低贫磁铁矿选矿技术与选铁尾矿利用现状_二_.pdf

SerialNo . 490 February . 2010 现 代 矿 业 MORDEN M I N I NG 总第 490期 2010年 2月第 2期 * 基金项目 教育部博士点基金新教师课题 20070497048 罗立群 1968- , 男, 博士, 高级工程师, 430070湖北省武汉市。 低贫磁铁矿选矿技术与选铁尾矿利用现状 * 二 罗立群 刘林法 王 韬 武汉理工大学资源与环境工程学院; 矿物资源加工与环境湖北省重点实验室 摘 要 介绍了低贫磁铁矿采用碎矿多段抛尾、 多段磨矿多段磁选或磁选 浮选联合处理得到 合格铁精矿的基本工艺流程和设备, 叙述了采用自磨与半自磨、 高压辊磨机等技术和设备处理低贫 磁铁矿石, 可有效降低选矿生产成本, 提高经济效益的技术特征。简要阐述了低贫磁铁矿的选铁尾 矿用作生产建材、 微晶玻璃、 污水处理等的材料, 以及在土壤改良、 土地复垦等方面的综合利用情 况, 指出了在开发低贫磁铁矿资源过程中产生的不容忽视的环境问题。 关键词 低贫磁铁矿; 选矿工艺; 选矿设备; 尾矿利用 中图分类号 TD923 文献标识码 A 文章编号 16746082 2010 02 0011 05 M ineral Processing Technologies of LeanM agnetite and Comprehensive Utilization of Iron Tailings Luo Liqun L iu Linfa Wang Tao School ofResources and EnvironmentalEngineering , WuhanUniversity ofTechnology; 2 . Hubei ProvinceKey La boratory ofM ineral Processing M ineral processing technique ; Ore beneficiation equip m en; t Utilization of tailing 3 低贫磁铁矿的尾矿综合利用 冶金矿山每生产 1t铁精矿, 将产生 3 . 5t以上的 尾矿废弃物。铁尾矿根据其硅、 铝、 钙、 镁的含量 [ 16] 可分为 高硅鞍山型铁尾矿; 高铝马钢型铁尾 矿; 高钙、 镁邯郸型铁尾矿; ∀低硅、 钙、 镁、 铝酒钢 型铁尾矿。其相 同点是化学成 分主要是 SiO2、 A l2O3、 CaO、 MgO等。 铁尾矿目前大多采用尾矿库集中堆放方式, 不 但占用大量土地, 对周围环境也有一定影响。将这 些铁尾矿综合利用, 变废为宝, 并最终完全利用是广 大科技工作者多年为之奋斗的目标。近年来, 随着 保护矿产资源及环境意识的不断增强, 我国铁尾矿 综合利用工作已取得了长足的进步, 将选铁尾矿用 作建筑材料、 污水处理、 生产微晶玻璃、 回收有价金 属与非金属元素、 磁化尾矿作土壤改良剂等方面, 已 取得了一些实用性成果。 3 . 1 用作建筑材料 我国铁尾矿化学成分接近建筑用陶瓷材料、 玻 璃、 砖瓦等所需要的成分, 为用尾矿生产建筑材料创 造了条件 [ 17]。 3 . 1 . 1 尾矿用作铺路、 建筑用砂及水泥材料 尾矿用作铺路材料、 建筑用砂及水泥骨料等最 基本的建筑材料, 对化学成分没有严格要求, 只要求 材料有一定的硬度和粒度, 一般用量较大, 价格较 低, 且无需再加工。 11 把铁尾矿用于筑路, 一则可以大量消耗铁尾矿, 为现有尾矿库腾出库容, 减少对周围环境的污染和 少征用土地; 二则可以降低公路工程造价, 实现其自 身价值; 三则可以大量减少河砂和土石方的消耗量, 避免破坏土地和环境。把选矿过程中抛出的废石、 磁选过程中产生的尾矿直接作为建材产品的有马钢 姑山铁矿、 上海梅山铁矿、 江苏吉山铁矿、 首钢大石 河铁矿等矿山 [ 18]。这些矿山都结合自身选矿工艺、 当地资源情况开展了这项工作, 取得了一定的经济 效益。 七五 ∃期间, 马鞍山矿山院利用鞍山式细尾 矿作路基材料, 达到了二级公路的强度要求。