固體礦山尾礦堆存技術(shù)與綜合利用分析與研究

陳典助

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院西寧分公司，青海西寧 810000）

固體礦山尾礦堆存技術(shù)與綜合利用分析與研究

陳典助

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院西寧分公司，青海西寧 810000）

文章介紹了國(guó)內(nèi)固體礦山尾礦處理措施，分析了各種堆存技術(shù)的優(yōu)、缺點(diǎn)。并介紹了3種尾礦綜合利用技術(shù)及應(yīng)用情況，提出了未來(lái)尾礦處理的發(fā)展方向，可為我國(guó)未來(lái)礦山尾礦綜合治理和建設(shè)提供參考。

固體礦山尾礦；礦山尾礦堆存；綜合利用

我國(guó)固體礦產(chǎn)資源絕大部分具有原礦品位低、伴生有價(jià)元素多、嵌布粒度細(xì)等特征，需要經(jīng)過(guò)破碎、磨礦、選別等選礦方法回收其中的有用礦物或元素，并產(chǎn)生大量的尾礦，尾礦的平均粒徑在0.074 mm以下，甚至更細(xì)。隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的消耗也在不斷增大，尾礦的產(chǎn)量也隨之高速增長(zhǎng)，因此經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全和減少用地的固體礦山選礦廠尾礦堆存技術(shù)與尾礦綜合利用的研究受到了國(guó)家和科研人員的高度重視。國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局和環(huán)境保護(hù)部等七部委于2013年5月聯(lián)合編制了《深入開展尾礦庫(kù)綜合治理行動(dòng)方案》，方案中對(duì)我國(guó)目前尾礦庫(kù)的安全環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析，指出尾礦庫(kù)安全環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)衍生為重大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展問(wèn)題和社會(huì)穩(wěn)定問(wèn)題，提出了新建堆存重金屬尾礦庫(kù)的庫(kù)底應(yīng)硬化并防滲，未建設(shè)防滲漏處理設(shè)施的，應(yīng)責(zé)成企業(yè)定期提交庫(kù)區(qū)周邊地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；大力推廣尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)；積極推行尾礦充填等大宗量消納尾礦技術(shù)。本文就目前我國(guó)固體礦山選礦廠尾礦堆存與綜合利用技術(shù)進(jìn)行了分類分析與研究。

1 尾礦堆存技術(shù)分析與研究

我國(guó)固體礦山選礦廠尾礦堆存方法目前基本上可以分為兩種：濕法堆存、干法堆存。

1.1 濕法堆存

濕法堆存可細(xì)分為尾礦直排和尾礦濃縮后直排兩種。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用該法處理尾礦，每噸冶金礦山尾礦需要尾礦庫(kù)基建費(fèi)1～3元，經(jīng)營(yíng)管理費(fèi)3～5元?？梢姴捎迷摲N方法處理尾礦是最經(jīng)濟(jì)的，并且只要管理得當(dāng)，受將來(lái)選冶技術(shù)和設(shè)備、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展影響，堆存的尾礦有可能被第二次得到開發(fā)利用。

1.選礦廠尾礦直接送至尾礦庫(kù)堆存，尾礦水經(jīng)自然沉降、氧化分解選礦藥劑、或添加石灰等調(diào)整劑沉淀固化重金屬離子，再返回選礦廠作為生產(chǎn)水循環(huán)利用。該法適用于：尾礦庫(kù)距離選礦廠較近，且選礦廠與尾礦庫(kù)高差較大，尾礦可以實(shí)現(xiàn)自流入尾礦庫(kù)；選礦藥劑添加種類較多、成分復(fù)雜，不能廠前直接回水用于生產(chǎn)。

