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變廢為寶!礦山廢石和尾礦的45種可能應用途徑!

發布時間:2018-10-23人氣:6

中國是礦產資源大國,伴隨產生的礦山廢石和尾礦量也是巨大的,這些固廢不僅占用大量土地,而且污染土壤及江、河、湖、海等水體,影響農、林、牧、副、漁等生產,甚至影響人類的健康。

礦業對環境的破壞和地球資源的日趨枯竭,致使人們越來越關注礦山固體廢物的處理和資源化。有句話說得好,「尾礦就是放錯地方的資源」,如果利用好了,那就是金子!

下面,粉體技術網就與大家分享一下礦山廢石和尾礦的45種可能應用領域,以期大家對固廢利用途徑有更深一步的了解。

1、用作生產礦物聚合物的原料

礦物聚合物,又名地質聚合物,是近年來新發展起來的堿激發膠凝材料,它在許多場合可代替水泥;較之生產水泥,能耗可減少70%,排放污染物可減少約90%;同時,它具有高抗折強度、耐腐蝕、耐高溫、隔熱以及更好的體積穩定性,特別是阻止重金屬從構筑物中溶出方面性能優異。但是,與水泥相比較價格優勢不明顯,因而尚難以完全取代水泥;目前還主要用于對強污染廢棄物的固化等方面。

但是,現在已經有人開始研究利用尾礦來制造這種材料,并獲得初步成功。由于原料中以尾礦為主,所以降低了生產成本,而且可以享受減免稅費的優惠,使其與水泥有了一定競爭力。

能用作礦物聚合材料的尾礦要求是成份中以鋁硅酸鹽為主,并含有一定量的堿金屬;但是最重要的是,其中非晶質物質的含量要較高。

2、用作污水處理時直接降解重金屬的材料

最早利用礦山尾礦用于污水處理的是瑞典,早在30多年前瑞典己經在利用波立登和克里斯廷貝兩座選礦廠的尾礦來凈化酸性污水和城市污水。

尾礦凈化污水的原理是:將尾礦泥加入城市污水,礦泥能將重金屬離子吸附于尾礦的表面,形成沉淀物從水中分離,而且比一般的氫氧化物吸附分離要充分。研究表明,如果吸附是純表面的結合,那么每噸尾礦可吸附幾磅金屬;如果能兼起化學反應,例如像磁黃鐵礦對于汞離子起化學作用那樣,那么每噸尾礦可吸收數百磅金屬。

3、用作物理法處理污水的濾料

物理法處理污水常用于一級處理,是為了去除污水中的懸浮物或乳濁物。物理法有多種,其中過濾法常用的濾料是石英砂、石榴石粒、磁鐵礦粒、白云石粒、花崗巖粒等,國外還有用欽礦砂者,這些物質是尾礦中所常見的。

但是,能用作這種濾料對粒度有一定要求;例如,對石英砂的粒度要求是0.5-1.2mm,對石榴石砂的要求是0.2-0.5mm。某些鎢礦山的尾礦中常以石英?;蚧◢弾r粒為主,故有可能從其跳汰粗選尾礦中篩選出符合粒度要求的這種濾料。

4、用作化學法處理酸性污水的堿性濾料

化學處理常用于工業廢水的處理有多種方法,其中過濾中和法(適用于酸的濃度不太大時)的濾料有三種:石灰石、大理石和白云石。這三種巖石在礦山廢石中是常見的,但由于其量少而塊度又不大,既不能用作建筑飾材,也不能用作燒石灰或用作冶煉熔劑,而附近如果有工廠需要進行酸性污水處理,則挑選出來用作濾料卻不失為物盡其用。

5、用作曝氣生物濾池(BAF)的濾料

目前尾礦或廢石用于污水處理的最大量用途,卻可能是先進的曝氣生物濾池污水處理的濾料,其中專業名稱為“Arlita”的濾料,完全可以用粘土礦物含量高的尾礦或廢石中的頁巖(包括煤矸石),并添加少量輔料來制造。符合這種原料要求的是必須含有較多的伊利石或蒙脫石等粘土礦物,這些礦物的特點是當高溫焙燒時,熔化與膨脹基本同步。

