矿区固体废物——尾砂的处置利用
1引言
现代科技革命的兴起，使人类大规模地开发和利用矿产资源成为可能。目前，我国有 95%以上的能源，80 %以上的工业原料，70 %以上的农业生产资料等都来自矿产资源[1 ]。矿产资源开采量的日益增大，矿业固体废物的排放量也逐年增多。据不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿ｔ以上[2 ]。我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的尾矿达 40亿ｔ以上，且每年以数亿ｔ的速度增加。大量尾矿的排放和堆存，不但占用了大量的土地，破坏了生态平衡，而且造成了严重的环境污染。如我国四川叙永县众多的硫铁矿选矿厂将其尾矿排入永宁河中，造成了河床升高，河道堵塞，两个水电站报废，航运中断，河水严重污染[3 ]。
矿业的发展，为我国社会经济发展作出了重要贡献。但是人们为了片面追求经济效益，往往不顾资源的浪费和损失。据统计，我国资源总回收率为30%左右，70%白白浪费。我国矿业采选回收率，铁67%，有色金属50 %～60 %，非金属20%～60 %，国营煤矿40 %。70%以上的综合矿山，综合利用率不到25%。全国有色金属矿山年损失金属量达20万ｔ以上[1 ]。矿业生产中，我们往往只回收其中少量的成分，而大量的作为尾矿排放。
矿产资源是有限的，是不可再生的。为了保持持续发展的矿业基础局面，在积极寻找新的可替代的资源的同时，必须科学合理高效率的利用现有资源，提高资源利用率，综合回收各种有用成分，尽可能减少废物排放量或达到无废生产。
矿产尾矿具有粒度细，数量大，成本低的特点，除含有可回收的少量成分外，可视为一种“复合”的硅酸盐、碳酸盐等矿物材料，是可利用的二次资源。因此，如何使其资源化已成为人类发展中急待解决的重要问题之一。我国制定的《中国 2 1世纪议程》中提出，对固体废物综合利用率2000年达到50%，2010年要达到 65%～70%。对矿山的伴生资源的综合回收率2000年达到50%，2010年要达到70%以上。可喜的是在矿业尾矿综合利用方面，已引起不少矿业科技工作者的重视，并在其资源化方面取得了斐然的成绩。
2 尾砂的综合处理与利用
2.1尾砂综合处理与利用的一般原则
矿山尾砂既是一种可能影响环境的固体废物，又是一种具有开发利用价值的宝贵资源，因此要合理处置和利用尾砂，必须遵循以下几个基本准则[4]。
（1） 必须选用最佳的技术方案。
（2） 既要有经济效益，又要有环境效益。
（3） 优先开发利用尾砂中的有价组分，提高经济效益和社会效益。
（4） 先利用后处置的原则。
（5） 处理开发尾砂要首先对尾砂进行勘察评价。
2.2从尾矿中回收有用金属和矿物
尾矿属选矿后的废弃物，一些老矿山，因原有选矿技术较落后，造成尾矿中仍含有一定数量的有用成分和有用矿物，其再选效果很好。包头稀土研究院[5]研究从包钢选矿厂还原焙烧磁选尾矿中回收稀土矿物，采用H205作捕收剂，用水玻璃、明矾作铁矿物、萤石、重晶石、硅酸盐等非目的矿物的抑制剂，在矿浆ｐＨ值8.5～9.5，矿浆浓度30%～35%时浮选，小型试验获得含RE0 61.85%，回收率24.06%的高品位稀土精矿，含RE0 30.88%、回收率 14.05%的稀土次精矿。我国攀枝花铁矿，年产铁矿石1350万ｔ，同时又从铁尾矿中回收了钒、钛、钴、钪等多种有色和稀有金属。表 1给出了从1350万ｔ铁矿石中选出的铁精矿及
