赢在先机|非金属矿产副产物“变废为宝”的利器出现
一、导语
当前经济发展的潮流正在以发展“新质生产力”和深化高新技术应用为主要特征。一方面，战略性新兴产业、未来产业将成为培育和发展新质生产力的主阵地，也是抢占未来竞争制高点和构建行业竞争新优势的新赛道。另一方面，还要通过形成新质生产力，运用新成果、新技术改造提升传统产业，为新兴产业发展提供坚实基础。
2025年10月20日至23日在北京召开的中国共产党第二十届中央委员会第四次全体会议也重点提出：建设强大国内市场，加快构建新发展格局。坚持扩大内需这个战略基点，坚持惠民生和促消费、投资于物和投资于人紧密结合，以新需求引领新供给，以新供给创造新需求，促进消费和投资、供给和需求良性互动，增强国内大循环内生动力和可靠性。要大力提振消费，扩大有效投资，坚决破除阻碍全国统一大市场建设卡点堵点。
近年来，非金属行业高质量发展态势愈发明显，多元化、高端化、智能化、绿色化转型成效让人印象深刻，呈现出日新月异的可喜变化。特别是“唐山金泉冶化科技产业集团”旗下“唐山金泉冶化科技产业有限公司”作为链主单位，牵头推动“非金属矿产尾矿高端装备（热工）产业链”建设，瞄准非金属、冶金、有色、石灰等领域先进通用热工装备，发挥研发、设计、制造、工程实施的全流程优势，推动工业炉窑技术迭代升级和装备现代化改造，在“多功能、高能效、低排放、智能化”方面取得了一系列突破性进展，是顺应时代趋势、回应行业需求的重要举措，将为非金属产业绿色高质量发展注入新动能。
《石灰产业》2025年 08月 22日在“石灰窑生态圈”微信公众平台发表的文章（点击链接——唐山金泉“新生代掌门”首秀硕果频现）首次对外公布了部分“非金属矿产+冶金矿产+石灰”新型多功能复合生产技术装备后，引来行业关注，众多读者纷纷咨询相关产业政策、产品应用、市场前景、技术背景等事项，尤其是小颗粒石灰生产+石粉固化生产与尾矿球团矿生产及碳回收的“融合技术”备受关注，为此，笔者进行了深度调研，对重点方向作路径解读与前沿技术剖析，特别对部分市场畅销且“暴利”的产品进行实地调研，首期重点对磷矿等尾矿产业进行全方位解读。
二、项目背景
目前，我国非金属矿行业在国家政策的引领下迎来高速、高质量发展的重要时期。功能矿物材料备受重视，矿产资源综合、高效、高值化利用理念渗透到各地域、各矿种之中，石墨、萤石、膨润土、高岭土、硅灰石磷矿、石膏以及各种伴生矿、尾矿、工业尾渣等都备受市场关注。
国家发布的《产业结构调整指导目录》皆鼓励建材、磷石膏、磷矿、萤石矿的中低品位矿、选矿尾矿、伴生资源综合利用技术。《国家工业资源综合利用先进适用工艺技术设备目录》推荐工业固废减量化、工业固废综合利用、再生资源回收利用、再制造等4大类先进适用工艺技术设备。对微细颗粒物浮选回收、尾矿、粉煤灰、赤泥、污泥、气化渣、冶炼渣尘等固废综合利用、工业副产石膏综合利用、磷石膏无害化处置等方面作为重点方向。总体来说，对资源综合、高效、高值利用是非金属矿行业统一的发展主旋律，尤其是对上述产业中形成的尾矿等固废利用尤为关注，目前，我国大宗固废累计堆存量约600亿t，年新增堆存量近30亿t。
