李華偉，蘇 英，王 榮，黎恒桿,3,4

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430068；2.武夷學(xué)院 土木工程與建筑學(xué)院，福建 武夷山 354300；3.丘陵山地智慧城鎮(zhèn)建設(shè)技術(shù)福建省高校重點實驗室，福建 武夷山 354300；4.閩北山地地質(zhì)災(zāi)害防治福建省高校工程研究中心，福建 武夷山 354300）

“十三五”時期是福建省在生態(tài)文明建設(shè)進程中的重大關(guān)鍵期，礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級再次推上了新的臺階。福建省礦產(chǎn)資源豐富，各項礦產(chǎn)資源年產(chǎn)值約占全省GDP的12.00%，據(jù)2018年10月公布的福建省國土資源年鑒，省內(nèi)鐵礦石的保有資源儲量高達6.01×108t，但由于現(xiàn)有多數(shù)中小型礦產(chǎn)加工企業(yè)礦石采選工藝較為簡單，以致剩余尾礦量巨大且金屬資源含量在尾礦中仍占有較大的比例[1]。據(jù)統(tǒng)計，我國的尾礦綜合利用率僅有7.00%，而鐵尾礦堆積量高達十幾億噸，占所有類型尾礦總量的近1/3。因此，在產(chǎn)能過剩的當(dāng)今社會，進一步提高尾礦資源的回收再利用，不僅是解決傳統(tǒng)粗放式經(jīng)濟增長方式而導(dǎo)致資源短缺現(xiàn)狀的必由之路[2-3]，也是在推進新型工業(yè)化轉(zhuǎn)型進程中具有空前意義的一項舉措。

鑒于此，對于廢棄尾礦資源的回收與再利用的研究，本文針對福建省鐵礦開采過程中產(chǎn)生的鐵尾礦進行綜合分析研究，論述鐵尾礦資源利用形勢、鐵尾礦在制備建筑材料中的應(yīng)用、鐵尾礦利用的發(fā)展瓶頸及解決措施，指出需要應(yīng)對的關(guān)鍵問題，并提出相應(yīng)的對策及建議。

1 尾礦嚴(yán)峻形勢成因分析

尾礦在礦產(chǎn)業(yè)開發(fā)過程中大量堆積，無法合理的進行“綠色化”處理，不僅占用土地、浪費資源，而且導(dǎo)致日益嚴(yán)重的環(huán)境保護壓力和安全隱患，制約社會可持續(xù)發(fā)展進程。因此，尾礦是否能高效地資源化利用，是各省固體廢棄物消納的強效手段，也是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的關(guān)鍵性基礎(chǔ)。

1.1 鐵尾礦利用

福建省地理區(qū)位優(yōu)勢明顯，擁有良好的礦產(chǎn)資源自然條件優(yōu)勢，截至2017年底，已查明礦產(chǎn)138種，其中金屬礦產(chǎn)28種，并且?guī)в薪饘俚V產(chǎn)共生組分多的特點，這也是福建省資源高效利用的一大難題。以鐵礦石的尾礦為例，據(jù)統(tǒng)計，鐵尾礦中的全鐵品位約在8.00%～12.00%之間[4]，在部分地區(qū)甚至更高，并伴隨著其它金屬資源，福建省馬坑鐵尾礦全鐵品位約8.10%，但硅質(zhì)元素含量較高，屬于高硅型鐵尾礦；福建省陽山鐵礦中鐵尾礦全鐵品位約14.74%，并伴有大量共生金屬元素。長期以來，福建省每年產(chǎn)生的廢棄尾礦均占全省固體廢棄物產(chǎn)生總量的60.00%以上，于2013年福建省龍巖市紫金礦業(yè)為廢棄尾礦消納貢獻了全方位的支持后，廢棄尾礦在全省固廢量降至了31.00%左右。假定每年有5.00×106t的鐵尾礦產(chǎn)生，以全鐵品位12%，精鐵礦品位65%，產(chǎn)率2.00%～3.00%進行推算，約可回收1.54×105～2.31×105t的精鐵礦[5]，產(chǎn)值超過1.30億元。因此，如何將尾礦資源高效綜合利用已然成為亟待解決的一大問題，如果無法將這一類固廢資源“綠色化”應(yīng)用，將造成無法估量的損失。

