本文在逻辑上主要分为四个部分:
第一部分是问题的提出,包括研究背景、研究问题及其目的和意义、国内外研究现状、研究思路和方法以及主要技术路线。 第二部分是问题的分析及解决,调查研究铁尾矿开发利用现状,找出存在的问题,应用相关的基本理论分析并建立模型,通过对铁尾矿基本状态分析、铁尾矿砂浆试验研究,运用低碳技术和碳排量估算方法分析铁尾矿建筑再生利用的技术可行性、经济可行性及环保可行性。 第三部分是建立评价指标体系,结合评价体系研究与应用现状、评价体系构建原则建立评价指标体系,再利用物元可拓模型和 CCM 法对铁尾矿在建筑领域再生利用的效果和适用性进行评价。 第四部分是政策建议,通过分析铁尾矿砂土木工程建造领域再生利用在政府及市场化监管模式下参与各方之间的利益权衡,对其提出在建筑领域再生利用推广工作的政策建议。
2.铁尾矿砂概述 2.1铁尾矿砂
在特殊的技术条件下,选矿厂可以根据制砂设备以及制砂机,从而充分合理的运用尾矿。而在矿石进行磨细的过程中,选取有用材料之后会排放一些的固体废弃物,此也是在矿业开发过程中,尤其是在金属矿开发阶段,影响环境的最主要因素。如果随意放置尾矿,除了会占用大量的土地资源,并且还会危及到周围生态环境,此外还需要投入大量的维护和处理成本。在综合回收和利用尾矿资源之后,一方面能够实现矿产资源的最大化利用,使矿产资源利用范围实现扩展,使矿山服务时间得到延伸,同时也有效的治理和保护了生态环境;另一方面还可以实现土地资源和资金成本的有效节约,有利于解决社会就业问题,对于人类社会的发展具有重要意义,同时还可以有机结合了社会效益、资源效益、生态效益以及经济效益。随着多年的分析和研发,尾矿可以在多个领域中进行运用,比如说建筑材料或者生产机制砂等等。
可以根据单金属类铁尾矿存在的主要元素,对单金属类铁尾矿进行分类,同时还可以便于其利用途径的选择。通常情况下,可以将单金属类铁尾矿分为下面四种类型:第一、鞍山高硅型铁尾矿。鞍山高硅型铁尾矿是所有铁尾矿类型中数量最多的种类,含有较高含量的硅元素,SiO2含量可以高达75%,并且不存在伴
生元素,颗粒粒度平均在0.04~0.2mm范围内。在我国,很多选矿厂均属于此类矿厂,比如说唐钢石人沟、鞍钢东鞍山、本钢南芬、首钢大石河、齐大山、太钢峨口、歪头山等等。第二、马钢高铝型铁尾矿,马钢高铝型铁尾矿年排出量较低,一般在我国长江中下游的宁芜一带分布,比如说有黄梅山铁矿、马钢姑山等等选矿厂。马钢高铝型铁尾矿具有较高含量的Al2O3,绝大多数的尾矿不存在其他组分或者元素,少量尾矿存有P和S元素,颗粒粒度平均在0.047mm左右。第三、邯邢高钙镁型铁尾矿,邯邢高钙镁型铁尾矿主要分布在我国的邯邢地区,比如说王家子、玉泉岭、玉石洼、符山等等选矿厂,此类铁尾矿存在着微量的 Cu、As、Zn、Ag、Zn元素,并且还有少量的S和Co元素。对于0.047mm的粒级,含量在50%~70%范围内。第四、低钙、镁、铝、硅酒钢型铁尾矿,在此类铁尾矿中,含量大量的非金属矿物,比如说碧玉、重晶石,并且还有一些Cu、Ni、Ga以及Co元素等等,含有70%左右的0.047mm粒度尾矿。
在我国长江中下游的武钢地区、以及内蒙古包头地区,含量大量的多金属类铁尾矿。多金属类铁尾矿中的矿物成分比较复杂,并伴随有大量的其他元素。不仅具有大量的有色金属,还存在一些贵金属、稀土元素、以及稀有金属等等。比如说大冶型铁尾矿,不仅具有较高含量的铁元素,并且还有一些Se、Ni、Cu、Co、Ag等元素;在攀钢型铁尾矿中,不均具有大量的Ti元素和V元素,并且还有一些Ga、Ni、Co等可以回收的元素;在白云鄂博型铁尾矿中,存在8.6%的稀土矿物、15.0%的萤石、以及22.9%的铁矿物。其主要用途包括以下内容:
(1)铁元素的回收
现阶段,铁精矿供不应求,所以市场价格比较高,随着选矿技术的不断发展和完善,在一定程度上解决了铁尾矿的利用率,一些以往由于技术条件的影响而难以使用的铁尾矿,可以重新进行使用。我国铁矿资源,可以分为赤铁矿和磁铁矿两种类型。相比较而言,磁铁矿比赤铁矿更加具有可选性,回收率以及精矿品味也远远高于赤铁矿。现阶段,绝大多数的铁尾矿再选研究,多数关注于磁铁矿尾矿方面,回收也集中选取铁尾矿中的磁性铁。
(2)尾矿中其他有价元素的回收
在我国现阶段所堆放的铁尾矿中,多金属尾矿占据主要组成部分,此种类型的矿物成本比较复杂,还具有一些半生元素,不仅包括有色金属矿物,还存在一些非
金属矿物,通过再选,可以回收再利用有价值的元素。
(3)回填采空区域
由于开采而在矿山中形成的采空区,可以利用尾矿进行回填,此种方式可以有效的降低矿山生产、以及填充所需成本,一方面有效解决了土地资源被占用情况,另一方面妥善了缓解环境污染问题,防止出现矿山地表塌陷的现象。对于选铁尾矿,可以当做胶接填充料的骨料,在水泥固化之后形成井下填料,以此回填采空区域。
(4)作为建筑材料和生产原料
铁尾矿作为建筑材料和生产材料,可以包括下面几种形式:第一、铁尾矿用于修筑路基以及混凝土骨料。通常情况下,铁尾矿具有粒径教微细的特点,如果将其替换级配碎石作为路基,可以直接进行使用,不需要再次加工,不仅能够节省施工资金,并且还可以提高铁尾矿的利用率,进一步创造社会经济效益,此种方式比较值得推广和应用。第二、制砖材料以及水泥制造业的铁质原料。就现阶段来讲,我国依旧采用黏土烧结砖作为墙体建筑的材料,但是黏土容易对环境造成破坏,并且会影响到大量的耕田,所以受到国家的相关限制。但是,细粒尾矿中的SiO2含量较大,属于非常优质的生产建筑用砖材料,具有良好的应用价值。第三、微晶玻璃、陶瓷以及耐火材料的生产原料。由于玻璃主要是由氧化钙、氧化钠、以及二氧化硅所组成,并且在实际生产中,需要使用石灰石、长石、纯碱以及石英砂等原料实施生产。如果才选取的化工原料纯度较高,所需要的生产成本也比较高。而铁尾矿中具有较高成分的钠、钾、硅等元素,可以在玻璃生产阶段充分使用铁尾矿。如果在生产玻璃阶段加入晶核剂,那么可以获取微晶玻璃。
(5)其他用途
第一、城市污水处理。铁尾矿中的一些化学元素,能够吸附以此降低水中的氮和磷元素,以此实现净化水质的目的,增强水中微生物的活性,有效分解水中有害物质。第二、改良土质。铁尾矿中存在非常多的微量元素,利用其能够有效改善土壤中的微量元素肥料,不仅可以促进农作物生长,并且可以为铁尾矿的利用开辟全新的方式,以此获取经济效益。第三、非金属矿产。在铁尾矿中,含有多种多样的费均属矿物,比如说高岭土、石英、蛇纹石、长石以及白云石等等,非常具有应用价值,有必要对此进行回收利用。
2.2我国铁尾矿应用现状分析