6、用于生產碳酸鈣

造紙白泥、電石渣、磷石膏、堿渣等中含有大量的氫氧化鈣或氧化鈣,可用作生產輕質碳酸鈣的原料。如新疆天業碳酸鈣項目就是以電石生產過程中產生的廢渣和工業排放高純二氧化碳為原料,規模為年產5萬噸碳酸鈣系列產品。美國礦物技術集團(MTI)在太陽紙業利用造紙白泥成功制備出具有商業價值的礦物填料。

7、用于制造微晶玻璃飾材

微晶玻璃飾材是高檔建筑飾材之一,具有高強、耐磨、光澤度高、無色差、可以任意著色等特點。適合于制造微晶玻璃的尾礦是高硅低鐵的尾礦,最好能含有一定量的堿金屬,例如某些高嶺土礦山、黃金礦山、鎢礦山的尾礦等。

礦渣微晶玻璃板是用硅砂、方解石、長石與礦渣等天然礦物原料加入核化劑與著色劑等化工原料,經過熔制、成型、切割與拋光后形成一種高檔裝飾或工業用板材,國內外有的稱之為微晶大理石、結晶化玻璃、硅晶石板或玻璃陶瓷。

8、制造泡沫微晶玻璃

泡沫玻璃是一種保溫、隔熱、吸聲的輕質新型建筑材料。這種新材料對原料的要求與微晶玻璃相近,所以也可以用一些與微晶玻璃相近似的廢石或尾礦來生產,但要求添加一些發泡劑。

9、水泥的基本原料

水泥的基本原料是石灰石和粘土礦。石灰巖和粘土巖(頁巖等)都是礦山常見的廢石,或是含相應成分的尾礦也可用作基本原料。要注意的是對于利用石灰巖和粘土巖,不要機械地照搬過去規范中的品位指標要求。

10、水泥的混合材料

水泥中加入適量的混合材料,既可改善水泥的某些性能,又可節省基本材料的消耗?;旌喜牧戏譃樘畛湫院突钚詢煞N。目前,高爐渣、粉煤灰已成為常用的水泥活性混合材料。實際上有些尾礦也適于用作混合材料,例如角閃巖中的釩鈦鐵礦床的尾礦。廢石(或尾礦)中非晶質物質含量較高者,如玻璃質火山巖、凝灰巖、浮巖等還可用作活性混合材料。

11、水泥的校正原料

主要是鐵質校正原料和硅質校正原料。這兩種原料也可以利用尾礦。例如,福建尤溪某多金屬礦的尾礦,鐵的含量高,已售給水泥廠用作鐵質校正原料。多數鞍山式鐵礦的尾礦,既含有大量硅,也含有鐵,都有成為校正原料的可能。

12、礦物棉

礦物棉是巖棉和礦渣棉的統稱,是纖維狀材料,具有絕熱、防火、吸聲、抗震等性能,可用于制造板、管、氈、帶、紙以及倉庫或超市的防火簾等各種制品,可用于建筑和工業裝備、管道、窯爐及倉庫等。

近年來,由于我國開始禁用石棉(因石棉有致癌作用),礦物棉的需求激增。盡管某些高爐渣可用于生產礦物棉,其成本雖低,但往往成分波動大而影響到質量的穩定;如果用廢石來生產,雖然成本稍高,但易于通過配料來保證成分的穩定。有許多廢石或其組合都可以用作礦物棉的原料;例如,鎂質泥灰巖、玄武巖(輝綠巖)或輝長巖摻加石灰巖、粘上巖摻加白云巖和白云質灰巖、砂巖摻加白云巖、65~70%的花崗巖配加30~35%的白云質泥灰巖、正長巖摻加少量白云巖等。一般通過飽和系數來衡量巖石的組合是否可用,當飽和系數稍大于1時,才適于制造礦物棉。

13、砂石骨料

砂石骨料是建筑、道路、橋梁等基礎設施工程建設用量最大、不可或缺、不可替代的基礎材料。

但砂石骨料屬于不可再生資源,幾千年的開采對地球環境造成了很大破壞。而我國金屬和非金屬礦行業,在長期開采生產過程中,礦山產生大量的廢石、尾礦,利用這些尾礦資源完全可替代或部分替代砂石骨料。