特别是磷矿产业，我国作为全球磷矿资源生产和消费大国，在磷矿开采和加工过程中产生了大量磷尾矿（含磷矿选矿后的废弃物），每生产 1 t 的磷精矿，就会产生 0. 44 t 的磷尾矿。目前，大量存在于尾矿库中的磷尾矿数量巨大，截至 2021 年底，我国已累计堆存1亿t 以上磷尾矿，同时每年还产生约 700 万 t 的磷尾矿。重要的是，尾矿中含有大量的、可用的原矿矿粉，与中低品味的矿石相当。当前，由于矿石的无序开采和严重浪费，高品位矿石的储量已经正在锐减，如果将这些尾矿直接作为固废进行排放，不但增加处理成本和环保的治理费用，还将造成极大的资源浪费。若将其回收利用，又因为尾矿粉细小，均为细粉状及泥状等在形式存，不能直接进入冶炼炉中应用。
目前，产生的尾矿通常都是以矿浆的形式存在，而矿浆如果直接排放就会污染水体和土壤，通常生产企业都采用修建尾矿库来收集尾矿浆，再利用脱水干排工艺（如：压滤等）将尾矿浆中的部分水分脱出，形成含水份在35%左右的尾矿泥粉、泥饼进行排放；但排放后的尾矿堆存仍然需要占用大量的土地，而且还造成了二次环境污染以及水土流失、植被破坏等。
因此，采用细颗粒尾矿粉料及尾矿浆及压滤后得到泥饼制备获得人造块矿如：烧结块、球团等固体物料进而用于提炼高价值材料生产成为一条新的途径。然而，在进一步加工过程中，需要进一步的进行脱水、压缩、干燥后才能再进一步进行人工造块、焙烧等生产。
但是，现有的脱水技术处理的磷矿泥粉，泥饼水份只能控制在30%左右，通过混和干粉料的方法水分也只能控制在15%以上，与传统冶金造球水分控制在7~8%的要求还有很大差距，致使磷矿球团水分高、生球强度差、易粉化、返矿率极高。所以，由于球团的高湿原因，传统的小型圆形竖窑和土法烧结造块等方法都无法实现直接入炉焙烧，需要另行配套烘干、干燥设施，然后出炉二次转运进入热处理炉进行烧结，然后再出炉第三次转运至冷却系统，不但工艺复杂、投资高，而且由于多次转运致使球团破损率和返矿率极高，倒运过程中的热量（能耗）损失也极高，特别是仅采用烘干后直接入炉的物料由于没有经过煅烧分解矿物中的二氧化碳成分，直接入电炉后致使电耗成本增加太高，行业亟待解决上述问题的工艺及装备。
三、可回收高价值材料及应用介绍
1、再选回收磷
磷尾矿中P2O5含量较高，可将其作为低品位磷矿再选回收磷，这种方法对于高磷尾矿及中国早期由于选矿技术不完善而排掉的磷尾矿有较高的应用价值。目前，尾矿浮选工艺是磷尾矿选矿的主要研究方向之一。
目前石灰石开采后售价仅有25~60元/吨范围，而磷矿尾矿加工后的价格可达700~1000元/吨（25~28%品位，2025年03月国内价格），用户主流产品73%工业级磷酸一铵价格主流市场价格在6450-6500元/吨左右（2025年03月国内价格）。
2、回收钙镁等有价元素
从贵州瓮福集团提供的高镁磷尾矿中回收镁工艺中来看，高镁磷尾矿中MgO的质量分数为18.58%，经过煅烧、消化、碳化、热解处理等工序，最后得到的MgO质量分数为42.9%、回收率为87%的碱式碳酸镁，产品质量符合工业水合碱式碳酸镁的要求，是一条高镁磷矿回收利用的有效途径。总的来说，采用固体废物磷尾矿生产高附加值的化工原料来回收钙镁等有价元素符合可持续发展的理念，具有良好的经济效益和社会效益。
表1 不同条件下回收有价元素
目前，国内镁的价格为：
（1）、金属镁：17405-17506元/吨（2025年10月22日上海价格）。
（2）、碳酸镁价格为：食品级碳酸镁7600~8740元/吨。工业级碳酸镁：3500~15000元/吨（主要用于橡胶、陶瓷、耐火材料等）。分析纯碳酸镁：49000元/吨,。重质碳酸镁：8740元/吨（高纯度工业用），轻质碳酸镁：4000元/吨。