综合回收产品的数量和价值。从中可看出，铁的价值只占矿石总价值的38.6%，而从尾矿中综合回收产品的价值却占60 %以上[5]。
表 1 攀枝花铁矿和尾矿综合回收一览
项目
数量 (万ｔ)
价值 (万元 )
所占比例 (% ) 原矿:1350万ｔ 总价值:80961万元 铁精矿 五氧化二钒 硫钴精矿 钛精矿 902.1 3.31 5.26 48.41 31309.2 3612.6 706.9 7262.3 38.67 4.46 0.87 8.97 氧化钪 12.96 38070.0 47.02
铜陵公司铜管山铜矿是有色金属行业中最早开发尾矿再选的矿山。该矿响水冲尾矿库共堆存尾矿860万ｔ，经钻孔勘察，探明可供回采的再选尾矿数量为620万ｔ，尾矿平均含硫
5.82 %，含铁28.73%，采用选硫后选铁的工艺流程，1975～1988年共处理尾矿45万ｔ，产硫精矿61.1万ｔ，铁精矿83.5万ｔ，实现利润总额2500万元。云锡公司有28个尾矿库，35座尾矿坝，累计尾矿1亿多ｔ，含锡达20多万ｔ，还伴生有铅、锌、铋、铜、铁、砷等。公司已建成两个处理老尾矿的选矿工段，处理尾矿112万ｔ，回收了锡1286ｔ，铜443ｔ。
2.3尾矿的建材利用
矿产尾矿在提出有用元素后，仍留下大量无提取价值的废料，这种废料并非真的无应用价值，实际上是一种“复合”的矿物原料。它们主要有非金属矿物石英、长石、石榴石、角闪石、辉石以及由其蚀变而成的粘土、云母类铝硅酸盐矿物和方解石、白云石等钙镁碳酸盐矿物组成。化学成分有硅、铝、钙、镁的氧化物和少量钾、钠、铁、硫的氧化物。而硅、铝的含量较高，这就为其用作建材的原料奠定了基础。因为陶瓷胚体的主要原料组成，一般都包括了塑性原料 (如粘土 ) 、非可塑性原料 (如石英 ) 和溶剂原料 (如长石 ) 三大类，其化学成分主要就是二氧化硅、三氧化二铝等。成分十分接近。因此开发应用前景很好。
西南工学院廖其龙[7]等利用石棉选矿尾矿制造微晶玻璃装饰板，取得很好的效果。石棉尾矿的化学成分为：SiO236.9%，Al 2O 30.86%，CaO4.46%，MgO45.91%，Fe 2O 36.08%，其它5.71%.产品原料配合比为：石棉尾矿40%～60%，硅砂10%～20%，长石20%～30%，晶核剂5%～10%，还原剂（炭粉）3%，采用图1所示生产流程。生产出的微晶玻璃机械力学性能，耐磨性及耐腐蚀性能优异，外观光亮平整，纹理清晰，美观大方，能很好的满足现代
以煤重选尾矿为原料，用塑性成型或半干压成型来生产粘土砖，前苏联进行了工业规模的生产试验，流程如图2[6]. 在配料中尾矿所占的比例为 75%～100%，根据尾矿中有机碳的含量和它的可塑性能来确定。由于尾矿中含有机碳，当其含量超过4%时，焙烧时间需增加。用煤重选尾矿生产砖，可大大节约燃料，其耗量减少 70 %～ 80 %。砖的质量一般也要优于传统方法制的砖，其强度可达125～150号。利用赣南地区钨尾矿和稀土尾矿生产陶瓷材料的试验研究也取得进展。用 65%～ 70 %的稀土尾矿，30%～35%的钨重选尾矿配料，烧成温度控制在1100～1130℃，烧成率在90%以上，其制作过程为：
钨尾矿 → 细磨 → 过筛 →
稀土尾矿 → 细磨 → 过筛 → 测水份坯体产品表面平滑，有较强的玻璃光泽，颜色为暗红色，声音清脆。研究结果表明，两种尾矿用来生产工艺瓷及墙地砖是完全可能的。用尾矿生产的小型空心砌块，在绍兴已用这种砌块建成70万ｍ2的居民小区。月山铜矿利用尾矿制砖，产量达2000万块。产值100多
