劉文寶， 張昊， 劉文剛， 王振， 佟柯霖

1. 東北大學(xué) 資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110819； 2. 96854部隊工程項目管理室，遼寧 沈陽 110819

鋼鐵被廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、道路、制造業(yè)和家電等各行業(yè)，是一種重要的金屬材料，而鋼鐵工業(yè)的發(fā)展水平也被視為是一個國家綜合實力高低的重要標(biāo)志[1]。據(jù)統(tǒng)計，作為鋼鐵冶金原材料的鐵礦石其年均使用量已達(dá)到全球金屬礦石總量的95%[2]。我國是鐵礦開采及生產(chǎn)大國，當(dāng)前已探明的鐵礦石儲量占全球比例約13%，其產(chǎn)量長期穩(wěn)居世界第一[3-4]。在鐵礦開采的過程中，無論是露天開采還是井下開采，都將產(chǎn)生大量的礦體表面圍巖與不能作為礦石使用的夾石，即鐵礦廢石[5]。而我國鐵礦資源“貧、細(xì)、雜”的特點則進(jìn)一步加劇了鐵礦廢石的排放問題[6]。根據(jù)中國國土資源經(jīng)濟(jì)研究院發(fā)布的《中國礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用報告(2015)》顯示，中國廢石堆存量達(dá)到438億t，這對周邊自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞[7]。當(dāng)前，我國鐵礦開采產(chǎn)生的廢石主要堆存在礦山的排土場內(nèi)，而排土場的建造往往會消耗大量的人力和物力，也占用了大量的土地資源；同時，廢石在排土場內(nèi)的堆存還帶來了一系列的安全與環(huán)境問題，其主要表現(xiàn)在排土場泥石流、植被破壞、土地退化、沙漠化、粉塵污染以及水體污染等[8-9]。

2018年，我國自然資源部發(fā)布的《冶金行業(yè)綠色礦山建設(shè)規(guī)范》中明確提出，礦山企業(yè)應(yīng)對露天剝離的廢石等固體廢棄物進(jìn)行資源化利用，安全處置率需達(dá)到100%，另外，要建全資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的采礦方式，最大程度地減輕對自然環(huán)境的破壞，嚴(yán)格遵守減量化、再利用和資源化的原則，科學(xué)利用以廢石為代表的固體廢棄物，努力發(fā)展礦山循環(huán)經(jīng)濟(jì)。由此可見，廢石堆存造成的資源浪費和環(huán)境危害等問題已引起我國政府的高度重視，開展礦山廢石資源化利用已成為礦山企業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

1 我國鐵礦廢石的基本概況

一般而言，鐵礦廢石主要包括花崗質(zhì)條帶狀混合巖、混合花崗巖、輝長巖、麻巖和部分細(xì)粒閃長巖、大理巖等，力學(xué)性能穩(wěn)定且強(qiáng)度較高，具有較大的利用潛能[10]。在鐵礦開采的過程中，不可避免地產(chǎn)生了大量的鐵礦廢石，據(jù)統(tǒng)計，我國每生產(chǎn)1 t鐵精粉平均需要排出5.82 t左右的采礦廢石[11]。這些廢石主要集中在鞍本地區(qū)、攀西地區(qū)、冀東地區(qū)和包白地區(qū)等重要的鐵礦生產(chǎn)基地，目前，我國對于鐵礦廢石的利用仍處于較低水平，以2018年為例，我國共排放出鐵礦廢石約83 087.69萬t，年利用廢石約23 202.08萬t，平均廢石利用率僅為27.92%，存在較大的提升空間[12]。

2 鐵礦廢石綜合利用技術(shù)研究進(jìn)展

國內(nèi)外對于鐵礦廢石的綜合利用主要包括采空區(qū)充填、工程應(yīng)用、回收鐵礦石以及制備砂石骨料等多種方式[13-14]。當(dāng)前，已有不少礦山企業(yè)通過以上方式對鐵礦廢石的綜合利用進(jìn)行積極的探索與實踐，并取得較為豐碩的成果。

2.1 采空區(qū)充填

自充填工藝誕生以來，以廢石作為充填料進(jìn)行采空區(qū)充填的技術(shù)工藝經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：一是將廢石就近直接充填于采空區(qū)的干式充填階段；二是以廢石作為充填體粗骨料的膠結(jié)充填階段；三是以廢石-尾砂膠結(jié)充填為代表的高濃度充填階段[15-17]。

