黄金尾矿综合利用技术研究现状

摘 要：随着黄金工业的发展，我国黄金尾矿储量逐年增加，黄金尾矿中70%以上是硅铝氧化物等矿物，其组分可作为建材制品的原料。本文介绍了黄金尾矿在ASA板材、陶粒、彩色石英砂、纳米二氧化硅等利用的研究现状。为有效利用黄金尾矿渣，减少废物堆积对环境的污染，提高使用率，实现黄金尾矿的减量化、无害化、资源化，实现可持续发展提供了依据。具有较高的经济价值和巨大的发展前景，为实现黄金尾矿的建材化应用奠定了基础。

关键词：固体废弃物；黄金尾矿；建材；二次资源

1引言

黄金尾矿是在提炼金属金的过程中势必产生的固态废料，内富含众多金属与非金属资源，可谓是被放置在不恰当位置的资源宝藏[1]。我国针对黄金尾矿的处理，普遍采用的是堆积存储的方式。金尾矿中存在一定量的贵金属、重金属和氰化物等物质，这些物质不仅会造成环境污染，还是对黄金尾矿这种具有二次资源价值矿产的浪费。我国累积的黄金尾矿量已逼近3亿吨之巨[2]，并且正以每年2450万吨的速度持续递增，由此引发的环境污染导致的经济损失每年可达300亿元人民币[3]。现阶段，我国对黄金尾矿的资源化利用，主要还是集中在回收贵重金属、用作矿山填充材料、生产建筑用尾矿建材等常规途径上。

随着世界科学技术的不断发展以及各国环保政策的不断推出，一些针对黄金尾矿创新利用的技术应运而生。笔者从黄金尾矿的成分以及特点入手，介绍了我国和其他国家处理金尾矿的创新技术，为黄金尾矿的综合利用提供参考。

2黄金尾矿物化性质

采用 X 射线荧光光谱仪分析某金尾矿的化学组成，如表1。黄金尾矿具有颗粒细小、分布集中、比表面较大的特点。尾矿多呈现碱性（pH＞10） ，尾矿的主要成分为二氧化硅，并且含有一定比例的氧化铝、氧化铁以及微量的银、铜、铅等金属成分。尾矿具有硅铝含量高、碱度高的特点。高达75%的SiO2+Al2O3是建筑制品的必要硅酸盐物质基础，同时，含量达8%的K2O+Na2O将对制品的耐久性产生不利影响，必须谨慎对待。

3 黄金尾矿的综合利用

3.1 ASA板材

ASA板材全称为“发泡水泥轻质复合板材”，主要应用在框架结构镶嵌ASA板装配式建筑中[4]。AS系列板材的核心构成物质主要包括粉煤灰（占比超过半数）、硅酸盐水泥、多功能添加剂、起泡剂以及玻璃纤维网格等成分。这些原料经过混合，形成了带有密闭微孔的轻质混凝土材料。该生产过程无需经过高温煅烧、高压蒸养以及大量水的养护步骤，仅在40℃的隧道窑中历经4-6h的养护便可完成产品的制造。[5]。

金尾矿砂的主要化学成分是二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）、三氧化铁（Fe2O3）、氧化钙（CaO）、碳等，这与粉煤灰的化学成分大致相同，因此用黄金尾矿废渣作为ASA板材的主要生产原料是可行的。从金尾矿的物相组成看，主要为氧化硅、氧化铝和部分石英、莫来石、赤铁矿等，具有高温烧结性能，与碱矿物反应生成水化硬化矿物，是优良的建材。ASA板材作为一种新型材料，具有重量轻、保温隔热、强度高、抗冲击、吊挂力强等特点[6]，完全符合墙体材料发展方向、符合国家十三五期间重点推广的新型墙体材料要求、符合装配式住宅发展需求，是国家大力支持的实现建筑施工行业转型升级的重要墙体材料[7]。在不可再生资源枯竭、环境污染日益严重的大背景下，ASA新型板材材料使传统墙体材料朝着产业化、轻质化、节能化、利废化、装饰化方面发展[8-9]。ASA板是一种功能齐全、生产安装快、质量好、价格低廉、在各种新型墙体材料中最具竞争力的墙体材料，市场前景无限。

