矿山尾矿综合利用的研究进展

张海波，吕朝霞

（河北联合大学 轻工学院，唐山 河北 063000）

矿石尾矿是金属或非金属矿山开采出来的矿石，经过矿厂选出有价值的精矿后而残留的其它物质。矿产资源的开采和利用为社会进步提供了巨大动力，但尾矿的产生严重地污染了生态环境，据统计，我国现有尾矿库12655座，其中金属尾矿占90%以上，截至到2009年底我国尾矿累积堆存量为100亿t,年产出量达到12亿t，占全世界尾矿产出量的50%以上。然而从另外一个角度来看，尾矿是含有大量有用组分的暂时废弃物，有着很高的利用价值，只因受到现有技术条件的制约，暂时无法充分利用。目前，我国工业固体废弃物综合利用率在60%左右，而金属尾矿的综合利用率平均不到10%[1]。面对世界矿产资源日已锐减的大趋势，大力开发和再利用尾矿资源势在必行，开发高附加值产品将成为我国未来尾矿资源综合利用的主要研究方向。据中国矿业联合会尾矿综合治理办公室估计，我国尾矿潜在价值约1300亿元，其开发利用具有极大的诱惑力。

1 综合利用的方向

我国尾矿资源的开发利用方向主要在尾矿重选、有价组分提取、充填区、建筑材料、土壤改良剂、微晶体制备等方面。

1.1 尾矿重选

截至2009年底，全国铁尾矿总量大致为60亿t、铜尾矿总量大致为15亿t、铅锌尾矿总量大致为4亿t、锡尾矿总量大致为5亿t、钨尾矿总量大致为3亿t、钼尾矿总量大致为4亿t。综上所述，我国矿石资源非常丰富，但是品位偏低，长久以来由于技术和设备的限制以及观念的落后，对于矿产资源只是选富弃贫，造成了资源的大量浪费。

中国选矿技术网报道了棉土窝磁选钨尾矿回收钨、铋、钼实例。江西理工大学的罗仙平等科研人员发明了一种氰金尾矿的回收处理方法[2]。汤成龙等采用磁选和精矿除铁工艺从栖霞山铅锌矿中有效回收锰矿资源[3]。德兴铜矿从含铜废石中回收金、银、钼等；大余钨矿从尾矿中回收铋等；银山铅锌矿从尾矿中回收绢云母；还可从含钽铌矿渣中综合回收铀[4]。湖南环保网上还公布了采用全粒级选别新工艺从钒钛磁选矿选铁尾矿中回收钛铁矿的工艺。崔长征研究小组对青海某铅锌尾矿中重晶石进行了综合利用，还从青海某大型石棉矿尾矿中回收了磁铁矿新工艺[5，6]。

1.2 有价元素回收

对于尾矿中有价元素的主要提取方法有重磁浮法、溶剂萃取法、电极回收法、电解气浮法等。近年来随着微生物浸出技术的应用和发展，微生物浸出法已成为处理固体废物的又一重要方法[7]。

例如加拿大BacTech矿业公司的生物浸出工艺在二十世纪80～90年代发展于澳大利亚，在澳大利亚和中国，该技术已成功地应用于从难处理金矿石中回收金的工业化生产中。又如BioteQ公司的在SART法（硫化-酸化-返回-浓缩）中,添加NaHS使与铜氰络合物结合的氰化物释放出来，以沉淀铜，并且在弱酸性条件下将氰化物转化为HCN气体,使其以游离氰化物形式返回到浸出回路中。铜以有价值的高品位（～70%Cu）Cu2S副产品产出。氰化物循环应用，使浸出回路可以在氰化物较高用量下运行，从而提高金的浸出率，降低铜在金电积中的沉积量[8]。

1.3 制作建材

1.3.1 墙体材料 刘露等[9]介绍了利用铁尾矿制作各种砖的研究现状与成果，这一技术实现了资源二次开发利用，可以生产高附加值产品。姚树刚等[10]对鞍山地区的铁尾矿进行了三免尾矿砖的研究。遵化市的唐山金三顺装饰材料有限公司用熔化的铁尾矿砂及辅料经过生产线化身为木化板，实现了对工业废渣的转化利用。利用尾矿砂和其他原料作为反应生成剂，生产制作了既经济又无污染的环保新型彩釉波形瓦、外墙保温板、轻质复合墙隔体板、免烧砖、整体节能小屋等。