马钢 姑山铁矿 [ 19]把 12 4mm 粗尾矿外销, 用于民用和 工业建设用混凝土及井巷支护混凝土的骨料, 把 - 0 . 5mm细尾矿砂用来代替黄沙, 以上两项年销售 收入达 115万元以上。 尾矿用于生产水泥有两种方法 利用尾矿中 含铁量高的特点, 以尾矿代替水泥配方中的铁粉, 在 这种情况下, 尾矿在水泥原料配方中的用量小于 5 , 消耗尾矿的量不大; 用尾矿代替水泥原料的 主要成分, 一般尾矿成分不会完全符合水泥配方, 往 往需要另外配入一些成分才能符合生产水泥的要 求, 这种情况下, 尾矿消耗量大。马钢桃冲铁矿水泥 厂 [ 20]用含铁尾矿代替铁精粉生产水泥, 每年可节约 用于购买铁粉的资金约 36万元。唐山市协兴水泥 有限公司研制出的利用铁尾矿和尾矿砂生产水 泥 [ 17]熟料技术, 已申请注册国家专利。辽宁工源水 泥集团采用适当的措施, 在新型干法水泥生产线上 用铁尾矿替代传统的硅质、 铁质材料, 生产熟料较 好, 可以稳定生产普通 52 . 5级高标号水泥。余春刚 等 [ 21]利用南京梅山矿业有限公司综合铁尾矿代替 铁粉配制水泥生料, 在相同率值条件下, 综合铁尾矿 配制的生料易烧性好, 可降低熟料烧成温度约 30 , 烧成的熟料性能优于铁粉配料。 3 . 1 . 2 尾矿用于生产墙体材料 随着工业化程度的提高, 各种工业废渣日益增 多, 我国除了应用粉煤灰、 煤矸石等研制生产墙体材 料外, 在利用铁矿尾矿研制生产墙体材料方面也做 了大量工作, 各矿山都把研制生产墙体材料作为尾 矿利用的主要方面之一。 梅山铁矿 [ 22] 利用细粒尾矿 - 0 . 074mm 占 76. 2 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 掺 量为 10 。制成的尾矿砖呈铁红色, 无开裂变形 等现象, 其抗压强度达到 5 . 88 6 . 87 MPa 。利用尾 矿和粘土混合制成的砖, 尾矿掺入量达 50 , 该砖 抗压强度达 6 . 87 7 . 85 MPa, 均超过了普通粘土砖 的指标。姚树刚等利用鞍山地区的铁尾矿, 以石灰 为固化剂、 水泥为粘结剂、 石膏为激发剂、 并加入适 量粉煤灰, 经反复研究试验, 制成了免烧免蒸免压 砖。鞍钢大孤山选矿厂较早就以铁尾矿为主加入适 量的 CaO活性材料, 经一定的工艺制得尾矿砖。姚 树刚等人利用鞍山地区的铁尾矿制成的三免尾矿 砖, 其各项性能符合 JC15375 MU10标准要求。鞍 钢房产建材公司利用铁尾矿粉配以其它材料, 经过 其它工艺后制成了四渣砖, 在工程应用中效果良好。 马鞍山矿山研究院 [ 23]利用齐大山铁矿和歪头山铁 矿的细粒尾矿, 加入少量的无机胶凝材料、 普通硅酸 盐水泥、 白色硅酸盐水泥和适量的水, 经均匀混合、 搅拌后, 采用二层做法 基层、 面层 加工成装饰面 砖, 其抗压强度平均为 19 . 6 MPa , 抗折强度为 5 . 0 MPa , 耐碱性、 耐腐蚀性均较强。何廷树 [ 24] 等以陕 西某铁尾矿为主要原料, 添加少量水泥及适量当地 河砂, 制备了抗压强度达到 16 . 4 MPa的铁尾矿免烧 砖, 其各项性能指标符合 JC /T 422 2007 烧结法 直接 生产工艺流程 配 合料制备 粉磨混合 成型烧结 晶化 冷加工 检验 制 品。 国外矿渣微晶玻璃的开发应用研究早在 20世 纪 20年代就已开始, 20世纪 50 60年代以来, 欧 洲及美、 日、 苏等国成功地实现了矿渣在玻璃工业中 12 总第 490期 现代矿业 2010年 2月第 2期 的应用。我国在这方面的研究工作尽管已有 20 30年, 目前研究成功矿渣微晶玻璃并已建厂的单位 有中国建材工业研究院、 清华大学、 武汉理工大学 等, 生产企业有天津标准国际建材工业公司、 广东茂 名中辰建材工业有限公司等。 很多学者在利用选铁尾矿制作微晶玻璃方面做 了大量的研究工作。