3、 建材方面的应用
1）陶粒：以磷尾矿为主要原料生产陶粒时，尾矿掺量与产品堆积密度和颗粒强度成反比，吸水率成正比，在尾矿掺量为30%时，陶粒性能最佳，达到900级高强粉煤灰复合陶粒标准。
目前，国内陶粒价格：
轻质回填陶粒：47.5~260元/立方（批发价）。
高强保温陶粒：90~999元/吨。
滤材用陶粒：500~700元/吨。
2）混凝土和砂浆：以磷尾矿轻质陶粒作为集料，硅粉和粉煤灰作为胶凝材料，可生产轻质高强混凝土，经实验，在28 d 抗压强度达到了 115.4 MPa，干表观密度为 1875 kg/m3，达到了轻质超高强混凝土的要求。可在一定程度上解决了现阶段混凝土在满足干表观密度和强度的基础上，工作性能难以满足的缺陷。还可以采用碱性熔融法提高磷尾矿地聚合砂浆活性的效果及阻止裂纹扩展的屏障作用。
3）胶凝材料：前人通过研究磷酸盐尾矿作为填料对于硅酸盐水泥性能的影响，结果表明：磷酸尾矿的加入使水泥的屈服应力、黏度和标准稠度需水量降低、凝结时间延长，在碱性环境下会出现轻微膨胀，但是这种膨胀不会导致有害的变形。
磷尾矿制造陶粒、混凝土和胶凝材料是目前在建筑行业的主要应用方向，将其量产会带来巨大的经济效益。目前大量学者的研究集中在磷尾矿生产的建材的性能优劣，然而，磷尾矿颗粒细、比表面积大，生产对固化材料的需求量大，相较常规建筑材料生产成本更高，销售半径更小，对于贵州、湖北、云南等尾矿资源丰富的地区才能带来良好的经济效益。
4、环保领域的应用
以浮选磷尾矿作为脱硫剂来吸收磷尾矿脱除烟气中SO2，将煅烧活化的磷尾矿在反应温度为25℃、固液比为2%、气体流量为30mL/min、SO2进口质量浓度8000mg/m3、煅烧时间140min、煅烧温度为800℃时，脱硫效率能在90%以上维持491min。以白云石质磷尾矿为原料，蒙脱石为黏结剂，经过焙烧—冷却后得到陶粒，辅以硬脂酸为造孔剂，焙烧后得到的陶粒具有显著的孔隙结构。在模拟含磷废水的吸附实验中发现对质量浓度为5～400mg/L的含磷废水中磷吸附率可达96%以上，可用于水处理中高磷废水的预处理。
四、尾矿回收传统生产工艺路径探索
当前，现有对磷矿生球团进行热处理（煅烧）时，一般采用套用其它相近领域使用的现有热处理技术，如：采用的是链箅机‑回转窑系统，由于回转窑是在旋转的过程中生产，球团破损率居高不下，而且能耗最高。有的采用了马沸炉焙烧，电耗也极高，而且也无法实现产量大型化。所以，虽然直接套用现有其它行业的热处理设备能够在一定程度上获得满足入炉要求的成品磷矿球团，但是不可避免的存在适应性差、能耗高、环保无法治理、产品质量不稳定、投资高等关键问题，致使无法实际应用。
唐山金泉冶化科技产业有限公司在生产实践中发现：反浮选法尾矿主要由钙、镁的碳酸盐等矿物组成，白云石是其主要的矿物成分，其次是磷灰石，此外还有少量的石英和方解石。磷灰石即为氟磷灰石，同样是以单矿物形式存在，是含有磷元素的主要矿物，矿石中含有20%以上的CO2。
表12部分典型磷尾矿的主要化学成分
上述物料矿物成分与现有煅烧石灰所用的石灰石成分非常相近，石灰石里面主要成分是56%碳酸钙，也是钙、镁（白云石）、硅的结合物，另外，含有44%的CO2，可见，磷尾矿与石灰石分解生产石灰有着相近的工艺特征。
