黑色金属矿业固体废弃物综合利用与进展

摘要：黑色金属矿尾矿等固体废弃物既是有害于人类健康的废物,又是可供开发利用促进可持续性发展的资源。随着钢铁工业的发展,黑色金属矿尾矿、冶炼炉渣在固体废弃物中所占比重也越来越大。本文分析了我国黑色金属矿尾矿现状和其价值和可利用性,对治理生态环境有重要的意义。

关键词：黑色金属矿 固体废弃物 利用

中图分类号：TU993文献标识码： A

一、铁尾矿的有效利用

1、铁尾矿再选和有价元素的综合回收

自20世纪80年代末到90年代以来,我国一些矿山企业从提高经济效益考虑,陆续建成了一些铁尾矿回收选厂,取得了明显的经济效益。其中有:

(1)弱磁―强磁―浮选工艺使包头钢铁厂成功地实现了铁、稀土等的综合回收,是包头中贫氧化矿选矿技术上的重大突破。攀枝花钒钛磁铁矿回收钛铁矿的成就较好地改善了钛铁矿选回收率低的问题。

(2)采用浮选―磁选、磁选―浮选、磁选―重选―浮选等工艺可从矽卡岩铁矿回收共生的铜、硫、钴

(3)从高、中温热液交代型宁芜式铁矿综合回收硫、磷。如上海梅山(集团)有限公司采用磁选―重选―浮选流程成功地提高了硫精矿中的硫品位。

2、用于生产墙体材料

我国许多矿山都把研制生产墙体材料作为尾矿利用的主要方面。梅山铁矿利用细粒尾矿(-0.074ｍｍ占76.12%)再选,获得铁精矿(ＴＦｅ52%)和中矿(ＴＦｅ34%)后,排出的最终尾矿用于烧制尾矿砖,尾矿砖呈铁红色,无开裂变形等现象,其抗压强度达到5 188～6 187ＭＰａ;同时利用尾矿和粘土混合制成的砖,抗压强度达6 187～7 185ＭＰａ,均超过了普通粘土砖的指标。利用鞍山地区的铁尾矿进行了三免尾矿砖的研究,并对制备尾矿砖的反应机理、免烧免蒸免压的生产方法等进行了试验研究,在生产中实现了免烧免蒸免压。

3、用于生产水泥

尾矿用于制作水泥的两种方法:利用尾矿中含铁量高的特点,以尾矿代替通常水泥配方中使用的铁粉,在这种情况下,尾矿在水泥原料配方中的用量

4、用于制备装饰材料

最近几年才开始用铁矿尾矿研制生产建筑玻璃和建筑陶瓷。尾矿中若硅、钾、钠含量高,可将其用作生产玻璃的主要原料。中国地质科学院尾矿利用中试基地利用首钢某铁矿的尾砂烧制出了优美的黑棕色工业陶瓷和日用陶瓷,其成品符合部颁标准。尾矿还可于研制生产各种彩釉墙地砖和饰面砖。例如,利用歪头山铁尾矿成功地生产了彩色地面砖和承重砌块。张锦瑞等利用铁矿采选过程中产生的尾矿及粗粒砂石生产尾矿砖。

二、含钒、钛固体废弃物的有效利用

1、利用含钛高炉渣合成(Ｃａ,Ｍｇ)α′-Ｓｉａｌｏｎ-ＡｌＮ-ＴｉＮ复合材料

某大学以攀钢含钛高炉渣作为主要原料,采用碳热还原氮化法合成出(Ｃａ,Ｍｇ)α′-

Ｓｉａｌｏｎ-ＡｌＮ-ＴｉＮ复合材料,可作为新一代的耐火材料和高温结构陶瓷材料。同时,由于ＴｉＮ具有良好的导电性,该材料又可能成为一种新的功能材料。研究了合成(Ｃａ,Ｍｇ)α′-Ｓｉａｌｏｎ-ＡｌＮ-ＴｉＮ粉末的最佳工艺参数为:反应温度1 480℃ ,保温10ｈ,碳量为理论值的1.5倍,氮气流量400ｍｌ/ｍｉｎ。在此工艺条件下,产物中(Ｃａ,Ｍｇ)α′-Ｓｉａｌｏｎ的相对含量最高可达70%左右。合成温度对(Ｃａ,Ｍｇ)α′-Ｓｉａｌｏｎ-ＡｌＮ-ＴｉＮ粉的合成有显著影响,随着合成温度升高,产物中α′-Ｓｉａｌｏｎ相含量增大;恒温时间对产物相组成的影响不十分显著,但较长的恒温时间可使还原氮化反应进行得更充分,随着合成温度的升高和恒温时间的延长,试样质量损失增大。