万元。
产 品
图 2 以重选尾矿为原料用塑性成型或半干压制成型生产砖的工艺流程图 我国黄梅山铁矿，其尾矿较细，其中—20ｍ部分占60%左右，属一种可塑性好的陶瓷原料，该矿与同济大学合作，研制成功用尾矿作原料烧制无釉装饰面砖，地面砖等，现第一期工程已投产，年处理尾矿4000ｔ，生产10万ｍ2的装饰面砖。
2.4 尾矿的其它应用
尾矿还可用作矿井的充填料。采用充填法采矿的矿山每采1ｔ矿石，需回填0.2 5～0.4ｍ3或更多的填充材料。将尾矿用旋流器进行分级。粗级别部分可直接送入井下充填采空区，或分级后掺入水泥或其它胶凝材料混合后充入井下。近年来，国内外已成功的使用全尾砂充填。如前苏联的一个矿山，选矿尾矿中0.074ｍｍ含量占70 %～100%，每ｍ3充填料中含水泥100～140kg, 全尾矿1550～1600kg ，水400～420Ｌ。混合后充入井下。我国沂南金矿也已成功的采用了全尾砂充填。尾砂还可用来生产塑料，橡胶等产品的填料。前苏联陶土研究所等单位研究了用选矿尾矿加入一定量的煤灰 (加入量一般为10%～30%),生产多孔粘土填料，该工艺已在工业上应用。有些尾矿因含有Zn ，Mn ，Mo ，V ，Ｂ，Fe 等微量元素，可用来生产微肥，即可增加农作物的产量，又能根治一些病虫害。
3 无尾工艺的发展
为了彻底解决尾矿资源化问题，使矿产资源得到完全合理的利用。其根本出路就是寻找矿业生产的新模式——这就是创造无尾生产工艺。无尾生产 (无尾选矿) 是一种矿业生产的新的组织型式。按这种型式组织生产，可使原料的一切组分在原料加工过程中被充分利用，
使原料中未利用的那部分组成 (也就是尾矿 ) 减少到最少量 (少尾生产) ，或根本没有 (无尾生产) 。焦家金矿每年排出尾矿30万ｔ。除一半用于井下充填外，有15万ｔ送入尾矿库堆存。1996年矿山引进国内“双免”砖生产技术，建成4条生产线。该产品以尾矿为原料，添加少量水泥，炉渣，化学添加剂，经强力搅拌，二道辊辗，高压后一次成型。生产的标准砖具有表面光洁，棱角无损，不变型，抗压、抗折、抗风化、耐冻，耐酸碱等特点。改变了我国几千年“秦砖汉瓦”烧结工艺，不用熔烧，不用粘土，不耗土地，节约能源，变废为宝，环境，社会，经济效益显著。焦家金矿正步入无尾矿山的行列。
4 结语
综上所述，矿业尾矿并不是废物。而是具有很大开发利用价值的二次资源，尾矿的资源化是矿业发展的必由之路，也是保持矿业可持续发展的基础。从人类社会发展所面临的非再生资源的枯竭和环境逐步恶化的大趋势看，矿业尾矿资源化更具有战略性的重要意义。
参考文献 :
[1] 邓建等 . 矿业可持续发展理论及应用 [Ｊ].黄金 , 1997, (7).
[2] 邱廷省等 . 尾矿应用于陶瓷材料的试验 [Ｊ].矿产综合利用 , 1993 , (3 ).
[3] 冯启明等 . 非金属矿产与环境保护 [Ｊ].矿产综合利用 ,1996, (4).
[4] 杨国清主编. 固体废物处理工程 [M ].科学出版社，2000.
[5] 任俊 . 从包钢选厂还原焙烧磁选尾矿中浮选回收稀土矿物的研究 [Ａ].第三届全国矿产资源综合利用学术会议论文集[Ｃ], 1 990 .378.
[6]《三废治理与利用》编委会 . 三废治理与利用 [Ｍ].北京 :冶金工业出版社 , 1 995.
[7] 廖其龙等 . 利用石棉尾矿制造微晶玻璃装饰板的研究[Ｊ].矿产综合利用 , 1 997, (4).
