国内尾矿资源的综合利用

国内尾矿资源的综合利用彭亚（中南大学资源与安全工程学院，长沙410083）摘要：综合阐述了我国尾矿资源的现状、对其进行综合利用的途径以及存在的问题，并就尾矿资源化利用提出了几点建议。关键字：尾矿资源；现状；综合利用我国是一个矿产资源丰富、种类齐全的国家。矿产资源是我们社会赖以生存和发展的物质基础。国内95%以上的一次性能源80%以上的工业原料70%以上的农业生产资料都来自矿产资源[1]（尾矿库复垦土地耕作效果试验研究-李朝阳等）。但由于我国贫矿多；单一矿少,共伴生矿多；矿石组成复杂,难选冶矿多的特点[2](把尾矿变成“香饽饽”——我国尾矿资源综合利用现状)，并且多数矿山选矿设备陈旧、老化现象普遍，以及管理水平和选矿回收率低[3]（尾矿资源化利用的问题、条件及相关政策建议-殷俐娟），矿产资源得不到充分的利用。据统计,我国现有矿山15.3万个,其中80%的矿产资源为共伴生矿。我国共伴生矿产资源的综合利用率不到20%,矿产资源总回收率只有30%。即使在一些大型国有矿山企业开展了资源综合利用,也只占国有矿山的10%。大量有用资源进入了尾矿废石之中。1尾矿资源现状以及综合利用的必要性1.1尾矿资源的堆存现状尾矿是选矿厂在特定经济技术条件下，将矿石磨细选取有用组分后所排放的固体废料，是矿业开发特别是金属矿开发造成环境污染的重要来源。同时，受选矿技术水平、生产设备的制约，也是矿业开发造成资源损失的常见途径，因此尾矿具有二次资源与环境污染的双重特征[3]（尾矿资源化利用的问题、条件及相关政策建议-殷俐娟）。一般而言,化工、黑色金属矿山中,尾矿的量要占矿石量的50%～80%；有色金属矿山中,尾矿量则要占到70%～95%；而在黄金、钼、钨、钽、铌等稀有金属矿山中尾矿量更是占到99%以上，几乎可以说是来多少矿石就得丢出去多少尾矿，量是十分巨大的[4]（矿山尾矿资源综合利用的探讨-刘敬等）。据统计，中国现有大中型尾矿库1500多座，如加上各种小型尾矿库，总计超过1万座。据中国矿业联合会绿色矿业办公室最新统计数据显示，目前我国各类矿石堆存的尾矿已高达80.51亿吨，并以年排放6亿多吨的速度在增长。尾矿的大量堆存是对资源的一种浪费，也会对环境造成很大的影响。1.2尾矿资源综合利用的必要性尾矿资源是金属和非金属矿山废弃物中数量最大、综合利用价值最高的一种资源[4]（矿山尾矿资源综合利用的探讨-刘敬）。将尾矿丢弃不仅需要占用大量土地，给周围的生态环境造成很大的伤害，而且要投入各自处理和维护费用。而进行尾矿资源的综合回收与利用，不仅可以充分利用矿产资源，扩大矿产资源利用范围，延长矿山服务年限；也是治理污染、保护生态的重要手段；还可以节省大量的土地和资金，解决就业问题，造福于人类社会，实现资源效益、经济效益、社会效益和环境效益的有效统一[5]（尾矿综合回收与利用的效益-刘丽华）。所以在全球矿产资源供应紧张的局势下开发利用好长期累积的大量尾矿是我国矿业可持续发展的必然选择。1.1.1尾矿是一种宝贵的二次资源尾矿中大多含有各种有色、黑色、稀贵、稀土和非金属矿物等,是宝贵的二次矿产资源，有待进一步的开发，回收。例如，从铜尾矿中可选出铜、金、银、铁、硫、萤石、硅灰石、重晶石等多种有用成分；从锡尾矿中也能回收铅、锌、锑、银等金属元素[6]（有色金属尾矿的问题及处理现状-孙燕等）。仅就从铁尾矿中回收精铁矿而言，全国铁尾矿品位平均11%，最高达27%，如以回收品位达61%的铁精矿，产率2%～3%计算，每年从铁尾矿中就可增产（300～400）×104t铁精矿，相当于投资几十亿元建设的一个大型联合企业[7]（铁矿尾矿的现状和综合利用途径-金末梅）。