黄岩铅锌矿尾矿再利用可行性研究

汪云峰，王千姿，汪晓晨

（1.浙江省工业设计研究院有限公司，浙江 杭州 310052；2.杭州佳合矿业技术有限公司，浙江 杭州 311215；3.招商银行股份有限公司杭州分行，浙江 杭州 311500）

0 引 言

黄岩铅锌矿有1#尾矿库、2#尾矿库、3#尾矿库，三个尾矿库的下游分布着蒋东岙村和下郑村，以及台州市重要饮用水源长潭水库，属于典型的“头顶库”。为了保护饮用水源，2000年7月，黄岩铅锌矿关闭停产，尾矿库也相应地停止了排放作业。三个尾矿库先后完成闭库，目前均处于闭库但未销号的状态，由当地上郑乡人民政府负责尾矿库的日常安全管理工作。

1#尾矿库、2#尾矿库位于上郑乡蒋东岙村上游，为黄岩铅锌矿早期自行设计建造的尾矿库，2#尾矿库紧临1#尾矿库下游，与1#尾矿库已连接成为一个整体，两个尾矿库总坝高87.5 m，总库容约40万m3；3#尾矿库位于上郑乡下郑村东北方向的下郑岭，总坝高49 m，总库容39.79万m3，三个尾矿库共堆存尾矿135万t。

黄岩铅锌矿尾矿库已按程序闭库多年，随着安全监管要求的不断提升，早期已实施的闭库工程部分内容已不符合现行的法律法规要求。1#尾矿库、2#尾矿库上游是东、西两条冲沟，存在上游汇水面积大、雨季洪峰流量大，截排洪系统汛期洪水暴涨陡升，尾矿库所在地属于台风影响区，历史上1#尾矿库也曾发生过台风期间强降雨引发的险情，一旦发生溃坝事故，将给下游村庄群众的生命财产，以及台州市300万人口的饮用水源造成严重威胁。只要尾矿库存在，固有的安全风险、环保风险就始终存在，只有实施销库工程，才能从根本上消除安全风险和环保风险。同时，尾矿是一种再生资源[1]，尾矿堆放也是对资源的浪费。

应急管理部等八部门联合发文《关于印发防范化解尾矿库安全风险工作方案的通知》（应急〔2020〕15号）提出要积极推广尾矿回采提取有价组分、利用尾矿生产建筑材料等尾矿综合利用先进适用技术，鼓励尾矿库企业通过尾矿综合利用减少尾矿堆存量乃至消除尾矿库，从源头上消除尾矿库安全风险。新《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》要求把强化工业固体废物源头减量和综合利用的原则贯穿始终，国家鼓励采取先进工艺对尾矿等矿业固体废物进行综合利用。《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》提出：要提高尾矿等大宗固废资源利用效率和利用途径，创新大宗固废综合利用模式、综合利用关键技术。2023年1月23日，黄岩区以生态环境保护为导向的山区经济融合发展工程，即EOD项目通过了国家生态环境部审批。项目总投资26.4亿，其中，黄岩铅锌矿尾矿销库工程也是项目重点建设工程之一。

各级有关监管部门对黄岩铅锌矿尾矿库高度重视，《浙江省深化尾矿库风险隐患治理实施方案》（浙应急基础〔2023〕9号）明确了黄岩铅锌矿回采销库于2026年底前完成。黄岩铅锌矿尾矿库清库工程符合国家、省、县等相关文件的要求、政策上可行；黄岩铅锌矿尾矿库清库完成后，将彻底解决尾矿库带来的潜在环境风险，从根本上消除尾矿库所引发的生态破坏和环境污染，恢复尾矿库所占用土地的功能。对尾矿砂进行综合利用[2]，构筑完善的循环经济模式，彻底解决长期困扰企业的安全隐患，实现“变废为宝”，消除维护尾矿库成本，有助于促进企业可持续发展。

铅锌矿尾矿可以认为是一种低品位矿石，定性上归为一般工业固体废弃物，允许进行开发利用。黄岩铅锌矿尾矿库隶属业主单位，特委托浙江省工业设计研究院有限公司开展黄岩铅锌矿尾矿库回采销库项目可行性研究，除了回采工艺技术研究外，还有尾矿再选回收铅锌选矿试验研究、尾矿生产加气混泥土试验研究，尾矿利用市场调研，相关科研单位参与黄岩铅锌矿尾矿库回采销库项目；目前，已经完成尾矿再选试验和生产加气混泥土试验，可行性研究项目于2023年4月已通过专家组评审。