但是，传统石灰窑由于结构特征及采用的煅烧方式特点，无法用于焙烧含水分的物料。同时，在球团生产领域，矩形球团竖炉和带式焙烧机作为一种先进的焙烧设备，正逐渐得到广泛应用。两者都具有诸多优点，使其在球团生产中展现出独特的优势。首先，矩形竖炉具有投资低、占地少，操作简单，原料适用性和燃料适应性强等特征，一般适用于年产30-80万吨生产线。带式焙烧机能够确保球团在不同阶段获得适宜的温度、气氛和时间条件，从而有效提高球团的质量和性能。而且能够实现产量大规模生产的需求，适用于年产150~400万吨生产线，缺点是工序复杂和投资较大，与矩形竖炉相比，同等产量下投资强度是其10倍左右，让中小企业投资者望而生畏。
如何把烘干工艺与矩形球团竖炉和石灰窑竖窑关键技术融合在一起，综合带式焙烧机的先进热工原理和工艺特征来设计一种全新的适用于尾矿球团生产及石灰生产的工艺和装备，以实现低投资、多功能、低能耗、高产出、高效益的目的，显得尤为重要。
四、新技术赋能非金属矿产副产物生产新纪元
受政策驱动和市场需求及用户的委托，积极探索推进矿山固体废物源头减量和资源化利用之路，大力推进“无废矿山”和“资源高值化利用”的技术研发和应用进度。日前，在非金属矿产及尾矿源循环利用领域取得重要技术突破。
年4月28日，该公司一项“用于高湿非金属尾矿球团的段式烘焙一体化竖炉及工艺”技术获得了行业专家鉴定并同步申请了多项发明及实用新型专利，5月10日，该装置完成了中试和成套装备技术实施的图纸及方案并开始首个示范项目实施。6月27日，公开了一项国家发明专利，该项技术填补了“中低品位废弃磷矿高值化综合利用和高效处理”的技术空白，为磷矿尾矿及磷化工副产物高效利用提供了新路径，同时也为石灰石石粉固体化煅烧提供了新方法。
该项技术为用于高湿非金属尾矿球团及冶金球团和小颗粒石灰生产及石粉压球焙烧的段式烘焙一体化竖炉及工艺，特别是能够解决尾矿球团采用传统生产方法存在的高湿球团易爆裂、成品球团品质不稳定、品位低、粉化率高、生产能耗高以及生产效率低及有害废气无法治理的问题。采用“烘干+焙烧+换热冷却”、“三合一”模式，实现三段式一体化生产，大幅降低了设备投资和占地，也降低了综合能耗；整体装置结构简明及紧凑，生产效率高，产量高、经济性好，尤其是对各种粉状、泥状尾矿回收应用和提高整体尾矿球团生产工艺水平、降低生产成本、大幅提高产品品位增加经济效益和提高产品品质，以及在减污降碳、改善生态环境等方面具有重要意义；还具备独立生产冶金球团和石灰生产（特别是5~20mm小粒度石料及石粉压球固化煅烧）的功能，实现“一炉多用”目的。
该项技术采用的采用的关键工艺机理及措施：
（1）、采用烘干与焙烧及冷却一体三段式连体结构，炉体为竖式结构，上段为烘干（干燥）段，中段为焙烧段、下段为冷却换热段；
（2）、入炉物料为造球机生产的圆形球团或者压球机生产的椭圆形球团以及其它方式生产的圆形、柱形等颗粒物料；
（3）、炉体干燥段与焙烧段结合部采用最新锁气密封技术，把烘干系统和焙烧系统各自设置在一个独立密封结构内，锁气密封技术采用多点下料，下料点控制阀采用双层连杆式多点同步传动结构，采用上下控制阀错位开启和关闭方式，实现锁气密封无压下料，暨在下料过程中实现烘干段与焙烧段烟气不互通；
（4）、烘干段只与进料系统有关，其工作过程与焙烧段无直接关联，可独立操作，其烟气也负压独立排放，全部为冷却换热段余热烟气与烘干段物料换热后的烟气（仅为水汽及部分粉尘），烘干后的烟气仅需除尘，不需要脱除有害元素的烟气，而且其烟气量占总烟气量的70~80%范围；