1.1.2尾矿的堆存会对环境造成影响尾矿能带来经济效益，同时也能对环境造成较大的负面影响，主要体现在：矿山尾矿会直接造成环境污染：一、原矿直接携带超标污染物质，如放射性元素及其他有害组分；二、选矿过程中使用的化学药剂残存于尾矿并与其中某些组分发生反应，产生新的污染源；三、在地表堆放条件下，尾矿发生氧化、水解和风化等变化，使原本无污染的组分转变为污染组分，如有色金属矿山普遍存在的某些重硫化物；四、流经尾矿堆放场所的地表水，通过与尾矿相互作用，溶解某些有害组分并携带转移，造成大范围污染；五、由于金属矿山尾矿颗粒极细，排出的尾矿干涸后经风力携带极易扬尘造成污染；六、某些矿山尾矿直接排泄于湖泊、河流，污染水体，堵塞河道，引发大灾害[8,9]（浅谈尾矿整体利用与矿山环境综合治理-杨保疆等；当前我国铁矿尾矿的资源状况利用现状及工作方向-王运敏等）。矿山尾矿占用大量土地：目前，除了少部分尾矿得到应用外，多数尾矿只有堆存而未被利用，占用了大量土地资源。随着数量的增加，占用土地面积必将会继续扩大。尾矿易产生安全隐患：由于尾矿库堆料超过库容、超龄服役，或遇山洪暴雨，或设计不合理，或安全措施不到位等原因，可引起塌陷、滑坡，造成尾矿库溃坝，带来泥石流灾害。尤其是坝高超过100m的大型尾矿库，一旦发生事故，造成的破坏将相当严重[3]（尾矿资源化利用的问题、条件及相关政策建议-殷俐娟）。1.3尾矿的堆存会给国家和企业到来经济负担由于尾矿堆存需要采取一系列措施来进行维护和管理，加上突发性原因会造成毁坏农田，或环境破坏的赔偿等，给国家和企业造成沉重的经济负担。据有关专家估算，我国冶金矿山尾矿堆放的基建费l一3元/c、经营管理费为3—5元/t，每年堆放尾矿需花费1O—l5亿元，给国家和企业造成严重的经济负担[10]（江西省尾矿资源利用现状及对策-易先奎）。2尾矿资源综合利用的途径1.1尾矿传统处理方法尾矿无害化处理是目前世界各国采取的传统处理方法，为防止废石和尾矿受水冲刷和被风吹扬而污染环境，采用下列传统处理法：①物理法：向细粒尾矿喷水，覆盖石灰和泥土，用树皮、稻草覆盖顶部。②植物法：在废石或尾矿堆场上栽种永久性植物。③化学法：利用可与尾矿化合的化学反应剂(水泥、石灰、硅酸钠等)，在尾矿表面形成固结硬壳。此法成本较高，有的尾矿常同砂层交错，化学反应剂难于选择。④土地复原法：在开采后被破坏的土地上，回填废石、尾矿，沉降稳定后，加以平整，覆盖土壤，栽种植物或建造房屋[11]（尾矿化学处理与综合利用的国内外研究概况-王秀萍）。1.2尾矿化学处理与综合利用技术研究随着科学技术的迅速发展，近年来国内外诸多学者对尾矿进行了系统而深入的矿物学研究，研究揭示了尾矿矿物分解和形成的规律、水-气-矿物反应的机制。提出一些尾矿处理的新方法、新工艺。由此，传统概念的矿山尾矿固体废料，已从消极的环保治理转变为积极的资源化治理。1.1.1尾矿中金属和有用组分的回收过去受思想认识和技术条件的限制，矿山选矿回收率不高，矿产综合利用程度不足，现已堆存甚至正在排出的尾矿中，含有丰富的有用元素[11]（尾矿化学处理与综合利用的国内外研究概况-王秀萍）。回收其中的有用物质和伴生元素是对尾矿综合利用的最直接的方法。如贺轶才真对晋南地区比较丰富的矽卡岩型铁矿尾矿资源含金量一般在(0.3～0.7)×10-6,并且大部分为中粗粒金,单体解离度可达71.5%,开发制造了集金重选设备,经生产验证取得了满意的效果,达到了在搅拌的同时富集金的目的,与摇床配套使用,形成了一套较完善的选矿流程,最终可获得18.17×10-6的金精矿产品[12]（我国铁尾矿资源现状及综合利用-郭建文等）。又如河南银铜坡金矿尾矿中的金、银平均品位分别为1175g／t和39g／t。该矿采用全泥氰化炭浆提金工艺，综合回收老尾矿库中的金和银，浸渣金、银品位分别为0.21g／t、11.64g／t，金、银浸出率分别为87.65、69.84。该矿采用浮选工艺综合回收氰渣中的铅、金、银和硫，铅精矿含Pb40O、Aul5～25g／t、Ag250～300g／t，Pb、Au和Ag的回收率分别为72、82和69。我国丰山铜矿对其尾矿经重一浮一磁一重选联合工艺试验，可得含铜20.5%的铜精矿，含硫43.61%的硫精矿，含铁55.61%的铁精矿，含WO382．