本文结合黄岩铅锌矿尾矿自身特征以及浙江省境内同类矿山尾矿回采利用实践，对项目主要研究内容展开论述，并提出以下三种尾矿再利用方案，分别论证其可行性，选择最优方案。

1 尾矿再利用方案

1.1 方案1

尾矿再磨再选回收铅锌有用矿物，再选尾矿生产加气混泥土。2020年12月浙江省工程物探勘察院设计有限公司在黄岩铅锌矿1#尾矿库、2#尾矿库、3#尾矿库共布置13个钻孔，取105个尾矿样进行检测分析，采样铅品位、锌品位基本介于边界品位和工业品位之间，部分样品铅锌品位达到工业品位。2022年9月由湖北省地质实验测试中心开展黄岩铅锌矿尾矿选矿试验研究，浮选回收尾矿中铅锌有用矿物。对尾矿取综合样进行化验，结果见表1。

表1 尾矿化学成分分析Table 1 Chemical composition analysis of tailings

对三个尾矿库多点布置，取综合样晾干后充分混匀，作为矿相学研究和选矿试验样。

1）尾矿主要成分及赋存物相。尾矿样主要化学成分为SiO254.71%、Al2O39.68%、Fe2O39.53%和Mn 4.65%。其中，主要回收有用元素Pb含量为0.58%、Zn含量为0.95%，主要脉石矿物以石英及白云母等为主，二者合计达68.35%。矿相学研究结果表明：Pb元素主要赋存于方铅矿内，占比达89.5%；Zn元素主要赋存于闪锌矿及菱锌矿内，占比分别为69.63%及27.69%；主要含铅锌矿物方铅矿及闪锌矿嵌布粒度细、单体解离度较低且共生关系较为复杂，主要与石英相关，多呈包裹嵌布关系，部分与黄铁矿等多种矿物复杂共生，或生长于颗粒集合体孔隙之间，因此，对其二者进行分离提纯难度大。

2）浮选探索试验。浮选是铅锌矿的主要分选工艺，对黄岩铅锌尾矿进行了优先浮选、等可浮选、混合浮选等三种工艺探索试验[3-4]。试验结果表明，等可浮选和混合浮选可获得相对较好的分选指标，粗精矿铅锌品位和回收率较优先浮选要好，但是铅锌回收率都很难超过75%。针对该样品的矿石特性，铅锌很难得到独立的精矿，混合浮选流程结构和药剂制度相对简单、容易操作，因此，推荐使用混合浮选工艺。

3）混合浮选闭路试验流程及选矿指标。在开路探索试验的基础上，通过采用一粗两精一扫的闭路流程，试验获得产率为1.74%、铅品位为22.42%、锌品位为32.35%、铅回收率为67.63%、锌回收率为57.99%的铅锌混合精矿，为国标铅锌混合精矿三级品。尾矿再选闭路试验工艺流程图及药剂制度如图1所示。

图1 尾矿再选闭路试验工艺流程图Fig.1 Process flow chart of closed-circuit test of tailings re-concentration

4）产品质量分析。对闭路试验铅锌混合精矿和尾矿分别化验，精矿化学多元素分析结果见表2，尾矿化学多元素分析结果见表3。

表2 闭路试验铅锌混合精矿化学多元素分析Table 2 Chemical multielement analysis of lead-zinc mixed concentrate in closed-circuit test 单位：%

表3 闭路试验尾矿化学多元素分析Table 3 Chemical multielement analysis of tailings in closed-circuit test 单位：%

试验结果表明：闭路试验取得了较好的选矿指标，铅锌混合精矿品位达到54.77%，符合铅锌混合精矿三级品要求，铅回收率、锌回收率分别为67.63%和57.99%，因为含泥、有用矿物嵌布粒度细等特点，尾矿本身可选性差、选矿技术难度大，尾矿再选试验指标属于正常范围。

5）浮选尾矿用于生产加气混泥土。浮选尾矿SiO2提高到68.23%，浮选尾矿适合用于制砖瓦及生产加气混泥土[5-6]（表4）；台州地区有多家加气砖企业，总的尾矿砂需求为100万t/a，目前，当地加气砖市场销售良好，对尾矿砂的需求也较为稳定，加气砖厂采购尾矿砂后会根据物化指标进行必要的配比调整，稳定加气砖的产品质量，尾矿生产加气混泥土试验内容详见方案3。