礦山的許多廢石都可以用作粗、中粒骨料,評價骨料時要考慮巖石的物理性質和化學成份。兩者都取決于巖石的種類,但還要考慮其裂隙發育程度和風化程度。物理性質中,強度大者當然有利;此外,還要考慮彈性模量,彈性模量越接近水泥砂漿越好。同時,還要求用作骨料的廢石,其中片狀或纖維狀巖屑含量都不能太多。一般說來,石灰巖(不含非晶質SiO2和MgO者)、細砂巖、石英巖、結晶相對較細的花崗巖、閃長巖、片麻巖和玄武巖等都適用于作為骨料。某些飛機場跑道的混凝土還專門要求用玄武巖作為骨料,這就與天然巖石中玄武巖的強度最高有關。巖石的化學成份也不可忽視,主要是要預防“堿-骨料反應”問題,堿-骨料反應在國際上被稱為混凝土的癌癥。

14、混凝土細骨料

利用尾礦作為混凝土的細骨料,也要考慮對粗、中粒骨料的同樣要求。一般說來,尾礦砂較之海砂或河砂更好,因為海砂往往“含有鹽分、氯離子,容易使鋼筋銹蝕,而且尾礦表面粗糙、具有棱角,可以增加混凝土的強度。

尾礦要用作細骨料,要求一定的粒度,當粒度不符合要求時,需要將尾礦進行篩分處理。粗砂使混凝土較為干澀,黏性下降,工作性不好;特細砂不但使混凝土極易離析,而且需水量大,從而提高了水泥用量。

15、用作鑄石原料

鑄石具有耐磨、抗腐蝕的特點。其耐磨性是錳鋼的5~10倍,是鑄鐵的幾十倍,除了氫氟酸外,幾乎不與酸、堿起反應。因而廣泛用于化工、礦山、冶金、水電等部門。玄武巖或輝綠巖最適于制造鑄石,而這兩種巖石也可以是礦床的圍巖。此外,在生產鑄石時,為了補充主原料中某些成分之不足,還常用角閃石、蛇紋石、石灰石、重晶石等作為輔料;還可用鉻鐵礦、欽鐵礦尾礦作為核化劑。

16、用作重質碳酸鈣原料

重質碳酸鈣主要用作塑料、橡膠、玻璃、陶瓷、牙膏等行業的主要原料或填充料。它主要以方解石,白云石為主要原材料,其要求是純度高,含鐵低,無硫,對人體無害。有些礦床的廢石中存在大型方解石脈或白云石脈的碎塊或純凈的大理巖、白云巖,可從廢石中挑選出來作為此原料。

例如,廣西賀州利用石材廢料生產重質碳酸鈣,已形成了“礦山開采-天然石材-重鈣粉體-生態崗石-涂料、塑料-廢漿廢渣再利用”“一石多吃、吃干用盡”的全國為數不多的碳酸鈣綠色循環全產業鏈。

17、用作微量化學肥料

微量化學肥料被認為是植物生長的“維生素”,已發現的微肥至少有十幾種,如:Zn、Mn、B、Mo、V、Co、Li、Ti以及某些稀土元素等。微肥的增產效果顯著,針對作物和土壤特點,其增產幅度為5~30%,但尾礦中應不含重金屬有害雜質。

18、用作磁性肥料

磁肥是近年來國內外公認的新型肥料之一。我國馬鞍山礦山研究院早在80年代就曾研究用磁化鐵礦尾礦作為磁肥并取得成效。我國現在開采的鐵礦山,采出的礦石以磁鐵礦礦石占多數,所以這個用途,值得重視。

19、用于制造人造4A沸石

傳統的洗滌劑的助劑是三聚磷酸鈉(STPP),但由于它會造成洗衣廢水的磷污染,近年開始采用4A沸石以取代STPP。近年我國已有學者研究成功利用含高嶺石為主的煤矸石來制造4A沸石,也有的研究表明蒙脫石也可用于制造4A沸石。同時,如果廢石中鐵含量較高,也已有脫鐵的辦法,這就為利用礦山廢石制造4A沸石開辟了廣泛的前景;因為不僅煤矸石才含高嶺石或蒙脫石,有些非煤礦廢石中的頁巖、火山巖或熱液蝕變巖也可含大量高嶺石或蒙脫石。

