我国尾矿综合利用的一些进展.pdf

2 0 0 6. 2国外全属扩选扩 我国尾矿综合利用的一些进展 胡天喜文书明陈名洁李振飞 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明6 5 0 0 9 3 摘要 关 键 词 本文简 要介绍 了尾矿 的一些 主要用途 及新的 作用 ， 介绍 了 我国 当前尾 矿综合 利用 方 面的最 新进 展 ， 并对 尾 矿的综 合利 用作一 些回顾 和展望 ， 预示 了今后 尾矿综 合利用 的主要 发展 方向 尾矿综 合利用进展 引言 矿产资源是人类赖以生存和发展的重要的基础 原料。 据有关资料介绍 1 ， 我国 约有9 5 的能源和 8 0 的工业原料都直接或间接地来源于矿产资源。 随着科学技术的不断进步和工业生产的持续发展， 人类对矿产资源种类和数量的需求也将 日渐增加。 统计数据显示 2 ， 近年来我国矿山企业每年产 生的尾矿约有2 6 . 5亿 ， 综合回收利用量为 1 . 8 亿 t ， 综合回收利用率为 6 . 9 5 ， 尾矿库占地面积累计 已 达3 7 2 8 2 k , 2 ， 不仅损失浪费了尾矿中宝贵的有 价矿产资源， 压占了大量耕地 ， 而且尾矿库所产生的 沙尘对矿 山周边地区的生态环境和水资源造成污 染 尾矿虽是矿山排出的废弃物， 但同时又是潜在 的二次资源， 对其进行有效地开发是矿产资源综合 利用的重要组成部分， 也是节约利用矿产资源的一 个重要途径。 尾矿的综合利用主要包括两方面 一是尾矿作 为二次资源再选， 再回收有用矿物， 精矿作为冶金原 料， 如铁矿、 铜矿、 锡矿、 铅锌矿等的尾矿再选， 继续 回收铁精矿、 铜精矿、 锡精矿、 铅锌精矿或其他矿物 精矿。二是尾矿的直接利用， 也叫尾矿的整体利用， 是指未经过再选的尾矿直接利用， 即将尾矿按其成 分归类为某一类或某几类非金属矿来进行利用。如 利用尾矿筑路、 制备建筑材料、 作采空区填料、 作为 硅铝质、 硅钙质、 钙镁质等重要非金属矿用于生产高 新制品 3 美、 俄等一些矿业发达国家早在 2 0世纪 6 0年 代初期就开始了对尾矿进行回收利用的研究工作， 目前一些矿山已实现了无尾矿工艺生产。我国的尾 矿利用工作开始较晚， 但近年的进展十分迅速， 并在 尾矿中回收有价组分、 尾矿制作建筑材料、 磁化尾矿 作土壤改良剂等方面已经取得了可喜成果， 获得了 明显的经济和社会效益[ a l 1 尾矿作为二次资源再选的研究 我国的金属矿中贫矿和共 伴 生矿多， 选矿难 度大， 加上过去几十年中选矿工艺落后等原因， 使我 国多数尾矿中残余金属及有用组分多， 尾矿具有巨 大回收潜力。以铁矿为例， 原矿 的平均 品位仅为 3 2 ， 且贫矿比 例高 达9 7 . 8 ， 铁矿物嵌布粒度细， 多数矿石需要磨到一0 . 0 7 4 m m占8 0 以上才能有 效实现铁矿物的解离， 有些矿石更需要磨到一0 . 0 7 4 m m 占 9 0 以上。全国铁矿的金属回收率仅为 7 4 ， 其中易选的磁铁矿回收率仅为 9 0 ， 难选碳 酸铁回收率2 5 的条件下， 可获得硫精矿硫 品位 3 5 -4 0 ， 富集比1 . 5 ， 作业回收率 6 0 左 右的选硫指标。 1 . 4 钦铁矿电选尾矿综合利用研究 6 攀钢钦业公司选钦厂作为我国最大的原生钦铁 矿生产基地， 年产钦铁矿精矿约2 0万Y ， 主要采用的 工艺流程有重选 一电选流程和磁选 一浮选流程两 种， 其中以重选 一电选流程为主， 在该流程中电选作 为生产钦精矿的精选作业， 在年产 1 3 . 