廢石干式充填技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用始于20世紀(jì)50年代，其憑借能在處理采礦廢石的基礎(chǔ)上一定程度地提升礦石開采率，而得到廣泛地應(yīng)用與推廣[16-18]。甘肅七角井鐵礦區(qū)通過合理有效的生產(chǎn)調(diào)度，將2 020 m中段及2 085 m礦山深部優(yōu)先采掘產(chǎn)生的廢石就近充填至采空區(qū)，實現(xiàn)了將鐵礦廢石全部回填至井下采空區(qū)的目標(biāo)[19]。東大山鐵礦針對分段采礦法及礦體形態(tài)復(fù)雜造成的礦石回收率低等問題，提出了上向水平分層廢石干式充填法并進(jìn)行工業(yè)試驗,通過采場短溜井向布置在穿脈內(nèi)的礦車輸送采掘廢石，與之前的充填方式相比，東大山鐵礦回采率從49.25%～55%提高到83.6%以上，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益[20]。某鐵礦通過相似模擬試驗分析充填散體結(jié)構(gòu)及流動特性，由此確定出最佳充填井尺寸為3.5 m，散體自然安息角為33.2°,合理充填井間距為20 m,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行廢石干式充填，使采空區(qū)圍巖承載能力得到加強(qiáng)，有效解決圍巖冒落問題，增強(qiáng)頂板巖體的穩(wěn)固性，保障了頂板礦石安全性和高效的回采[21]。但是，廢石干式充填法所具有的勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)能力不足的缺陷使其難以滿足采礦業(yè)高速發(fā)展的需求，而低成本、工藝簡單和高效率的膠結(jié)充填技術(shù)逐步走進(jìn)人們的視野[16-17，22]。

從充填體構(gòu)成材料的角度出發(fā)，膠結(jié)充填方式一般有尾砂膠結(jié)充填與廢石膠結(jié)充填。廢石膠結(jié)充填最早出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代的澳大利亞和前蘇聯(lián)等國，該技術(shù)主要通過向采空區(qū)內(nèi)注入鐵礦廢石與水泥漿從而形成廢石膠結(jié)充填體[23]。與尾砂膠結(jié)充填相比，廢石膠結(jié)充填體具有更高的抗壓強(qiáng)度，其強(qiáng)度通常在 5～10 MPa以上，適用于一些鐵礦石品位較高、尾礦產(chǎn)量較少的礦山[24-26]。烏克蘭Pivdenno-Bilozerske礦區(qū)基于原先充填體強(qiáng)度不足及成本過高的情況，于2001年起采用廢石作為粗骨料，以冶煉爐渣代替硅酸鹽水泥對采空區(qū)進(jìn)行膠結(jié)充填，這種充填方式不僅大幅提升地下充填體的強(qiáng)度，還減少了采礦廢石的傾倒量，實現(xiàn)了高品位鐵礦石的高效開采[26]。國內(nèi)也有部分礦山使用此法進(jìn)行鐵礦采空區(qū)充填，如高陽鐵礦及蒼山鐵礦[27]。值得注意的是，雖然廢石膠結(jié)充填在成本、工藝以及充填體強(qiáng)度等方面具有諸多優(yōu)勢，是當(dāng)前膠結(jié)充填重要的發(fā)展方向之一[23]，但也存在著一些問題，如適用范圍小、充填體接頂困難、對充填體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性缺少有效的監(jiān)測方式與評價手段等，需要更多的專家學(xué)者在力學(xué)理論模型及充填模式方面開展進(jìn)一步的研究工作[22]。

隨著充填技術(shù)的發(fā)展，為了進(jìn)一步滿足回采工藝要求及采礦成本與環(huán)境保護(hù)的需要，在膠結(jié)充填基礎(chǔ)上，廢石-尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在20世紀(jì)80～90年代應(yīng)運(yùn)而生[16-18]。廣山鐵礦探索了同步和分步兩種廢石-尾砂膠結(jié)填充方式，研究表明，兩種廢石-尾砂膠結(jié)物的強(qiáng)度要高于分層尾砂膠結(jié)物強(qiáng)度，該技術(shù)使得廣山鐵礦回采率由70%提升至93%，貧化率由30%降至5%以下，大幅度延長了礦山的服務(wù)年限[28]。結(jié)合我國鐵礦石“貧、細(xì)、雜”的特點，廢石-尾砂膠結(jié)充填相較于膠結(jié)充填在我國具有更強(qiáng)的適用性[6]，其充填料漿具有良好的穩(wěn)定性、流動性和可輸送性，形成的充填體強(qiáng)度滿足采礦工藝要求，而粗粒級廢石骨料的應(yīng)用則可有效減少膠結(jié)劑的用量，降低充填成本[23]。

