我国尾矿资源综合利用研究进展与展望

吴 浩

(中铁十九局集团矿业投资有限公司，北京 100161)

尾矿是原矿经碎磨、选别后的产物，是选出有用矿物后的剩余部分。据统计，截至2020年我国尾矿总储量已超过600亿t。尾矿库占用大量的土地资源，同时还会对周围的环境造成严重的污染。尾矿中残留的选矿药剂、超标的重金属离子、砷化物等，经雨水冲刷及风化，会渗透到土壤当中，导致土壤污染、种植功能退化、植被死亡。尾矿粒度较细，多为0.150～0.075 mm，干燥后会形成飘尘，造成空气污染。此外，大量堆积的尾砂具有较高的势能，一旦发生溃坝会产生泥石流，可能对其下游居民和设施安全造成严重的威胁。

近期受到骨料矿山产能整合等政策的影响，传统砂石骨料的短缺使更多学者认识到尾矿潜在的资源属性。此外，国家应急管理部要求，自2020年起，在保证紧缺和战略性矿产矿山正常建设开发的前提下，全国尾矿库数量原则上只减不增。因此，尾矿进行资源化、减量化、无害化利用势在必行。

1 尾矿的综合利用方式

目前国内尾矿主要利用方式有充填地下采矿区、有价元素再选、制备建筑材料及土地复垦等。以上利用方式各有优缺点：尾矿再选可节约磨矿成本，但回收率低、回报甚微且尾矿消耗量小；充填采空区可大量消耗尾矿，但耗用大量水泥，成本较高；尾矿用作建筑材料原料，成本低，消纳量大，但受制于建筑材料运输半径、有害物质超标及缺乏相关配套规范及标准等因素限制，很难大规模应用。

2 尾矿用于采空区充填

尾矿用于充填采空区，可有效抑制地表沉陷和围岩崩落，有效避免地表下沉和巷道破坏，改善地下应力环境，达到地压管理的目的，同时也减少了尾矿堆存占用土地，有助于实现无尾矿山。普通硅酸盐水泥是国内矿山主流充填胶凝材料，但水泥使用量大，成本较高，充填过程会排放产生较多CO2，强度低，特别是尾砂粒度较细时胶结作用更弱。

赵英良等人以招远黄金蚕庄金矿尾矿为原料，通过聚合反应制作胶凝材料[1]。在碱熔温度650 ℃、NaOH用量10%、碱熔时间40 min的条件下，胶结充填材料的28 d抗压强度可达2.74～5.80 MPa，满足充填采矿的要求。

膏体充填采矿法是近年来充填采矿法的研究热点，具有 “一废治两害”的功用，其主要技术指标有原材料粒度组成、膏体的泌水率、沉缩性能、塌落度、屈服应力、固化膏体力学性能等。于润沧院士总结了各种采矿方法充填体单轴抗压强度的选择范围(表1)，单轴抗压强度值应在0.2～5 MPa范围内。国内外的研究成果以及多个矿山实践表明，适合泵送的全尾砂膏体塌落度值为18～26 cm，膏体屈服应力合理范围为100～200 Pa，膏体凝结时间应大于8 h[2]。

夏自峰等对大尹格庄金矿尾矿开展了分级尾砂、全粒级尾砂胶结充填体抗压强度试验。符合充填强度要求的充填配比有：①分级尾砂灰砂质量比1∶6、料浆质量分数68%、70%；②分级尾砂灰砂质量比1∶8、料浆质量分数70%；③全粒级尾砂灰砂质量比1∶6、料浆质量分数70%[3]。赵风文等以磷石膏充填料为对象，利用生石灰碱基作为激活剂，得到的充填体最佳配合比为：磷石膏质量分数20%，水泥与尾矿质量比1∶6，料浆质量分数80%，生石灰质量分数1%[4]。

3 尾矿有价元素再选

因早期选矿设备、选矿工艺落后，造成了大量的有价元素和有用成分弃存于尾矿中，因此尾矿具有潜在的资源属性。尾矿总量大，种类多，本文选取铁尾矿为例进行论述。

铁尾矿中的铁矿物嵌布粒度细，传统的选矿技术难以分离回收。磁化焙烧-磁选和预富集-磁选-反浮选是两种较常用的铁尾矿再选工艺，尤其适用于品位低、嵌布粒度细的铁尾矿。

马钢罗河矿尾矿铁品位12.90%，具有再选价值。吴新义等人首先采用磁浮联合流程对尾矿进行预富集，随后将预富集精矿进行磁化焙烧-磁选，在最佳条件下，最终可获得Fe品位64.30%、回收率45.90%、S品位0.110%的精矿[5]。

