特征及最終礦積1.1機(jī)床及脈石礦物霍邱縣蘊(yùn)藏豐富的鐵礦資源,霍邱鐵礦是國(guó)內(nèi)重要礦區(qū)之一,目前已探明資源儲(chǔ)量17.12億t,遠(yuǎn)景儲(chǔ)量20億t以上,位居全國(guó)第5,華東第1。霍邱鐵礦系前震旦紀(jì)沉積變質(zhì)鐵礦,為鞍山式貧磁鐵礦石,金屬礦物主要為磁鐵礦,在氧化帶中有假象赤鐵礦及少量的赤鐵礦、磁赤鐵礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦等,脈石礦物主要為石英角閃石、鐵閃石、陽(yáng)起石、透閃石、黑云母和少量石榴子石,硫平均0.065%,磷0.037%。呈典型條帶狀構(gòu)造,黑色磁鐵礦和白色石英條帶平行相間,夾層厚度為1～3mm,磁鐵礦嵌布粒度均勻而且較粗,脈石礦物也較粗,脈石礦物共生關(guān)系不密切,容易解離。1.2分析和總結(jié)礦渣化學(xué)成分和組成霍邱鐵礦尾礦的化學(xué)成分分析見(jiàn)表1,顆粒組成見(jiàn)表2。1.3采選、開(kāi)采及總經(jīng)營(yíng)自2002年以來(lái),霍邱縣先后引進(jìn)河北大昌、南鋼集團(tuán)、邯邢冶金礦山管理局、中鋼集團(tuán)、上海杭鋼集團(tuán)、內(nèi)蒙古眾興礦業(yè)等6家企業(yè)從事鐵礦石的采選生產(chǎn)。2010年,鐵礦企業(yè)銷(xiāo)售收入累計(jì)達(dá)60億元,實(shí)現(xiàn)利稅7億元,礦業(yè)經(jīng)濟(jì)有力地促進(jìn)了縣域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。到“十二五”期間,霍邱規(guī)劃礦山開(kāi)發(fā)總規(guī)模年采選原礦4000萬(wàn)t以上,年產(chǎn)鐵精礦1500萬(wàn)t以上。隨著礦產(chǎn)資源開(kāi)采力度的不斷加大,尾礦排出量不斷遞增,尾礦的大量堆存帶來(lái)資源、環(huán)境、安全和土地等諸多問(wèn)題,必須加快其綜合利用,從根本上緩解對(duì)礦山資源開(kāi)發(fā)的約束。2尾礦充填采礦尾砂膠結(jié)充填體系安徽大昌礦業(yè)集團(tuán)有限公司規(guī)劃礦石開(kāi)采500萬(wàn)t/a,一期設(shè)計(jì)規(guī)模為150萬(wàn)t/a,目前已具備年產(chǎn)300萬(wàn)t原礦生產(chǎn)能力,年尾礦廢渣產(chǎn)生量約182萬(wàn)t。大昌公司自成立以來(lái),始終堅(jiān)持“企業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)同步、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益并重”的理念,依托自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與資源優(yōu)勢(shì),圍繞“資源節(jié)約與綜合利用”的主題,通過(guò)新技術(shù)、新工藝的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,打造了“尾礦回收鐵精礦→井下采空區(qū)尾砂膠結(jié)充填→加氣混凝土砌塊、蒸壓磚、陶粒及礦物肥生產(chǎn)”一條完整的尾礦系統(tǒng)化綜合利用體系,以二次精選后的鐵礦尾砂為原材料,生產(chǎn)新型建材、礦物肥以及井下采空區(qū)膠結(jié)充填體,實(shí)現(xiàn)年綜合利用鐵礦尾砂182萬(wàn)t的生產(chǎn)能力。其中:年產(chǎn)100萬(wàn)m3加氣混凝土砌塊及1.2億塊蒸壓磚消耗鐵礦尾砂75萬(wàn)t;年產(chǎn)20萬(wàn)t礦物復(fù)混肥消耗鐵礦尾砂10萬(wàn)t,高濃度全尾砂膠結(jié)充填設(shè)計(jì)年充填能力102.4×104m3,每年充填使用的全尾礦(干)量達(dá)123萬(wàn)t,按照年處理300萬(wàn)t原礦,約產(chǎn)生45萬(wàn)t廢石、182萬(wàn)t尾礦,充填量占年排放尾礦量的67.6%,同時(shí),選廠采用高壓輥磨技術(shù)進(jìn)行濕式粗粒拋尾,將粗粒干尾砂直接排入干堆場(chǎng),基本可實(shí)現(xiàn)尾礦庫(kù)尾礦零排放。有效的提高了尾礦資源化綜合利用率,解決了尾礦大量堆存帶來(lái)的資源、環(huán)境、土地等方面的問(wèn)題,最終實(shí)現(xiàn)礦山無(wú)害化生產(chǎn)的目標(biāo)。2.1綜合利用廢物提取資源2.1.1鐵渣再選來(lái)自選鐵礦廠的全部尾礦經(jīng)盤(pán)式磁選機(jī)磁選,再選后的粗精礦依次經(jīng)過(guò)弱磁選、球磨、磁力脫水槽、雙筒弱磁選工藝選礦,再選流程見(jiàn)圖1。