廢石充填具有工藝簡單和成本低等特點，但因受到井下掘進(jìn)量的限制，充填能力難以滿足大規(guī)模開采的需求，因此常常作為其它充填方式的補(bǔ)充工藝[27]。滇北鐵礦二期工程23#礦體采用尾砂膠結(jié)與廢石混合充填的方式，在廢石充填時，兩側(cè)流出2～3 m的空間進(jìn)行尾砂膠結(jié)充填，經(jīng)估算該充填方式每年可節(jié)約水泥用量1.8萬t，尾砂用量14.3萬t[29]。太平山鐵礦對坡度較緩的區(qū)域進(jìn)行了全尾砂膠結(jié)充填，而對于坡度較大，可以利用廢石自身重力勢能的區(qū)域進(jìn)行了廢石充填，從而大幅提升了工作效率，降低充填成本[30]。大冶鐵礦獅子山采區(qū)為解決尾砂不足的問題，在采空區(qū)實施廢石充填與全尾砂膠結(jié)充填交替進(jìn)行的充填方案，在保障充填效果的同時節(jié)省尾砂使用量，取得了不錯的經(jīng)濟(jì)效益[31]。

2.2 工程應(yīng)用

鐵礦廢石在工程中的應(yīng)用主要有修筑廢石壩、尾礦壩、道路工程施工和填海造陸等。

2.2.1 修筑廢石壩和尾礦壩

利用鐵礦廢石修筑廢石壩和尾礦壩，不僅可以在一定程度上就近緩解廢石堆存的問題，同時還能解決尾礦的排放問題。

舞陽鐵礦利用鐵山廟采場廢石，在尾礦庫下游地區(qū)修筑了高于地面35 m的廢石壩，該壩服務(wù)年限可達(dá)3 a左右，用以堆積600萬m3的采礦廢石，在一定程度上解決了該礦山廢石處理的問題[32]。袁家村鐵礦根據(jù)當(dāng)?shù)貪裣菪渣S土及毗鄰排土場等的特點，開發(fā)出一套集濕陷性黃土筑壩工藝和滲流控制技術(shù)等為一體的全壽命廢石筑壩技術(shù)，截至2013年堆存尾礦1 700萬m3，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[33]。鞍鋼集團(tuán)利用齊大山鐵礦山廢石積極開展尾礦壩擴(kuò)容及筑壩工藝的試驗研究，成功將風(fēng)水溝尾礦庫由140 m加高至155 m，并修筑副壩十座；同時利用該工藝將大孤山球團(tuán)廠尾礦壩由150 m加高至180 m，據(jù)統(tǒng)計，僅大孤山球團(tuán)廠尾礦庫就消耗廢石360萬m3，節(jié)省征地及工程費用近千萬元[34]。

2.2.2 道路工程施工

隨著我國經(jīng)濟(jì)的騰飛，各類道路的總里程飛速增長，而不容忽視的是我國對于路基材料，尤其是碎石的需求量也持續(xù)攀升。鐵礦廢石成本低廉,力學(xué)性能優(yōu)良，在作為路基材料方面應(yīng)用潛力巨大。

孫超銓最先探究礦山廢石在道路工程上應(yīng)用的可行性，指出礦山廢石可在物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)等檢測合格的基礎(chǔ)上用以生產(chǎn)修建高速公路所需的路基材料[36]。宋殿林等對遷安磨盤山鐵礦廢石進(jìn)行破碎處理后，將其中產(chǎn)率占24%的-70+40 mm粒級物料用作鋪路石渣[37]。李柏山通過振動給料篩對程潮鐵礦廢石進(jìn)行篩分處理，將其中40 cm以下的廢石經(jīng)PFQ1210反擊破碎機(jī)破碎為小塊碎石、小石子和瓜米石后充作鋪設(shè)鐵軌的鐵路道渣，達(dá)到了廢石利用的目的[38]。鞍鋼集團(tuán)利用齊大山鐵礦廢石作為路基材料鋪設(shè)了兩條試驗路，結(jié)果表明，該試驗路可滿足300～360 t電動輪自卸卡車頻繁停車和起動，路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足坡道和彎道上行駛安全的要求,此外，該礦山還建成一座道路混鋪塊碎石加工基地，年產(chǎn)量75萬t，約33萬m3左右，滿足了該礦山及周邊地區(qū)道路工程對于合格路基碎石的需求[35]。