矿区固体废物——尾砂的处置利用
1引言
现代科技革命的兴起，使人类大规模地开发和利用矿产资源成为可能。目前，我国有 95%以上的能源，80 %以上的工业原料，70 %以上的农业生产资料等都来自矿产资源[1 ]。矿产资源开采量的日益增大，矿业固体废物的排放量也逐年增多。据不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿ｔ以上[2 ]。我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的尾矿达 40亿ｔ以上，且每年以数亿ｔ的速度增加。大量尾矿的排放和堆存，不但占用了大量的土地，破坏了生态平衡，而且造成了严重的环境污染。如我国四川叙永县众多的硫铁矿选矿厂将其尾矿排入永宁河中，造成了河床升高，河道堵塞，两个水电站报废，航运中断，河水严重污染[3 ]。
矿业的发展，为我国社会经济发展作出了重要贡献。但是人们为了片面追求经济效益，往往不顾资源的浪费和损失。据统计，我国资源总回收率为30%左右，70%白白浪费。我国矿业采选回收率，铁67%，有色金属50 %～60 %，非金属20%～60 %，国营煤矿40 %。70%以上的综合矿山，综合利用率不到25%。全国有色金属矿山年损失金属量达20万ｔ以上[1 ]。矿业生产中，我们往往只回收其中少量的成分，而大量的作为尾矿排放。
矿产资源是有限的，是不可再生的。为了保持持续发展的矿业基础局面，在积极寻找新的可替代的资源的同时，必须科学合理高效率的利用现有资源，提高资源利用率，综合回收各种有用成分，尽可能减少废物排放量或达到无废生产。
矿产尾矿具有粒度细，数量大，成本低的特点，除含有可回收的少量成分外，可视为一种“复合”的硅酸盐、碳酸盐等矿物材料，是可利用的二次资源。因此，如何使其资源化已成为人类发展中急待解决的重要问题之一。我国制定的《中国 2 1世纪议程》中提出，对固体废物综合利用率2000年达到50%，2010年要达到 65%～70%。对矿山的伴生资源的综合回收率2000年达到50%，2010年要达到70%以上。可喜的是在矿业尾矿综合利用方面，已引起不少矿业科技工作者的重视，并在其资源化方面取得了斐然的成绩。
2 尾砂的综合处理与利用
2.1尾砂综合处理与利用的一般原则
矿山尾砂既是一种可能影响环境的固体废物，又是一种具有开发利用价值的宝贵资源，因此要合理处置和利用尾砂，必须遵循以下几个基本准则[4]。
（1） 必须选用最佳的技术方案。
（2） 既要有经济效益，又要有环境效益。
（3） 优先开发利用尾砂中的有价组分，提高经济效益和社会效益。
（4） 先利用后处置的原则。
（5） 处理开发尾砂要首先对尾砂进行勘察评价。
2.2从尾矿中回收有用金属和矿物
尾矿属选矿后的废弃物，一些老矿山，因原有选矿技术较落后，造成尾矿中仍含有一定数量的有用成分和有用矿物，其再选效果很好。包头稀土研究院[5]研究从包钢选矿厂还原焙烧磁选尾矿中回收稀土矿物，采用H205作捕收剂，用水玻璃、明矾作铁矿物、萤石、重晶石、硅酸盐等非目的矿物的抑制剂，在矿浆ｐＨ值8.5～9.5，矿浆浓度30%～35%时浮选，小型试验获得含RE0 61.85%，回收率24.06%的高品位稀土精矿，含RE0 30.88%、回收率 14.05%的稀土次精矿。我国攀枝花铁矿，年产铁矿石1350万ｔ，同时又从铁尾矿中回收了钒、钛、钴、钪等多种有色和稀有金属。表 1给出了从1350万ｔ铁矿石中选出的铁精矿及