2.1.2尾砂膠結(jié)充填生產(chǎn)再選后尾礦的排放濃度為10%～15%尾礦漿由渣漿泵輸送至濃密機(jī),濃縮后尾砂總量的40%～55%直接用于井下采空區(qū)尾砂膠結(jié)充填,剩余尾砂總量的45%～60%泵入尾砂脫水裝置,經(jīng)脫水、過(guò)濾、干燥后形成的干尾砂,含水量為10%～12%,經(jīng)分級(jí)機(jī)由高架輸送帶輸送到磚廠直接作為原料生產(chǎn)加氣混凝土砌塊、蒸壓磚、陶粒或用于水泥廠作為混合材原料或作為礦物肥生產(chǎn)原料。2.2統(tǒng)一混凝土填充材料采用尾礦干砂(含水量10%～12%)為主要原料,輔以石灰、水泥、石膏、水等原料,按照一定配比,可生產(chǎn)不同規(guī)格的加氣混凝土砌塊及蒸壓磚制品。2.2.1水料比0.20.12%鋁膏、3%石膏、3%石膏、3.8.8.5%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.12%鋁膏、3.8.10.10.12%鋁膏、3.8.10.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.10.10.10.12%硫、3.10.10.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.8.10.12%鋁膏、3.10.10.12%鋁膏、3.10.10.12%鋁膏、3.10.10.12%鋁膏、3.10.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏、3.10.12%鋁膏、3.10.12%石膏、3.10.12%石膏①原料配方:60%鐵礦尾砂、17%生石灰、20%水泥、3%石膏、0.08%～0.12%鋁膏,水料比(0.6～0.65)∶1;②生產(chǎn)工藝:原料制備→配料攪拌→澆注成型→預(yù)養(yǎng)→切割編組→高壓蒸養(yǎng)→成品裝卸。2.2.2石灰、骨料、水泥①原料配方:80%鐵礦尾砂、10%生石灰、5%骨料、5%水泥;②生產(chǎn)工藝:原料制備→配料攪拌→消解陳化→擠壓攪拌→壓制成型→高壓蒸養(yǎng)→成品裝卸。2.3陶粒的制備①原料配方:60%～70%鐵礦尾砂、黏土25%～40%、秸稈粉末1%～3%;②生產(chǎn)工藝:原料處理→造粒與干燥→生料球焙燒→冷卻。2.4尾砂的礦物組成通過(guò)切片,在顯微鏡下觀察,得知該鐵礦尾砂的主要礦物組成:角閃石、石英、長(zhǎng)石、云母等,這些都是硅酸鹽礦物,其中:角閃石含鐵,云母含鉀。2.4.1尾砂稀土元素和微量元素該鐵礦尾砂的氧化物主要為SiO2,含量達(dá)68.22%,其次為Al2O3和FeO,含量分別為8.08%和7.85%,再次為CaO、MgO、FeO,含量略低,鈉、鉀、錳、磷的含量偏低,但鐵、鎂、鈣的含量較高。2.4.1.2稀土元素該鐵礦尾砂的稀土元素總量71.52×10-6,稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線(xiàn)具有弱的負(fù)銪異常,輕稀土元素含量較高,重稀土含量較低,輕重稀土比值為4.19。見(jiàn)表3。2.4.1.3微量元素本鐵礦尾砂的過(guò)渡族元素(Co、NiV、Cu、Pb、Zn)含量較高,但不相容元素含量(Ba、Sr、Ga、Nb、Ta)較低,特別是有害元素鎘(Cd)的含量較低,這對(duì)減少農(nóng)作物的有害元素含量,提高農(nóng)作物的品質(zhì),提高食品安全是非常有益的。見(jiàn)表4。從以上分析結(jié)果來(lái)看,鐵礦尾砂中含有農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中所需要的元素,只要激發(fā)出其活性,可以制作礦物肥。2.4.2對(duì)作物生長(zhǎng)過(guò)程中微量元素的活化劑經(jīng)不同溫度條件下的水溶性試驗(yàn),分析結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)高溫(500～600℃)處理的鐵礦尾砂可以有效地活化出作物生長(zhǎng)過(guò)程中所需要的微量元素、稀土元素和微量元素,而活化出的有害元素含量甚微或遠(yuǎn)沒(méi)有超標(biāo)。2.4.3尾砂的加工處理①配料攪拌:按照7%～10%比例的凹凸棒石粉(或10%的斜發(fā)沸石粉)加入鐵礦尾砂中,用少量水?dāng)嚢杈鶆蚝筝斔偷交剞D(zhuǎn)窯爐內(nèi);②高溫烘烤:于回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)烘烤到400～600℃并恒溫15min(當(dāng)回轉(zhuǎn)窯設(shè)備為18.2m×2.4m時(shí)的烘烤時(shí)間);③快速淬冷:待尾砂離開(kāi)回轉(zhuǎn)窯出口時(shí),加入冷水淬冷,加水量以尾砂不流水并且保持原料為干燥狀態(tài)為準(zhǔn)則;④磨成粉末:淬冷后的尾砂經(jīng)過(guò)雷蒙磨磨細(xì)至200目以下;⑤包裝:處理好的粉狀產(chǎn)品進(jìn)行包裝,作為礦物肥料的原料,經(jīng)計(jì)量配料后直接加到化肥中(氮、磷、鉀)經(jīng)混合、造粒、干燥、磁化等過(guò)程而制得礦物復(fù)混肥。