7万 t 电选精 矿的同时， 也产生出1 2 . 5 万t 左右T i O 含量高达 1 0 . 8 2 的电选尾矿， 不仅造成资源的浪费， 也导致 生产成本的提高， 有必要进行回收利用。为综合利 用该尾矿， 我们开展了试验研究， 通过试验获得了较 好的结果， 可得到T i O 含量为4 7 . 4 8 、 回收率为 7 6 . 6 5 的合格钦精矿。 1 . 5 湖南省某金矿尾矿综合利用研究 7 通过试验研究， 金矿尾矿采用搅拌、 堆浸、 池浸 氰化法可以回收金， 金的浸出 率可达7 7 , 1 9 ; 浸出 渣还可制砖， 得到了综合利用， 均获得较好效果。尾 矿的利用不仅可以提高矿山的经济效益， 同时也能 产生良好的社会效益。利用先进工艺技术和设备处 理尾矿， 可以使尾矿成为2 1 世纪矿山企业利用的新 资源。低品位金矿堆浸提金技术发展很快， 在我国 得到推广应用。收到明显的经济效益。金矿尾矿量 大. 有一定的储量规模， 采用制粒堆浸现实可行。该 尾矿化学成分还适合做釉面砖、 地砖原料。该研究 将对同类型金矿尾矿处理有借鉴和指导作用。 1 . ‘ 用重选法从磁选尾矿中回收有价矿物的研 究〔 翻 ] 兰家火山矿区是攀枝花钒钦磁铁矿最大矿区之 一， 原矿中除含有钒钦磁铁矿外， 尚有相当数量的钦 铁矿及硫化物， 在硫化物中， 有一定含量的钻镍矿 物。为此， 原国家科委及冶金部要求从磁选法选出 含钒的磁铁矿后的尾矿中， 充分回收钦、 钻、 镍三种 金属 ， 并制定合理工艺流程， 为建厂提供依据。 目 前， 国内外实践证明， 用重选法、 浮选法或重 选 一浮选联合法， 均能有效的回收铁铁矿。 美国的马克 一因塔尔选矿厂是以重选 一浮选联 合法回收铁铁矿。芬兰的奥达马克是采用浮选法回 收钦铁矿及硫化物的。我国双塔山选矿厂是以重选 法回收钦铁矿的。 考虑到兰家火山矿区矿石性质、 重力选矿技术 的进展和矿区的各种条件， 以重力选矿方法为主来 回收该矿区的钦、 钻、 镍三种金属可能也是比较合理 的。因此， 该研究以重选法为主， 从磁选尾矿中回收 含有硫化物的钦铁矿精矿， 然后， 应用浮选法从钦铁 矿 一 硫化矿物混合精矿中浮选出硫化矿物 ， 最终得 到钦铁矿精矿和含钻镍的硫化矿精矿。根据上述原 则 ， 进行了试验室的探索试验， 并在此基础上进行半 工业连续试验， 得到了比较合理的工艺流程和较高 的 选别指标。主要指标如下 重 选混合精矿T i 认 品 位4 3 . 6 ; 含 C o 0 . 0 3 2 ; N i 0 . 0 1 8 ; 回收率分别 为6 7 . 4 3 、 3 6 . 9 2 和 2 1 . 9 2 。混合精矿浮选后 得到 钦精矿和硫化物精矿， 其 T i q, C o和 N i 品位 分别为4 6 . 8 9 , 0 . 2 8 5 和0 . 1 6 5 ; 回收率分别为 6 7. 3 5 , 2 1 . 2 4 和 2 0 . 7 。 1 . 7 采用焙烧和重选法从尾矿中回收铁的试验 e 广西屯秋铁矿工业竖炉焙烧试验中， 磁选尾矿 含铁还高达 2 7 ， 将尾矿再进行一次还原焙烧， 然 后直接磁选得铁精矿， 使尾矿含铁量下降到 1 0 左 右， 再用摇床和离心机等重选设备从中再回收铁， 试 验得到铁回收率 1 3 . 8 4 的重选精矿。这样与磁选 铁精矿合并后， 可得含铁 5 5 . 0 6 及铁的回收率为 9 1 . 1 2 的综合铁精矿。 