3.2 烧制陶粒

在回转式窑炉内经过发泡处理的陶粒，是一种轻盈的集料。这种材料呈现出圆球形状，外层光滑且坚硬，内部结构犹如蜂巢般，具备低密度、低导热率以及高强度等特性。在烧结过程中，二氧化硅作为玻璃形成的关键成分，其比例对陶粒的坚固程度起着决定性作用。经过高温烧结的氧化铝形成了硬度较高的莫来石。陶粒的承压能力与氧化铝的含量紧密相连。在制备陶粒的过程中，必须确保有足够的氧化铝和二氧化硅，然而金矿尾矿虽然富含二氧化硅，却缺乏氧化铝，因此需要添加额外的材料来进行适当的调配。采用金矿尾矿作为主要原料，并辅以其他必要的材料进行适度调整，混合均匀后制成球形，再经过高温焙烧，即可制得烧结陶粒。这种陶粒可作为建筑材料和绿化材料使用，为金矿尾矿的增值应用提供了新的方向。

段美学团队[10]采用黄金尾渣、飞灰以及煤粉作为原料，在1150 ℃的高温环境中对材料进行烧结，制成了陶粒产品。研究显示，该陶粒在1150 ℃时烧结效果最为理想，其特性表现为堆积密度736 kg/m3，筒压强度4.3 MPa，吸水率7.9%，达到了建筑用陶粒的标准；闫传霖[11]则主要以黄金尾渣为原料，辅以飞灰和煤粉，在1150 ℃的条件下烧结2h制备出陶粒。研究发现，这种陶粒的堆积密度为856kg/m3，筒压强度高达5.95MPa，吸水率5.2%，符合我国对轻集料性能的规范要求；赵威等人[12]则选用商洛地区丰富的金尾矿作为主要原料，并添加适量的粘土和长石，生产出轻质且强度高的陶瓷颗粒，并确定了最佳的配比为商洛金尾矿占90%，粘土和长石各占5%。用单因素变分法确定生料制粒的最佳含水量为30wt%，加入0.3wt%SiC作为发泡剂，在1150 ℃温度下烧制金尾矿基轻质高强陶粒。结果表明，陶粒的容重为762 g/cm3，抗压强度为10.2 MPa，吸水率为2.6%。张其勇团队[13]利用金矿尾渣及火山灰成功研发出了一种轻质陶粒产品。实验数据显示，该陶粒的堆积密度为843 kg/m3，筒压强度可达到21.3 MPa，吸水率 9.3%，符合国家标准《轻集料及其试验方法》（GB/T 17431.1-2010）对人工轻集料的要求。

根据陶瓷对原料组成的要求，选用金尾矿作为陶瓷烧成的主要原料，进一步解决了大量金尾矿存在的问题，为金尾矿废料提供了新的发展空间，适应了国民经济发展中节能减排的需要，满足了国家经济增长过程中节能降耗的要求，对推动国家经济前行形成了积极的推动效应。

3.3 制作彩色石英砂

伴随着民众对建筑物色调审美需求的日益提升，近几年来，彩色石英砂在建筑装修行业中的使用量急剧上升。彩色石英砂以其缤纷的色彩、独特的纹理、卓越的硬度和出色的耐磨损性能而著称，常被用于地面、立面以及屋顶的建筑材料中，以增强材料的审美价值和实用功能[14]。这种彩色石英砂分为两类：一类是自然生成的彩色砂，另一类是人工制作的彩色砂。鉴于天然彩色砂在色泽和产量上的局限性，这限制了彩色砂行业的发展，从而促使了人工彩色石英砂的研究与制造日益增多。

彩色石英砂属于硅酸盐矿物，主要成分为二氧化硅（SiO2），因此可以利用富含石英的金矿尾矿资源，通过高温烧结的加工手段，将这些尾矿转化为多姿多彩的彩色石英砂。牛福生[15]针对某地区金尾矿中SiO2含量高的问题，采用选矿的方法，有效地回收和净化了SiO2，取得了Si含量高达98.12%精制石英砂，回收率为58.77%。王莉玮等[16]利用固相合成技术，用珠光颜料和石英砂在高温下和矿化剂混合，制备出具有珠光效果的彩色石英砂。