郭明彬 [ 25] 曾以攀钢铁尾矿和 当地的河砂、 石灰为原料, 用淬粒工艺, 制备出 15块 5种不同颜色、 规格为 10mm 10mm 的微晶玻璃, 并确定了 5种微晶玻璃的配方及不同配方的最高晶 化温度和保温时间等工艺参数。张锦瑞等 [ 26]用唐 山地区铁尾矿, 采用烧结法 工艺流程为配料 混匀 熔制 水淬 干燥 过筛 铺料 晶化 抛磨 切割 成品 , 成功制取出微晶玻璃。曲国庆等 [ 27] 以本溪歪头山 铁尾矿和碎玻璃为原料, 用 Cr2O3和 T i O2作为复合 晶核剂, 制得表面微晶玉石。于洪浩等 [ 28]以鞍山铁 尾矿为主要原料, 在 1 400 制备出了主晶相为 BaFe12O19的 BaO Fe2O3SiO2系微晶玻璃。史培阳 等人 [ 29] 用鞍 山齐 大山 铁 尾矿 60 、 粉 煤灰 30 和硼泥 10 为原料, 用烧结法制取了主晶 相为钙铁辉石的微晶玻璃。 利用尾矿废渣制备微晶玻璃, 可以开发出高性 能、 低成本的高档建筑装饰或工业用耐磨损耐腐蚀 材料, 使尾矿资源得到了充分利用, 有利于环境保 护, 又提高了材料的技术含量和附加值。因此, 铁尾 矿微晶玻璃将成为 21世纪的绿色环境材料, 并将获 得广泛应用。 3 . 3 用于污水处理 磁铁矿作为载体应用于三相流化床用来处理污 水有四大优势 磁铁矿粒度小、 比表面积大, 因而 能够提供较大的生物密度, 有利于废水的降解处理; 通过外加磁场可以控制载体的运动, 使其不易流 失, 不需要经常性补给; 载体本身具有磁性, 可以 通过磁选机快速有效地实现泥水分离, 同时便于脱 膜和再生; ∀磁铁矿资源丰富, 价廉易得。 有研究表明, 可将贫磁铁矿尾矿用于污水处理。 铁尾矿因为是石英与磁铁矿的共生体, 尾矿的密度 与磁铁矿相比大大降低, 一般小于 3 . 0g /cm 3, 应用 在废水处理中, 比磁铁矿更加易于流化, 且仍然具有 磁性。与包覆过的磁铁矿相比, 其来源更加广泛, 成 本更低, 可达到变废为宝的目的。 北京科技大学刘宏等人 [ 30]将铁尾矿经磁选后 筛分, 选取筛分后 0 . 076 0 . 315mm 粒级作为载体 添加到普通曝气池模型中, 对 COD为 400mg /L的 模拟生活污水进行处理。试验结果表明, 在相同的 条件下, 将铁尾矿作为载体添加到普通活性污泥的 曝气池中, 在相同的停留时间下, COD去除率显著 提高。处理后的载体经磁选回收可重复利用。可 见, 采用铁尾矿作为载体对生活污水进行处理, 可以 缩短水流停留时间, 增大单位时间里的污水处理量, 并可采用磁选的方式对载体进行回收, 简单方便, 具 有工业应用前景。 铁尾矿还可用于制取复合絮凝剂处理废水。杨 明平等人 [ 31]用湘潭合力焦化有限公司的某铁矿尾 矿和盐酸酸洗废液为原料, 制备出了高效复合型 PSPFC絮凝剂, 将该絮凝剂用于湘潭某制革厂废水 处理的实验表明, 可有效去除制革厂废水中的 COD 和色度。 随着我国城市化进程的加快, 城市污水处理的 任务日益繁重。将铁尾矿作为载体应用于废水处理 中, 一可以解决越来越多的尾矿堆积问题, 实现了变 废为宝; 二为废水处理提供了一种粒度小、 比表面积 大、 不易流失、 方便回收及廉价易得的载体, 应用于 污水处理中可以提高单位时间内废水的处理量, 满 足污水处理的需要。 3 . 4 尾矿再选及其有价成分的回收 一些国家在铁尾矿再选与有价元素的综合回收 方面成就突出。美国、 前苏联等国家在铁选厂的尾 矿中回收有价金属均取得了显著成绩。自 20世纪 80年代末、 90年代初以来, 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。大弧山选矿厂尾矿再 选 [ 32]在厂区有 3个选矿点, 基本工艺是圆盘式磁选 机粗选, 粗精矿再磨后经脱水槽、 磁选机、 细筛再选, 每年可回收品位在 60 左右铁精矿 8万 , t 尾矿再 选工艺流程见图 2 。 图 2 大弧山选矿厂尾矿再选工艺流程 齐大山选矿厂尾矿回收厂点有 6家, 都是在总 尾矿管道下部旁接支管截流进行回收再选。