7%的钨粗精矿[11]（尾矿化学处理与综合利用的国内外研究概况-王秀萍）。1.1.2利用尾矿生产建筑材料我国铁矿资源嵌布粒度细，一般需经过二段磨矿，少数三段磨矿、选别，因此除预选抛出部分粗粒尾矿外，大部分选矿排除和堆存的尾矿粒度较细，一般尾矿粒度在-0.074mm占50%～75%，仅长江中下游一带尾矿粒度较粗。同时尾矿的化学成分接近建筑用陶瓷材料、玻璃、砖瓦等所需要的成分，为开展尾矿用于制作建筑材料创造了条件。大致有以下几个方面。（1）尾矿用作铺路材料、黄沙替代品等。铺路材料、黄沙替代品等是最基本的建筑材料,对化学成分没有严格要求,只要求材料有一定的硬度和粒度。这种产品一般用量较大,可以弥补价格较低的缺点,同时无需再加工。另一方面,大量出售这种产品,可以解决尾矿堆场紧张的困难。把选矿过程中抛出的废石、磁选过程中产生的尾矿直接作为建材产品的例子有马钢姑山铁矿、上海梅山铁矿、江苏吉山铁矿,首钢大石河铁矿等一些矿山。这些矿山都结合自身选矿工艺、当地资源情况开展了这项工作,取得了一定的经济效益[12]（我国铁尾矿资源现状及综合利用-郭建文等）。（2）尾矿用于制砖。由于实心粘土砖需要使用大量的粘土，不仅破坏了环境，也减少了有限的耕地，国家开始制定法规来限制生产使用实心粘土砖[13]（我国铁矿尾矿综合利用-赵瑞敏）。我国在尾矿制转方面进行了积极有效的探索，取得了可喜成果，即可生产建筑用砖，也可生产路面、墙面装饰用砖。例如，马鞍山矿山研究院采用齐大山、歪头山的尾矿成功的制成了免烧砖。焦家金矿于1996年投资2000万元引进国家“双免”砖生产技术，每年消耗尾矿6万t。同济大学与马钢孤山铁矿合作，研制出装饰面砖，更适合作外墙贴面砖，还可调入不同色彩颜料做成彩色光滑面砖，代替普通瓷砖，人造大理石等作室内装饰用[11]（尾矿化学处理与综合利用的国内外研究概况-王秀萍）。（3）尾矿用于生产水泥和混凝土。尾矿用于生产水泥,就是利用尾矿中的某些微量元素影响熟料的形成和矿物的组成。目前,国内外对利用尾矿煅烧水泥的研究主要是使用铅锌尾矿和铜尾矿,这两种尾矿不仅可以代替部分水泥原料,而且还能起矿化作用,有效的提高熟料产量和质量以及降低煤耗。例如山东省昌乐县特种水泥厂用5.32%的铜尾矿进行配料后,熟料质量有所提高,能满足高标号水泥。凡口铅锌矿于1978年利用含方解石、石灰石为主的尾矿生产水泥,年生产水泥15万t,其标号达到600号。杭州市闲埠钼铁矿研究用钼铁尾矿代替部分水泥原料烧制水泥的生产技术,并在余杭县和睦水泥厂的工业性生产中一次试验成功,收到了明显的经济效益[6]（有色金属尾矿的问题及处理现状-孙燕等）。根据不同的粒级要求，尾矿颗粒不必加工可直接作为混凝土的粗细骨料使用。使混凝土具有较高的强度和较好的耐久性。（4）尾矿用来制玻璃、微晶玻璃及陶瓷。20世纪90年代以来，国内开始了利用尾矿制取玻化砖及微晶玻璃、陶瓷等的研究。前者将尾矿加适量粘土后，经喷雾干燥、压制成型、高温烧成，供地面、墙面装饰之用；后者以SiO2成分为主,尾矿可掺入15%～50%，加上碎玻璃可达80%～90%，经过熔化、水淬、升温晶化后成为玻璃相和结晶相的复合多晶陶瓷，可代替天然花岗岩作高级装饰材料[14]（循环经济与金属矿山尾矿的资源化研究-张瑞锦等）。同济大学与上海玻璃器皿二厂合作，以安徽琅琊山铜矿尾矿为原料，已研制出可代替大理石、花岗岩和陶瓷面砖等具有高强、耐磨和耐蚀的铜尾矿微晶玻璃[15]（我国尾矿资源利用现状及建议-徐凤平等）。大厂铅锌尾矿中含硅80%以上,并含有一定数量的钾长石和钠长石,多年来一直是株洲玻璃厂生产平板玻璃、压花玻璃和玻璃球的重要原料之一（有色金属矿山尾矿综合回收与利用-孙伟）。中国地质科学院尾矿利用中试基地,利用首钢某铁矿的尾砂研制烧出了优美的黑棕色工业陶瓷和日用陶瓷,其成品符合部颁标准,已投入批量生产[13]（我国铁矿尾矿综合利用-赵瑞敏）。（5）尾矿生产化肥及土壤改良剂。尾矿中往往含有锌、锰、钼、钒、硼、铁等微量元素，这些微量元素是