钒钛磁铁矿尾矿变废为宝及其效用分析

钒钛磁铁矿尾矿变废为宝及其效用分析

李大平

攀枝花钢城集团瑞矿工业有限公司   四川攀枝花  617000

摘要

钒钛磁铁矿尾矿是钒钛磁铁矿采用重选、磁选或浮选等选矿方法选别后排入尾矿库中的尾矿。此尾矿不仅含有未被回收的铁、钛和钒等元素，而且还含有钴、镓和钪等稀散和稀有元素，综合利用价值高。但由于现有的选矿技术、设备以及尾矿“物性”的制约，使我国钒钛磁铁矿尾矿还未得到有效利用，大量堆积在尾矿库中。这些尾矿一但排入尾矿库中，短期再次利用的机会较小。有研究表明钒钛磁铁矿尾矿中有害金属元素会从尾矿坝向下游土壤发生迁移，造成对下游土壤的污染，进而对周围生态环境和居民的生活造成危害；大量尾矿的堆积还会对选矿厂造成严重的经济负担；同时尾矿库还是重要的危险源，因此钒钛磁铁矿尾矿变废为宝意义重大。

关键词：钒钛磁铁矿；金属元素；尾矿；资源化利用

1 有价金属的回收

钒钛磁铁矿尾矿作为一种典型的多金属尾矿，具有较高的经济价值，根据各有价金属在尾矿中的赋存状态与物理性质，可采用物理选矿、化学选矿和联合选矿等方法实现回收利用。提取有价金属之后的钒钛磁铁矿尾矿可用于生产建筑或其他行业的材料，进一步提高该尾矿的价值。

1.1铁元素的回收

钒钛磁铁矿尾矿中的铁元素主要赋存于钛磁铁矿、钛铁矿、攀钛透辉石和角闪石中，其中钛磁铁矿是回收铁元素的主要载体矿物，钛磁铁矿具有强磁性，可采用弱磁选进行分选。于元进等人首次采用ZCLA磁选机对某钒钛磁铁矿尾矿进行预先抛尾，对抛尾后的精矿采用湿式弱磁选，最终得到TFe品位为56.90%的合格铁精矿。扈维明等人分析发现，太和矿区钒钛磁铁矿尾矿中含有较高的磁性铁，采用湿式弱磁选选铁，最终得到TFe品位为38.96%、TFe回收率为37.11%的高铁粗精矿，可将该铁粗精矿返回生产流程，以降低生产成本。

1.2钛元素的回收

钛具有良好的物理化学性质，被广泛应用于航空航天行业，有“太空金属”之称。钒钛磁铁矿尾矿中主要含钛矿物为钛铁矿，钛铁矿是弱磁性矿物，相对于脉石矿物具有较大密度和表面性质差异，可采用浮选、重选和磁选等方法进行分选。

1.3钒元素的回收

钒是工生生产中极其重要的一种金属元素，被称为“工业的味精”，广泛应用于钢铁工业、化工工业和有色金属工业。钒钛磁铁矿矿石是提取钒的重要来源之一，而钒钛磁铁矿在分选时有一部分钒会随脉石矿物进入尾矿，如不回收利用，将造成资源的浪费。闵世俊对钒钛磁铁矿尾矿提钒分别进行了焙烧和浸出工艺研究，结果表明，在确定最佳工艺条件的情况下，通过“钙化焙烧-酸浸提钒”工艺可得到经济效益可观的钒精矿，并且该工艺流程对尾矿中钛造成的损失较少，对钒钛磁铁矿尾矿的综合利用具有重要意义。

1.4其它元素的回收

除铁、钛和钒等主要金属元素以外，钒钛磁铁矿尾矿还含有镓、镍、钴和钪等稀散、稀有金属元素，大量尾矿的堆积可能会导致这些金属浸出到土壤中，污染地下水。如果这些稀散金属元素得以回收利用，不仅能提高钒钛磁铁矿尾矿的经济价值，还能减少尾矿堆存对环境的危害。

2 尾矿整体化利用

钒钛磁铁矿尾矿的整体化利用即全组分利用，可分为不提取有价元素直接将尾矿制备建筑材料、陶瓷和瓷砖等，或先提取尾矿中有价元素再制备合适的材料两种方式。

2.1建筑材料

钒钛磁铁矿尾矿中含有大量Si02、Al203和Ca0等化学成分，能提供水泥和混凝土等建筑材料所需的硅铝质成分。目前建筑材料市场需求量大，如能使钒钛磁铁矿尾矿用作建筑材料原料，将有效减少该尾矿堆存量，是目前整体利用研究的重要方向。