2.2.3 填海造陸

作為一種新型的鐵礦廢石處理方式，利用鐵礦廢石進(jìn)行填海造陸近些年來在我國的冀東以及海南地區(qū)進(jìn)行了探索與實踐。

海南省礦產(chǎn)資源較為豐富，已探明的礦種多達(dá)56種，擁有大型礦床67處，據(jù)海南省自然資源廳調(diào)查顯示，鐵礦是海南礦山廢石排放量較大的主要礦種之一，其中，僅昌江縣石碌鐵礦排放的廢石就達(dá)數(shù)億噸之多[39]。為解決海南省廢石堆存日益嚴(yán)重的問題，同時也為改善該省圍填海石料嚴(yán)重不足的局面，石碌鐵礦對廢石進(jìn)行了物理機(jī)械性能檢測、放射性強(qiáng)度測試以及《圍填海工程填充物質(zhì)成分限值》校核，結(jié)果表明，鐵礦廢石飽和抗壓強(qiáng)度基本在120 MPa以上，飽和抗剪切強(qiáng)度及抗腐蝕性能良好，伽瑪照射量率一般在 3.0 nc/kg·h以內(nèi)，滿足《天然石材放射性防護(hù)分類控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的范圍，符合圍海工程填充物質(zhì)的基本要求[40]。司家營鐵礦為解決礦山排土場內(nèi)鐵礦廢石大量堆存的問題，通過與當(dāng)?shù)卣畢f(xié)商，建設(shè)了一條集采場內(nèi)汽車運(yùn)輸、巖石破碎站、膠帶運(yùn)輸、巖石轉(zhuǎn)運(yùn)站、裝車系統(tǒng)、火車運(yùn)輸、終端卸載站和填海造地為一體的完整體系，經(jīng)由遷(安)-曹(妃甸)鐵路向唐山市曹妃甸沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)供應(yīng)填海造陸所需石料，這一系統(tǒng)的建成不僅能夠減少排土場占地410萬km2，還能為礦山獲取每噸廢石0.5元的資源費(僅2019年就創(chuàng)收1 050萬元)，同時也極大程度地解決了曹妃甸沿海工業(yè)區(qū)填海造陸的石料來源問題[13,41]。

2.3 有價元素的回收

2.3.1 鐵的回收

當(dāng)前，我國鋼鐵行業(yè)仍面臨著嚴(yán)峻的形勢。一方面，國內(nèi)生產(chǎn)的鐵礦石遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鋼鐵企業(yè)的需求，需要大量進(jìn)口鐵礦石，對外依存度高[3]；另一方面，我國鐵礦資源“貧、細(xì)、雜”的特點導(dǎo)致了大量的鐵礦被排放到廢石堆中，造成資源的嚴(yán)重浪費[6,42]。因此，對廢石中的鐵礦回收利用就顯得尤為必要。

當(dāng)前，對于廢石中鐵元素的回收主要有干式預(yù)選及階段磁選兩種方式。干式預(yù)選是指對廢石預(yù)先進(jìn)行干式磁選，再將干選精礦返回選礦廠進(jìn)行二次選別。干式預(yù)選具有工藝設(shè)備簡單，處理量大等特點，因而在廢石回收鐵元素的過程中得到了廣泛地運(yùn)用。本鋼南芬鐵礦利用CTDG1216大粒度干選機(jī)對排土場內(nèi)-400 mm的廢石進(jìn)行了磁選，回收的鐵礦石品位可達(dá)20%左右[43]。磁海鐵礦將排土場廢石破碎至-12 mm后，使用3臺LCG1021粉礦干選機(jī)對廢石進(jìn)行磁選，經(jīng)干式磁選機(jī)磁選后的廢石其磁性鐵含量由原來的18.76%～22.17%提升至25.86%～31.63%，磁性鐵回收率達(dá)到了87.68%～91.63%[44]。本鋼歪頭山鐵礦通過廢石粗選及粗精礦再選試驗對原有廢石預(yù)選回收工藝進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)果表明，采用廢石篩分-篩下預(yù)選拋尾-篩分-篩下干選的生產(chǎn)工藝可使粗精礦鐵品位提高9.85個百分點，精礦電耗降低5.23 kWh/t，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著[45-47]。

