尾矿资源特征分析研究方法综述

杨 刚，杨 眉

(中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

尾矿资源特征分析研究方法综述

杨 刚，杨 眉

(中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

本文阐述了国内尾矿资源综合利用的现状，并系统总结出了尾矿资源特征分析研究的常用方法。尾矿资源特征分析研究方法包括尾矿样品取样方式，尾矿样品元素测试分析方法，物相测试方法，物理特征分析方法以及工艺矿物学研究方法，并以此为基础开发尾矿资源特征查询系统，为尾矿的综合利用提供基础数据资料。

尾矿资源；综合利用；国内现状；资源特征；分析方法

尾矿是采矿、选矿企业在矿产资源开发过程中，在当时采选技术条件下，对矿石中某一元素组分或若干元素组分进行分选、回收后，而排放的固体“废弃料”[1]。由于技术条件的限制，这些废弃物中还含有一定有价组分，称之为尾矿[2]。科学技术的进步,新技术、新方法的出现，使人们对尾矿有了重新认识。

1 尾矿资源的三大属性

实际上我们可以认为尾矿是一种“人工矿山”或是“二次资源”，因此尾矿也存在三大属性[3-4]。①资源属性：由于当时选矿技术的限制，尾矿中仍存在低品位的矿石和一些具有潜在价值的共、伴生矿物，这些潜在的矿物在新技术、新设配、新工艺的条件下可以回收利用。②经济属性：尾矿资源欲要转化为经济资源，经济条件是基础，它是决定尾矿资源属于废弃物还是经济资源的重要因素。③环境属性：尾矿库不仅占用土地资源而且存在安全隐患，对周围环境造也成巨大的危害。

2 中国尾矿综合利用现状

矿产资源综合利用水平是衡量一个国家经济与技术发展水平的重要标志之一[5]。目前国内外对尾矿综合利用的方式多种多样，见图1。世界各国在有价矿产资源综合回收与综合利用方面的差距较大。西方发达国家伴生金属的综合回收率大多在80%以上，综合回收伴生金属的产值可占总产值的30%以上[8-10]。由于我国有色金属矿产多伴生矿床和贫矿，有用矿物回收率普遍偏低，有相当多的伴生或共生矿物与有价元素进入到尾矿之中[11]。我国尾矿综合利用率仅为7%左右,远低于国外60%的利用率,和发达国家相比还存在较大的差距[12]。因此，我国的尾矿资源存在巨大潜在价值。

尾矿资源的综合利用已纳入循环经济发展体系，鼓励发展“无尾工艺”或“无废工艺”。鼓励推进共、伴生矿和尾矿综合开发利用，在节约资源的同时保护环境。“十一五”期间，我国在资源综合利用领域取得了一定的成就[13]，见表1。并在此基础上制定了新的发展目标，到“十二五”末的目标(近期目标)：资源循环利用产值总产值将达到1.8万亿元，见表2。

指标名称单位2005年2010年增长/%矿产资源总回收率%30355共伴生矿综合利用率%35405主要再生资源回收利用总量108t0．841．4977．4主要再生有色金属产量占有色金属总产量的比重%19．326．77．4

表2 “十二五”时期循环经济发展目标(矿产资源部分)

3 尾矿资源特征分析研究方法

前期入选源矿石品位相对较高，而当时选矿选矿设备和选矿工艺较差；后期虽然入选源矿石品位相对较低，但选矿设备和选矿技术较之前先进。因此，根据这种关系推断：尾矿品位数值在时间序列上构成金子塔型[14]。由于尾矿资源的复杂性和空间特征分布的不均匀性，如果盲目地对尾矿资源进行开发利用，很容易造成尾矿资源的再次浪费或是产生二次尾矿。

因此，在对尾矿开发利用之前，需要查清尾矿库的储量、尾矿的矿物组成、化学成分、矿物粒度、赋存状态等[15]，对尾矿资源的特征进行详细的、系统的分析，查清尾矿资源的特征，建立尾矿资源信息库，才能展开应用开发研究。