20、用作玻璃原料

某些高硅尾礦,如金礦尾礦、鎢礦尾礦、高嶺土礦尾礦以及某些富含鉀長石的尾礦,都可用作玻璃的原料,這是眾所周知的事實。但是,如果尾礦中鐵的含量高,則不能作為平板玻璃的原料,而只能作為有色瓶罐玻璃的原料。

21、用于生產?;u

?;u也是一種建筑裝飾材料,也可用高硅尾礦來生產;但是生產成本較之微晶玻璃低得多,而且對原料的要求也不如微晶玻璃高,所以有更多的尾礦可用于生產這種建筑裝飾材料。

22、用于生產鈣鎂磷肥

適用于生產這種肥料的是含鎂高的廢石或尾礦,如蛇紋巖、橄欖巖或超基性巖礦床的尾礦等。某些含鎂高的金屬礦石,如果是難選礦石,還可通過生產鈣鎂磷肥富集其中的金屬;例如,某地曾用含鎳蛇蚊巖配加一些含磷等原料進行熔煉;其中鎳等金屬因比重大富集于爐底而形成人工富礦,熔融體上部的“爐渣”經水淬細磨后即可成為鈣鎂磷肥。

23、用于生產鉀肥

雖然我國青海有豐富的鉀肥資源,但現在仍然有60%的鉀肥需要靠進口;所以有許多研究者都在研究利用含鉀高的巖石來制造鉀肥,例如,利用堿性巖或含鉀砂、頁巖等來制造鉀肥;但問題是這些巖石中的鉀多呈非可溶性,因此要采用活化劑加以活化才能加以利用。所以利用高鉀尾礦或廢石以提取鉀肥,可能成為解決我國鉀肥不足的重要途徑。

24、用作土壤改良劑

某些尾礦中如富含碳酸鈣或碳酸鎂,可用作改良酸性土壤的礦物原料。某些尾礦中如含有石膏,可作為改良堿土或弱鹽土的礦物原料。含黃鐵礦的尾礦可用來酸化含碳酸鹽高的土壤,特別是含碳酸鈉的土壤。當利用尾礦作為土壤改良劑時,要檢查其中有害組份是否超標。

25、作為陶瓷原料

研究結果表明,許多尾礦不僅可用于制造日用陶瓷或工業陶瓷,甚至可用于制造陶瓷工藝品。有的研究表明,某些尾礦也可用于制造釉料。

26、用于生產各類磚

目前,煤矸石磚已成為取代粘土磚的主要墻體建筑材料之一,不僅可燒制殲石紅磚,還可以燒制空心磚,實際上許多頁巖廢石也適用于制磚,只不過能耗較矸石磚要高。

另外,采用未經鍛燒的石膏尾礦為原料,磨細后與一定比例的磨細礦渣、粉煤灰混合,在復合激發劑的作用下,可用于生產石膏尾礦磚、空心砌塊等新型墻體材料。

實際上許多尾礦都可以用于制造蒸養磚/蒸壓磚,這種磚是用一定膠凝劑將尾礦膠結后用蒸汽養護,乃至用高壓蒸汽養護而成。

廣場磚是一種剛在國內流行使用的陶瓷仿石制品,可以有多種形狀和顏色,可任意組合成各種花紋。一般可配加30~50%的尾礦,再添加一些陶瓷原料和色料,在1200~1300℃燒制而成。

27、用于生產陶粒

2018年11月7日,福建省人民政府公布2017年度福建省科學技術獎勵和專利獎勵名單,其中《龍巖地區高嶺土尾礦和煤矸石的綜合利用》榮獲2017年度福建省科技進步三等獎。

該項目是以龍巖地區高嶺土尾礦和煤矸石為原料,用于生產輕質高強陶粒,用于建設行業可降低建筑物的地基基礎設計承載力、主體結構截面尺寸及配筋數量,大大降低建設成本。此外,該輕質高強陶粒的廢物利用率高達97%以上,能有效減少廢棄物的堆放空間,節約土地,改善環境,解決尾礦帶來的環境污染等問題,最大限度地做到資源化、無害化,環保特質突出。