1.2 采選工藝與技術(shù)手段

福建省的礦產(chǎn)資源保有儲量大，開采的力度也逐年增大，但在關(guān)鍵的采選工藝及技術(shù)手段方面仍存在不足，以致在選礦后所產(chǎn)生的尾礦中仍存在較大比例的金屬礦石成分。以福建省邵武市某鐵礦為例，利用X射線熒光光譜（XRF）分析鐵尾礦中主要成分[6]，結(jié)果如表1所示。

表1 鐵尾礦X射線熒光光譜分析結(jié)果Tab.1 The result of X-ray fluorescence of iron ore tailings

由表1可知，該鐵礦所產(chǎn)生的鐵尾礦中全鐵含量為16.62%，表明當(dāng)?shù)卦阼F礦采選工藝及精煉技術(shù)手段上存在較大缺漏。從固體廢棄資源再利用方面綜合考慮，通過鐵尾礦深加工分次循環(huán)提煉精鐵礦是較好的一種利用途徑。

1.3 政策與資金投入

為了實現(xiàn)鐵尾礦資源利用的高效產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，仍需要政府依據(jù)實際情況，配套相應(yīng)的政策支持和資金投入。據(jù)《福建省礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃2016—2020》文件，福建省鐵礦資源分布廣泛，由于地質(zhì)構(gòu)造特點及成礦條件不同，最主要分布在閩西及閩南地區(qū)，例如新羅、漳平、安溪、德化一帶，總體探明儲量約占全省儲量的97%；而三明市及南平市也有小規(guī)模的鐵礦資源，這給礦產(chǎn)資源開發(fā)的“集約化”發(fā)展帶來了一定的難度。礦產(chǎn)品的深加工少、產(chǎn)業(yè)鏈短，成品精鐵礦的價格浮動較大，缺少相關(guān)強制性的幫扶政策，對中小型礦產(chǎn)加工企業(yè)的運營形成了較大的阻礙[7]。在資金投入方面，2017年整年礦產(chǎn)資源勘查投入資金8867.90萬元，其中社會資金占比71.00%，整體與上一年度減少了41.70%，這無形中給礦產(chǎn)資源開發(fā)利用增加了很大的難度。

2 鐵尾礦的綜合利用

2.1 鐵尾礦在建筑材料中的應(yīng)用

鐵尾礦中含有豐富的Al2O3、SiO2、CaCO3等資源的非金屬礦物成分，在現(xiàn)有成熟的制備技術(shù)手段下，可以對鐵尾礦進一步地推廣利用[8]。目前為止，鐵尾礦用于制備微晶玻璃、免燒免蒸超早強砌塊、輕質(zhì)保溫型建筑材料等技術(shù)已經(jīng)逐步成熟[9]，但在建筑材料的綜合型運用仍有很大的推廣空間，例如，微晶玻璃成套制備技術(shù)；超早強砌塊的耐久性問題以及制備透水磚的透水性能改善問題。這均體現(xiàn)出了鐵尾礦在建筑材料制備中的高效綜合利用，但仍需要攻克相應(yīng)的支撐技術(shù)。通過改善廢棄尾礦高效利用及建筑材料的多功能化發(fā)展，未來將會產(chǎn)生更多、更廣的建筑材料技術(shù)利用和示范工程。

2.2 鐵尾礦在高耐久性混凝土中的應(yīng)用

福建省地處東南沿海，而氯離子侵蝕混凝土是關(guān)系到建筑使用耐久性的重大問題。隨著沿海城市的不斷發(fā)展，大規(guī)模資金涌入，越來越多的城市用地向海域、鹽田等含有大量氯離子存在的地域延伸，這對混凝土的耐久性能是一項巨大的挑戰(zhàn)。鐵尾礦在鐵礦石采選精鐵礦過程中已經(jīng)歷了球磨工藝，其細(xì)度已經(jīng)達到了一定水平，鐵尾礦進一步研磨至比表面積680 m2/kg以上的尾礦微粉，在級配與活性雙協(xié)調(diào)優(yōu)化技術(shù)的促進下[10]，作為摻合料參與混凝土的制備，其力學(xué)性能及耐久性能可以得到較好的提升。