表4 砖瓦用黏土岩类原料参考工业指标Table 4 Industrial index of brick clay raw material reference 单位：%

1.2 方案2

尾矿砂深加工生产细沙和干粉，提升附加值。对黄岩铅锌矿尾矿砂进行深加工，生产细沙和干粉；尾矿砂加工的细沙和干粉，当地年需求量45万t；工艺需要采用尾矿分级、浓缩、压滤，细粒级烘干，产品主要销售到混凝土搅拌站、民用市场、加气砖厂、水泥砖厂。

具体工艺流程为：尾矿库回采的尾矿自流或用渣浆泵输送至尾矿加工厂矿浆箱，用渣浆泵压入浓缩型水力旋流器，旋流器底流（粗粒级）自流至脱水筛、旋流器溢流自流至浓密机，脱水筛筛上物属于粗粒级尾矿，用皮带运出车间外堆存，脱水筛筛下物流至矿浆箱循环。浓缩机沉砂采用压滤泵压入压滤机形成滤饼（细粒级尾矿），细粒级尾矿运送至干堆场自然晾干，然后运至烘干厂，烘干后产品用于搅拌站生产附加值更高的干粉砂浆，压滤机滤液及浓密机溢流自流至回水池，澄清后用回水泵、通过管路输送至尾矿库湿法回采调浆。尾矿深加工工艺流程如图2所示。

图2 尾矿深加工工艺流程图Fig.2 Process flow chart of tailings deep processing

在本方案中需要建设尾矿加工厂，并且需要布置尾矿脱水分级筛、尾矿浓缩池、压滤机、烘干厂及除尘系统、回水循环利用系统，尾矿回采需要采用湿采工艺。

1.3 方案3

1.3.1 尾矿制备蒸压加气混凝土试验研究

尾矿不回收铅锌，除杂后晾干，直接用于生产加气混泥土和水泥制砖。对黄岩铅锌矿尾矿开展实验室研制尾矿蒸压加气混凝土试验[7]，以抗压强度和干体积密度为主要性能考察指标，探索利用黄岩铅锌尾矿生产蒸压加气混凝土的可行性。试验主要工艺过程如下所述：铅锌尾矿、混灰、石灰、水泥、石膏等原料计量后混合均匀，加水计量后混合搅拌1.2 min；原料按比例配好后打浆混合均匀，加入发泡剂铝粉，搅拌60 s；浇注入试模，放入恒温养护箱发气静停2.0～3.0 h；送入蒸压釜中蒸压养护，进行加气混泥土砌块性能测试。

本次试验先后开展了水料比、磨矿细度、铝粉用量、尾矿配比试验，尾矿生产加气混泥土发气研究，以及产品质量检测。

1）水料比的选择。水料比对料浆的稠度和稠化速度产生重要影响。试验采用同一种原材料配比、0.55～0.65的水料比，试验现象表明，当水料比低于0.55时，料浆较稠，发气不畅；当水料比大于0.65时，部分试模出现冒泡沉陷。因此，浇注后发气舒畅而又不冒泡沉陷应选用0.60的水料比。

2）尾矿细度的选择。黄岩铅锌矿尾矿细度-0.075 mm占67.6%，不能直接用来生产加气混凝土，需通过球磨机对原尾矿进行磨细处理和均化处理[8]。铅锌尾矿细度影响浇注的稳定性及制品的性能，从经济上和性能上考虑，铅锌尾矿的粉磨时间为12 min较佳，测定磨矿细度-0.075 mm占88%。

3）尾矿的掺量对尾矿加气混凝土性能的影响。实验室用尾矿生产加气混凝土，设计了尾矿不同配比试验，对不同配比下的实验成品进行绝干容重和抗压强度检测，试验结果见表5。

表5 尾矿不同配比实验结果Table 5 Experimental results of different proportions of tailings

试验结果表明：随着尾矿的掺量配比由40%增加到70%，强度先增加后减小。由表5可知，随着硅质材料尾矿用量的增加，制品强度随之增加，且达到最高值后，用量再增加时，强度便开始降低，尾矿最佳掺量占比50%～60%较佳。

4）水泥的掺量对尾矿加气混凝土性能的影响。水泥掺量对加气混凝土的强度影响较大，水泥掺量不同配比实验结果见表6。

表6 水泥不同配比实验结果Table 6 Experimental results of different cement proportions

试验结果表明：当水泥用量从12%递増到18%时，制品强度随之增加，继续增加水泥用量，强度反而下降，这就说明在一定的混灰和尾矿用量下，有一个强度最高的水泥用量。增加水泥的用量可提高制品性能，结合产品性能和经济性考虑，水泥掺量占比16%较佳。

