我国尾矿固废处置现状及建议

蔚美娇，孔祥云,2，黄劲松，刘俊新，李 军,2，王光进，李晓宁,樊晓一,朱宝龙

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院，金属矿尾矿资源绿色综合利用国家地方联合工程研究中心，云南 昆明 650093；2.昆明理工大学 建筑工程学院，云南 昆明 650093；3.浙江智谱工程技术有限公司，浙江 湖州 313000；4.西南科技大学 土木工程与建筑学院，四川 绵阳 621010；5.西南石油大学 土木工程与测绘学院，四川 成都 610500)

0 引言

在推进社会高质量发展的新形势下，全面提高矿产资源利用率是时代给予的紧迫而艰巨的任务。目前，我国大宗固体废弃物处置面临严峻挑战，固废产生速度快、数量大，虽然有一部分得到了利用，但是效率很低。其中尾矿的堆积量在工业废弃物中占比最高，达45.67%。

矿产资源为社会发展提供了基础原料，我国对矿产资源的合理开发与利用越来越重视。随着国家对资源安全重视程度的提升，尾矿固废资源处置以及利用的需求在逐渐增强。通过调查评价尾矿库的空间分布、数量、尾矿的毒害性和综合利用率，可以为土地和空间规划、生态环境恢复和矿产资源保护提供有效支持。当前，国内对尾矿采取的最直接的处理方式是尾矿库处理法，即将尾矿直接排放至尾矿库中堆存。如此，不仅浪费大量的土地资源，还会对生态环境和社会稳定造成不利影响。尾矿再选技术是我国普遍采用的尾矿处理工艺，另外也可将尾矿加入水泥或者建材等产品中，或用作肥料对土壤进行改良等。近年来，不少企业将尾矿应用到了一些新的领域，如玻璃制造、建筑中的砌块以及装修用墙砖地砖等。虽然在尾矿固废减量化以及无害化方面取得了一定成果，但利用量十分有限，资源最大化的目标以及相应的产业链目标仍然没有实现。因此，尾矿固废的处置和利用是我国目前急需解决的重要问题。随着科技的不断进步，我国对于矿山尾矿固废的处理途径日益丰富，治理效果也愈发显著。本文对尾矿固废的处置现状进行了总结，对其利用前景进行了展望，以期为我国的大宗固废综合利用提供参考。

1 我国尾矿资源现状

我国2008-2020年尾矿的产生量以及利用率如图1所示。从图1可以看出：2008-2014年我国尾矿产生量一直呈上升趋势，2014年为16.78亿t； 2015-2018年，由于铁尾矿产生量逐步减少，使得我国尾矿产生量整体呈下降趋势；2018年开始又呈增长趋势，但增长速度较之前缓慢；2020年，尾矿的产生量为12.75亿t；而我国尾矿的利用率随着时间的推移呈增长趋势，2008年的尾矿利用率约为7.0%，到2020年时已增长至31.8%左右。

图1 我国2008-2020年尾矿产生量以及利用率

尾矿的堆积不仅会对环境造成破坏，还会给周边居民带来巨大的安全隐患。在我国，尾矿是工业固体废弃物中产出量以及堆积量最高的危险固废。2015-2020年我国尾矿堆积量如图2所示。由图2可知，2015年底我国尾矿堆积量为173亿t，2020年底已达222.6亿t。

图2 我国2015-2020年尾矿堆积量

2 我国尾矿固废处置现状

2.1 尾矿资源回收利用现状

尾矿中的主要成分有SiO2、CuO、Al2O3、K2O、MnO、Fe2O3、SO3、ZnO以及P2O5等，采用传统的选矿工艺以及设备回收其中的有用成分具有一定难度，原因是尾矿粒度较细、有用组分少且嵌布复杂。尾矿资源的二次利用包括两个方面：一是经再选回收尾矿中的有用组分，二是将剩余资源进行再利用。