综合回收产品的数量和价值。从中可看出，铁的价值只占矿石总价值的38.6%，而从尾矿中综合回收产品的价值却占60 %以上[5]。
表 1 攀枝花铁矿和尾矿综合回收一览
项目
数量 (万ｔ)
价值 (万元 )
所占比例 (% ) 原矿:1350万ｔ 总价值:80961万元 铁精矿 五氧化二钒 硫钴精矿 钛精矿 902.1 3.31 5.26 48.41 31309.2 3612.6 706.9 7262.3 38.67 4.46 0.87 8.97 氧化钪 12.96 38070.0 47.02
铜陵公司铜管山铜矿是有色金属行业中最早开发尾矿再选的矿山。该矿响水冲尾矿库共堆存尾矿860万ｔ，经钻孔勘察，探明可供回采的再选尾矿数量为620万ｔ，尾矿平均含硫
5.82 %，含铁28.73%，采用选硫后选铁的工艺流程，1975～1988年共处理尾矿45万ｔ，产硫精矿61.1万ｔ，铁精矿83.5万ｔ，实现利润总额2500万元。云锡公司有28个尾矿库，35座尾矿坝，累计尾矿1亿多ｔ，含锡达20多万ｔ，还伴生有铅、锌、铋、铜、铁、砷等。公司已建成两个处理老尾矿的选矿工段，处理尾矿112万ｔ，回收了锡1286ｔ，铜443ｔ。
2.3尾矿的建材利用
矿产尾矿在提出有用元素后，仍留下大量无提取价值的废料，这种废料并非真的无应用价值，实际上是一种“复合”的矿物原料。它们主要有非金属矿物石英、长石、石榴石、角闪石、辉石以及由其蚀变而成的粘土、云母类铝硅酸盐矿物和方解石、白云石等钙镁碳酸盐矿物组成。化学成分有硅、铝、钙、镁的氧化物和少量钾、钠、铁、硫的氧化物。而硅、铝的含量较高，这就为其用作建材的原料奠定了基础。因为陶瓷胚体的主要原料组成，一般都包括了塑性原料 (如粘土 ) 、非可塑性原料 (如石英 ) 和溶剂原料 (如长石 ) 三大类，其化学成分主要就是二氧化硅、三氧化二铝等。成分十分接近。因此开发应用前景很好。
西南工学院廖其龙[7]等利用石棉选矿尾矿制造微晶玻璃装饰板，取得很好的效果。石棉尾矿的化学成分为：SiO236.9%，Al 2O 30.86%，CaO4.46%，MgO45.91%，Fe 2O 36.08%，其它5.71%.产品原料配合比为：石棉尾矿40%～60%，硅砂10%～20%，长石20%～30%，晶核剂5%～10%，还原剂（炭粉）3%，采用图1所示生产流程。生产出的微晶玻璃机械力学性能，耐磨性及耐腐蚀性能优异，外观光亮平整，纹理清晰，美观大方，能很好的满足现代
以煤重选尾矿为原料，用塑性成型或半干压成型来生产粘土砖，前苏联进行了工业规模的生产试验，流程如图2[6]. 在配料中尾矿所占的比例为 75%～100%，根据尾矿中有机碳的含量和它的可塑性能来确定。由于尾矿中含有机碳，当其含量超过4%时，焙烧时间需增加。用煤重选尾矿生产砖，可大大节约燃料，其耗量减少 70 %～ 80 %。砖的质量一般也要优于传统方法制的砖，其强度可达125～150号。利用赣南地区钨尾矿和稀土尾矿生产陶瓷材料的试验研究也取得进展。用 65%～ 70 %的稀土尾矿，30%～35%的钨重选尾矿配料，烧成温度控制在1100～1130℃，烧成率在90%以上，其制作过程为：
钨尾矿 → 细磨 → 过筛 →
稀土尾矿 → 细磨 → 过筛 → 测水份坯体产品表面平滑，有较强的玻璃光泽，颜色为暗红色，声音清脆。研究结果表明，两种尾矿用来生产工艺瓷及墙地砖是完全可能的。用尾矿生产的小型空心砌块，在绍兴已用这种砌块建成70万ｍ2的居民小区。月山铜矿利用尾矿制砖，产量达2000万块。产值100多