1.3.2 水泥 许仲梓等研究小组在实验室利用铅锌尾矿渣试验和工业化回转窑生产中验证铅、锌等元素复合掺杂矿化的可行性，并开发出低碱优质硅酸盐水泥熟料的生产技术，实现了科研成果的产业化。

1.3.3 陶瓷和玻璃 宜春钽铌矿中锂云母主要用于提取碳酸锂，广泛用于生产陶瓷低温釉料。长石粉用于瓶罐玻璃，也用于釉面砖生产和玻璃马赛克。稀土尾矿是一种新型的制瓷原料，它既可用于胎又可用于釉，既可生产青瓷又可生产白瓷[11]。

1.4 充填采空区

目前，中国采用全尾充填采空区的主要有全尾砂胶结充填和全尾砂高水固结充填两种方法。

全尾砂胶结充填技术形成了全尾砂高浓度（膏体）泵送充填和全尾砂胶结充填自流输送两种充填工艺[12，13]。此技术解决了矿山选厂尾砂的排放问题，实现了矿山采矿、选矿、充填三者互为依托、综合平衡的良性闭路循环，在地表不建尾矿库、不外排尾矿。

高水固结全尾砂充填的实质是在尾砂胶结充填工艺中不使用水泥而使用高水材料作为胶凝材料，使用全尾砂作为充填骨料，按一定比例加水混合后形成高水固结充填浆料。高水材料能将9倍于自身体积的水凝结成固体高水固结充填浆料充入采场后，不用脱水便可以凝结为固态充填体。此技术已解决了井下的环境污染，降低了工人的劳动强度，在应用上有明显的优越性。

1.5 土壤改良剂、复垦与化肥

1.5.1 土壤改良剂 某些尾矿中如含有石膏，可作为改良碱土或弱盐土的矿物原料。富含CaCO3或MgCO3的尾矿原料适合改良酸性土壤，特别是老朽酸化的土壤，可改善土质。含黄铁矿的尾矿可酸化含碳酸盐高的土壤，特别是含Na2CO3的土壤。但利用尾矿作为土壤改良剂前，千万不要让有害组分超标。

1.5.2 微量化肥 植物生长的“维生素”被人们认为是微量化肥，简称微肥。已发现的微肥有Zn、Mn、Cu、Mo、V、B等，微肥可使作物增产幅度5%～30%，而尾矿中往往含有这些微量元素。

张夫道发明了钼尾矿无害化及用作原料制备缓释BB肥技术。先回收钼尾矿中的有价组分后，再无害化回收其中的SiO2、重金属Pb、Cd、Cr和浮选剂钠盐，最后用作原料制备粮食作物用缓释BB肥原料。

1.5.3 复垦 江西永平铜矿酸性排土场于1985年开始了植被复垦的推广工作，树种以马尾松和湿地松为主；寻乌稀土尾矿库1988年直接在尾砂堆积场地上种植南岭黄檀，两年后在树上放养紫胶虫，可产紫胶，还种植了芙蓉李均取得了很大效益。

德国弗兰格尼亚石育矿床开采过程中就采用大型轮胎式装岩机处理粘土质覆盖物，其运距较短，并能将剥离物及母土就近回填。复垦后的土地可用于农、林、牧、渔及修建公共设施等。

