聶軼苗，戴奇卉，牛福生，路曉龍，郭振飛

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.河北省礦業(yè)開(kāi)發(fā)與安全技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009)

河北某地鐵尾礦綜合利用試驗(yàn)研究

聶軼苗1，2，戴奇卉1，牛福生1，2，路曉龍1，郭振飛1

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.河北省礦業(yè)開(kāi)發(fā)與安全技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009)

摘要：針對(duì)鐵尾礦中鐵、鈦、磷元素含量較高的特點(diǎn)，通過(guò)一粗三精重選-再磨-一粗四精三掃浮選聯(lián)合流程，回收其中有用元素。而后利用鐵尾礦選別后的尾礦(簡(jiǎn)稱ZXW)制備礦物聚合材料，結(jié)果表明，用尾礦代替細(xì)砂制備建筑砌塊，在粉煤灰用量4.5%，礦渣25.5%，ZXW用量70%，液固比為0.22的條件下，可得到制品3天抗壓強(qiáng)度為10.2MPa，28天抗壓強(qiáng)度為43.4MPa，達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)礦渣、火山灰、粉煤灰硅酸鹽水泥425#對(duì)抗壓強(qiáng)度的要求。

關(guān)鍵詞：鐵尾礦；綜合利用；礦物聚合材料

我國(guó)鐵礦選廠很多且分布較廣，排放的鐵尾礦量很大，現(xiàn)一般采用堆場(chǎng)堆放的方式，不僅占用農(nóng)田，且污染環(huán)境。很多學(xué)者對(duì)鐵尾礦制備膠凝類材料進(jìn)行了大量研究，如利用鐵尾礦制備高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料[1-2]、加氣混凝土[3-4]、貝利特水泥[5]、新型輕質(zhì)隔熱墻體材料[6]、陶粒[7]等，但由于不同的鐵礦中含硅量不同、粒度組成等不同，在使用時(shí)需要先進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)研究。

本文在對(duì)鐵尾礦進(jìn)行原礦性質(zhì)測(cè)試分析和研究的基礎(chǔ)上，基于對(duì)礦產(chǎn)資源的綜合利用，首先進(jìn)行了鐵、鈦、磷有用元素的提取試驗(yàn)研究，而后利用鐵尾礦選別后的尾礦(簡(jiǎn)稱ZXW)制備礦物聚合材料，文中數(shù)據(jù)對(duì)該類鐵尾礦的綜合利用具有一定的參考價(jià)值。

1鐵尾礦原礦性質(zhì)研究

首先將所有礦樣進(jìn)行縮分，混勻，取代表性礦樣進(jìn)行了原礦性質(zhì)測(cè)試分析。

1.1化學(xué)成分測(cè)試分析

利用X射線熒光光譜(XRF)分析鐵尾礦中主要元素，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，鐵尾礦中含全鐵10.18%，TiO24.88%，P2O52.11%按照國(guó)家對(duì)尾礦排放的標(biāo)準(zhǔn)要求，從固體廢棄物綜合利用的角度考慮，鐵、鈦元素和磷均應(yīng)回收。

1.2物相分析

物相分析中，對(duì)鐵元素和鈦元素進(jìn)行了物相分析。

表1　鐵尾礦X射線熒光光譜分析結(jié)果

為了確定尾礦中鐵的存在狀態(tài)，對(duì)該鐵尾礦作了鐵物相分析，見(jiàn)表2。

表2　鐵尾礦鐵物相分析結(jié)果

由鐵尾礦中鐵物相的分析可見(jiàn)，38.39%的鐵賦存于赤、褐鐵礦中，37.30%的鐵分布于硅酸鐵中，其余分布于磁鐵礦、菱鐵礦和硫化鐵中。考慮到赤褐鐵礦與一般硅酸鐵的比重和磁性差異，可采用重選或磁選的方法進(jìn)行選別。

同時(shí)對(duì)鐵尾礦中鈦元素進(jìn)行了物相分析，結(jié)果表明，鐵尾礦中的鈦主要分布于鈦鐵礦(50%以上)，磁鐵礦和鈦磁鐵礦(8%～30%)，金紅石(0.19%～16%)及硅酸鹽(1.5%～9%)中，可采用重選方法進(jìn)行回收鈦元素。