2.“高濃度”濕法堆存，選礦廠尾礦在廠前經(jīng)濃縮機(jī)濃密至40%～55%的濃度后，再用離心式渣漿泵將尾礦揚(yáng)送至尾礦庫(kù)堆存，選礦廠回水分為兩部分：廠前回水和尾礦庫(kù)回水。該法適用于尾礦庫(kù)距離選礦廠較遠(yuǎn)，而兩者的高差又不足以實(shí)現(xiàn)尾礦自流，具有節(jié)能的特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)很多多金屬選礦廠采用分段回水、分段回用、部分尾礦水集中處理的工藝滿足“高濃度”堆存，大幅度降低了尾礦、回水輸送能耗，減少了選礦廢水處理量，節(jié)省了水處理成本，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益［1～3］。

1.2 干法堆存

干法堆存可細(xì)分為濾渣排放和膏體排放兩種。

1.濾渣排放——真正意義上的干法堆存工藝。尾礦采用濃縮、過(guò)濾（或壓濾）兩段脫水工藝，把固體顆粒間的自由水全部脫除，只剩余顆粒表面吸附水、結(jié)合水或結(jié)晶水，此時(shí)尾礦含水率18%～25%，再用膠帶或汽車等輸送固體物料的設(shè)施送至尾礦庫(kù)堆存。該法適用于干旱、嚴(yán)重缺水地區(qū)，尾礦回水率可達(dá)90%，尤其適用于黃金礦山氰化廠，可以降低氰化物的消耗量，提高金的回收率。

2.膏體排放是得到了普遍認(rèn)可和應(yīng)用的膏體堆存技術(shù)［4，5］。尾礦采用深錐濃縮機(jī)濃密至膏體狀態(tài)，再用柱塞泵、隔膜泵等容積類泵送入尾礦庫(kù)堆存。此時(shí)固體金屬礦山中尾礦重量濃度可達(dá)64%～70%，不同比重物料的膏體濃度具有差異，具體數(shù)據(jù)要通過(guò)試驗(yàn)確定。該法的最大特點(diǎn)是：“管道輸送，干式堆存”。另外由于膏體具有不離析、滲透率低的特征，因此膏體排放方式在安全、環(huán)保方面帶來(lái)的好處是濕法排放方式不可能做到的，堆存成本也低，某大型礦山［5］測(cè)算了采用該法處理尾礦的單位成本為1.685元／t。該法適用于氣候干旱、地勢(shì)平坦、荒涼和大風(fēng)地區(qū)，尾礦回水率接近90%。

2 尾礦綜合利用技術(shù)分析與研究

根據(jù)我國(guó)固體礦山原礦工藝礦物學(xué)研究分析，固體礦山尾礦主要礦物成分為硅酸鹽、鋁硅酸鹽、碳酸鹽、微量金屬礦物組成，一些尾礦中還含有植物生長(zhǎng)必需的微量元素，因此我國(guó)固體礦山尾礦綜合利用主要分為三大類：（1）用于井下充填采空區(qū)或用作建筑材料；（2）尾礦用作土壤改良劑及微量元素肥料；（3）尾礦用于土地復(fù)墾植被。

2.1 用于井下充填采空區(qū)或用作建筑材料

2.1.1 尾礦用于井下充填

尾礦作為井下充填的主要骨料，既解決了尾礦的處理問(wèn)題，又使采空區(qū)得到綜合治理的同時(shí)提高了采礦的回采率，一舉多得，是尾礦處理和利用的一條重要途徑［6］。我國(guó)自20世紀(jì)八十年代就開始研究尾礦充填工藝和技術(shù)，在我國(guó)的推廣與應(yīng)用先后經(jīng)歷了：分級(jí)尾礦水力砂充填、分級(jí)尾砂與細(xì)砂膠結(jié)充填、全尾砂膠結(jié)充填等階段，使得一些礦山的尾砂利用率由50%提高到90%或以上，這也說(shuō)明我國(guó)礦業(yè)界已經(jīng)充分掌握了全尾砂膠結(jié)充填工藝與技術(shù)。