吳瑞東等采用NEL法測定摻鐵尾礦微粉的混凝土抗氯離子滲透系數(shù)[11]，發(fā)現(xiàn)鐵尾礦微粉摻量為礦物摻合料的50.00%時適用于低強（C30）混凝土，鐵尾礦微粉為礦物摻合料的30.00%時適用于高強（C50）混凝土。宋少民等[12]通過測定鐵尾礦微粉-水泥膠凝體系的后期強度、孔結(jié)構(gòu)及微觀形貌特征，發(fā)現(xiàn)摻量為20%的鐵尾礦微粉狀態(tài)下的混凝土在后期強度、抗氯離子滲透、抗碳化等耐久性能方面均有很大的提升。因此，鐵尾礦在高耐久性混凝土中的應(yīng)用不僅可以減緩自然環(huán)境壓力，也能為混凝土在耐久性能方面的提升做出巨大貢獻。

2.3 尾礦用于填充礦山采空區(qū)

尾礦的大規(guī)模開采遺留了龐大的開采采空區(qū)，鑒于我國發(fā)生的多次由礦山采空區(qū)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，在開采礦山的同時，應(yīng)當(dāng)防范于未然，做好采空區(qū)支護工作，及時消除隱患[13]。龍巖市武平紫金礦業(yè)有限公司采用尾礦砂回填井下采空區(qū)技術(shù)，大規(guī)模利用尾礦砂填充體進行地壓管理，大幅度的降低了尾礦庫容，防止礦床上覆圍巖的冒落，保護地表。通過利用回填式采空區(qū)填充技術(shù)能極大限度地提高地下資源的利用率以及礦山的服務(wù)年限，對礦山的可持續(xù)發(fā)展具有深刻的意義。

2.4 其它用途

鐵尾礦用于替代瀝青路面的常規(guī)填充集料，張寶虎等[14]發(fā)現(xiàn)鐵尾礦在2.00%左右的低摻量條件下不會影響瀝青路面材料的低溫性能及水穩(wěn)定性；鐵尾礦在構(gòu)成成分上大都是以SiO2、Al2O3、Fe2O3等活性金屬氧化物為主，高于一般砂的數(shù)倍，這些化學(xué)成分與無機結(jié)合料反應(yīng)后具有一定剛度、耐久性和良好抗水性，可以滿足路面路基基層材料的抗沖刷和適當(dāng)?shù)目棺冃文芰σ?，因此鐵尾礦可以運用于路面基層材料；鐵尾礦用于非金屬礦產(chǎn)的回收，葉力佳等[15]對福建馬坑鐵礦中的鐵尾礦采用搖床重選、二次強磁精選的工藝獲得高回收率的石榴子石精礦；釩鈦磁鐵礦型尾礦中還可以提取釩、鈦、鐵等有價金屬元素[16]；鐵尾礦作為載體可用于直接處理污水。

3 福建省鐵尾礦利用的發(fā)展瓶頸及解決措施

傳統(tǒng)鐵礦石提煉精鐵礦的工藝，如圖1。礦山經(jīng)爆破后，大塊的鐵礦石經(jīng)破碎機多次破碎后進行篩分，均勻送至球磨機研磨至粉末狀后進行磁選工序，最終得到品位達標(biāo)的精鐵礦以及鐵尾礦。隨著全球經(jīng)濟放緩，傳統(tǒng)礦產(chǎn)加工工藝已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代化社會發(fā)展進程中的“綠色可持續(xù)”發(fā)展戰(zhàn)略，福建省總體資源供應(yīng)過剩，礦產(chǎn)品價格持續(xù)走低，傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化升級是解決現(xiàn)狀的最基礎(chǔ)條件，因此，礦產(chǎn)行業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級勢在必行。

圖1 鐵礦石提煉精鐵礦工藝流程Fig.1 Technological process of refining iron ore from iron ore

3.1 鐵礦石的研磨工藝

鐵礦石在破碎機壓碎后的第一步就是在球磨機中進行研磨，研磨至粉狀，其粉末顆粒平均粒徑為-0.14 mm，分次磁選后所剩余的鐵尾礦含全鐵量根據(jù)各地區(qū)生產(chǎn)加工企業(yè)的加工方式不同而有不同的品位，通常為8.00%～12.00%，甚至達到25.00%以上，這種現(xiàn)象的重要解決方法可以通過改善其研磨工藝。在一定程度上，磁選后得到的精鐵礦的產(chǎn)率與研磨后得顆粒粒徑大小有很大的關(guān)系，若能進行超細(xì)粉碎加工，對精鐵礦的提煉產(chǎn)率將會有質(zhì)的提升。王娜等[17]曾用濕法超細(xì)研磨體系對礦石進行研磨，通過合理調(diào)配介質(zhì)物料比、磨礦濃度、磨礦時間、磨礦介質(zhì)等降低礦石粒徑至微米級。裴曉東等[18]采用高壓輥磨方式磨碎得到更合理的礦石粒徑，配合濕式中磁預(yù)選-階段磨選工藝，初選合格尾礦的產(chǎn)率提高至約39.00%，精鐵礦的回收率提高了0.30%，全鐵品位提升了2.60%。因此，在鐵礦石的精煉過程中可引入濕法超細(xì)研磨體系，球磨與濕法研磨相結(jié)合，提升精煉工藝質(zhì)量，從而降低鐵尾礦中的全鐵含量，這將會成為提高鐵礦產(chǎn)品附加值的重要技術(shù)手段。