28、石油壓裂砂、鑄造砂、釉料砂

石英尾礦包括礦石開采中的廢渣、加工過程中的尾砂和尾泥,其中尾砂占絕大多數。石英尾砂的化學成分主要是SiO2,雜質主要是長石、粘土、云母、鐵礦物等,四川南聯環資科技股份有限公司就以石英砂生產企業的石英砂尾砂、尾泥和尾礦為原料,經過提純及深加工處理,制備石油壓裂砂、鑄造砂、釉料砂等產品。

29、用尾礦圍池造田

這種技術是河北理工大學楊福海教授創造的。這種技術是將河灘荒地變成可耕地,稱為“圍池造田法”。在華北、西北等干早地區,往往有許多間歇河或半間歇河,河灘很寬,即使下雨時所占水道亦很窄;而河道兩側的河灘有著大量大小不一的河卵石而不能用作耕地。圍池造田法是在河灘上用石塊壘起高3.5~5米的圍壩,每個圍池的面積約40畝地;將尾礦直接排入池中,當池子將滿時,就接著排放到另外的新圍池中去。填充了尾礦后的池子,河卵石已埋到尾礦之下,在其上覆蓋約25公分的可耕土,就使這種池子成為了可耕地,這種方法已在冀東某些礦山獲得成功。

30、利用廢石或/和尾礦填埋露天坑復田

將廢石或/和尾礦排放到過去已有的露天坑,再覆蓋上一定厚度的可耕土以使其成為可耕地。這是一些礦山正在采用的辦法。

31、用尾礦充填地下采空區

可以是膠結充填,也可以是單純的水砂充填。這也是許多礦山正在采用的辦法。例如,安徽安慶銅礦的尾礦幾乎全部都作為充填料被充填到地下采空區。

32、用作冶煉熔劑

有頗多礦床的圍巖是石灰巖或白云巖。例如,某些熱液交代礦床、矽卡巖礦床以及某些沉積礦床等。無論是坑采的掘進或露采的剝離,都可能排放這些巖石的廢石;如果其成份合適,不言而喻當然可以用作熔劑。

33、用作鎂橄欖石型砂

鎂橄欖石砂是工業發達國家生產鑄鋼件所普遍采用的優良造型材料。鎂橄欖石砂具有較高的耐火度(1710℃)和抗金屬氧化侵蝕的能力,化學穩定性好,在高溫下膨脹緩慢,沒有石英砂那種驟然膨脹的特性,能有效地防止鑄件產生粘砂、夾砂等優點??傻玫焦鉂嵉谋砻婧颓逦蔫T件輪廓,無游離的SiO2,不會產生矽肺病。鎂橄欖石常存在于某些矽卡巖礦床的蝕變圍巖中或某些超基性巖的礦床中,因此有可能從廢石中回收。

34、作為生產硅磚的原料

硅磚是酸性耐火材料,廣泛用于玻璃熔窯、煉焦爐或熱風爐等設施,其荷重軟化開始溫度高達1640~1670℃。對于硅磚原料的要求是SiO2的含量不得低于96%,不得有太多的Al2O3、N2O、K2O等雜質。有些高嶺土礦的尾礦就完全符合此要求;而且某些礦山的廢石中,也有能達到此要求的石英巖或石英砂巖。

35、作為生產碳化硅的原料

眾所周知,碳化硅用途廣泛,其硬度僅次于金剛石,熔點約2700℃;既可作為磨料、耐火材料,又可用于制造電爐用的硅碳棒。它是用較純的石英砂與焦炭混和,并加入少量木屑與食鹽,在高溫下燒制而成。如前述的高嶺土礦的尾礦,經去除雜質的再選,完全可以用于制造碳化硅。

36、用作耐火粘土

耐火粘土是耐火度高于1580℃的粘土,是當前制造耐火材料用量最大,使用最廣的耐火原料。礦山的廢石中,如有富含高嶺石、富含高嶺石-水云母或富含高嶺石-鋁土礦的粘土巖,可以考慮用作硬質耐火粘土,但需要通過試驗。