顧名思義，全尾砂膠結(jié)充填就是采用沒(méi)有經(jīng)過(guò)分級(jí)的全粒級(jí)尾礦作為充填料充填采空區(qū)，該工藝也可稱為膏體尾礦充填工藝。影響礦山尾砂利用率的因素主要有：（1）礦體賦存形態(tài)、采礦方法等，主要影響井下采空區(qū)的容積，當(dāng)然也可以通過(guò)增加井下廢石的出窿率，增大需要全尾砂膠結(jié)充填的采空區(qū)，但增大了廢石堆場(chǎng)的容積，提高了廢石提升、轉(zhuǎn)運(yùn)生產(chǎn)成本；（2）井下充填的工作制度，選礦廠一般都是連續(xù)工作制度，因此尾礦也是連續(xù)產(chǎn)出的，但井下充填受采礦工藝限制，是不可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作制度的，必然是隔斷作業(yè)。理論上可以通過(guò)計(jì)算充填系統(tǒng)停歇期間選礦廠產(chǎn)生的尾礦漿容積，設(shè)計(jì)足夠容積的尾礦貯存器來(lái)解決這一矛盾，實(shí)現(xiàn)礦山（如尾礦產(chǎn)率較低的鐵礦山）不建設(shè)尾礦庫(kù)；（3）原礦品位、選礦回收率等影響尾礦的產(chǎn)率；（4）有用礦物的嵌布粒度決定了選礦磨礦細(xì)度，影響尾礦的細(xì)度及粒級(jí)組成，進(jìn)而影響膠結(jié)材料的選擇和消耗量，引起膠結(jié)充填的生產(chǎn)成本發(fā)生變化。綜上所述，尾砂的合理利用率需要通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)決定。

該方法雖然有效地解決了礦山生產(chǎn)同期的尾礦堆存，并降低了采礦損失率和貧化率，提高了采礦出礦品位，而且節(jié)省了尾礦堆積所需大量土地和建設(shè)尾礦庫(kù)的投資。但是也可能帶來(lái)兩個(gè)方面的影響：（1）礦石在選礦廠經(jīng)過(guò)破碎和磨礦作業(yè)尾礦砂表面發(fā)生變化，可能使一些重金屬氧化物的表面裸露；經(jīng)過(guò)選別作業(yè)后尾礦砂可能吸附微量浮選藥劑，當(dāng)尾砂充填到井下后，長(zhǎng)期受地壓、地溫、地下水相互作用的侵蝕，可能析出重金屬離子，浮選藥劑，造成對(duì)地下水的污染。因此尾礦砂充填到井下也應(yīng)該開展毒性浸出試驗(yàn)，確定尾礦的一般工業(yè)固體廢物分類等級(jí)，決定是否可以充填到井下堆存；（2）受同期選礦、冶煉技術(shù)水平和設(shè)備的影響，以及資源同期價(jià)值的影響，尾礦中仍可能含有有用礦物，當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下沒(méi)有選冶價(jià)值的稀有或貴金屬元素。當(dāng)尾砂充填到井下后，這些有用礦物或貴金屬將來(lái)就更難利用了。

2.1.2 尾礦用作建筑材料

我國(guó)利用尾礦作建筑材料的研究始于20世紀(jì)80年代，有關(guān)這方面的報(bào)道也較多［7，8］，最為典型的是馬鋼姑山鐵礦。目前，國(guó)內(nèi)外利用尾礦作混凝土骨料、鐵路和公路的筑路碎石以及建筑用砂、磚的成功例子較多。其特點(diǎn)是利用量較大，但附加值較低。另外，可以利用尾礦制作燒結(jié)空心砌塊和高檔廣場(chǎng)磚，成本低廉。但由于大部分礦山地處偏遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，產(chǎn)品受銷售半徑的影響而不具備經(jīng)濟(jì)開發(fā)利用價(jià)值；利用尾礦制取微晶玻璃、?；u等高附加值的建材產(chǎn)品，大多還停在試驗(yàn)研究階段，因此，尾礦砂用作建筑材料在國(guó)內(nèi)的消耗量還是較少。

