我国尾矿综合利用现状及存在的问题和发展对策

尾矿综合利用技术的研究在欧美发达国家起步较早, 并且取得了相当的成效, 国外一些矿山已经实现了无尾生产。虽然我国的尾矿综合利用工作开展的较晚, 但是经过近几十年的努力, 已经在二次回收、建筑材料、矿山充填料、土地复垦等方面取得了显著成效, 根据2012年全年发明专利公报信息, 我国尾矿利用专利申报数量正在迅速增加。总体来说, 目前我国尾矿的利用主要分为两大类, 即尾矿再选和整体利用。

在过去的一段时间里, 许多矿山企业受冶选技术水平的限制, 致使许多有用组份损失在尾矿之中。随着科学技术的发展, 目前已有能力从尾矿中再次选出有用组份, 再选主要有主要矿物再选和伴生矿物再选两种。当前我国主流尾矿再选技术有溶剂萃取法、重磁浮法、电极回收法、电解气浮法等, 近些年来微生物浸出技术再选尾矿也逐渐成为主要技术。

主要矿物再选即利用当前可行的选矿技术降低选矿品位, 再次回收尾矿中的主要元素, 并能以此创造经济价值。目前, 尾矿中主要矿物的再选已为国内许多矿山企业带来了客观的经济价值和社会效益, 如本钢歪头山铁矿与马鞍山研究院联合进行科研攻关, 采用HS-1600×8型磁选机对矿山的尾矿进行二次磨选之后, 获得了品位达65.8%的铁精矿, 年产铁精矿量达3.9×10⁴t;新疆某金矿采用浮选工艺处理尾矿后, 金浮选率达到69%, 处理1万t尾矿便可获得3 kg的黄金。

单一矿种少、伴生矿物多是我国矿产资源的特征之一, 许多矿山尾矿除了主要矿种外, 还含有许多伴生矿物。如丹凤县皇台矿业公司以现堆存的约100万t尾矿和选厂每年产生的12万t尾矿为主要原料, 建设2条500 t/d铜尾矿的生产线及配套设施, 从中回收铜、铁、硫、氧化镁等有价元素, 年产铜精矿7 425 t、硫精矿9 248 t、铁精矿8 910t、高纯度氧化镁1万t, 剩余尾矿作为建材原料实现尾矿全部综合利用, 不仅符合国家产业政策和投资导向, 还能实现尾矿的综合回收利用, 市场前景广阔, 经济效益显著。项目达产达效后, 年实现产值2亿元, 利税5 000万元, 年综合处理尾矿33万t, 还可增加就业100人以上。国内同样的成功案例还有汤成龙等人通过磁选技术和精矿除铁技术从栖霞山铅锌矿中有效回收锰矿等。

对尾矿中的主要矿物和伴生矿物进行再次回选技术已经较为成熟, 对于缓解我国资源紧张局面、提高矿山生存力起到了重要作用, 引起了国内越来越多的矿山企业对尾矿再选工作的重视。

据相关资料显示, 目前我国关于尾矿利用的专利数越来越多, 其中涉及到建材的就有33条, 且申报数目还在不断增长, 尾矿在我国建材行业中的应用越来越广泛。

以前我国墙体材料大多采用黏土而制, 土壤的滥取滥用导致大多数地方田地严重受损, 从2003年起国家在170个城市明令禁止黏土制砖。

商洛市华润建材化工工贸有限公司以钼尾矿为主要原料, 投资890万元建设屋面瓦20万m², 马路砖20万m²、墙体砖5 000万块的生产线及配套设施, 每年可处理尾矿6万t, 产品外形美观并且各项技术要求均符合国家标准, 可使企业年产值达到2 000万元, 利润450万元, 税金300万元。

目前我国对于利用铅锌尾矿制水泥的研究较多。利用铅锌尾矿生产水泥熟料, 不仅可以代替黏土, 而且含有的微量元素还可以促进熟料的烧成, 使熟料中的矿物晶格发生畸变, 提高熟料矿物的水化活性, 从而提高熟料的强度;尾矿中的碱含量比黏土低, 生产出的水泥熟料具有较高的工程适应性和耐久性, 减少了工程后期的维修费用。