金矿尾矿制备彩色石英砂既节省加工费用，降低成本，又可以获得良好的工业化利用，同时也减少了尾矿的堆存，降低了尾矿库滑坡、垮库等灾害的发生。

3.4 制备纳米二氧化硅

纳米二氧化硅是1984年纳米材料问世后的第一批纳米材料之一。具有广阔的工商业前景和巨大的市场价值。新研发的此种材料在当代高科技产业中占据了不可或缺的地位。通过高温下氢氧的化学反应来合成纳米级的二氧化硅。这一技术制造出的纳米粒子大小均一，尺寸细微，形状呈球状，纯度上乘，表面含氢量较低。然而，这种制备工艺对设备要求极高，且所需的原料成本不菲，导致最终产品的价格居高不下。目前，该技术的核心专利和市场主导权基本被德国、美国和日本的企业所掌握，这在一定程度上制约了其广泛的应用[17]。为了减少生产成本并推进大规模制造，我国科研人员对原料的选用、反应条件以及设备需求进行了广泛而深入的研究。例如，任振等人[18]采用超声波与机械结合的方法来生产纳米二氧化硅，通过挤压、剪切、撞击以及高能超声波产生的冲击波和研磨介质，还有超声空化效应形成的微射流共同作用，实现了原料的高效粉碎和均匀分散。这一方法融合了超声波高能效率和机械搅拌的分散效果，使得产品能够轻易达到纳米级别，微观上分散性良好，粒径分布范围狭窄。廖茂荫等[19]以江西某金矿尾矿为原料，采用水化沉淀法制备纳米二氧化硅。为了获得高纯度的二氧化硅，需要对尾矿进行预处理。采用液固比为4：1的50%硫酸与尾矿混合浸出2 h，除杂效果最好。酸浸后，尾矿中二氧化硅的含量增加了20%。再利用碱熔法，加入氢氧化钠（NaOH）对尾矿中二氧化硅进行进一步提纯，尾矿与烧碱质量比为1：1.2，反应0.5 h，硅的纯度可达90%以上。

将金尾矿作为原材料制备纳米二氧化硅，变废为宝，可实现尾矿的资源化利用，具有很高的经济效益和环境效益，对提高尾矿的经济附加值具有重要的现实意义。

3.5 制备矿物聚合材料

利用碱化活化法从金矿废渣中制备无机聚合物（地质聚合物），经初步研究，金尾矿的物理化学特性表明，它们作为硅酸盐聚合物的基础物质，展现出在地质领域中的巨大应用前景，被认为是制备碱性激活的环保型粘结材料的一种适宜的原料。

在1985年，法国研究者Davidovits首次提出了关于地质聚合物材质的理念[20]。这类聚合物主要是以硅铝酸盐矿物为基材，采用碱性溶液作为激发剂，制成的一种新型碱性无机建筑材料。它具备陶瓷的属性，能在较低温度和强碱性环境中处理矿业废料及废弃物质，成为一种创新的环境友好型材料。JenniKiventer等[21]利用NaOH溶液对金尾矿进行活化处理，加入粒化高炉矿渣（GGBFS）作为粘结剂。结果表明，通过氢氧化钠浓度和GGBFS的双重作用，碱活化的金尾矿地质聚合物具有足够的抗压强度，可作为矿山场地回填材料或建筑业原材料。Walter Par-davé等[22]以金尾矿渣为原料，并加入纯高岭土和矾土在600 ℃预烧，再加入氢氧化钠和硅酸钠混合溶液做为活化剂，经机械搅拌制成胶凝性地聚物。研究发现，该类聚合物的弯曲强度能够与硅酸盐水泥的弯曲强度相媲美。此类地质聚合物不仅能够作为传统水泥的替代品，有效降低水泥生产过程中对环境的影响，同时还能减轻金属尾矿渣对环境的污染负担。陈烈[23]利用陕西商洛地区金尾矿采用热活化和机械活化的方式对金尾矿进行活化处理，研究了以金尾矿胶凝材料制备的C30、C40混凝土的工作性能和耐久性能。结果表明，金尾矿胶凝材料3d、28d胶凝砂体的抗压强度为18.2 MPa和 37.4 MPa，符合GB/175-2007《普通硅酸盐水泥》标准，并且C30、C40混凝土工作性能良好，收缩率较低，具有优良的耐久性能。