通常情況下，鐵礦廢石中鐵品位較低，其所含鐵礦的回收工藝常常面臨著效益較低的問題。因此，干式預(yù)選常常被作為其他利用方式(尤其是制備砂石骨料)的輔助工藝對廢石中的鐵礦石進(jìn)行回收。遷安磨盤山鐵礦廢石經(jīng)顎式破碎機(jī)處理后通過磁滑輪選別出產(chǎn)率為3%、品位為22%～26%的鐵礦石返回選礦廠回收[37]。溪石鐵礦廢石在顎式破碎機(jī)破碎后進(jìn)入磁滑輪進(jìn)行選別，可以有效回收混料中的磁鐵礦礦石[48]。研山鐵礦在廢石制砂工藝的中碎作業(yè)后設(shè)置了干式磁選機(jī)，其中干選精礦返回選礦廠重新選別，而其余廢石則進(jìn)入后續(xù)制砂工藝，增加了經(jīng)濟(jì)效益[49]。大石河鐵礦將細(xì)碎后10～20 mm以及小于10 mm粒級的廢石進(jìn)行干式磁選處理，由此獲得產(chǎn)率為3.96%、全鐵品位為18.34%的鐵礦石，成為該礦山新的經(jīng)濟(jì)增長點[50]。

此外，部分鐵礦山根據(jù)廢石鐵品位較高的特點開發(fā)出集磁選、磨礦和浮選等選別手段為一體的富集工藝。該工藝能夠最大程度地將廢石中的鐵元素選別出來，實現(xiàn)鐵礦資源的高效利用。徐州鐵礦對下屬鎮(zhèn)北和吳莊兩處鐵礦廢石開展了磨礦細(xì)度、弱磁選條件和強(qiáng)磁選條件探索試驗，根據(jù)試驗結(jié)果制定了一條干式磁選—磨礦—弱磁選—強(qiáng)磁選—脫水的廢石磁選富集工藝，該工藝最終可獲得產(chǎn)率3.50%、鐵品位65%的弱磁選鐵精礦，以及產(chǎn)率5.42%、鐵品位35%的強(qiáng)磁選精礦，年利潤總額達(dá)到了262.6萬元[51]。我國西部某鐵礦對廢石進(jìn)行了磨礦細(xì)度、磁選以及反浮選的試驗，最終確定了干式磁選拋廢—階段磨礦—階段磁選—反浮選的工藝流程，并獲得了鐵品位為62.11%、回收率為61.68%、磷含量為0.05%的鐵精礦，回收效果十分理想[52]。河北司家營鐵礦將該礦鐵品位為18.79%的廢石先后經(jīng)干式磁選和濕式磁選拋尾后進(jìn)行兩段磨礦與階段磁選，得到了鐵品位為52.71%、回收率為48.50%的磁選混合精礦，隨后又以NaOH為pH調(diào)整劑、淀粉為抑制劑、CaO為活化劑、MF為反浮選捕收劑，經(jīng)1次粗選1次精選和2次掃選的反浮選，得到了鐵品位65.97%、回收率43.27%的鐵精礦，此研究對該類鐵礦廢石的回收利用具有一定的指導(dǎo)意義[53]。雖然上述分選能夠最大程度地提升鐵的回收率，但是其復(fù)雜的工藝及廢石中鐵含量不高的特點往往會造成設(shè)備工藝成本較高，尾礦排放量較大等問題，因此對于該工藝的使用還需結(jié)合具體情況進(jìn)行具體分析。