以铁尾矿为例，对其回收利用现状进行总结。陈禄政[1]采用连续离心分离的方式回收铁尾矿中的铁，该技术的核心在于连续离心分离装置，并提出了利用往复移动水束流冲击卸落富集层完成连续离心分离的流程；李奕然等[2]以云南上厂铁尾矿为研究对象，提出了一种再选新工艺，即选择性分散絮凝-磁选技术；杨合等[3]以某低品位铁尾矿为研究对象，提出了一种回收铁的新工艺，即直接还原-磁选技术；刘红召等[4]采用还原焙烧-弱磁选工艺对江西七宝山铁尾矿中的铁进行了高效回收；朱敏聪等[5]以低品位铁尾矿为研究对象，通过弱磁场、强磁场分选实验，得到了铁生成量15.33%、品位62%的铁精矿。王书文[6]对钒钛磁铁矿型尾矿进行了高效分离，回收了其中的钒、钛、铁及其他有价金属元素；秦玉芳等[7]从白云鄂博型铁尾矿中回收了稀土、铌和其他伴生金属元素；霍松洋等[8]以承德某铁尾矿为研究对象，经过1次粗选、3次精选，最终得到P2O5品位32.74%、P2O5回收率86.11%的磷精矿，然后通过磁选-重选工艺获得了TiO2品位23.00%、TiO2回收率91.24%的钛精矿；于汉晟等[9]以岚县田野铁矿选矿厂中的综合尾矿为研究对象进行了回收试验，得到了3.6万t铁品位为62.15%的混合精矿；卢宽[10]以某铁尾矿为研究对象，分析发现铁尾矿中主要成分是K2O和云母，质量分数分别为2.18%、27.25%，采用脱泥浮选的方法得到了质量分数达97.28%、回收率为52.71%、产率为11.32%的云母。李继福等[11]利用粗精矿加工技术对某铁尾矿开展了“1粗7精3扫”工艺流程，得到了钼回收率67.49%的钼精矿；王欢[12]对白象山铁矿进行磁选作业后，发现尾矿和精矿中均存在镓、钴，随后开展了钴、镓回收试验，最后获得了钴品位为0.46%、钴回收率为54.41%的浮选精矿；蔡海立[13]以广东某铁尾矿为研究对象，提出了一种氯化-焙烧技术，采用该技术实现了重金属的分离以及回收；南楠等[14]针对目前磷回收工艺相对落后的现状，提出了一种新的回收工艺，该工艺的关键在于使用了磷灰石新型常温捕收剂DJX-6。

2.2 回填矿山采空区

用尾矿回填矿山采空区是直接利用尾矿的有效途径之一。尾矿充填主要有2种方式：水砂充填和胶结充填。尾矿回填采空区可以消耗大量的尾矿，是一种非常有效的尾矿处理方式，也是尾矿减量化利用的关键，尤其是对于不具备建设尾矿库的条件的矿山企业而言，该方式不仅节约了尾矿库的建设成本，而且还避免了对环境的污染，经济效益和环境效益兼得。我国目前普遍使用的尾矿充填技术是胶结充填，该技术所需的原材料包括惰性材料、凝胶材料以及水，按照一定的比例混合便可制成充填料浆。与其他技术相比，胶结充填技术可以在一定程度上提高矿石回采率(可达95%)。近年来的研究发现，一些工业废弃物(如冶炼渣等)具有一定的活性，将其与尾矿混合制成胶砂，既可以满足全尾胶结充填的要求，还有效利用了工业废弃物，具有广阔的发展前景。此外，尾矿回填矿山采空区技术还有深井高浓度全尾砂充填技术、尾矿充填露天矿坑技术、塌陷区尾矿砂高浓度浓缩堆存技术等[15]。

2.3 作为建筑材料的原料

将尾矿破碎以及筛分后，可用于制备建筑材料，如水泥、混凝土集料、硅酸盐尾砂砖、溶渣花砖、瓦、微晶玻璃、加气混凝土、铸石、泡沫材料、陶粒、泡沫玻璃和耐火材料等[16]。陈城[17]将尾矿作为原材料制备了多孔陶瓷，其具有耐高温和耐腐蚀的优点，极大提升了尾矿的附加值；另外还以铁尾矿、粉煤灰等工业废弃物为原材料、硅酸盐水泥为胶凝材料，采用物理发泡的方法制备了一种泡沫保温材料，该材料不仅性能良好，且不污染环境。LI等[18]以铜尾矿、铁尾矿为原料，制备了一种3D打印建筑材料，对其进行了毒性和放射性测试，结果表明，其为环境友好型材料；LI等[19]以细粒低硅铁尾矿及非水泥类固化剂为原料，加入三乙醇胺硬化促进剂和硬脂酸乳液防水剂制备了环保砖；ZHANG等[20]提出铁尾矿可应用于胶凝材料的生产、混凝土的制备以及一些新型砖的制备；GAO等[21]以珍珠岩尾矿为原材料制备了一种新型轻质泡沫保温隔热材料；LI等[22]以铁尾矿为原料制备了一种多孔砖，经测试，该砖强度高、孔隙率低； BAI等[23]以钼尾矿为原料成功制备出了一种新型储水材料； ZHANG等[24]以硅砂尾矿和其他工业废弃物为原料制备了陶瓷材料；PENG等[25]以石墨尾矿作为硅质材料生产了蒸压加气混凝土；YAO等[26]对尾矿水化性能是否受机械活化的影响以及影响程度进行了研究，发现其可以用作补充胶凝材料； WANG等[27]研究发现可用金矿石尾矿作为生产水泥的硅质原料；杨建[28]以钒尾矿作为主要原料，再辅以矿渣、水泥熟料以及石膏制备了泡沫混凝土。