万元。
产 品
图 2 以重选尾矿为原料用塑性成型或半干压制成型生产砖的工艺流程图 我国黄梅山铁矿，其尾矿较细，其中—20ｍ部分占60%左右，属一种可塑性好的陶瓷原料，该矿与同济大学合作，研制成功用尾矿作原料烧制无釉装饰面砖，地面砖等，现第一期工程已投产，年处理尾矿4000ｔ，生产10万ｍ2的装饰面砖。
2.4 尾矿的其它应用
尾矿还可用作矿井的充填料。采用充填法采矿的矿山每采1ｔ矿石，需回填0.2 5～0.4ｍ3或更多的填充材料。将尾矿用旋流器进行分级。粗级别部分可直接送入井下充填采空区，或分级后掺入水泥或其它胶凝材料混合后充入井下。近年来，国内外已成功的使用全尾砂充填。如前苏联的一个矿山，选矿尾矿中0.074ｍｍ含量占70 %～100%，每ｍ3充填料中含水泥100～140kg, 全尾矿1550～1600kg ，水400～420Ｌ。混合后充入井下。我国沂南金矿也已成功的采用了全尾砂充填。尾砂还可用来生产塑料，橡胶等产品的填料。前苏联陶土研究所等单位研究了用选矿尾矿加入一定量的煤灰 (加入量一般为10%～30%),生产多孔粘土填料，该工艺已在工业上应用。有些尾矿因含有Zn ，Mn ，Mo ，V ，Ｂ，Fe 等微量元素，可用来生产微肥，即可增加农作物的产量，又能根治一些病虫害。
3 无尾工艺的发展
为了彻底解决尾矿资源化问题，使矿产资源得到完全合理的利用。其根本出路就是寻找矿业生产的新模式——这就是创造无尾生产工艺。无尾生产 (无尾选矿) 是一种矿业生产的新的组织型式。按这种型式组织生产，可使原料的一切组分在原料加工过程中被充分利用，
使原料中未利用的那部分组成 (也就是尾矿 ) 减少到最少量 (少尾生产) ，或根本没有 (无尾生产) 。焦家金矿每年排出尾矿30万ｔ。除一半用于井下充填外，有15万ｔ送入尾矿库堆存。1996年矿山引进国内“双免”砖生产技术，建成4条生产线。该产品以尾矿为原料，添加少量水泥，炉渣，化学添加剂，经强力搅拌，二道辊辗，高压后一次成型。生产的标准砖具有表面光洁，棱角无损，不变型，抗压、抗折、抗风化、耐冻，耐酸碱等特点。改变了我国几千年“秦砖汉瓦”烧结工艺，不用熔烧，不用粘土，不耗土地，节约能源，变废为宝，环境，社会，经济效益显著。焦家金矿正步入无尾矿山的行列。
4 结语
综上所述，矿业尾矿并不是废物。而是具有很大开发利用价值的二次资源，尾矿的资源化是矿业发展的必由之路，也是保持矿业可持续发展的基础。从人类社会发展所面临的非再生资源的枯竭和环境逐步恶化的大趋势看，矿业尾矿资源化更具有战略性的重要意义。
参考文献 :
[1] 邓建等 . 矿业可持续发展理论及应用 [Ｊ].黄金 , 1997, (7).
[2] 邱廷省等 . 尾矿应用于陶瓷材料的试验 [Ｊ].矿产综合利用 , 1993 , (3 ).
[3] 冯启明等 . 非金属矿产与环境保护 [Ｊ].矿产综合利用 ,1996, (4).
[4] 杨国清主编. 固体废物处理工程 [M ].科学出版社，2000.
[5] 任俊 . 从包钢选厂还原焙烧磁选尾矿中浮选回收稀土矿物的研究 [Ａ].第三届全国矿产资源综合利用学术会议论文集[Ｃ], 1 990 .378.
[6]《三废治理与利用》编委会 . 三废治理与利用 [Ｍ].北京 :冶金工业出版社 , 1 995.
[7] 廖其龙等 . 利用石棉尾矿制造微晶玻璃装饰板的研究[Ｊ].矿产综合利用 , 1 997, (4).