磁选技术回收铁矿尾矿中铁的潜力评估：一种经济环保的废弃物资源化策略

《Results in Engineering》：Evaluation of the Potential for Iron Recovery in Mining Tailings by Magnetic Separation

本刊推荐：为解决铁矿尾矿堆积造成的环境风险与资源浪费问题，研究人员开展了基于磁选技术的铁回收潜力研究。通过XRF、XRD、穆斯堡尔谱等多技术联用表征，证实磁选可同步获得高品质铁精矿（Fe2O3含量91.13 wt%）和富硅副产品（SiO2>90.86 wt%），其回收成本较新建矿山低2.5倍，为矿业可持续发展和循环经济提供了创新路径。

　　

在巴西米纳斯吉拉斯州的"铁四角"地区，巨大的铁矿尾矿库如同沉睡的巨人，既承载着矿业发展的历史记忆，又潜藏着环境风险。这些堆积如山的尾矿不仅占用大量土地，更因含有重金属而存在污染土壤和水体的隐患。2015年和2019年该地区连续发生的尾矿坝溃决事故，造成近300人死亡的悲剧，让尾矿治理的紧迫性凸显。然而，危机中往往蕴藏着转机——这些被视为"环境负债"的尾矿，实际上可能是未被充分利用的"城市矿山"。

据最新数据，巴西作为全球铁矿石生产和出口大国，其铁矿石产业在2024年贡献了约59.4%的矿业总收入，达到503亿美元。但辉煌数字的背后，是大量低品位矿石选矿过程中产生的巨量尾矿。特别是在米纳斯吉拉斯州，平均品位约40%的矿石需要经过复杂选矿才能达到商业标准，这一过程产生了以石英为主、含铁氧化物为辅的异质性尾矿。传统观点认为这些残留铁含量（约17-18%）已无经济价值，但随着技术进步和可持续发展理念深入，重新审视这些废弃物的价值成为可能。

在这项发表于《Results in Engineering》的研究中，巴西联邦大学杰基蒂尼奥尼亚和穆库里谷分校的研究团队提出了一种创新解决方案：通过高强度磁选技术从尾矿中高效回收铁元素。研究人员采用干法路线和湿法路线相结合的集成分析框架，对尾矿的矿物学、形态学和化学成分进行全面表征，并评估磁选分离的技术经济可行性。

关键技术方法包括：扫描电子显微镜与能谱联用(SEM-EDS)分析颗粒形貌和元素分布；X射线荧光光谱(XRF)测定化学成分；X射线衍射(XRD)鉴定晶体相；穆斯堡尔光谱确定铁的存在形态和氧化状态；同时通过重量分析(GA)、紫外-可见分光光度法(UV-Vis)和原子吸收光谱(AAS)三种湿法化学分析交叉验证铁含量。研究样本来自铁四角地区马里亚纳市的铁矿尾矿，通过钕磁铁(4200 G)进行实验室规模的磁力分离。

3.1. 形态和成分表征

原始尾矿（样品1）呈现典型的异质性特征，含有灰色和白色两种颗粒。SEM-EDS分析显示灰色颗粒贫铁富硅（Fe 3.45 wt%，Si 65.81 wt%），白色颗粒富铁贫硅（Fe 87.11 wt%，Si 3.32 wt%）。磁选后，非磁性部分（样品2）灰色颗粒占主导，磁性部分（样品3）白色颗粒显著富集。XRF分析证实样品1中SiO₂和Fe₂O₃含量分别为73.60 wt%和25.12 wt%，而磁选后样品3的Fe₂O₃含量升至91.13 wt%，样品2的SiO₂含量达90.86 wt%。

3.2. 矿物相、氧化态和铁相性质

XRD分析鉴定出石英、赤铁矿和针铁矿为主要矿物相。原始尾矿中石英占主导（97.0 wt%），赤铁矿仅占3.0 wt%。磁选后，样品2几乎为纯石英（100 wt%），而样品3中铁氧化物显著富集（约51 wt%），主要为赤铁矿（48.78 wt%），含少量针铁矿（2.44 wt%）。穆斯堡尔光谱进一步确认所有样品中铁均以Fe3?形式存在，赤铁矿是主要铁相，样品3中赤铁矿比例高达93 wt%。

3.3. 铁含量

三种湿法分析结果一致证实磁选的高效性。重量分析(GA)显示原始尾矿铁含量为17.82 wt%，磁选后非磁性部分降至4.43 wt%，磁性部分显著提高至56.64 wt%。UV-Vis和AAS结果趋势相同，验证了数据的可靠性。统计分析表明各样品间铁含量差异显著（p < 0.001），磁选过程精度高（CV = 0.95%）。

3.4. 磁再处理回收铁的成本效益分析

研究表明，建立传统新矿山需投入约1220万美元（年产100万吨规模），而尾矿磁选再处理仅需约460万美元，成本降低2.5倍以上。除了经济优势，该技术还能显著减少尾矿库环境风险，同时产生的富硅副产品（样品2）可潜在用于建筑材料生产，实现真正的循环经济。

研究结论强调，磁选技术是尾矿资源化的可行途径，能将环境风险转化为经济价值。该方法不仅生产出可直接用于冶金行业的高品质铁精矿（Fe₂O₃>91 wt%），还同步获得具有商业价值的硅质副产品。这种"一举两得"的策略为矿业可持续发展提供了新思路，特别适合铁四角地区大量历史尾矿的处理。未来研究可聚焦于低结晶度矿物的分离优化和 pilot 规模试验，进一步推动该技术向工业化应用迈进。

这项研究的深远意义在于，它将矿业可持续发展的讨论从单纯的"减污"转向"增值"，通过技术创新将尾矿这一环境负债转化为可盈利资产，为资源循环利用和绿色矿业发展提供了切实可行的技术路径。在矿产资源日益枯竭的今天，这种"变废为宝"的模式不仅具有经济价值，更是矿业领域实现碳中和目标的重要举措。