从各种类型的矿样 混合矿样、 粉矿样、 贫矿样 及富矿样 试验结果证明， 焙烧磁选法对屯秋铁矿石 的适应性能良好， 各矿样在一定的处理条件下都能 相应的得到含铁 5 5 -5 7 及铁的回收率平均为 9 0 以上的铁精矿。 尾矿 的整体利用的研究 做土坡改良剂及磁化复合肥[ s 7 2 0 0 6. 2 图外套通扩选扩 1 7 我国磁铁矿矿石约占铁矿总储量的 1 / 3 ， 尾矿 中磁铁矿具有载磁性能， 加人土壤中可引起磁团粒 结构的活化， 使土壤的结构、 孔隙度和透气性得到改 善。马鞍山矿山研究院利用这一性能开发研制出了 土壤改良剂， 经小区种植对比试验和大区示范试验， 农作物增产效果明显 早稻、 中稻和大豆的增产率分 别为 1 2 . 6 3 , 1 1 . 0 6 和 1 5 . 5 。随后该院又同当 涂县太仓村合作建成复合磁肥生产线， 年产磁化复 合肥5 0 0 0 t ， 以 加磁后的尾矿代替膨润土作复合肥 的粘结剂， 既节约了成本又增加了肥效， 深受当地农 民的 欢迎。 湖北某选铁尾矿中K 2 0含量为5 ， 目 前该矿山已利用这种尾矿成功地配制出钾钙肥; 黑 龙江鸡西选矿厂用尾矿研制出镁钾肥; 河南一选矿 厂用尾矿作主要原料生产出钙镁磷肥。 2 . 2 利用细粒尾矿生产多种建筑制品 a 细粒尾矿是选矿厂经过破碎磨矿分选后排弃的 尾矿 ， 约占全国尾矿排放总量的2 / 3以上， 目前这种 尾矿仍以尾矿库的堆存为主。经试验研究证明， 以 细粒尾矿作主要原料可生产出多种建筑产品， 尤其 是以石英为主要成分的尾矿， 不仅可以生产免烧墙 体砖、 贴墙砖、 人造大理石、 水磨石、 加气混凝土和仿 花岗岩等， 也可作为玻璃和陶瓷的生产原料。目前 已建成投产的黄梅山铁矿装饰面砖厂， 年生产饰面 砖达 1 0 万 m ， 年处理尾矿4 0 0 0 t ， 该厂的建成已为 矿山带来 明显 的经济和社会效益 。 2 . 3 尾矿制作硅酸盐水泥W 在水泥的原料中一般配人 2 0 的勃土和铁粉， 如以尾矿代替， 既可节约土地， 也可省去开采和加工 的能耗。马钢桃冲铁矿便利用这一技术建立起一座 年产 2 0万 t 的水泥厂。另外 ， 尾矿中含有氟化钙的 包头矿和湖南铅锌矿， 可用尾矿作矿化剂加人到原 料中， 使水泥熟料烧成时温度降低到 1 5 0 ℃左右， 有 利于熟料的节能增产。 2 . 4 选矿尾矿综合利用和零排放研究t 9 ] 南京栖霞山铅锌矿所属选矿厂处理 1 3 0 0 t / d 高硫铅锌矿原矿， 产出选矿废水 5 4 0 0时 / d和选矿 尾矿约 4 0 0 t / d 左右。从 1 9 9 9年起， 进行了一系列 研究， 主要有 井下全尾矿充填、 尾矿制造水泥 包括 选矿尾矿替代部分溶剂矿物烧制水泥的试验研究与 选矿尾矿替代部分溶剂矿物烧制水泥熟料的试验 ， 取得了令人满意的效果， 每天产出约 4 0 0 t 尾矿渣 的2 1 外销做为水泥辅料而得到利用， 7 9 就地回 填井下， 实现了尾矿渣的零排放， 彻底避免了尾矿废 渣对环境的污染。表 1 给出了南京栖霞山铅锌矿历 年尾矿充填量和外排量， 由表可知， 从 2 0 0 0年起， 外 排的尾矿量为零 。 表 t 历年 尾矿 充 坟 .数据 表 2 . 5 利用尾矿库造林复垦 世界许多发达的矿业大国对尾矿的复垦率已达 8 0 以上。国务院在 1 9 8 8年颁布的 土地复垦规 定 中就明确提出“ 谁破坏， 谁复垦” 的原则， 有力地 促进了我国尾矿复垦工作的开展。