5）尾矿加气混泥土发气研究。料浆的发气速度与稠化速度的协调性是保证加气混凝土制品质量的关键。试验探索了水料比、浇注温度、铝粉用量对发气的影响。

水料比对发气的影响。在基准配方水泥16%、混合灰24%、尾矿60%、铝粉0.85‱的基础上，考察不同的水料比对发气的影响。实验结果见表7和图3。

图3 铅锌尾矿水料比与膨胀高度关系曲线Fig.3 Relationship curves between ratio of water to material and swelling height of lead-zinc tailings

表7 水料比对发气影响实验结果Table 7 Experimental results of influence of ratio of water to material on gas generation

由图3可知，在满足料浆工作性的前提下，随着水料比的增大，发气效果有明显改善。当水料比在0.60左右，发气曲线比较接近理想加气混凝土发气曲线，推荐合理的水料比为0.60。

浇注温度对发气的影响。在基准配方水泥16%、混灰24%、尾矿60%、铝粉0.85‱的基础上，考察不同的浇注温度对发气的影响。实验结果见表8和图4。

图4 铅锌尾矿浇注温度与膨胀高度关系曲线Fig.4 Relationship curves between pouring temperature and swelling height of lead-zinc tailings

表8 温度对发气影响实验结果Table 8 Experimental results of influence of temperature on gas generation

试验结果表明：料浆温度对加气混凝土的发气起着决定性作用，随着温度的升高，发气高度也随之增加。由图4可知，浇注温度在40～45 ℃时，发气曲线比较接近加气混凝土理想发气曲线。因此，发气膨胀最优温度范围为40～45 ℃，料浆初始温度由浇注用水温度所决定，本次实验中主要是通过用温度为65 ℃左右的热水来满足此要求，推荐浇注温度为40～45 ℃。

铝粉对发气的影响。铝粉的性质及掺量是形成加气混凝土内部结构的决定性因素，同时对加气混凝土的质量具有重要影响。影响加气混凝土内部结构的主要是铝粉颗粒的形状、大小及其活性。

试验证明铝粉的掺量对发气高度也有影响，铝粉掺量增加，发气较高，但同时也会对强度带来不利影响，铝粉掺量以0.85‱～1.00‱较佳。

6）原料配比及产品质量检测。通过原料配比试验和发气影响因素研究，实验室用黄岩铅锌尾矿为主要原料、按照最佳原料配比（表9）生产加气混泥土，得到的产品质量检测结果见表10。

表9 尾矿生产加气混泥土原料最佳配比Table 9 Optimum proportion of raw materials for autoclaved aerated concrete with tailings 单位：%

表10 尾矿生产加气混泥土产品质量检测结果Table 10 Quality test results of autoclaved aerated concrete with tailings

由表10可知，在实验室按照最佳原料配比和发气条件，获得的实验室产品抗冻性符合B6.0合格品指标要求，导热系数、干燥收缩值和放射性合格，绝干容重达到B06合格品，强度达到A3.5强度等级。

7）尾矿制备蒸压加气混凝土试验研究结论：试验用尾矿作为主要原料生产加气混泥土，产品质量达到国家标准《蒸压加气混凝土砌块》（GB/T 11968—2020）中规定的B06合格品A3.5强度等级，耐久性指标检测值合格；通过对黄岩铅锌矿尾矿开展小型蒸压加气混泥土试验研究表明，黄岩铅锌矿尾矿通过合理的工艺配方，能作为生产加气混泥土生产原料。

1.3.2 尾矿用于加气厂和制砖厂的实施方案

通过对黄岩铅锌矿尾矿生产加气混泥土试验，研究表明尾矿可以作为加气混泥土生产原料。

此方案应采用干采工艺进行尾矿回采，将回采尾矿经滚筒筛筛分除杂，筛下尾矿运到大型堆场晾干后，销往本地区的加气砖厂，目前，当地加气砖厂接收的尾矿砂含水率在18%～22%；当地水泥制砖厂对尾矿含水没有明确的指标限制，尽可能干燥；该方案特点是高效快捷、市场需求旺盛、潜在合作客户较多。相对方案1和方案2，本方案由于尾矿回采除杂晾干就可以销售，节省投资。