2.3.2 其他有價元素的回收

除了回收鐵元素，部分選廠還對鐵礦廢石中所含有的磷、硫、銅、釩和鈦等元素進(jìn)行了回收利用，并取得了一定的研究成果。河北冀東地區(qū)形成了集釩、鈦和磷等元素為一體的鐵礦資源綜合利用示范基地，該基地的建成對于周邊地區(qū)磷鐵礦及釩鈦磁鐵礦的綜合利用具有一定的示范引導(dǎo)作用[54]。紀(jì)瑩華等對承德某鐵礦干選廢石進(jìn)行磁選和浮選探索試驗，結(jié)果表明，對廢石中-0.5 mm粒級的細(xì)顆粒進(jìn)行“一粗二精一掃”開路選別后可回收P2O5品位為32.50%的磷精礦，實現(xiàn)資源的綜合利用[55]。王炬對某鐵礦干式磁選拋廢廢石進(jìn)行預(yù)先富集、跳汰選別、銅硫混合浮選和銅硫分離浮選等綜合試驗后，最終分別獲得了鐵品位為 65.02%的鐵精礦、硫品位為45.44%的硫精礦以及銅品位為18.80%的銅精礦，對于同行業(yè)鐵礦山廢石中有價元素的回收利用具有一定的借鑒意義[56]。此外，在美國阿迪朗達(dá)克高地的氧化鐵磷灰石礦床的廢石中還檢測出了高濃度的稀土礦元素，其回收仍有待進(jìn)一步地探究[57]。

2.4 生產(chǎn)砂石骨料

砂石骨料是生產(chǎn)生活中消耗量僅次于水的第二大天然材料，是混凝土等建筑材料中最重要的原材料，被廣泛運(yùn)用于建筑、道路、橋梁和水利等各大領(lǐng)域，截止2019年，全球砂石骨料產(chǎn)量已達(dá)到500億t，中國是全球砂石骨料第一大生產(chǎn)國，2019年已達(dá)到188億t[58-59]。根據(jù)原材料來源的不同，砂石骨料可被分為機(jī)制砂與天然砂兩種類型。當(dāng)前，由于受到環(huán)境保護(hù)和資源儲量等多方面因素的限制，天然砂逐漸難以支撐起我國每年近200億t的砂石骨料需求量[60]。因此，混凝土行業(yè)必須找到新的原料來替代天然砂，而便宜和存貯量龐大的采礦廢石就具備良好的應(yīng)用前景[61]。

與天然骨料相比，鐵礦廢石儲量大、強(qiáng)度高且力學(xué)性能穩(wěn)定，因此在對鐵礦廢石各項指標(biāo)檢測合格的基礎(chǔ)上將其用于制備砂石骨料，這不僅可以緩解天然骨料的供應(yīng)壓力，還能在一定程度上解決廢石堆存過剩的難題，其具備較高的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。

早在21世紀(jì)初我國就有專家學(xué)者對于將鐵礦廢石用于砂石骨料的制備開展了相關(guān)研究。張雷通過對高村鐵礦廢石的普氏硬度系數(shù)、密度及松散系數(shù)等物理和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測量后，提出該鐵礦圍巖可用于生產(chǎn)混凝土粗骨料的設(shè)想，為鐵礦廢石的綜合利用指明新的途徑[62]。龔樹峰等總結(jié)了鐵礦廢石常見的自然類型，指出對于鐵礦廢石物理、力學(xué)、化學(xué)性質(zhì)的檢測可具體到含泥量、化學(xué)成分、堅固性、強(qiáng)度和密度等方面，并據(jù)此提出基于鐵礦圍巖性能檢測的生產(chǎn)0～10、10～20和20～40 mm粒級石料的碎石加工工藝，為鐵礦廢石制備砂石骨料技術(shù)的研究與應(yīng)用提供借鑒和指導(dǎo)[10]。

與此同時，越來越多的企業(yè)針對鐵礦廢石制備砂石骨料技術(shù)進(jìn)行了積極地探索與實踐。洛陽大華機(jī)械廠與北京路星公司以首鋼密云鐵礦廢石為原料，開發(fā)出一條兩段兩閉路的機(jī)制砂石的生產(chǎn)流程，該流程利用該公司自行研發(fā)的PFQ系列強(qiáng)力反擊式破碎機(jī)和PL立式?jīng)_擊破碎機(jī)，將350 mm以下的鐵礦廢石加工成40～0.15 mm粒級的各種用途的砂石骨料，不僅降低了人工砂石的生產(chǎn)成本，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且還解決了廢石堆存占地引發(fā)的環(huán)境和安全等問題，為我國節(jié)約了大量的石料和土地資源[63]。舞陽礦業(yè)基于鐵古坑和鐵山廟兩處鐵礦廢石建成了年產(chǎn)100萬m3的石子廠，該廠可生產(chǎn)5～10、10～20和20～31.5 mm粒級粗骨料及0.3～4和4～5 mm粒級機(jī)制砂，并在機(jī)制砂生產(chǎn)工藝中加入了水洗流程，較好地解決了石粉含量過高的問題，使鐵礦廢石成為該公司新的經(jīng)濟(jì)增長點[33]。