37、用尾礦生產有機和無機復合材料

例如,原昆明工學院創造用廢塑料薄膜與尾礦或爐渣相結合,生產出強度高而又具有韌性的復合材料;已用于制造道路上的各種井蓋,在昆明市已得到推廣。大城市到處需要有各種井蓋,如自來水管、煤氣管、污水暗溝、電纜等管道的井蓋。過去傳統的井蓋是用鑄鐵制造的,易于被盜賣,而用這種材料做的井蓋當然沒有人會去偷盜,而且成本低廉,又能滿足強度要求。據說創造者還將其用于制造腳手架等。同時,也可以用廢輪胎為膠結劑。

38、用尾礦生產彩色琉璃型復合瓦

作為一種新型綠色環保型建筑材料可代替石棉瓦,而且色彩鮮艷與琉璃瓦相似,尾礦在在原料配比中可達到50%以上。

39、利用廢石作為鐵路道渣

對鐵路道渣的要求是在震動壓力下不易碎,片理或層理發育的巖石當然不適用于作為道渣,而石灰巖、玄武巖等就較適用于作為鐵路道渣。

40、利用廢石中的某些礦物

作為研磨或拋光材料

如果廢石中含有硬度大的礦物如剛玉或石榴子石等可選出作為磨料。有的尾礦也可以從中選出拋光材料,可用于電視機玻殼或電腦顯示屏的拋光。

41、防火硅酸鈣板

目前纖維增強硅酸鈣板在我國發展較快,市場看好。傳統的硅酸鈣板的硅質原料主要采用石英粉,工藝成熟,但石英粉售價較高,影響企業經濟效益。為此有關單位利用尾礦中的長石粉代替石英粉制造硅酸鈣獲得成功,不僅變廢為寶,保護了環境,而且降低了生產成本。

42、用于生產涂料

隨著我國生產建設的迅速發展,涂料需求量很大,而且品種繁多,有建筑涂料、防熱涂料側、防銹涂料,乃至軍用涂料等;其中建筑涂料約占總量的50%。

有許多涂料按其特殊要求,需要添加一定量的填料,這些填料多是天然礦物粉末,如絹云母粉、滑石粉、碳酸鈣粉等等。這些礦物粉末都可能在尾礦中出現,并已有從尾礦中選取成功而進行生產的先例。因此,尾礦在這方面的應用值得重視。

43、用于造紙工業

紙張往往需要一些非金屬礦物粉末作為填料;包括:硅灰石、滑石、云母、水云母、葉蠟石及蛙石等。這些礦物都可能在礦山廢石或尾礦中出現,并可能通過選礦選出。

44、新型墻材

中材(宜昌)節能新材料有限公司當陽新型多功能節能環保墻體材料產業基地項目就是利用石英尾礦等工業廢料,來生產高端硅酸鈣板基板、外墻保溫裝飾一體化復合板以及輕質復合隔墻板等新型墻體材料,產品具有輕質高強、多功能復合一體化、安全耐久、節能環保、低碳綠色、施工便利等特點。該項目的建設實施,在帶動地方節能環保產業發展,促進當地就業,增加稅收,減少環境污染,促進地方經濟發展方面具有積極的意義。

45、尾礦再選:從尾礦中回收有價成分

開展尾礦再選是提高資源利用率的重要措施,也有利于減少尾礦的排放。從尾礦再選所取得的成果可以看出,不僅提高了資源的回收率,也給企業帶來巨大的經濟效益。

在礦業領域,世界上工業發達的國家已把無廢料礦山作為礦山的開發目標,把尾礦的綜合利用程度作為衡量一個國家科技水平和經濟發達程度的標志。國外尾礦的利用率可達60%以上,歐洲一些國家已經在向無廢物礦山目標發展。

礦物固廢的綜合利用,不僅僅是追求最大的經濟效益,還要從資源綜合回收利用率、保護生態環境等方面綜合加以考慮。隨著科技的發展和學科間的互相滲透,尾礦利用的途徑將越來越廣闊。

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