3.2 鐵尾礦的再磁選工藝

鐵尾礦中鐵的主要存在形式以磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦以及菱鐵礦等金屬成分，據(jù)表1中對福建省邵武市某鐵礦中鐵尾礦的X射線熒光光譜分析結(jié)果可知，該礦山廢棄尾礦中的全鐵含量高達16.62%，若對鐵尾礦進行二次或多次分級磁選再次得到精選鐵礦，將會帶來巨大收益。戴惠新等[19]曾采用磁場強度為323 mT弱磁、650 mT強磁對鐵尾礦分步拋尾，得到全鐵品位為23.77%的精鐵礦；得到的精鐵礦通過磨細(xì)至-0.077 mm粒徑再以100 mT磁場進行篩選，得到全鐵品位為59.38%的精鐵礦；最終經(jīng)過搖床分選流程，最終得到平均綜合利用率超過39.00%，品位59.51%的最終精鐵礦。由此可見，對鐵尾礦的再回收利用是提高廢棄資源利用率的重大措施，進一步加大對尾礦再磁選工藝適應(yīng)性技術(shù)的推廣，勢必將尾礦的高效利用推上一個新的臺階。

3.3 廢棄鐵尾礦的拓展應(yīng)用

福建省地處我國東南沿海，其軍事戰(zhàn)略地位顯而易見，軍事信息安全工作因此更加處于高度保密狀態(tài)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，各類電子設(shè)備以極快的速度遍布了日常生活的各個角落，電磁輻射干擾隨著信息化、高科技化的發(fā)展，隨之成為了一種無形的軍事威脅以及電磁環(huán)境污染，因此，電磁屏蔽功能材料在軍工建筑的推廣與應(yīng)用迫在眉睫[20]。

鐵尾礦中含有各形態(tài)的鐵，尤其是以氧化物的形式存在，何永佳等[21]通過研究水泥基材料摻加Fe2O3及納米Fe2O3進行材料吸波性能測試，研究結(jié)果表明，摻加10%納米Fe2O3與摻加25%普通Fe2O3于純水泥砂漿試樣時，材料的吸波性能可以達到最佳水平。廢棄鐵尾礦中含有大量的金屬元素及礦物組分，利用尾礦資源的這類特殊組分性質(zhì)，以一定合適的比例摻加在建筑材料中用于新型電磁屏蔽功能材料，不僅可以大規(guī)模減少廢棄尾礦資源的堆積量，也能對我國的政治、軍事、經(jīng)濟安全提供更強大的保障。

4 對策及建議

針對當(dāng)前福建省的尾礦資源利用現(xiàn)狀及存在的問題，地方政府應(yīng)積極爭取國家財政資金，加大礦產(chǎn)資源調(diào)查評價工作中的投入資金；創(chuàng)新礦業(yè)投融資機制，引導(dǎo)社會資金、資源、資產(chǎn)等要素投入，探索政府與社會資本合作模式；出臺具有政策引導(dǎo)性的礦山資源優(yōu)化辦法及專項扶持政策，著力于廢棄尾礦的治理工作，促進礦山的綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展目標(biāo)順利實施。企業(yè)方面應(yīng)注重礦產(chǎn)資源使用效率，積極響應(yīng)國家制定的綠色礦山發(fā)展政策；加強企業(yè)之間的交流合作，促進尾礦濃縮、研磨及磁選工藝的提升，促進自主研發(fā)新工藝、新設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。各科研單位應(yīng)當(dāng)致力于提高廢棄尾礦的綜合回收利用率方面的工作，加強廢棄尾礦利用的前瞻性、基礎(chǔ)性的科學(xué)技術(shù)研究，擴大尾礦資源利用途徑，將固廢資源綠色化水平提高到新的層次。