陕西尧柏秀山水泥有限公司利用铅锌尾矿渣生产出低碱优质硅酸盐水泥, 尾矿中含有的铅、锌和铜等微量元素可对熟料的烧成起催化作用, 降低烧成温度, 使单位产品煤耗明显下降, 仅煤电两项合计每年便可为公司节约成本500余万元, 年节约粘土12万t, 折合耕地100余亩 (约6.7 hm²) 。实践证明, 利用铅锌尾矿生产的水泥产品具有强度高、易性好、耐腐蚀、抗渗性好, 加之低碱的特性, 混凝土的可靠性和耐久性得到保证, 产品具有广阔的市场前景。该技术总投资2 500万, 年效益可达1 300万, 企业仅两年就收回了成本, 利润可观。利用尾矿制水泥不仅减少了尾矿占地、解决了尾矿大量堆积造成的环保和安全隐患, 而且使废弃的资源得到利用, 创造出巨大的经济效益。

我国尾矿在建筑材料中的研究应用除了以上两个方面外, 还在微晶玻璃饰材、陶瓷、陶瓷釉料、干粉砂浆、混凝土粗细骨料、隔热保温建筑材料^[9]生产等方面取得了显著成效。

利用尾矿做矿山充填料不仅降低了矿山生产成本, 而且解决了因尾矿带给矿山的一系列安全、环境问题。尾矿充填有露天充填和井下充填两种。

我国有不少矿山采用充填法采矿, 矿石采出后需要用相同体积的充填料回填采空区, 如果采用尾矿作为充填料, 不仅就地取材, 还省去了采集、破碎等工序, 变废为宝, 大大降低了生产成本, 提高了矿石的回采率。一般情况下, 如果采用尾矿作为充填料, 充填费用仅为用碎石充填的1/4~1/10, 比用其他胶结材料的费用更低。

利用尾矿充填已经闭坑的露天矿或者低凹地势, 再对其进行覆土改良, 种植植被或者经济作物, 可以减少尾矿占用土地, 恢复破坏的生态环境, 是一种很好的矿山复垦途径。

尾矿中常常含有Fe、Zn、Cu、Mo、B等多种微量元素, 这些都是植物生长过程中需要吸收的元素。

目前, 河南栾川钼尾矿无害化农用产业项目已进入筹备立项阶段, 该项目总投资3亿元, 年综合利用效益可达6亿~7亿元, 其中一期项目建设规模为年无害化处理钼尾矿100万t, 实现年产全价元素可控缓释肥60万t、土壤调理剂40万t。该技术首先分离回收钼尾矿中的石英及长石, 使Si O₂含量低于35%, 然后通过熔融氧化反应, 回收重金属, 使重金属含量达到国家相关农用的限制标准, 再消除尾矿中的有毒有害物质, 使尾矿无害化, 最后经过微量元素活化技术和调节p H值, 便可成为可替代黏土类和轻质碳酸钙生产无机全价元素可控缓释BB肥的原料。该技术是一项可以将金属尾矿殆尽消纳且零排放的环保高新技术, 而且投资少, 产品附加值高, 生产成本仅为目前市场缓/控释肥的50%~60%, 而且可使粮食的增产达到20%以上, 因而不仅肥料价格竞争优势明显, 还有效地降低了农业生产成本, 对于促进矿山循环经济发展、打造绿色矿山、提高农业生产综合效益、加快肥料产业升级有着重要意义。

对尾矿进行复垦造地也是处理尾矿的一种有效措施, 即使尾矿中的有害物质, 也可以通过生化技术消除, 不仅可以解决尾矿堆存带来的占用土地、安全、环境问题, 又重造了土地, 可谓一举多得。

云南锡业集团投资200万元在金属尾矿中种植80亩超富集植物蜈蚣草, 对其金属尾矿库进行复垦, 通过一定的有机肥等基质改良后使其正常生长, 并定期收割其地上部分, 烘干焚烧后从灰分中冶炼回收有价金属, 企业每年通过蜈蚣草采矿的砷最高可达23.4 kg/hm², 铅11.3 kg/hm², 铜2.64 kg/hm², 锌9.24kg/hm², 每年蜈蚣草可创造693.5元/hm²的效益, 而且蜈蚣草焚烧时产生的大量热能也可转换为电能使用, 更重要的是利用蜈蚣草对尾矿进行复垦为企业节省了大量的尾矿堆存费用, 解决了尾矿扬尘、重金属污染等问题。根据经济分析, 种植80亩 (约60 hm²) 蜈蚣草每年可为矿山带来70多万元的经济效益。

我国对于尾矿的研究与利用绝不止以上提到的这几种领域, 有学者统计, 尾矿的研究与利用在我国已经涉及到50多种领域, 呈现出一种欣欣向荣的趋势。