2有用元素提取試驗(yàn)研究

在大量條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用重選-再磨-浮選流程對(duì)鐵、鈦和磷元素進(jìn)行了提取試驗(yàn)研究，原則流程圖如圖1所示。其中重選選用XCY-73型 1100×500刻槽搖床，重選的其他條件為：沖程12mm，沖次300次/min，床面坡度3°和給礦濃度25%，給礦量0.38t/h；再磨細(xì)度確定為-0.074mm80%，浮選的試驗(yàn)條件為：用碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液pH值為8～10，分別加水玻璃和捕收劑(AW-01)，經(jīng)一粗兩精浮選流程，最終得到鐵精礦、鈦精礦和磷精礦，具體數(shù)質(zhì)量見(jiàn)表3。

圖1　從鐵尾礦中提取鈦、鐵、磷的原則流程圖

表3　從鐵尾礦中提取鐵、鈦和磷元素的試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)一粗三精重選-再磨-一粗四精三掃浮選流程試驗(yàn)，可將鐵尾礦中的鈦降低至1.96%，但是鐵含量相對(duì)還是較高，該工藝流程可將相應(yīng)的產(chǎn)品在選廠對(duì)應(yīng)的流程中返回即可實(shí)現(xiàn)。

3ZXW制備礦物聚合材料的試驗(yàn)研究

3.1ZXW性質(zhì)分析

對(duì)ZXW進(jìn)行化學(xué)成分分析，其主要成分SiO256.14%，Al2O325.17%，CaO 11.44%，MgO 8.59%，并對(duì)其進(jìn)行篩析試驗(yàn)，見(jiàn)表4。

該尾礦中粒徑大于0.074 mm，占18.32%，顆粒粒徑主要集中在-0.043mm，占60.87%。整體顆粒粒度很細(xì)，按其平均粒徑屬于特細(xì)砂范疇。對(duì)于特細(xì)砂，有很多應(yīng)用，如制備瓷磚粘結(jié)砂漿[8]、高強(qiáng)鐵尾礦混凝土[2]等。本次研究中，直接利用ZXW作細(xì)骨料制備礦物聚合材料，由于其本身細(xì)度很細(xì)，所以可直接與機(jī)械預(yù)處理后的粉煤灰、礦渣混勻，再加入一定量的激發(fā)劑，常溫下養(yǎng)護(hù)成型一定時(shí)間，然后測(cè)定其力學(xué)性能。

表4　ZXW篩析結(jié)果

3.2放射性測(cè)試

在利用該ZXW制備礦物聚合材料之前，對(duì)其進(jìn)行了放射性測(cè)試分析，見(jiàn)表5。

表5　ZXW放射性測(cè)試結(jié)果表

從表5可以看到，該ZXW各項(xiàng)放射性指標(biāo)符合建筑材料放射性核素限量(GB6566-2010)標(biāo)準(zhǔn)要求，因此可用之作原材料應(yīng)用于建筑材料領(lǐng)域。

3.3ZXW制備礦物聚合材料的優(yōu)化條件

以ZXW為細(xì)骨料，配以不同的固體激發(fā)劑和液體激發(fā)劑，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了其優(yōu)化的配方，即：粉煤灰用量4.5%，礦渣25.5%，ZXW用量70%，液固比為0.22，具體試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。

圖2　以ZXW等為原料制備礦物聚合材料的工藝流程

按照試驗(yàn)方案，分別稱取計(jì)算好的ZXW和固體激發(fā)劑，置于混料器中攪拌混合均勻。再分別取一定比例的液體激發(fā)劑，混合后攪拌均勻后，裝入有固體物料的容器中，攪拌均勻后得混合砂漿，然后裝入ISO水泥膠砂試模(70mm×70mm×70mm)振動(dòng)成型。在室溫下養(yǎng)護(hù)24h，脫模后再在室溫下靜置2d或27d，測(cè)其抗壓強(qiáng)度。

最終可得制品3d抗壓強(qiáng)度為25.19MPa，28d抗壓強(qiáng)度為56.43MPa，達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)礦渣、火山灰、粉煤灰硅酸鹽水泥425#對(duì)抗壓強(qiáng)度的要求。