各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定及鐵礦廢石各項性質(zhì)檢測數(shù)據(jù)的提供有著重要意義。Gayana BC等指出應(yīng)對鐵礦廢石進(jìn)行詳細(xì)地檢測，確保礦山廢石的各項性能符合建筑工程的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的同時，還要保障對環(huán)境及人類無害[64]。Yellishetty等根據(jù)美國試驗材料學(xué)會制定的ASTM C/109C等標(biāo)準(zhǔn)對印度果阿邦鐵礦廢石的級配曲線、片狀顆粒含量、壓碎指標(biāo)值和吸水率等性能進(jìn)行檢測，并與天然骨料一同進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)的對照試驗；檢測結(jié)果表明，粒級為12.5～20 mm的鐵礦廢石適用于作為混凝土骨料使用，12.5～4.75 mm的細(xì)粒級廢石則適用于生產(chǎn)建筑工程的砂石；而養(yǎng)護(hù)試驗則顯示，相比于天然骨料，果阿邦鐵礦廢石作為骨料制成的混凝土有著更為優(yōu)良的力學(xué)性能[65]。

四川廣元某超貧磁鐵礦礦山對廢石的密度和單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測后，又根據(jù)公路橋涵技術(shù)規(guī)范JTGTF50-2011對破碎至16～4.75 mm(碎石)與4.75～0 mm(機(jī)制砂)兩個粒級的泥塊含量、針片狀顆粒含量、輕物質(zhì)含量和壓碎指標(biāo)值等進(jìn)行檢測，最終設(shè)計出一條包括除泥、破碎、篩分和選粉的廢石加工的工藝流程[66]。

張發(fā)勝對酒鋼鐵礦廢石進(jìn)行物相、放射性、粒度分布以及化學(xué)成分的檢測；并根據(jù)JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 14685—2011《建設(shè)用卵石、碎石》、GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》等標(biāo)準(zhǔn)對廢石破碎后制成的粗骨料(5～20 mm)與細(xì)骨料(0.16～5 mm)的壓碎指標(biāo)值、堆積空隙率、吸水率和針片狀含量等指標(biāo)進(jìn)行檢測，得出該鐵礦廢石可以用作生產(chǎn)粗骨料及機(jī)制砂的結(jié)論[67]。

大石河鐵礦依據(jù)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》對公司排土場鐵礦廢石進(jìn)行表觀密度、吸水率、含泥量、有害物質(zhì)、堅固性、放射性和壓碎指標(biāo)值等指標(biāo)的檢測，并對廢石的顆粒級配進(jìn)行監(jiān)測分析；根據(jù)檢測結(jié)果為大石河鐵礦開發(fā)出一條年處理量732萬t的建筑砂石生產(chǎn)工藝，可生產(chǎn)出4.75～0.15 mm粒級建筑砂及20～10 mm粒級的建筑砟[49]。

山東蒼嶧鐵礦利用某礦山的鐵礦廢石資源建成了一條處理量2020t/h的骨料生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線在投產(chǎn)前對鐵礦廢石進(jìn)行化學(xué)成分及國標(biāo)GB/T 14685—2011《建設(shè)用碎石》中規(guī)定的各項性能檢測，并基于該鐵礦廢石SiO2含量及堅固性、巖石抗壓強(qiáng)度較高等特性設(shè)計出采用顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)與反擊式破碎機(jī)相結(jié)合的破碎工藝流程。該骨料生產(chǎn)線可生產(chǎn) 20～31.5、10～20和5～10 mm粒級的粗骨料，并利用生產(chǎn)粗骨料產(chǎn)生的-5 mm粒級物料經(jīng)篩分、洗砂和磁選后生產(chǎn)0.4～4 mm細(xì)沙及4～5 mm粗砂。該生產(chǎn)線自2017年投產(chǎn)以來，生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)的粗骨料及機(jī)制砂，為廢石的綜合利用以及綠色礦山建設(shè)提供了借鑒[68]。