3.1 尾矿库取样方式

取样方式对尾矿的资源特征分析有着至关重要的作用。由于尾矿资源特征在空间分布的不均一性，因此不能在尾矿库中简单的取几个样品，要兼顾到尾矿库中部和底部。鉴于此，尾矿取样方式适宜钻探取样，钻探点的间距根据尾矿库的大小设定。同一个钻孔，取样点的垂距依情况而定。取样点的数量要兼顾工作量，成本等因素。取样遵循在不减少取样点的情况下能基本反映尾矿资源空间分布特征的原则。

3.2 尾矿化学成分分析

尾矿化学成分决定是尾矿综合利用方式的关键性因素之一。如果尾矿中含有较丰富的贵重金属元素、稀土元素，首先考虑是否可以将尾矿中的这些有价元素进行二次回收；如果尾矿中含有的有价元素较少，则考虑将尾矿作为建筑材料、复垦植被或是充填采空区加以利用。早期地质样品的化学元素分析采用经典的化学分析法，而目前则采用仪器分析为主的现代分析化学方法[16]，更加快速、高效、准确。

现代分析化学主要依靠先进的多元素同时分析技术实现主、次、痕量及超痕量元素的分析。目前地质样品元素分析的主要支撑技术包括电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和X射线荧光光谱(XRF)技术。XRF和ICP-AES主要用于地质样品中主、次成分及一些微量元素的分析测试,而最新的ICP-MS则承担着大多数痕量和超痕量元素分析测试，尤其是稀土元素、铂族元素，具有快速准确的特点。原子荧光光谱和吸收光谱虽然逐渐被现代多元素同时分析技术所取代,但目前仍然在地质样品多元素分析系统中起着重要的作用。ICP-MS和色谱连用技术可对元素形态分析研究，ICP-MS和激光剥蚀联用技术可对在地质样品元素微区进行分析研究[17]。

3.3 尾矿物相鉴定

除了检测尾矿中的化学元素外，还要对尾矿中的物相进行分析。X射线衍射技术是最常用、较简便的物相分析方法。尾矿中通常含有多种矿物，矿物组成较复杂，仅仅依靠镜下鉴定不够准确，因此矿物定性分析是粉晶X射线衍射在尾矿矿物分析中的最主要应用[18]。此外，由于天然矿物成因、成分复杂,同族矿物的不同矿物种以及同种矿物的不同变体往往很难用其他方法区分,粉晶X射线衍射便成为最有效的分析方法[19]。

3.4 尾矿物理特征分析

尾矿的物理性质主要包括粒度和密度。如果尾矿用于生产建筑材料的原料、耐火材料原料或是建筑用砂，获得最紧密填充的粒度级配是一个十分重要的问题。在不同的粒度配级下，尾矿颗粒的堆积密度也有差异。因此，尾矿颗粒的粒度分布特征及其堆积密度、松散度也是一项重要的分析数据。

3.4.1 粒度分析方法

尾矿颗粒粒度分析方法通常有2种：筛分法和激光粒度仪分析方法。筛分法分为干筛和湿筛，对于含有一些可溶性物质的尾矿只适用干筛。可以用一个筛子检测单一粒径颗粒通过率；可以多个筛子组合起来同时检测多个粒径颗粒的通过率。筛分法有振动筛、负压筛、手工筛、全自动筛等多种方式[20]。颗粒能否通过筛子与颗粒的形状和筛分时间等素因素有关。筛分法适用于颗粒较粗的尾矿，细小的颗粒(<74μm)筛分比较困难。对于颗粒细小的尾矿可用激光粒度仪法。激光法粒度分析[21]的理论模型是建立在颗粒为球形、单分散条件上的，而实际上颗粒多为不规则形状并呈多分散性。激光粒度仪具有分析迅速，但是颗粒的形状对测试结果有较大影响。

3.4.2 密度分析方法

表观密度可分为低密度(松散的)和高密度(致密的)二种。由于粉体颗粒的几何性质，表面的物理化学性质等有所不同而使表观密度不同，并且填充方式对表观密度也有较大的影响[22]。堆积密度的测定可以使用粉体综合特性测试仪进行测试。真密度一般指固体密度值，其颗粒体积不包括存在于颗粒内部的封闭孔洞[23]。因此，测量颗粒的真密度必须将颗粒进行粉碎，一般要求颗粒粒度<74μm。常用的颗粒真密度测试方法有：气体容积法和浸液法。其中气体容积法又包括定容积法和不定容积法；浸液法包括比重瓶法和悬吊法。由于比重瓶法具有仪器简单，操作方便，结果可靠等优点，是较常用的真密度测试方法。