4討論

本次研究主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總尾礦的綜合利用進(jìn)行，在研究總尾礦的開(kāi)發(fā)利用的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，得出了采用兩段重選-再磨-一粗兩精聯(lián)合流程，對(duì)鐵、鈦、磷元素進(jìn)行回收，并利用選別后的尾礦制備礦物聚合材料，達(dá)到了國(guó)標(biāo)要求，說(shuō)明該工藝技術(shù)上可行。由于鐵礦原礦(鐵品位30%左右)中磁鐵礦嵌布粒度較粗，現(xiàn)場(chǎng)采用兩段磨礦(一段磨礦細(xì)度45%，二段磨礦細(xì)度75%)四段弱磁選的階段磨礦階段選別流程即可獲得鐵品位65%以上，鐵回收率80%以上的鐵精礦，導(dǎo)致尾礦的粒度較粗，而直接利用鐵尾礦制備微集料混凝土也進(jìn)行了相應(yīng)的研究[9]。如果從鐵礦原礦性質(zhì)研究將鐵、鈦、磷三種元素都回收，也有初步研究，仍需要對(duì)尾礦進(jìn)行再磨，因?yàn)榱自卦诿慷挝驳V中的分布都很均勻，而二磨前的尾礦，特別是一磁尾粒度很粗，產(chǎn)率36%左右。

5結(jié)論

1)鐵尾礦原礦性質(zhì)研究表明，其中鐵、鈦、磷元素含量較高，不能直接排放，通過(guò)兩段重選-再磨-一粗兩精聯(lián)合流程，可得到產(chǎn)率為10.12%，含鈦30.69%，含鐵48.86%的重選精礦和產(chǎn)率5.03%，磷含量為30.44的磷精礦。通過(guò)此聯(lián)合流程，降低了鐵尾礦中三個(gè)有價(jià)元素的含量，利于資源的綜合回收利用。

2)對(duì)鐵尾礦提取有用元素之后剩余的尾礦ZXW，進(jìn)行放射性、粒度篩析及化學(xué)成分分析，確定該ZXW可用作制備礦物聚合材料的原材料。

3)利用ZXW制備礦物聚合材料的優(yōu)化試驗(yàn)條件為：粉煤灰用量4.5%，礦渣25.5%，ZXW用量70%，液固比為0.22。最終可得制品3d抗壓強(qiáng)度為25.19MPa，28d抗壓強(qiáng)度為56.43MPa，達(dá)到了

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)礦渣、火山灰、粉煤灰硅酸鹽水泥425#對(duì)抗壓強(qiáng)度的要求。

參考文獻(xiàn)

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Experimental study on the comprehensive utilization of the iron tailings from Hebei province

NIE Yi-miao1，2，DAI Qi-hui1，NIU Fu-sheng1，2，LU Xiao-long1，GUO Zhen-fei1

(1.College of Mining Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan 063009，China；2.Mining Development and Safety Technology Key Lab of Hebei Province，Tangshan 063009)

Abstract:Gravity-regrinding-flotation combined processes were adopted to retrieve iron，titanium and phosphor elements based on the analysis of iron tailings properties.Mineral polymer were prepared using ZXW，which was the product of iron tailings after retrieving iron，titanium and phosphor elements.The best experimental condition was fly ash 4.5wb%，ZXW70%，slag 25.5% and liquid/solid 0.22 and the compressive strength of mineral polymer product could reach 10.2 MPa for 3 days，43.4MPa for 28days，which Meet national standards of the compressive strength for slag-fly ash based silicate cement with 425#.

Key words：iron tailings；comprehensive utilization；mineral polymer

收稿日期：2014-10-29

基金項(xiàng)目：河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“SiO2-Al2O3-CaO-Na2O(K2O)-H2O體系礦物聚合材料制備及聚合機(jī)理研究”資助(編號(hào)：E2013209303)；河北省高等學(xué)校科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“硅酸鹽礦物硫酸溶解制備多孔SiO2產(chǎn)品的酸溶解機(jī)制研究”資助(編號(hào)：QN2015091)

作者簡(jiǎn)介：聶軼苗(1979-)，女，博士，副教授，主要從事礦物加工及礦物材料的教學(xué)與科研工作。E-mail：nieym168@163.com。

中圖分類號(hào)：TD95

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4051(2016)01-0112-03