該鐵礦尾砂高溫(5000℃)處理后,經(jīng)國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心水溶性測(cè)定,結(jié)果表明:能夠被植物所吸收的水溶性和枸溶性組分浸出,且浸出量較高(如Ca、Mg、Na、Mn、S、Sr、Li、Zn等),同時(shí),作物生長(zhǎng)過(guò)程中所需要的常量元素硅、鈣、鐵和稀土元素及微量元素,可溶性也較大,說(shuō)明尾砂經(jīng)過(guò)高溫處理,能夠有效的將各種礦物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為農(nóng)作物可吸收的元素。因此該尾砂可用作復(fù)混肥添加劑或直接造粒作為獨(dú)立的礦物添加劑。2.5尾砂膠結(jié)充填采礦礦山采空區(qū)回填是直接利用尾礦最行之有效的途徑之一,為了提高尾砂利用率和充填濃度,采用全尾砂膠結(jié)充填井下采空區(qū),該工藝是以物理化學(xué)和膠體化學(xué)的理論為基礎(chǔ),采用選礦廠的尾礦漿,經(jīng)高效濃密機(jī)和陶瓷過(guò)濾機(jī)兩段脫水獲取濕尾砂,應(yīng)用振動(dòng)放礦裝置和強(qiáng)力攪拌裝置,將全粒級(jí)尾砂與適量的水泥和水合成高濃度的均質(zhì)膠結(jié)充填料,以管路輸送、賓漢流體的方式充入采場(chǎng)。尾砂流量、水泥流量、加水量和混合料的質(zhì)量濃度等參數(shù)均由微機(jī)處理系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)。全尾砂膠結(jié)充填的尾砂利用率達(dá)到95%以上。近幾年來(lái),大昌公司在這一方面做了大量的前期工作,采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ú傻V,充填骨料為選礦廠全尾砂,設(shè)計(jì)年充填能力102.4×104m3,由兩個(gè)充填能力為51.2×104m3/a的充填站組成。每年充填使用的全尾礦(干)量達(dá)123萬(wàn)t。3成功的效果3.1核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)完成公開(kāi)實(shí)審階段公司通過(guò)鐵礦尾礦資源化綜合利用的研發(fā),已形成了對(duì)尾砂綜合利用原創(chuàng)性技術(shù),擁有發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、提高資源產(chǎn)出率的核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)8項(xiàng),其中:已授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng),實(shí)用新型專(zhuān)利3項(xiàng),另3項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利已進(jìn)入公開(kāi)實(shí)審階段,同時(shí)研制的礦物肥2009年被安徽省認(rèn)定為高新技術(shù)產(chǎn)品,公司所屬吳集鐵礦已被國(guó)土資源部2012年批準(zhǔn)成為第二批國(guó)家級(jí)綠色礦山試點(diǎn)單位,實(shí)現(xiàn)了資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)。相關(guān)專(zhuān)利見(jiàn)表5。3.2減少模土、水泥、礦質(zhì)、增加農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)環(huán)境通過(guò)上述鐵礦尾砂資源化綜合利用的實(shí)施,“變廢為寶、化害為利”,僅加氣磚項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后年可減排二氧化碳9.2萬(wàn)t,節(jié)約標(biāo)煤3.38萬(wàn)t(與同體積燒結(jié)磚比較),減少黏土使用量192萬(wàn)m3,節(jié)地6.4hm2(按100萬(wàn)t堆存),同時(shí)利用鐵礦尾砂生產(chǎn)的礦物肥能改變安徽省中、低產(chǎn)田農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量,能夠全面補(bǔ)充土壤各種有效礦質(zhì),促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境建設(shè),產(chǎn)生較好的環(huán)境效應(yīng)。3.3聯(lián)帶動(dòng)性原則霍邱地區(qū)鐵礦資源儲(chǔ)量位居全國(guó)第5,鐵礦尾礦資源化綜合利用關(guān)聯(lián)帶動(dòng)性強(qiáng),能帶動(dòng)礦山、建材、能源、建筑等行業(yè)的發(fā)展,乘數(shù)效應(yīng)顯著,