2.1.1水泥掺合料

已有相关研究表明，铁尾矿是制备普通硅酸盐水泥熟料的优质原料。由于钒钛磁铁矿尾矿反应活性较低，因此该尾矿需先活化再用作制备水泥的原料，活化的方式有机械活化和化学活化。刘海军等人研究发现，机械活化法应用于该尾矿效果更加明显，再将一定比例机械活化后的尾矿掺入到水泥砂浆中，生产出性能达到GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》中42.5R标准的复合硅酸盐水泥。

2.1.2混凝土

国内已有一些学者论证了铁尾矿作为混凝土掺合料的可行性。王修贵等人对钒钛磁铁矿尾矿制备高强度混凝土进行了研究，掺入适量的尾矿、减水剂、石膏、高炉渣与水泥，尾矿粒度-0.074mm为80.44%时，获得28 d抗压强度达90.2MPa的高强度混凝土。石磊等人研究了钒钛磁铁矿尾矿对加气混凝土切块的影响，将尾矿与水泥、石灰和石膏以适当比例混合，制备出综合性能满足GB11968-2006标准中A4.5等级的加气混凝土砌块，并且通过XRD衍射和电子扫描电镜分析发现，适量尾矿的加入能增加成品的强度，使制品具有更佳的吸水率和耐水性。李胜等人以同体积的钒钛磁铁矿尾矿微粉代替粉煤灰，制出多种性能都得到提升的C30/35C自密实混凝土，且利用尾矿代替粉煤灰既可减少自密实混凝土的成本，又使尾矿有效得到资源化利用，是一种比较有前景的方法。

2.2泡沫陶瓷

泡沫陶瓷具有低密度、高孔隙率等优异的性能，在如今海绵城市的建设中得到广泛的应用，具有极好的市场前景。利用钒钛磁铁矿尾矿中含有硅和铝等元素的特点，可考虑将钒钛磁铁矿尾矿作为硅铝质原料与其它材料混合制备泡沫陶瓷，既实现尾矿的利用，又能降低泡沫陶瓷生产的成本，已是如今研究的一个热点。    

2.3尾矿瓷砖

国内许多学者对工业固体废弃物用作烧制瓷砖的原料做了大量的研究，并取得了较好的研究成果。尽管已有前人对铁尾矿制作瓷砖做出了相应研究，但利用钒钛磁铁矿尾矿制作瓷砖的研究还比较少，李华彬等人以攀钢钒钛磁铁矿尾矿为主要原料，与红格黏土、河南黏土和峨眉长石按一定比例混合，成功研制出性能达到或超过EN176 - 91标准的优质尾矿瓷质砖，为钒钛磁铁矿尾矿的利用新开辟了一条利用之路。

2.4综合利用

陈城对某钒钛磁铁矿尾矿先进行“磁选—浮选”联合分选工艺，得到TFe品位和回收率分别为52.17%和40.00%的铁精矿与Ti02品位和回收率分别为44.17%和62.78%的钛精矿。再选尾矿被分为+0.075mm的粗粒尾矿和-0.075mm的细粒尾矿，粗粒级尾矿被用于建筑用砂，细粒尾矿被用于制作多孔陶瓷。

综合利用可最大化实现尾矿价值，既使尾矿中有价金属得到回收利用，又使尾矿得到整体利用，是今后尾矿利用研究的一个重要方向。

结束语

我国钒钛磁铁矿尾矿综合利用主要分为尾矿再选与整体利用。两种方法都在一定程度上解决了钒钛磁铁矿尾矿所带来的环境污染与经济损失等问题，但尾矿再选会再次产生尾矿，而整体利用的产品往往附加价值不高，只使用其中一种方式很难有效解决尾矿所带来的问题，因此两种利用方式结合的工艺流程将是今后一个比较重要的研究方向。

据相关研究，要实现钒钛磁铁矿尾矿中有用矿物的综合回收，可从以下几个方面人手：

(1)加强对尾矿“物性”的研究。尾矿中含有价元素的矿物与原矿中的矿物性质差异大，要实现尾矿中有价元素的回收，对尾矿“物性”的研究是基础。

(2)加强对联合分选工艺的研究。由于尾矿有用组分间关系复杂，单一选矿工艺难以实现有效分选，因此联合分选工艺将是一个比较有前景的研究方向。

(3)加强对微细粒级有用矿物回收的技术研究以及新设备的开发。传统选矿设备难以实现尾矿中有用组分的分离，要实现尾矿的高效利用，需开发针对微细粒级矿物的选矿技术及新设备。

参考文献

[1]郝斌.承德已探明钒钛磁铁矿资源总量3.57亿t[J].钛工业进展.2010,(5).31.

[2]李春鸥.高收率重力选矿螺旋溜槽 :CN201120215456.1[P].2011-06-23.