3.5 尾矿工艺矿物学特征研究

工艺矿物学在矿产资源开发与综合利用的整个环节中都具有重要的指导意义。工艺矿物学能为尾矿库的开采、配矿提供准确的基础资料[24]。工艺矿物学研究内容包括矿物组成，粒度特性，结构构造，富集分散规律等。工艺矿物学还可以鉴定尾矿的矿物组成，测定其含量，主回收矿物和单体解离度等定量数椐。

3.5.1 尾矿中矿物镜下鉴定

尾矿绝大部分已经经过了破碎和粉碎，矿物颗粒较细，原矿石的构造、结构遭到破坏。尾矿的镜下鉴定工作主要是要查清尾矿中的矿物组成，矿物颗粒的大小，估测矿物的百分含量以及矿物颗粒的单体解离度。尾矿样品需要做成砂薄片和光片才能鉴定，矿物的镜下鉴定工作可以结合X粉晶衍射分析的结果进行。有时为了对比尾矿与原矿石的差异变化，鉴定工作需同时进行。

3.5.2 尾矿MLA分析鉴定

MLA (Mineral Liberation Analyzer)是由澳大利亚昆士兰大学矿物研究中心的顾鹰博士开发研制的[25]。MLA矿物自动定量检测系统可以测定样品矿物组成，并且能够准确定量分析[26]。MLA还可以分析主要矿物嵌布特性、矿物学特征、主要矿物的分布粒度以及矿物的赋存状态[27-28]，在尾矿的工艺矿物学特征分析中有着重要的应用。图2为MLA矿物分析系统的高清背散射电子图像，用于分析矿物嵌布特征和矿物学特征。

图2 菱铁矿充填于黄铁矿与赤铁矿之间缝隙中

3.6 尾矿资源特征查询和管理系统的开发

在对尾矿资源特征进行了详细分析研究后，进一步对尾矿的特征信息进行整合管理，为尾矿开发和利用提供基础的资料。河北联合大学的侯春华、李富平、汪金花开发出了基于SuperMapObjects的尾矿资源管理系统[29-30]，此外汪金花和李富平还开发出了基于GIS的尾矿资源管理空间分析系统[31-30]，二个管理系统均采用GIS组件式开发模式。前者可以实现尾矿信息属性信息与空间分布的实时查询与管理、数据输入输出、互联网链接、地图导入、尾矿信息专题图制作等功能。后者可以实现尾矿资源空间与属性双向查询、叠置分析、尾矿分布缓冲区分析等功能。两个尾矿管理系统只是实现对尾矿资源的监测和管理，但是如果用于尾矿库的开发和综合利用还需要进一步完善并拓展其功能。

4 结论

尾矿也是一种潜在的“矿产资源”，蕴藏着巨大的经济价值。尾矿的资源特征分析必须要形成一套系统的科学研究方法。尾矿资源特征研究方法不仅包括科学的取样方式、快速准确的化学元素测试分析方法、必要的物理特征研究方法，还应该包括系统的工艺矿物学研究。并在此基础上，建立尾矿资源特征信息库，开发尾矿资源特征查询系统，明确尾矿的开发利用方向和途径,有计划、有步骤地开发尾矿资源与治理环境。

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Research methods of tailing resources’ characteristics

YANG Gang，YANG Mei

(China University of Geosciences(Wuhan),Wuhan 430074,China)

This paper describes the status of the domestic utilization of tailings and summed up the research methods of tailings resources’ characteristics.Research methods of tailing resources’ characteristics contain sampling method，test and analysis methods of elements，phase testing methods，the analytical methods of physical characteristics and process mineralogy analysis methods.And develop tailing management system based on the data of tailing resources’ characteristics.The system can provide basic data for the development and utilization of tailings.

analysis;domestic situation;resource characteristics;tailing resources;utilization

2014-07-25

杨刚(1989-)，男，山东人，硕士，中国地质大学(武汉)研究生，研究方向为尾矿资源综合利用，E-mail：yanggang0516@126.com。

杨眉(1962-)，女，江西人，博士，中国地质大学(武汉)教授，主要从事矿产资源资源综合利，E-mail：yangmei@cug.edu.cn。

TD989

A

1004-4051(2015)06-0067-04