1.6 微晶体制备

微晶体由于它的特殊物理性质和结构，越来越多的应用于科研工作中，并且取得了极为可观的效果。但是，微晶体的制备过程却是纷繁复杂的，并且原材料也并不丰富。所以，寻找用于制备微晶体的原材料工作很是重要。尾矿资源含有多种元素，并且数量极大，有制备微晶体的自身优势。在此方面的研究也有了很大进展。例如于洪浩等[14]以铁尾矿和NaOH为原料、NaNO3为熔盐，在500℃下煅烧3h，使铁尾矿中的惰性SiO2转变成活性的Na2SiO3相。以浸取Na2SiO3溶液作为硅源，利用化学沉淀法成功制备了无定形白炭黑，且白炭黑产品中的SiO2纯度为99.3%。又如张淑会等[15]在热力学分析的基础上，以铁尾矿、碳黑为原料，采用碳热还原氮化法合成了Si3N4陶瓷粉末，开拓了铁尾矿综合利用的新途径。薛向欣以铁尾矿合成的SiC粉为原料，Y2O3和Al2O3为烧结助剂，常压烧结制备SiC-Y3Al15O12（YAG）复相陶瓷。SiC陶瓷因其具有高温强度大，抗氧化性强，耐磨损性好，热稳定性佳，热膨胀系数小，硬度高以及热抗震和耐化学腐蚀等优良性能，在汽车工业、机械化工、环境保护、空间技术、信息产业等领域具有广阔的应用前景[16]。于洪浩等[17]还利用铁尾矿制备BaO-Fe2O3-Si2微晶玻璃。

3 展望

尾矿资源综合利用应当进一步引起各有关部门的高度重视，同时采取切实可行的措施推动尾矿综合利用在全国推广，既保护国家的资源，又净化环境。通过控制矿石尾矿与适当配料加入量、焙烧时间、反应温度等条件，使之用于制备微晶体结构或其他材料成为最有前景的方法。研究出不同矿石尾矿与适当配料的关系理论，用于指导一定微晶体材料合成研究和生产。

［1］赵瑞敏.我国铁尾矿综合利用［J］.金属矿山，2009，（7）:158-163.

［2］罗仙平.一种氰金尾矿的回收处理方法［P］.CN101403042.2009-04-08.

［3］汤成龙，周长银，芮凯.浮选尾矿中锰矿物的回收研究与实践［J］.采矿技术，2008，8（3）.

［4］颜允富，战晓云，秦绍禹.从含铀钽铌矿渣中综合回收铀［J］.铀矿冶，1994，（2）.

［5］崔长征，缑明亮，孙阳，等.从铅锌尾矿中回收重晶石的应用研究［J］.矿产综合利用，2011，（3）.

［6］崔长征，缑明亮，陈文科，等.从石棉尾矿中回收磁铁矿新工艺［J］.矿产综合利用，2011，（6）.

［7］郭敏，卢业授，贾志红，等.我国大宗尾矿废石资源化对策研究［J］.中国矿业，2009，（4）：36-37.

［8］M·阿达姆斯.在含金铜矿石选矿中使用由生物产生的硫化物来回收氰化物和铜［J］.国外金属矿选矿，2008，（1）：38-43.

［9］刘露，郑卫，李潘，等.铁尾矿制砖研究与利用现状［J］.矿业快报，2008，（10）：14-18.

［10］姚树刚，邢安石，施英明等.三免尾矿砖研制报告［J］.硅酸盐建筑制品，1993，（4）：35-36.

［11］罗仙平，严群，卢凌，等.江西有色金属矿山固体废物处理与处置存在的问题与对策［J］.中国矿业，2005，（14）：24-26.

［12］许新启.我国全尾高浓度（膏体）胶结充填简述［J］.矿冶工程，1998，（6）：1-4.

［13］刘同有,金铭良.中国镍钴矿山现代化开采技术［M］.北京：冶金工业出版社，1996.

［14］于洪浩，薛向欣.熔盐法从铁尾矿中制取高纯白炭黑［J］.化工学报，2009，（8）：2124-2129.

［15］张淑会，薛向欣，吕庆，等.利用铁尾矿制备SiC-Y3-Al5-O12复相陶瓷［J］.钢铁，2008，11（43）：94-98.

［16］黄勇，张立明，汪长安，等.先进结构陶瓷研究进展评述［J］.硅酸盐通报，2005，（5）：91.

［17］于洪浩，薛向欣，黄大威.利用铁尾矿制备BaO-Fe2O3-Si2微晶玻璃的晶化过程［J］.中国有色金属学报，2008，（11）：2076-2081.