（5）、烘干段进料采用梭式布料器，进行炉内往复均匀布料，烘干段内部设置多层（多级）烘干床，烘干床床面采用“百叶窗”式结构，以利于通风干燥。烘干床床体采用“变频振动”下料方式，不同层级的床体都是独立的且振动频率不同，可实现单个床体下料量的精准调控和防止物料粘结在床面，烘干床床面设置角度为活动式可调结构，可根据需要调整适宜的角度；
（6）、根据竖炉烘干特性及磷矿球团高水分高湿特性，在烘干床第一带下部设置“防过湿装置”，通过冷风与热风的混合和局部强制供风调节，达到温度调节和提高湿气排放速度，有效解决球团过湿造成的粘结、团聚及减少湿球爆裂的目的。减少生球爆裂和烘干水分控制是提高球团质量和降低返矿率的有效手段；
（7）、烘干段的多级烘干床结构除保留振动下料功能外，在末级烘干床增加了筛分功能，使烘干过程中产生的粉料降落到炉内循环风通道和粉料下降通道内直接到炉外，避免进入焙烧段，减少粉料进入焙烧段是解决球团焙烧过程中粘结和物料焙烧过程中降低气流阻力的重要手段；
（8）、焙烧段炉体采用“T”型竖式密闭结构，截面为对称双室矩形结构，燃烧室设置为圆形或矩形，焙烧方式为正压双室对向喷火口供热，采用“隔焰燃烧技术”产生高温空气（烟气）进行焙烧球团，温度调节方便简单，解决了传统竖窑“窑体周边数十个烧嘴直焰燃烧”方式容易把球团表面熔融、粘结的关键性问题；
（9）、燃烧室设置为多种燃料燃烧工艺，燃料可以应用黄磷尾气和其它工业尾气（如：高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气），以及生物质气、天然气等气体燃料。燃烧室特别设置了双层燃烧器工艺布置，在燃烧室下部设置积灰收集仓和转运通道，可实现喷煤、喷生物质粉等固体燃料燃烧和积灰（燃烧积灰）自动排灰转运；
（10）、炉体焙烧段是烟气正压独立外排，其烟气量仅占总烟气量的20~30%范围，极大的降低了烟气有害气体治理的设备投资；
（11）、焙烧段内部煅烧带纵向中间部设置通道式炉内循环风通道装置，把焙烧段内部及排矿后的物料余热热能转换为热风后导入（减压法）炉外循环风通道内部，然后进入烘干段进行烘干生产，烘干段的烘干热能全部来自于冷却带换热后的热能。
（12）、炉内循环风通道装置在烟气出口与烘干段烘干床连接处设置筛分及粉料收集装置，把烘干过程中产生的粉料收集、降落到炉内循环风装置内部（重力法）。粉尘在炉内循环风通道装置的下降过程中与炉内循环风装置内的上升气流进行充分的热交换，形成“悬浮式”焙烧，可以快速的完成焙烧过程，完成焙烧的粉料直接进入炉外粉料收集仓内。
（13）、设置炉外循环风通道装置，实现炉外收集余热热能的功能，把物料在冷却段换热过程中的余热热能全部回收利用，达到节能目的。
（14）、设置管道式余热换热装置，把焙烧段独立排放的余热烟气（400-500度）与烘干段进气进行换热，达到余热利用和节能目的，而且可以使烘干段烟气温度可调（70~400度）；
（15）、整个冷却段采用“三级固-固换热器”，把从焙烧段进入排矿部的成品球团矿进行固-固换热，换热后的热风进入燃烧室燃烧器进行助燃和进入烘干系统进行热能利用；换热风不与物料直接接触，仅在换热器中固定通道内流动，通过特殊导热结构及材料与物料接触换热，实现固体导热件与固体物料（球团）的固体之间的换热，达到“固-固”换热目的。
