铁尾矿排放及综合利用浅析
刘玮S2*******
1)北京科技大学土木与环境工程学院, 北京100083
摘要随着铁矿资源的不断开采利用，作为原铁矿选矿过程中的必然产物———铁尾矿，因其排放量大、利
用率低的特点，已成为世界范围内的主要固体废弃物之一，如何提高铁尾矿的利用率一直是各国学者研究
的重点方向。对国内外铁尾矿的物化特点、排放量、引起的危害、处理途径和综合利用情况做出了综述性
研究，综合国内外对铁尾矿的利用情况，将铁尾矿运用到建筑材料中将会对铁尾矿利用率和建筑成本等起
到重大作用。
关键词铁尾矿；固体废弃物；综合利用；建筑材料
铁尾矿作为将原铁矿石破碎、筛分、研磨、分级、再经重选、浮选或氰化等选别工艺流程，选出有用铁等金属后的剩余部分。铁尾矿虽然是经过多重筛选而剩下的废弃物，但其中仍含有大量有用的成分，过去由于选矿等科技水平的限制，不能充分回收利用和再利用，但是随着科学技术的不断发展和自然资源的紧缺，尾矿本身将会成为重要的二次矿物资源。我国铁尾矿的排放量大而综合利用率低，堆存占用土地，甚至会污染周边环境。
根据《中国环境统计年鉴———2009》统计，全国黑色金属矿采选业2008 年产生工业固体废弃物量为22424万t，其综合利用率仅为25.1%，而尾矿的综合利用率只有7%。尾矿的堆存占用大量土地，截至2007 年全国矿业开发占用和损坏土地面积165.8 万平方米，其中尾矿堆放90.9 万平方米，露天采坑52.2 万平方米，采矿塌陷20.3 万平方米。铁尾矿的大量堆存填埋不仅需要占用大量土地，消耗人力物力财力进行管理，并且部分铁尾矿中含有重金属等有害物质以及细尾矿颗粒引起的扬尘等对地下水资源、周边环境会起到严重的影响。面对国内铁尾矿的排放及影响的严峻情况，可以借鉴国内外对铁尾矿较好的处理方式，以达到提高铁尾矿综合利用率和减小环境影响的目的。国内外对铁尾矿的处理主要通过铁尾矿再选、用于建筑材料的原材料和公路基层填料、水泥生料、制作肥料、矿山堆充、尾矿库的堆存以及对尾矿库复垦和建立生态区等方法。
1 铁尾矿的化学矿物组成
铁尾矿是一种复合矿物原料，是铁矿石经过筛选过精铁矿后剩下的废渣，除了含少量金属外，其主要矿物组成是脉石矿物。通过调查，我国主要铁矿山所排放的铁尾矿和国外铁尾矿的化学组成如表1所示。
表1我国主要铁矿山尾矿和国外铁尾矿化学成分（%）
从表1 中可以看出，国内主要铁矿山的尾矿和国外铁尾矿化学组成相似，主要是：SiO2、
Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO，化学成分的含量随着地区不同有较大差异。其矿物成分主要是石英、赤铁矿、方解石、白云石、长石等，与天然砂的矿物成分相似。
2铁尾矿的危害
铁尾矿由于排放量大而利用率低的现状，带来了大量的尾矿坝等堆场，而尾矿的堆存会带来经营管理费用、坝体堆积过高和尾矿中有害元素的迁移等不利影响，对企业经济效益、周边环境和人民安全带来不同程度的影响。大量尾矿库的经营每年带来大量的管理费用。据统计，我国冶金矿山每吨尾矿需尾矿库基建投资1~3元，生产经营管理费用3~5元。而我国现有尾矿库12718座，已经闭库的尾矿库1024座，截止2007年，全国尾矿总堆积量80.46亿t，其中就有45亿t为铁尾矿，仅2007年全国尾矿排放量近10亿t。照此计算，2007年，铁尾矿全年的营运费用就达15亿元以上。尾矿库坝体高度随着尾矿的大量排放而不断增加，由此带来的不安全隐患也日益增大。