2、利用含钛高炉渣制备光催化材料

某大学制备了含钛高炉渣光催化剂,负载于玻璃表面,通过对水溶液中染料亚甲基蓝的降解试验,研究了含钛高炉渣的光催化效果,评价了含钛高炉渣光催化剂与热处理温度、溶液的ｐＨ值、不同光源、空气流量的影响关系。结果表明,所制备的含钛高炉渣催化剂具有光催化性,经600℃处理的催化剂的光催化性最好,适当的ｐＨ值与空气通入量、提高紫外光强度及缩短光源的波长均有助于染料的降解。

3、 回收含钛高炉渣中的钛

利用含钛高炉渣制取ＴｉＣｌ4,如攀钢钢铁研究院将含钛高炉渣中的ＴｉＯ2还原碳化,然后使碳化钛低温氯化,得到ＴｉＣｌ4。将粗ＴｉＣｌ4除钒精制,再以精制的ＴｉＣｌ4为原料,制取高纯的ＴｉＯ2。攀钢与中南工业大学合作,试验研究了回收含钛高炉渣中ＴｉＯ2和Ｓｃ2Ｏ3的技术。将含钛高炉渣酸解、浸出,得到锐钛型ＴｉＯ2,同时回收渣中的

Ｓｃ2Ｏ3。采用直流电炉,应用硅热法,以含钛高炉渣为原料,将含钛高炉渣中的ＴｉＯ2在直流电炉内还原,制取硅钛合金。

4、利用含钛高炉渣制备建筑材料

可以用磨细高钛矿渣配制混凝土,生产混凝土空心砌块,制备实心砖。

5、回收钒元素

对某地低品位钒钛磁铁矿石采用优先浮选―磁选―重选联合工艺,在回收主元素Ｆｅ、Ｔｉ的同时,还综合回收了Ｖ、Ｃｏ、Ｓ、Ｐ伴生组分,可获得含Ｖ2Ｏ50.76%、Ｆｅ66.75%、Ｓ0.019%、Ｐ0.008%的优质铁精矿。该工艺使矿石中对主产品铁、钛精矿有害的成分Ｓ、Ｐ及有用成分Ｖ、Ｃｏ最大限度地转化为有价可销售的副产品,增加了主产品的附加值,提高了综合工艺技术指标及综合经济效益。

三、锰矿生产固体废弃物的有效利用

1、从锰矿尾矿中回收锰元素对尾矿开展回收锰的试验研究工作对节约资源、保护环境和老矿山挖潜都很有意义。采用焙烧还原浸取法和两矿加酸法分别对连城锰矿的综合尾矿进行提锰试验,结果表明,焙烧还原法流程和两矿加酸法新流程,都能获得较高的锰回收率。进一步将浸出的锰除杂、净化、结晶、制成硫酸锰,其质量达到ＧＢ1622-86标准的要求。这给连城锰矿挖掘资源潜力和同类矿山的资源综合利用提供了有益的参考。

2、去除水中Ｃｕ2+的试验研究

目前,利用吸附法处理重金属废水是十分有效的方法,工业上常用的吸附剂有活性炭、树脂吸附剂,但是成本高不易推广,开发便宜高效的吸附剂是吸附法的发展方向。与现有的其它吸附剂相比,尾矿具有粒度细、数量大、成本低的特点,用锰矿尾矿处理重金属废水可以起到变废为宝的作用。]研究发现锰矿尾矿样品对Ｃｕ2+有良好的吸附能力,吸附规律符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附方程式和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等温吸附方程,吸附过程具有较快的动力学速度。ｐＨ值大于4时对Ｃｕ2+的吸附能力较强,且吸附能力随ｐＨ值增大而增大。

3、生产彩色墙砖

咖啡色墙砖主要原料为黏土,用锰矿浮选尾渣作为着色剂。由于加入的锰矿石浮选尾矿中有

50%的成分参与了烧成过程中的各种化学反应,尾砂中10%的结晶石英在反应中起了结晶键合作用,由此提高了砖的强度,使这种砖具有优良的物理力学性能。

4、烧制硅酸盐水泥熟料

在立窑水泥生产中,金属尾矿和工业废渣单掺或复掺配料生产硅酸盐水泥熟料已经得到广泛应用,但是用硅锰渣配料生产水泥熟料还很少。某厂利用硅锰渣和锡渣双掺配料,采用高熔剂、高铝配方,生产出了早期强度高的熟料。另外,使用锰铁尾矿与高灰分的石煤,通过合理配料,加强操作,也能稳定生产出优质的熟料。

结语：

大量黑色金属矿尾矿已成为制约资源可持续发展、危及周边生态环境的重要因素,在矿石日趋贫化、资源日渐枯竭、环境意识日益增强的今天,必须依赖于二次资源的开发利用,黑色金属矿尾矿综合利用已成为资源可持续发展的必然选择。

参考文献:

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[2]姚树刚,邢安石.三免尾矿砖研制报告[Ｊ].硅酸盐建筑制品,1993,(4):35-36.

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