（16）、炉体“三段”均可以实现独立生产，如：可进行独立的烘干、可进行独立的焙烧生产、可以进行独立的冷却换热，特别是冷却段的“三级固-固换热器”采用组合式、模块化结构，每一级的换热器都可以进行独立使用，而且当采用热矿排矿法生产时可关闭冷却通风系统，实现热矿排矿。
该项技术具有以下显著益效：
（1）、段式烘焙一体化竖炉的炉型结构设置为三段式烘焙及换热一体化，采用“烘干+焙烧+换热冷却”、“三合一”模式，实现三段式一体化生产，大幅降低了设备投资和占地，也降低了综合能耗；装置结构简明及紧凑，生产效率高，产品品质提高且稳定、经济性好。
（2）、与冶金球团相比，尾矿球团存在强度差的关键问题，把烘干段与焙烧段设置为一体化，解决了传统工艺中由于独立烘干系统和独立的焙烧系统在球团二次转运、二次入炉以及输送造成的球团破损率高、返矿量高的问题。
（3）、烘干与焙烧一体化装置设置为烟气隔断式连体结构，烘干段的生产时间与焙烧时间即可以同步生产也可以根据物料量不同步生产，可根据湿球团的水分含量有效增加和调节烘干段时间，由于烘干时间、温度、产量可调，解决了传统工艺中高湿球团不能直接入炉和生球爆裂严重的问题，使成品球团返矿率大幅降低，有效的提高了成品球团的成品率，也降低了能耗。
（4）、由于焙烧段设置为独立焙烧和独立下料，可以使焙烧时间大幅缩短及调整，而且由于成品球团矿排料采用破碎式炉内卸料与炉外排料的组合方式，可以实现快速排料，解决了传统工艺中焙烧物料焙烧时间长、物料容易粘结、悬料和结块无法排料的问题。
（5）、焙烧段燃烧室采用多种能源结构应用模式，可以使能源品种和成本选择范围更加广泛，而且也避免了外部单一能源的制约和风险。（6）、实现烘干烟气（水气）与焙烧烟气独立排放，使烘干后的烟气仅需除尘，不需要脱除有害元素的烟气，而且其无害烟气量占总烟气量的70~80%范围。而焙烧段的有害烟气量仅占总烟气量的20~30%范围，极大的降低了烟气有害气体治理量及排放量和设备投资。
（7）、由于焙烧段的独立运行和有害气体的大幅度降低，使得二氧化碳气体治理设备费用和运行费用极大的降低，可实现低成本二氧化碳减排效应，每处理10万吨磷矿尾矿可减排量（折二氧化碳）约1.5万吨。
（8）、实现一炉多功能化，保留了原传统矩形球团竖炉的特征和工艺特性，可煅烧冶金球团，不限于磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿等球团的氧化焙烧和还原焙烧；而且还具备独立生产冶金球团和石灰生产的功能，实现“一炉多用”目的。
（9）、由于大部分非金属矿物质及磷尾矿的化学成分中的CaO、MgO 、CO2与石灰石的成分非常接近，可以实现生产石灰的工艺过程，特别是能够使用5-20mm小颗粒石料生产石灰及石粉压球固化煅烧。
（10）、产量高，与同等焙烧面积的圆形球团竖炉相比，产量生产系数是其4~5倍。
（11）、投资低，与同等产量的带式焙烧机相比，其投资仅为其10%左右，极具投资性价比。
（12）、由于焙烧过程中分解排出了大量的二氧化碳（CO2）气体，使焙烧后的尾矿球团品位大幅提高，比直接进电炉的原矿块矿品位还要高出至少20%以上，经济效益显著提高。
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