矿产资源对于人类社会的发展具有至关重要的影响,具有关键的利用价值,属于比较稀缺的自然资源。开发和利用矿产资源,是人类发展必不可少的自然自然。我国矿产资源较为丰富,现阶段,我国已经发现的资源储量总量,已经位于世界前列,但是受到人口数量众多的影响,我国人均占有量低于世界平均水平。铁矿资源不属于再生性的自然资源,属于非常重要的工钢铁工业原料。通过相关资料发现,全世界的铁矿资源储量,大约在8 000~15 000 亿吨左右,可以充分满足人类社会的发展。在20世纪,相关研究学者经过多年研究,发现了前寒武纪的沉积变质为铁矿,其数量众多,能够占据全球铁矿总产量的90%左右,仅仅是富铁矿就占到 70&以上,可以说此项发现,具有铁矿资源探测的里程碑式的意义,并且对于经济的发展具有深远的现实意义。在21世纪,全球范围内的钢铁产量增加,仅仅在2002年就生产粗钢9亿吨,铁矿石更是达到了12亿吨左右;在2003年年度,世界矿产资源探明,全球铁矿金属总储量在700亿吨左右,中国总储量大约在70亿吨。
最近几年,我国经济取得了高速的发展,我国城市化和工业化进展不断提升的步伐,总而也增加了资源消耗量的数量和速度,由于资源的利用和开采,从而引发了一系列的环境污染问题。并且逐渐提升了资源进口数量,从而导致资源供应方面出现了较为严峻的安全问题。由于任意、不知节制的开采和使用矿产资源,导致很多矿产资源面临着枯竭的情况,我国工业发展,将会受到环境问题以及资源问题的影响。因此,必须对矿产资源提升利用率,加强循环使用,是实现矿产资源可持续性发展的必经之路。在铁矿的开采和使用方面,所产生的铁尾矿尚没有得到妥善处理,由于随意排放严重污染了生态环境,并且导致铁矿资源的大量损失。
铁尾矿指的是,在特定的工艺、以及经济技术的支持下,选矿厂利用磨粉机和破碎机,磨碎矿石,并且对有用组分进行挑选,对无用的组分进行排放,也就是铁矿属于精矿选取之后的固体废弃物。铁尾矿属于一种复合矿物原料,并且还包含一些有用金属,以及一些矿物组分,比如说长石、石英、角闪石、以及其蚀变矿物等等。我国铁矿资源嵌布粒度相对较细,通常情况下,利用破碎机以及磨
粉机进行二段磨矿,特殊情况下,还需要采取三段磨矿,以此进行选择。因此,不包括已经提起啊你挑选出的粗粒尾矿,绝大数数的尾矿均属于通过选矿出的、粒度较细的尾矿,一般情况下,其粒度小于0.047mm,含量大约在50%-70%左右。可以说,铁尾矿属于一种工业排放的废渣,但是由于其本身具有数量大、成本低、粒度细、粒度差异性较大、以及可以回收利用等特点,并且具有较低的附加值,所以在回收和利用尾矿时,难度较大。但是需要注意的是,由于铁尾矿的任意排放,已经严重污染生态环境,不仅对区域经济起到一定的限制作用,并且已经威胁到人类的发展和生存。通过对相关数据的调查和分析,全球范围内的尾矿以及废石排放量,每年几乎有100亿吨以上。我国差不多有12万吨矿山,每年的尾矿排放量大约在5亿吨以上,而常年累积堆放的尾矿量,又大约在50亿吨左右。现阶段,在大宗工业固体废弃物综合利用率方面,我国已经提升到60%左右,但是金属尾矿的综合利用率还不够理想,仅仅在7%左右。相比较粉煤灰,铁尾矿具有较大难度的综合利用技术,并且同其他工业固体废弃物相比较,利用进度也远远落后。当今时期,铁尾矿已经成为我国综合利用效率最低、产量最多的工业固体废弃物。具体的铁尾砂如同图1所示。
图1 铁尾砂矿
随着我国科学技术的不断完善和发展,在经过科研人员的不断研究和实践,铁尾矿的研发取得了一定的成效:首先,总体来讲,尾矿粒径具有偏细的特点,同特制的人工砂相比较,两者之间具有一定的相似性。所以,需要对此种特点提高重视程度,可以在建筑领域中生产此类产品和材料,比如说自流平砂浆、抹面砂浆、普通建筑用砂浆、粘结砂浆。以及瓷砖胶粘剂等。由于无节制的采石开山,一方面对自然资源造成的一定损耗,同时在开山采石制砂的过程中,还会严重破坏当地区的山体情况和自然植被,伴随产生的粉尘还会对生态环境造成污染,严