通过市场调研可知，黄岩铅锌矿所在的台州当地加气混泥土厂和水泥制砖厂两者年需求200万t的尾矿砂。尾矿只要SiO2达到50%以上就可以用于生产加气混泥土，即使尾矿成分有一定的波动，原料中通过添加高硅石英粉、硅石粉等，使加气混泥土砌块质量稳定。

本方案需要滚筒筛筛分场地、配置筛分给料皮带机、铲料装载机、筛下皮带机，以及尾矿大型堆场，干采作业效率高，有利于保障安全、环保，可以缩短清库时间，缺点是雨季不能作业。

2 尾矿利用三种方案比较

方案1：如果建选矿厂回收铅锌，就要考虑一起建加气砖厂消耗再选尾矿，根据黄岩铅锌矿现有尾矿量135万t，按省里要求2026年底清库完成，需建设浮选厂规模45万t/a、再选尾矿生产加气砖及加气板材规模为60万m3/a。预计项目占地面积0.05 km2（选厂0.01 km2、加气砖厂0.04 km2）；项目投资总计估算1.5亿元，其中选矿厂（4 000万元）、加气砖厂（11 000万元）；选矿效益为原矿处理成本120.1元/t，原矿产出精矿价值118.57元/t，新建选矿厂选矿效益不明显；加气砖厂利润与项目所在地市场、项目运作成本控制有关。

尾矿再磨再选的难点：尾矿铅、锌总体品位偏低；尾矿再选试验并未能把铅锌分开，未能获得合格独立的铅精矿和锌精矿，铅锌混合精矿计价系数低，铅锌价值未能最大化，经济效益不明显；项目可持续性差，一旦尾矿采完就没资源可选；项目占地面积大，投资大，就近选址难；不利于当地环境和水资源保护；如果开展尾矿再选，一旦下游加气砖厂市场不好，将直接影响尾矿库清库进程，延长清库时间。

鉴于尾矿有价元素铅品位、锌品位低、选矿未能分离出独立的铅精矿、锌精矿，项目投资大，选址难，选矿效益不明显，尾矿再选不利于环境保护，同时受市场因素影响，尾矿再选将直接影响黄岩铅锌矿清库进程，建议暂不考虑重新建选矿厂；鉴于尾矿所含铅锌的选矿价值，可以考虑直接尾矿回采销售给有条件的加工企业。

方案2：需要选址建厂，尾矿分级和脱水工艺会产生废水，细粒级尾矿要烘干会产生粉尘，尾矿深加工方案环保压力大。黄岩区按照三区三线矢量图来划分，黄岩铅锌矿尾矿库属于一类环境空气区、Ⅱ类地表水域；原则上郑乡一带不能新建产生新的污染源项目、Ⅱ类地表水域不能设置排污口。

此方案不符合现行政策、环保要求，如果选址离尾矿库距离较远，又会增加尾矿加工运输成本。

通过以上论证分析，本研究认为采用方案3更符合实际，即尾砂通过干采、滚筒筛分除杂，水份合格的直接销售、水份偏高的运到综合堆场堆放晾干，尾矿主要销售到加气砖厂、水泥砖厂，尾矿也可以直接销售给已经具备加工条件的浮选厂回收铅锌，尾矿回采后直接销售为理想方案。我国加气混凝土生产从原料、生产工艺、材料性能、生产设备、应用技术、施工机器、生产管理、质量管理等方面都有成熟的实践经验[9-10]。

3 结 语

通过对黄岩铅锌矿尾矿再选回收铅锌以及尾矿生产加气混泥土试验研究，结合前期市场调研情况，方案论证结果为铅锌尾矿属于含硅材料，可以作为生产加气混泥土原料。将干采除杂后的尾矿砂进行晾干，销往台州地区的加气砖厂、水泥制砖厂等，解决了黄岩铅锌矿尾矿库回采销库尾矿消纳去向问题，此方案有利于在上级应急管理部门规定的时间内完成回采销库，能产生良好的安全效益、环保效益、社会效益；尾矿再选回收铅锌，如果重新建厂投资大、项目可持续性差、经济效益不明显，尾矿可以外销给已经具备浮选加工条件的企业；进行尾矿分级、细粒级烘干深加工方案，不符合当地现行的环保政策，本次研究的结果作为下一步尾矿库回采销库设计的依据，也可以作为国内同类矿山尾矿开发借鉴之用。