选别工 艺为三段螺旋溜槽, 每年可回收品位在 55 61 13 罗立群 刘林法等 低贫磁铁矿选矿技术与选铁尾矿利用现状 * 二 2010年 2月第 2期 的铁精矿 8万 t 。 我国目前从尾矿中回收有价成分基本上仍停留 在回收金属组分阶段, 对占尾矿乃至 95 以上的非 金属组分极少开发利用。部分选矿厂对尾矿中的贵 金属组分进行了再选回收。许多学者在回收尾矿中 的有价组分方面做了相当多的试验研究, 为综合利 用尾矿资源, 提高选矿厂经济效益, 提供了理论支 持。 方军等人 [ 33] 探讨了从包钢选矿厂磁铁矿尾矿 中回收稀土。包钢选矿厂磁铁矿系列弱磁尾矿中稀 土含量 6. 5 左右, 其回收稀土的工业试验结果表 明 经一次粗 选、 二次 精选, 可 获稀土精矿品位 52, 若增加一次精选, 可生产稀土精矿品位 60 。 张贵忠 [ 34]对鲁中冶金矿业集团公司含铜和钴 的磁铁矿石进行了以回收钴金属为目的的试验研 究。结果表明, 原矿中的硫化钴通过再磨混浮分离 选别试验得到合格的钴精矿, 依此增设铜钴分离作 业, 经济效益可观。 龙运波等人 [ 35] 对攀西某低品位钒钛磁铁矿的 选铁尾矿做了综合回收钛的试验研究。结果表明 对含 T i O2为 5 . 25 、 钛铁矿 9 . 77 的选铁尾矿进 行一次强磁预选, 强磁精矿经浮选除硫, 通过一粗一 扫三精、 中矿循序返回的闭路浮选工艺, 可获得产率 3 . 94 相对于选铁尾矿 、 含 T i O2为 48 . 01 的钛 精矿产品, 对选铁尾矿的 T iO2回收率为 36 . 40 。 3 . 5 尾矿用作土壤改良剂及微量元素肥料 选铁尾矿的特点是除含有一定的铁元素以外, 尾矿中往往含有 Zn 、 Mn、 Cu 、 Mo、 V、 B、 Fe 、 P 等微量 元素, 这正是维持植物生长和发育的必需元素。马 鞍山矿山研究院进行了利用磁化铁尾矿作为土壤改 良剂 [ 36]的研究工作, 用特定设计的磁化机对磁选厂 铁尾矿进行磁化处理, 生产出磁化尾矿施入土壤。 田间小区试验和大田示范试验表明, 土壤中施入磁 化尾矿后, 农作物增产效果十分显著, 早稻平均增产 12. 63 , 中稻平均增产 11 . 06 , 大豆增产 15 . 5 。 3 . 6 利用铁尾矿复垦植被 1988年 11月, 国务院颁布了 加强资源整合; 严格执行环境影响评价制度; 采 取更加有效的污染防治措施; 加强废石和尾矿的综 合利用; 适度征收环境税, 从多方面降低和杜绝开发 低贫磁铁矿资源可能引发的环境问题。 5 结 论 1由于我国经济建设的需要, 对低贫磁铁矿 的开发具有必要性和可行性。低贫磁铁矿经过粗选 抛尾后, 可大大减少后续作业的负荷。后续处理工 艺一般为多段磨矿、 多段磁选、 磁选 浮选 反浮选 联合流程等, 经过系统分选后, 可得到合格铁精矿。 2针对低贫磁铁矿的特性, 有必要对传统选 矿主体设备实施大型化、 高效化、 节能化升级; 应用 自磨机和半自磨技术与装备, 提高设备的处理能力、 降低单耗; 积极采用高压辊磨机, 提高入磨产品细 度, 实现 多碎少磨 ∃, 简化碎磨流程, 节约生产成本 是其重要的发展方向。对低贫磁铁矿的开发, 能实 现显著提高选矿厂的生产效率, 促进金属矿山选矿 技术的发展。 3积极开展对选铁尾矿, 特别是低贫磁铁矿 尾矿的综合利用, 正确对待开发贫磁铁矿资源引发 的生态环境问题。其综合利用方向除用于制作建筑 材料、 微晶玻璃、 环保材料和再选回收有价组分以 外, 应根据其尾矿组分与磁性特点, 重视选铁尾矿用 作土壤改良剂、 复垦植被、 植树造林的功效, 不但可 以减少对生态环境的污染破坏, 而且可提高选矿厂 的综合经济效益, 营造秀美的大好河山。 参 考 文 献 [ 1] 王世军. 承德超贫磁铁矿的开发与评价 [ J]. 资源 产业, 14 总第 490期 现代矿业 2010年 2月第 2期 2004 , 5 14 16 . 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