杨晓峰等采用“二段磁选预富集-悬浮磁化焙烧-磁浮联合工艺”和“二段磁选预富集-悬浮磁化焙烧-单一磁选工艺”处理某细粒难选赤铁矿。试验表明，预富集可将尾矿品位提高2.17倍，磁化焙烧过程中强磁性矿物转化率为87.23%，最终可获得品位63%以上的铁精矿[6]。

4 尾矿用于建筑材料

尾矿用作建材原料可大量消耗尾矿，同时也可固化/稳定有害物质，阻止有害物质的迁移。在建材方面，目前尾矿主要用于混凝土制备、制作免烧砖及混凝土砌块、制作陶瓷及玻璃等。

4.1 尾矿用于替代混凝土材料

尾矿的化学成分、粒度、形状等特征对混凝土性能有显著影响。尾矿的矿物组成复杂，通常含有硅、铝、钙等成分，这些成分在制备混凝土时有助于水泥的水化反应。但由于选别过程要求有用矿物充分解离，尾矿粒径普遍不满足细骨料级配要求。

国内外学者在尾矿用作混凝土粗、细骨料、胶凝材料以及掺合料等方面进行了研究。

王宇琨以铁尾矿粉、水泥、胶粉为原料制造尾矿球并用作混凝土的粗骨料。合成的尾矿球粒径9.5～16 mm，级配连续性较差，孔隙度较高。强度约35 MPa，压碎值与坚固性高于天然卵石骨料，吸水率较高，基本符合混凝土粗骨料的各项指标要求，可用于拌和C40等级的混凝土[7]。

朱志刚等分别用密云铁矿尾砂、迁安铁矿尾砂、石英砂、河砂作细骨料制备UHPC(Ultra-High Performance Concrete，超高性能混凝土)和砂浆，并对比性能差异。试验结果显示，两种铁矿尾砂均满足建筑用砂性能要求，未筛分的铁尾砂制备的砂浆试块强度低于河砂试块。筛除小于0.15 mm细粒级后制备的UHPC强度远高于河砂，但稍低于石英砂。试验说明铁尾砂可替代河砂用作细骨料[8]。

4.2 尾矿用于制作免烧砖及混凝土砌块

刘俊杰等以包头某铁尾矿为主要原料，标准砂、熟石灰、水泥为辅料，采用加压成型、蒸汽养护的方式制备免烧砖。在最优配比下制备的免烧砖，7 d抗压强度为12.14 MPa，符合MU10的强度等级要求，铁尾矿掺量达60.98%[9]。

曾兴华等以江西某地铜尾矿为原料制备蒸压加气混凝土砌块，研究了蒸压养护工艺参数、尾砂取代比例、尾矿细度等因素对砌块力学性能的影响。结果表明尾矿取代比例增高会导致砌块抗压强度降低，尾矿细度越细砌块强度密度比越大，抗压强度越高[10]。

4.3 尾矿用于制作陶瓷及玻璃

多孔陶瓷具有高气孔率、耐热、耐腐蚀、比表面积大等性质，广泛应用于流体过滤、保温隔热、吸声等领域。

杨洁等以某锂辉石浮选尾矿、高岭土、CMC-Na为原料制备多孔陶瓷材料。在最优条件下，制备的多孔陶瓷的抗弯强度、抗压强度、表观孔隙率和吸水率分别为5.6 MPa、4.66 MPa、52.48%和 44.32%，对甲基蓝的吸附量高达0.7 mg/g。具有孔隙度高、吸水率高的优点，尾矿用量可达80%[11]。

尾矿用作建筑材料是消耗量较大的一种利用方式，其运输半径与建筑材料价值密切相关。国内外已有不少的成功案例，在条件适宜的地方应积极推广，这不仅可减少尾矿堆存，同时具有变废为宝的功效。

5 结语与展望

我国尾矿产量巨大，尾矿的堆存占用了大量土地资源，同时也引发一系列环保和安全问题，但全国尾矿总体利用率较低，主要利用方式为矿山采空区回填、生产建筑材料及回收有价金属。

近年来尾矿研究取得了一定的进展，尾矿综合利用技术不断丰富和发展，但仍然存在一些问题。如：尾矿用作建筑材料受运输半径、有害物质超标及缺乏相关配套规范及标准等因素限制，难以大规模应用；尾矿再选回报甚微且消耗量小；用于充填采矿需耗用大量水泥、成本较高，且难以实现全尾砂充填。

未来仍需要加大研发投入，加强理论研究，研发关键技术装备，结合矿山实际情况，丰富尾矿综合利用途径，同时也需要政府给予政策保障和税收优惠等，以促进科研成果向生产应用转化，推动和规范尾矿综合利用产业链的良性发展。