2.4 制作肥料

磷尾矿中的有用元素很多，如P、Mg、Ca、Si等，因此具有很大的回收价值，可用于制作肥料。周雪娜等[29]以磷尾矿制备出了钙镁磷肥和磷镁二元复合肥；郭玉叶等[30]以攀枝花选钛尾矿以及甘蔗秸秆为原料，经微生物发酵，制备出了有机肥料；郑建国等[31]以磷酸作为萃取活化剂，将磷尾矿中的有用元素(钙、镁、磷等)萃取并且活化，再将料浆煅烧、干燥，使磷发生聚合反应，最终得到了聚合态钙镁磷肥；秦琴等[32]以磷尾矿为主要原料，以富含蛋白质、纤维素和多种微量元素的酱香型白酒糟为辅料，研究了堆肥发酵过程中磷尾矿用量、细菌接种量和菌种配比对有效磷含量的影响，得出了生物肥发酵的最佳条件；叶怡然等[33]以磷尾矿作为原料，将生物炭、木醋液、麦麸、解磷细菌和锯末等与其混合，成功制备出了有机肥，研究发现，该有机肥不仅可提高土壤中的有机质含量，改善土壤的结构以及通透性，还可以有效提高土壤的保水以及保肥能力；张宇婕[34]以磷矿浮选尾矿和钛白废酸作为原料，生产出了硫酸亚铁镁复合肥料；TAN等[35]将温石棉尾矿(CAT)与磷酸盐[NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、KH2PO4和 CaHPO4])通过一步研磨转化为鸟粪石和硅酸盐，可作为柠檬酸可溶性肥料(CASF)的全元素利用。

2.5 围池造田

围池造田就是将河滩荒地变成可耕地。在某些干旱地区，比如华北、西北等地存在很多半间歇河以及间歇河，河道两边的河滩分布着许多大小形状不一的河卵石，无法作为耕地。围池造田技术可以解决上述问题，具体做法为：在河滩表面用石头垒一圈围坝，高约3.5～5.0 m，每一个围池的面积约2.67 hm2；将尾矿直接排入围池中压覆河卵石，留出一定高度，在尾矿表面覆盖约25 cm的可耕土，如此便完成了围池造田。目前，该技术得到了广泛应用并已取得了较好的效果。

3 矿山尾矿固废处置建议

我国的尾矿处理技术尚不成熟，还没有充分挖掘出尾矿的潜在价值，尾矿的有效处理成了一个难题。尤其是在当前的“双碳”背景下，如何合理有效地处置尾矿固废，关系到矿山行业的高质量发展和民生福祉。

未来应处理好科技进步与绿色发展的关系，不仅要考虑到资源的安全高效利用，还要契合“绿水青山就是金山银山”的发展理念。就国家层面来看，还需要完善相关政策，如尾矿库的准入和退出机制、尾矿资源综合利用评价机制等。要解决尾矿资源利用这个难题，不仅需要矿山企业做好技术攻关和资金投入，也需要相关法规的上层管控。具体建议如下：

a.鼓励企业开展技术攻关和技术改造，不断优化工艺流程，进一步开发高效环保新型药剂；落实优惠政策如减免资源税等，引导社会资金投入矿山尾矿资源的开发与利用研究。

b.将中央下拨的财政资金分配到位，并确保有效使用，以大型企业的尾矿利用工程作为示范点，试行一批新工艺、新装备、新药剂，集中力量解决尾矿固废处置问题，并逐步推广应用。

c.研究并制定《矿山尾矿综合利用条例》，对与尾矿资源利用相关的部门进行分类并细化，将管理责任具体落实到各个部门。

d.尾矿综合利用研究涉及的专业较多，尝试引入交叉学科的理论和技术，在不断探索中逐步优化。由工信部和科技部设立专题科研项目，组织技术和装备的研发。

e.设计建设一个市级尾矿资源利用大数据平台，其作用是利用地面勘测以及遥感卫星等手段，确定尾矿库的具体位置以及现有规模；对提取的尾矿库样品进行测试分析，包括密度、化学成分、放射性、粒度、矿物成分、黏度、热膨胀系数以及其他性能指标，并将其导入该平台；综合尾矿资源相关信息，使用数字建模以及云计算等大数据分析方法对各类尾矿资源的应用前景进行精准分析和预测。

f.积极组织和参加尾矿综合利用方面的国际会议，加强国际合作与交流，吸收国外先进经验。

4 结语

在绿色高质量发展的新要求下，尾矿资源综合利用势在必行。目前对尾矿的处置方式主要有资源回收利用、回填矿山采空区、制作肥料、作为建筑材料的原料以及围池造田等。上述方式不但使尾矿固废得到了有效利用，推动了新材料、新工艺以及新技术的发展，还解决了环境污染问题，也在一定程度上促进了经济的发展。我国矿山企业应承担起尾矿资源利用的主体责任，从源头上消减固废量，为推进我国绿色矿山建设作出努力。