金尾矿渣是地聚合物的理想材料，具备环保优势，且在制造过程中成本较低，展现出较高的抗压能力，优良的性能以及持久的使用寿命。不仅为生产地质聚合物找到了新的原料，增加矿业副产品的价值，还解决了矿物废渣对环境的污染问题。

3.6 植物富集法回收金

利用植物提取黄金是一个全新研究领域，涉及到利用植物从低品位矿石和废料中提取黄金。自20世纪初开始，国外的一些矿业公司就开始采用植物富集的方法回收金矿尾渣中的贵金属金，并且使用植物物种作为土壤中金存在的生物指标，因此植物富集法是从尾矿中提取金的一种可行方法[24-25]。在我国，矿山开发中的污染场地大多采用植物复垦的方法进行修复。植物富集法回收金尚处于研究阶段，需要进一步的探索和试验。植物富集法适用于非传统金矿区，尤其适用于尾矿库地区的黄金回收利用。

在自然条件下，金的溶性非常低，这降低了其生物利用度，从而限制了植物提取的潜力;生物利用度是植物吸收金属的重要因素之一[26]。科学家们提出了一种方法，通过在生长植物的基质上添加化合物，提高金属的溶解度，从而迫使植物过度积累。该技术被称为诱导超积累，为植物提取技术的发展提供了基础，是一种从土壤中提取贵金属资源的新技术。Gardea-Torresdey等[27]利用紫花苜蓿，设置了从水培溶液中提取金的实验。使用硫脲来诱导紫花苜蓿吸收金，以达到过度积累。结果表明，该植物可用于水培溶液中金离子的提取；为了测试不同种植物对于金的积累程度，Wilson-Corral[28]等利用苋菜，约翰逊草，向日葵，芝麻，棉花，印度芥菜，测试了植物从含金沙中提取黄金的能力。使用硫氰酸铵作为金超积累的诱导剂，结果为其干物质中的金浓度可达到304mg/kg以上；Piccinin等[29]利用蓝色小桉树、黑荆树、高粱、白色三叶草、红草、袋鼠草、哭泣草在含有金矿尾渣的土壤中进行培养，并使用氰化钠作为诱导剂，结果为其干物质中的金浓度可达到27mg/kg。

研究结果表明，利用植物提取金是可行的技术手段，确定了植物从低品位矿石和废料中提取和浓缩金的潜力，当加入氰化物作为植物对于金的过度积累的诱导剂是可行且高效的。此技术具有低成本和高效率的优点，它不仅能够有效遏制金属采矿期间有色金属的环境污染问题，同时也为堆积物中贵金属的回收提供了有效的解决策略。植物萃取技术正逐步成为公认的兼具经济效益、实际操作性和环保可持续性的技术[29]，为黄金尾矿的重金属提取指明了一条全新的道路。

4" 结" 语

金尾储量巨大，含有多种有用元素，具有很大的开发利用潜力。对比国外在金尾矿的综合利用方面，不论是技术还是规模都有较大的差距。随着我国固废利用的意识不断加强，金尾矿的大规模资源化利用势必会不断推进，故应利用其特点加大开发高附加值利用的新技术和新产品，此外，国家政策的落实与扶持以及矿山企业对尾矿资源意义与环境意识的提高也至关重要。

总之，尾矿资源的有效利用关系到我国矿产资源的战略发展进程，对生态环境和社会效益具有重要影响。在新时代的发展背景下，我国工业化进程不断加快，企业的自主参与和国家政策的正确引导可以保证和帮助矿产资源得到最大化利用，为社会的和谐发展提供稳定和长久的能源保障。

参考文献

[1] 吴荣庆，张燕如，张安宁.我国黄金矿产资源特点及循环经济发展现状与趋势[J].中国金属通报，2008（12）：32-34.

[2] 张金青.我国矿山尾矿二次资源的开发利用[J].新材料产业，2007（05）：18-24.

[3] 傅东才. 黄金尾矿处理技术与综合利用[D].西安建筑科技大学，2005.

[4] 邢海嵘，李涛，王昊.轻质墙板应用技术分析与发展趋势[J].低温建筑技术，2001（02）：71-72.