凡口铅锌矿在对 2 0 万m 2 的尾矿库进行覆土、 绿化后， 栽种了5 0 0 0 余株苦株树， 长势良好。首钢迁安铁矿在 1 2 0 0亩尾 矿库上不用复土即植树种草并获得成功， 降低了复 垦成本。另外， 山东招远县的一些黄金矿山利用黄 土冲沟建立起阶梯式尾矿库， 先在坝库外种植灌木 防雨水冲刷， 库满后即覆土造田， 种植红薯、 花生等 农作物， 效果良 好 a 首钢在尾矿综合利用方面做了大量的工作， 从 2 0 世纪9 0年代起， 开始利用尾矿库造林复垦。首 先是治理废弃排土场。对废弃的排土场进行全面整 平后， 覆盖预先储备的风化岩土4 0 0 mm厚， 然后在 其上精心栽植柴穗槐， 一次成活率能达 9 5 。另外 是尾矿坝覆土植被。先将尾矿坝沿坝面等高线推成 1 0 - - 1 5 m宽的平台， 每个平台都砌上纵、 横排水沟， 使整个坝面形成纵横贯通的排水网络。再在坝体平 台上覆盖2 0 0 -3 0 0 m m厚的山坡上， 植树造林。这 样， 从根本上防止了水土流失， 同时， 对尾矿坝的安 全生产也起到了重要作用。目前， 用这种方法种植 的5 3 . 3 公顷尾矿库绿树成荫， 已成为首钢露天矿区 的一道风景。最富创新性的还是在尾矿库上直接植 绿。上述提及的那座 6 7 0 0 万 澎 的尾矿库， 如按传 统的覆土植被方式进行处理， 千亩沙滩需回填用土 千万 m3 ， 不仅耗资巨大， 异地取土又会造成新的生 态破坏。面对难题， 首钢提出了无覆土种植沙棘的 设想， 并进行大胆尝试。采取沙棘、 桑树、 紫穗槐三 种植物混交， 高密度种植的方法， 成功地在贫痔的沙 滩上建起了 一座绿洲〔 I o 7 2 . 6 用矿业尾矿微晶玻璃制品的开发利用 陈 吉春 〔 “ 〕 以 低硅铁尾矿为主要原料， 在实验室 1 8闯外金再矿选犷 2 0 0 6. 2 条件下， 制备了高性能、 低成本的微晶玻璃， 对低硅 铁尾矿的高附加值综合利用进行了有益的探索。 试验采用烧结法， 试验工艺流程见图 1 0 匠 困 一 匣 画 一匡 困一网 磨 过 筛 卜“ l J-E v i m 4 I l- -. 区 亘 互 遍 巫卜 M i l; - 图 1 试验工 艺流程 图 低硅铁尾矿成分研究结果表明， 选择微晶玻璃 的主晶相为透辉石， 在低硅铁尾矿中添加适量的氧 化 镁， 使其成为C a O一 A 1 2 几 一M g 0一 S i 仇 系统。 在相图的基础上， 确定基础玻璃的组成设计， 使尾矿 的利用率达到6 0 ; 最终确定的低硅铁尾矿微晶玻 璃组成范围为 Wt S i O 2 5 0 一6 0 , A 12 0 3 6 一9 , C a 0 8 一1 3 , Mg O 7 一1 0 , F e 2 O / F e 0 2 一5 , 8 2 0 3 一8 , 残q 0 一4 , S 6 2 O 3 0 一1 , B a O 0 一1 ， 晶核剂 2 一6 0 2 . 7 利用稀土尾矿制备高强度高活性氨合成催化 荆 俞秀金等人1 2 〕 利用我国量多价廉的稀土尾矿 提取贵重稀土组份后的残余 作为铁系氨合成催化 剂的主要助剂， 并通过制备工艺的改革， 熔融制备出 高强度的新型铁系氨合成催化剂。该催化剂提高了 铁系氨合成催化剂的强度和低温活性， 并具有良好 的耐热性。该研究工作为进一步开发低成本、 低能 耗、 性能优良的催化剂提供了理论依据。 矿山尾矿固体废料已从消极的环保治理， 正在转变 为积极的资源化治理。多年的实践表明， 将矿山尾 矿作为复合矿物原料进行整体开发利用， 正成为经 济实用的新矿产资源。