2.2 尾礦用作土壤改良劑及微量元素肥料

尾礦中往往含有維持植物生長(zhǎng)和發(fā)育的必需元素，如Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、Fe、P等微量元素。因此研究如何將這些元素轉(zhuǎn)化成植物可吸收的元素或離子成為技術(shù)的關(guān)鍵。“七五”期間，馬鞍山礦山研究院在國(guó)內(nèi)率先開展采用磁化技術(shù)處理鐵尾礦制作土壤改良劑的研究。用特定設(shè)計(jì)的磁化機(jī)對(duì)磁選廠鐵尾礦進(jìn)行磁化處理，生產(chǎn)出磁化尾礦，施入土壤。研究表明，磁化尾礦施入土壤后，可提高土壤的磁性，引起土壤中磁團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的變化，尤其是導(dǎo)致土壤中鐵磁性物質(zhì)活化，使土壤的結(jié)構(gòu)性、空隙度、透氣性均得到改善。田間試驗(yàn)表明，土壤中施入磁化尾礦后，農(nóng)作物增產(chǎn)效果十分顯著?！鞍宋濉逼陂g，該院又將磁選廠鐵尾礦與農(nóng)用化肥按一定的比例混合，經(jīng)過(guò)磁化、制粒等工序，制成了磁化復(fù)合肥，并建成一座年產(chǎn)1萬(wàn)t的磁化復(fù)合肥廠。

河南省某鉬礦選廠尾礦研究表明：尾礦含有K、Ca、Mg、S、Fe、Cu、B、Mn、Zn、Mo等礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，以及可改善土壤理化性質(zhì)的粉砂質(zhì)組分和粘粒組分。試驗(yàn)研究采用將尾礦多次旋流器分級(jí)，實(shí)現(xiàn)粗、中、細(xì)粒級(jí)物料分開。粗粒級(jí)產(chǎn)品（＋0.15 mm）中鉬得到富集，返回選礦廠回收鉬；中粒級(jí)（＋0.045 mm）尾礦經(jīng)壓濾－干燥焙燒－研磨－與磷鉀肥造粒后，作為磷鉀緩釋肥；細(xì)粒級(jí)（－0.045 mm）尾礦經(jīng)壓濾－干燥焙燒后，用作土壤調(diào)節(jié)劑基料。田間試驗(yàn)表明：（1）在等量NPK養(yǎng)分條件下，施用無(wú)害化鉬尾礦可控緩釋肥料，冬小麥畝均增產(chǎn)約27.0%；（2）在類沙化潮土上每畝施用5 t沙質(zhì)土壤調(diào)節(jié)劑，冬小麥畝均增產(chǎn)約41.0%。

2.3 尾礦用于土地復(fù)墾植被

2.3.1 尾礦庫(kù)的復(fù)墾

國(guó)外許多國(guó)家盡管人少地多，但對(duì)土地復(fù)墾十分重視。我國(guó)礦山的土地復(fù)墾工作起步于20世紀(jì)60年代，在20世紀(jì)80年代后期至90年代進(jìn)展較快。1988年11月，國(guó)務(wù)院頒布了《土地復(fù)墾規(guī)定》規(guī)定了“誰(shuí)破壞，誰(shuí)復(fù)墾”的原則。這一規(guī)定的出臺(tái)，有力地促進(jìn)了礦山土地復(fù)墾工作的步伐，并且在尾礦庫(kù)的復(fù)墾植被方面也取得了較大的進(jìn)展。

為減少占地面積，盡量避免占用耕地，降低尾礦庫(kù)建設(shè)投資，尾礦庫(kù)的庫(kù)址一般選用山溝地形，采用一面砌筑基本壩，其它面利用自然山坡，后期利用尾砂上游法堆壩，尾礦漿輸送到壩頂，采用多點(diǎn)放礦排入尾礦庫(kù)。尾礦在庫(kù)內(nèi)經(jīng)自然分級(jí)、沉降后，實(shí)現(xiàn)水、砂（泥）分離，澄清水返回選礦廠循環(huán)利用，尾砂（泥）則堆積在庫(kù)內(nèi)。由于尾砂在庫(kù)內(nèi)的自然堆積坡度為1%～5%，因此在尾礦庫(kù)閉庫(kù)時(shí)，庫(kù)內(nèi)基本上是平地，很適宜土地復(fù)墾。馬鞍山礦山研究院于20世紀(jì)90年代初在馬鋼姑山鐵尾礦庫(kù)開展了揚(yáng)塵抑制及植被復(fù)墾的技術(shù)研究，并在尾礦庫(kù)壩坡進(jìn)行了植被試驗(yàn)，取得成功。水口山礦物局在20世紀(jì)90年代，對(duì)康家灣尾礦庫(kù)進(jìn)行了閉庫(kù)復(fù)墾，采用填土栽培技術(shù)，種植出了辣椒、茄子、豆角等蔬菜類經(jīng)濟(jì)作物。