[5] 杨志伟.ASA板材项目的可行性分析[J].科技情报开发与经济，2010，20（21）：157-159.

[6] 王军.水泥基复合夹芯墙板生产工艺及应用[J].甘肃科技，2017，33（16）：87-88+32.

[7] 黄丽华，周大伟.掺多种工业废渣的陶粒混凝土轻质隔墙板[J].新型建筑材料，2006（02）：52-53.

[8] 吴江龙，周新刚.钢丝网泡沫混凝土轻质墙板[J].新型建筑材料，1998（05）：36-37.

[9] 迟崇哲，翟菊彬，兰馨辉，等.黄金尾矿综合利用分析[J].黄金，2022，43（02）：100-103.

[10] 段美学，闫传霖，赵蔚琳.金尾矿焙烧陶粒的制备[J].砖瓦，2014（07）：52-55.

[11] 闫传霖. 金尾矿焙烧陶粒的制备与性能研究[D].济南大学，2014.

[12] 赵威，王竹，黄惠宁，等.金尾矿基轻质高强陶粒的制备及性能研究[J].人工晶体学报，2018，47（06）：1266-1271.

[13] 张其勇，徐郡，赵蔚琳.轻质陶粒的制备与性能研究[J].砖瓦，2018（08）：18-22.

[14] 孙顺杰，乔亚玲，王强强.彩色石英砂应用现状及发展趋势[J].绿色建筑，2013，5（04）：58-61.

[15] 牛福生，梁银英，吴根.从金尾矿中回收精制石英砂的试验研究[J].中国矿业，2008（01）：74-77.

[16] 王莉玮，江丽芳，熊坤.珠光石英砂的制备工艺研究[J].山东化工，2019，48（07）：43-44+51.

[17] 孙旭东，刘晓敏，龚裕，等.黄金尾矿建材化利用的研究现状及展望[J].金属矿山，2020（03）：12-22.

[18] 任振，郑少华，姜奉华，等.超声机械法制备纳米二氧化硅及影响因素分析[J].化工学报，2006（01）：210-213.

[19] 廖茂荫.利用某金矿尾矿制备纳米二氧化硅的方法研究[D].广东工业大学，2012.

[20] Davidovits J， Davidovits M， Davidovits N. Process for obtaining a geopolymeric alumino-silicate and products thus obtained： 美国， US005342595[P]. 1994-08-30.

[21] Kiventer" J， Golek L， Yliniemi J， et al. Utilization of sulphidic tailings from gold mine as a raw material in geopolymerization[J]. International Journal of Mineral Processing， 2016：104-110.

[22] Walter Pardavé. Obtaining a cementitious geopolymer from goldmining tailings with possible use in engineering applications [J]. American Journal of Engineering Research， 2018： 137-142.

[23] 陈烈.金尾矿胶凝材料的制备及其氯机理研究[D].河北工程大学，2018.

[24] Anderson C， Robert R Brooks， Robert B Stewart. Gold uptake by plants [J]. Gold Bulletin， 1999， 32： 48-52.

[25] Robinson B H， Banuelos G， Conesa， Héctor M， et al. The Phytomanagement of Trace Elements in Soil [J]. Critical Reviews in Plant Sciences， 2009， 28（4）： 240-266.

[26] Christopher Anderson， Fabio Moreno， John Meech. A field demonstration of gold phytoextraction technology [J]. Elsevier Ltd， 2004， 18（4）：385-392.

[27] Gardea-Torresdey J L， Parsons E， Gomez J. et al. Formation and Growth of Au Nanoparticles inside Live Alfalfa Plants [J]. American Chemical Society， 2002（4）：397-401.

[28] Victor Wilson-Corral， Christopher Anderson， Mayra Rodriguez-Lopez， et al. Phytoextraction of gold and copper from mine tailings with Helianthus annuus L. and Kalanchoe serrata L [J]. Minerals Engineering， 2011， 24（13）：1488-1494.

[29] Robert C R， Piccinin， Stephen D， Ebbs，Suzie M. et al. A screen of some native Australian flora and exotic agricultural species for their potential application in cyanide-induced phytoextraction of gold [J]. Minerals Engineering， 2007， 20（14）： 1327-1330.