它不但可使原来资源枯竭或 资源不足的矿山重新成为新资源基地恢复和扩展生 产， 而且可以开辟新材料的科技领域， 推动科技进 步， 同时也可以解决环境污染、 改善生态环境和整治 国土， 具有巨大经济、 社会和环境效益〔 1 0 。笔者认 为， 今后我国的尾矿综合利用的主要发展方向在于 两个方面 一是采用更先进的选矿技术从尾矿中回 收更多的有用矿物， 最大限度的提高有用矿物的回 收率; 二是发展矿物材料及其深加工， 将各种尾矿作 为原料研制出各种矿物材料及其他高新材料， 并对 新材料进行深加工以满足不同领域的需要， 从而逐 步实现 矿山的无尾矿工艺生产 。 参考文献 3 回顾与展望 在第二次工业污染防治工作会议上国家强调 “ 综合利用， 变废为宝， 既保护了国家的资源， 又充分 利用了国家资源， 同时又净化了环境， 可谓一举多 得。 ” 报告高度概括了资源综合利用的必要性和迫切 性。在面向2 1 世纪新的历史发展阶段， 我国有限的 资源将承载着超负荷的人口、 环境负担， 仅靠拼资 源、 外延扩大再生产的经济增长， 是不可能持续的。 结合尾矿利用的现状以及大量尾矿所带来的诸多问 题， 尾矿利用工作应当进一步引起有关部门、 矿业企 业的高度重视， 应从政策、 经济、 法律以及技术等方 面采取切实可行的 措施川。 回顾几十年来我国对尾矿治理和利用的发展历 程， 我们看到随着科学技术的迅速发展， 传统概念的 1 朱训 ， 2 1 世 纪 中 国矿 业形 势 与 发展 战 略 b考 【 J l . 中国 矿 业 ， 2 0 0 2 . 1 1 1 2. 2 杨久 流尾矿 中有价矿 产资N, 的综合 回收 与利用 1 1 l . 有色 金 属 选矿 部分 ,2 0 0 2 , 8 3 张锦 瑞 ， 工伟之 ， 等 . 金属矿 山 尾矿 综合 利 用与 资源 化 【 M 〕 . 北 京 冶金工业出版社， 2 0 0 2 , 1 4 -- 1 6 . 4 王金 龙 . 保护 矿产 资 源加 速我 国 尾矿 的 开发 利 用 f 月矿 山环 保 , 2 0 0 3 , 2 - 5 胡 天喜 . 文书 明 . 泅 洲选矿厂 旋流器 选硫的 试验研究 和生产 实践 [ I ] . 有 色金 Ix〔 选 矿部分 , 2 0 0 5 . 2 . 6 戴惠 新 汪云华 . 铁 铁矿 电选尾 矿综 合利 用 研究 〔 月有 色 金属 选矿部 分 , 2 0 0 4 , 4 . 7 曹健 ， 赵毅 ， 等湖南省 某金矿 尾矿综 合利 用研究 仁 l . 矿产 保护 与利 用。 2 0 0 4 , 6 . 8 朱俊 士 . 选 矿试 验研 究与产 业化 〔 M] 北京 冶金 工业 出 版社 ， 2 0 0 4 , 1 4 2 -1 5 0 ; 5 9 5 - 5 9 6 9 孙水 裕， 缪 建成 ， 等选矿尾 矿综 合利 用和 零排 放研 究 与生产 实 践 f J l ， 环 度 工程 ,2 0 0 4 , 5 . 1 0曹淑珍 许 桦 . 我 国金 属尾 矿的 综合 利 用 Ul . 冶金 环峨 保护 . 2 0 0 2 , 6 1 1 陈吉春矿业 尾 矿微 晶 玻璃 制 品 的 开发 利 用 【 J l ， 中国 矿 业， 2 0 0 5 , 5 8 3 一 8 5 1 2俞秀金 . 林 建新 . 利用稀 土尾矿 制备 高强 度 高活性 氨合 成 催化 剂 I l l . 稀 土 ，2 0 0 5 , 6 4 7 一 5 1 0 6 0 2 0 3