2.3.2 尾礦用于露天采場(chǎng)的復(fù)墾

廣西百色地區(qū)的巖溶堆積型鋁土礦屬特大型礦床，適宜于露天開采，形成了許多露天采空區(qū)，占用了大量的耕地。礦石選礦采用洗礦、閉路破碎篩分流程，選礦過(guò)程中沒(méi)有添加任何選礦藥劑，尾礦為90%－5μm的礦泥，極難沉降。經(jīng)過(guò)工業(yè)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：采用向礦泥中添加適量的絮凝劑，可以加速礦泥在濃縮機(jī)中的沉降，濃縮機(jī)的底流排放固體濃度最高可達(dá)33%，然后采用壓濾機(jī)脫水，可得含水率為30%～35%的干式固體濾餅，可以滿足汽車運(yùn)輸送到露天采空區(qū)堆存，經(jīng)平整后可以種植糧食、蔬菜類等經(jīng)濟(jì)作物，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，目前該技術(shù)在百色地區(qū)得到廣泛推廣與應(yīng)用，復(fù)墾出了大量耕地，實(shí)現(xiàn)了礦山的綠色、環(huán)保、安全生產(chǎn)，同時(shí)為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展與繁榮做出了巨大的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全的尾礦堆存技術(shù)與綜合利用尾礦的研究將越來(lái)越會(huì)受到國(guó)家和礦業(yè)技術(shù)人員的重視。文中歸納的我國(guó)目前固體礦山選礦廠成功的幾

種尾礦堆存與綜合利用技術(shù)，均有其不同的特征與適應(yīng)性，因此在尾礦堆存與綜合利用方案研究時(shí)要結(jié)合選礦方法、選礦藥劑種類、尾礦工藝礦物學(xué)及粒級(jí)組成特性、建設(shè)場(chǎng)地特征、氣候等，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較，選擇最優(yōu)處理方案。對(duì)尾礦綜合利用還需要通過(guò)試驗(yàn)研究，尤其是當(dāng)尾礦作為骨料充填到井下采空區(qū)，應(yīng)根據(jù)充填工藝開展尾礦毒性浸出試驗(yàn)，決定是否可以充填到井下采空區(qū)?？傊?，尾礦既是一種廢棄物與危險(xiǎn)物，也可作為一種資源，只要處理得當(dāng)，它也會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 張宏藝，陳國(guó)榮，劉麗.往復(fù)式隔膜泵在高濃度尾礦漿輸送技術(shù)中的應(yīng)用［J］.礦業(yè)工程，2004，2（1）：43－46.

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Analysis and Research of Stacking Process and Com prehensive Utilization of Solid M ine-Tailings

CHEN Dian-zhu
（Changsha Design and Research Institute Ltd.of Non-ferrous Metallurgy Xining Branch，Xining 810000，China）

This paper reviews the current state of the disposal of solid mine tailings in China，and the advantages and disadvantages of mine tailings stacking process are discussed.The paper introduces three kinds of comprehensive utilization of tailings technology and application，puts forward the future development direction of tailings disposal，which can provide the reference formine-tailings comprehensive treatment and construction in the future.

solid mine-tailings；mine tailings stacking；comprehensive utilization

TD926.4＋1

A

1003－5540（2016）04－0005－04

2016－04－10

陳典助（1969－），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事礦山工程設(shè)計(jì)與研究工作。