2.5 其他方向的利用

2.5.1 制備高性能混凝土

近年來，部分專家學(xué)者對利用鐵礦廢石制成的砂石骨料開展了制備高性能混凝土的相關(guān)研究。陳杏婕等以密云地區(qū)鐵礦廢石為粗骨料，以單獨磨細(xì)的鋼渣為膠凝材料，再配合鐵尾礦、水泥熟料和脫硫石膏磨制的混合料，加入水及堿水劑后制成高強(qiáng)度混凝土材料，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)75.92 MPa[69]。劉佳利用密云地區(qū)鐵礦廢石作為粗骨料，將其與尾礦、粉煤灰、脫硫石膏和水泥熟料等按照一定比例配合制成高性能混凝土材料，該材料在抗凍融及抗硫酸鹽侵蝕等方面具有優(yōu)異的性能[70]。李斌斌等利用遼寧壹立方砂業(yè)提供的鐵礦廢石粗骨料代替天然骨料制備出符合需求且質(zhì)量優(yōu)良的C30混凝土疊合板，證明了鐵礦廢石在預(yù)制構(gòu)件中大摻量應(yīng)用的可行性[71]。

2.5.2 制備環(huán)保材料

近年來，鐵礦廢石在制備環(huán)保材料中的運(yùn)用也取得一定的實踐。海南紅石鐵礦由于其廢石內(nèi)普遍含有選礦后殘留的廢渣，粉末狀含量較高，因而在分選后將廢渣用以生產(chǎn)環(huán)保磚[39]。Bahareh Sadeghalvad等從伊朗中部的Choghart鐵礦廢石中提取出交代巖并對其進(jìn)行改性處理，在其基礎(chǔ)上使其分別與Mg-Al及Ni-Al水滑石結(jié)合制成兩種吸附材料，用以吸附污水中的硫酸鹽，結(jié)果表明，兩種吸附材料吸附過程為放熱反應(yīng)，且吸附性能優(yōu)良[72]。Moon Young Jung等對韓國Yangyang鐵礦廢石中的重金屬元素含量進(jìn)行了相關(guān)工程試驗標(biāo)準(zhǔn)的檢測，檢測結(jié)果表明，重金屬含量合格，在此基礎(chǔ)上利用該廢石代替細(xì)骨料可生產(chǎn)出1級非燒結(jié)環(huán)保磚，僅在原材料方面就節(jié)約了30%的成本[73]。

2.5.3 制備其他材料

鐵礦廢石還可用作制備塊磚和陶瓷材料等建筑材料。本鋼集團(tuán)現(xiàn)已建成年產(chǎn)量6萬m3的建筑砌塊磚廠，可以生產(chǎn)各種規(guī)格的免燒砌塊磚[74]。楊航等將河北某鐵礦廢石破碎至-2 mm后與發(fā)泡劑和鐵尾礦按照一定比例混合后燒制成型，結(jié)果顯示，當(dāng)廢石用量為45%～60%時，可以制成發(fā)泡效果優(yōu)良的建筑外墻防火陶瓷保溫材料，這為鐵礦廢石的精細(xì)化利用提供了新的思路[75]。莊駿利用十八胺對酒泉鋼鐵公司廢石場中的千枚巖廢石樣品進(jìn)行了改性處理，改性后的廢石力學(xué)性能優(yōu)良，且在一定比例下與阻燃劑DBDPE(十溴二苯乙烷)及阻燃協(xié)效劑復(fù)配使用可制成阻燃性塑料填料，其阻燃效果可達(dá)V-0等級[76]。

3 結(jié)語

目前，我國對鐵礦廢石的綜合利用仍處于起步階段,依然存在規(guī)模小、數(shù)量少和規(guī)范性不強(qiáng)等諸多問題。因此，一方面廣大礦山企業(yè)要進(jìn)一步深化和細(xì)化對鐵礦廢石工藝礦物學(xué)等基礎(chǔ)性質(zhì)的研究，在此基礎(chǔ)上將制備砂石骨料與采空區(qū)回填、工程應(yīng)用等鐵礦廢石利用方式充分結(jié)合起來，進(jìn)一步加強(qiáng)對利用鐵礦廢石研發(fā)和制備高性能材料的力度，并努力把鐵礦廢石的綜合利用與當(dāng)?shù)厥袌鲂枨蠛驼l(fā)展戰(zhàn)略等因素結(jié)合起來，從而實現(xiàn)鐵礦廢石綜合利用的高值化、規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化。另一方面，政府部門應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對礦山企業(yè)尤其是中小型及偏遠(yuǎn)地區(qū)礦山企業(yè)的扶持力度，在完善相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的同時給予這些企業(yè)更多資金上的幫扶，力爭將鐵礦廢石綜合利用相關(guān)技術(shù)推廣開來，從而為綠色礦山的建設(shè)添磚加瓦。