例如：2007年辽宁海城尾矿库溃堤事件、2008年震惊全国的山西襄汾尾矿库溃坝事件等，给人民的生命和财产带来重大的损失。尾矿在受到腐蚀时，以及尾矿中的可迁移元素发生迁移时，将会对大气和水土造成严重污染，并导致土壤退化，植被破坏甚至威胁到人畜的生命安全；而对于一些未复垦的尾矿库，表面的细砂可被风吹到库区周边，严重恶化周边地区生活环境。尾矿中残留的选矿药剂和含有的重金属离子，甚至砷、汞等污染物质，会随尾矿水流入附近河流或渗入地下，严重污染河流及地下水源。我国因尾矿造成的直接污染面积已达百万亩，间接污染土地面积1000余万亩。印度排出的尾矿中大多有1~5g/kg 的有毒物质和重金属离子。在铁尾矿和选矿用的水中已发现不同浓度Cu，Fe，Mn，Zn，Cr，Mo，Ni 和Co 等金属，而且在周边地区的土壤中发现了以上重金属元素。英国的部分地区堆积了大量的18、19和20世纪采矿留下的金属尾矿，这些尾矿从未进行复垦并且都靠近河道。这遗留下的尾矿严重污染了土壤、河道和地下水，在一些地区，采矿所排出的水是主要的河流污染源。
3 国内外铁尾矿情况
3.1 我国铁尾矿排放量及现状
我国铁矿资源丰富，铁矿石年产量已从2003年的2.6亿t 增加到2009年的8.8亿t，年均增长超过20%，目前中国已查明铁矿资源624亿t，未探明资源超过2000亿t。我国铁矿资源的突出特点是贫矿多富矿少，并且矿产资源中80%为共伴生矿，矿业也较国外发达国家起步晚，各地区技术发展不平衡，不同时期的选矿技术差距较大，使得大量有价值资源存留在尾矿中。我国铁尾矿的全铁品位平均为8%~12%，有的甚至高达27%。以当前铁尾矿总堆存量62亿t 计算，尾矿中相当于存有铁6亿t 左右。而且，尾矿中的非金属矿物不但存量巨大，而且有些已经具备高附加值应用的潜在特性。据了解，历年来我国原矿处理量基本上等同于历年铁矿原矿产量。通过推算原理可以确定铁尾矿的产量。
我国原铁矿石产量，从1999 年1.11 亿t 增长到2008 年的3.66 亿t，由世界产量第三上升至第一。按国际平均铁矿品位换算的中国铁矿石年产量只有我国实际原铁矿产量的47%左右。由此可以看出，原铁矿石的巨大产量和较低品位以及快速增长趋势使得我国每年所排放的铁尾矿量将比世界其他国家更多。
3.2 国外铁尾矿情况
随着全球城市化和工业化的快速发展，大量有毒污染物被释放到周围环境中，这些污染物大部分来自世界各地采矿产生的工业废弃物和尾矿。而只要有采矿，就必然会带来尾矿，所以世界上大部分国家都存在尾矿处理这个问题。印度是世界第六大铁矿石储备国，也是重要的铁矿石生产和出口国，印度有大约10%~15%的铁矿石开采后被当做尾矿而未被利用。这些矿石大多是超细粉末，粒径小于150 μm，大约1 000~1 200 万t 这样的矿石被当做尾矿处理，而且在未来十年中，印度铁矿石年总产量有望超过4 亿t，尾矿的总量在持续增长。在17 世纪初到1923 年，日本西南部Chugoku 山脉的铁矿开采十分活跃，由于露天岩石中含铁量很低，所以在采矿中产生了大量松散的废石料。西部的日本冈山平原位于高桥河流的最下游，高桥河的最上游有大量废弃的采矿场。挖出的泥土量至少1.9×108~2.7×108 m3。这些废弃物中的大部分被丢进了高桥河的支流中，被水流带到下游。根据历史记载，日本冈山平原在17 世纪初到19 世纪期间由于潮汐作用向南扩展。同时，河流两岸的堤坝也形成，因为河道立刻固定，大量夹杂在水中的尾矿从上游流下，使河床越来越高，致使当时洪水经常发生。
4 国内外对铁尾矿的综合利用
矿产资源是一种不可再生资源，随着工业的发展，世界各国对矿产的需求也是不断增加，而随着而来的问题是，高品位的原矿石越来越少，所留下的是低品位的原矿石，而低品位的原矿石在选矿中会留下更多的尾矿，这些尾矿的处理，不仅需要大量人力物力财力，更需要一个合理的处理方法。如何最大程度的利用这些尾矿已经成为衡量科学技术水平和经济发大水平的标志之一。为达到无废料矿山的目的，世界各国对尾矿综合利用做出了广泛研究，取得了很大成果。图1为铁尾矿综合利用系统示意图。
