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我國(guó)金屬礦山尾礦綜合利用現(xiàn)狀及對(duì)策

2021-12-02 09:35:25 來(lái)源:中國(guó)資源綜合利用
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簡(jiǎn)介:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),人們對(duì)礦產(chǎn)品的需求量日益增加。我國(guó)的金屬礦山分布廣,利用率高,回收率較低。開采選別金屬礦,雖然能夠滿足社會(huì)生產(chǎn)生活所需資源的基本需求,卻對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。由于技術(shù)水平有限,部分金屬礦物沒(méi)有得到很好的回收,而是作為尾礦直接被拋棄,大量尾礦堆存會(huì)占用土地,浪費(fèi)資源,并且存在滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害隱患,礦山尾礦嚴(yán)重污染大氣、水以及土壤等環(huán)境,降低了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng),人們對(duì)礦產(chǎn)品的需求量日益增加。我國(guó)的金屬礦山分布廣,利用率高,回收率較低。開采選別金屬礦,雖然能夠滿足社會(huì)生產(chǎn)生活所需資源的基本需求,卻對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。由于技術(shù)水平有限,部分金屬礦物沒(méi)有得到很好的回收,而是作為尾礦直接被拋棄,大量尾礦堆存會(huì)占用土地,浪費(fèi)資源,并且存在滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害隱患,礦山尾礦嚴(yán)重污染大氣、水以及土壤等環(huán)境,降低了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量。
1金屬尾礦的產(chǎn)生及典型尾礦的化學(xué)成分

金屬尾礦是選礦廠分選作業(yè)的產(chǎn)物之一,礦山選礦廠將金屬礦石通過(guò)破碎、篩分、磨礦以及各種選別工藝流程,選出有用金屬礦物之后,將其剩余的部分經(jīng)過(guò)濾機(jī)、濃縮池等設(shè)備或者自然脫水形成固體廢棄物。一般情況下,選廠都將其拋至尾礦庫(kù)或者尾礦壩,但是堆存會(huì)占用土地,產(chǎn)生揚(yáng)塵,存在地質(zhì)安全隱患。受選礦技術(shù)的限制以及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約,這些尾礦未被充分利用。但隨著金屬礦山資源的日益減少以及國(guó)家環(huán)保政策的要求越來(lái)越高,金屬礦山尾礦的資源化再利用成為必然趨勢(shì)。幾種典型金屬礦床尾礦的化學(xué)成分(%)如表1所示[1-2]。



2金屬礦山尾礦綜合利用現(xiàn)狀
2.1鐵尾礦綜合利用
鐵尾礦是鐵礦石經(jīng)破碎磨礦后再進(jìn)行磁選、浮選等選別流程后剩下的廢棄物,其化學(xué)成分復(fù)雜,但國(guó)內(nèi)外鐵尾礦的主要礦物成分基本相似,主要有二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂,三氧化二鐵等。國(guó)內(nèi)外針對(duì)鐵尾礦進(jìn)行綜合利用的途徑主要有:回收有價(jià)組分,制作混凝土填料、路基材料、建筑材料、充填材料、高分子復(fù)合材料以及肥料、土壤改良劑等。
北京科技大學(xué)范敦城對(duì)齊大山鐵尾礦再利用進(jìn)行了研究,采用預(yù)富集-深度還原技術(shù)獲得預(yù)富集粗精礦,之后升高爐溫,采用高溫入爐還原工藝,得到較高的還原鐵精粉,獲得了較高的回收率升高;同時(shí),將所得的尾礦和尾渣分別制作凝膠材料和尾礦砂混凝土,達(dá)到鐵尾礦的資源化綜合利用效果[2]。朱志剛等人通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比了尾礦砂、河砂以及石英砂制備混凝土的性能,結(jié)果表明,+0.15mm的尾礦砂制備出的UHPC強(qiáng)度遠(yuǎn)高于河砂UHPC,可以作為骨料應(yīng)用于混凝土中[3]。張智豪等人為了解決堆存的鐵尾礦問(wèn)題,向巴西鐵尾礦中加入各種無(wú)機(jī)結(jié)合料進(jìn)行改良,利用擊實(shí)試驗(yàn)、加州承載比試驗(yàn)等對(duì)改良后的鐵尾礦路用性能進(jìn)行研究,結(jié)果表明,最合適的條件下,其各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)均能滿足路基材料的要求[4]。
我國(guó)鐵礦石資源比較豐富,尤其是華北地區(qū)鐵尾礦數(shù)量極多,鐵尾礦主要用于礦山露天充填和井下充填,既降低了成本,又解決了一系列安全生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。對(duì)于已經(jīng)閉坑的露天礦山,可以采用尾礦充填,再在上面覆蓋一層耕植土進(jìn)行耕種,減少尾礦占地面積,綠化了生態(tài)環(huán)境。很多礦山采用井下充填,即將鐵尾礦就近充填采空區(qū),省去了運(yùn)輸以及破碎費(fèi)用,變廢為寶,降低了生產(chǎn)成本。
河北鋼鐵集團(tuán)趙淑芳等人對(duì)高硅鐵尾礦硅肥試驗(yàn)進(jìn)行了初步研究,通過(guò)與NaOH的配比、反應(yīng)時(shí)間和溫度等條件試驗(yàn),得出最佳條件下的高硅肥樣品,有效硅含量達(dá)到30.42%,并且進(jìn)行了栽培試驗(yàn),鐵尾礦得到了有效利用[5]。
綜合以上幾種鐵尾礦綜合利用途徑,各礦山企業(yè)可以根據(jù)自己的經(jīng)濟(jì)條件、市場(chǎng)需求等因素選擇與之對(duì)應(yīng)的途徑,可選擇其一或幾種途徑混合開發(fā),爭(zhēng)取達(dá)到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益的最大化。
2.2有色金屬尾礦綜合利用
我國(guó)的有色金屬年產(chǎn)量居世界前列,但是由于技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素,人們不能將其有用金屬全部回收利用,因此提取有用成分后,剩余的細(xì)粉末脫水后而形成的金屬尾礦就逐漸堆積,對(duì)資源造成極大的浪費(fèi)。這些有色金屬尾礦普遍含有較為豐富的金屬元素,顆粒極細(xì),流動(dòng)性強(qiáng);尾礦以硫化物為主,因此易發(fā)生氧化反應(yīng),產(chǎn)生酸水,污染環(huán)境;還有一些有色金屬尾礦含有重金屬元素及其他有害物質(zhì),成為礦山環(huán)境治理的難點(diǎn)。有色金屬尾礦若能夠?qū)崿F(xiàn)資源化綜合利用,將有效降低其對(duì)環(huán)境的破壞,補(bǔ)充日益枯竭的礦山資源,具有很好的發(fā)展前景?,F(xiàn)階段,國(guó)內(nèi)外對(duì)有色金屬尾礦資源再利用的途徑主要有:回收有價(jià)金屬或者有用組分、用于采空區(qū)回填和土地復(fù)墾、用于制備建筑材料和新型功能材料等。
鉬礦是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源之一,但鉬尾礦中伴生的長(zhǎng)石、石英等有用組分得不到很好的綜合利用,造成資源的巨大浪費(fèi),帶來(lái)一系列的生態(tài)問(wèn)題。武漢理工大學(xué)王長(zhǎng)拼針對(duì)較細(xì)并且具有泥化現(xiàn)象的大興安嶺鉬尾礦進(jìn)行研究,通過(guò)分級(jí)方法除去細(xì)粒級(jí)泥質(zhì),并且通過(guò)磁選和反浮選工藝流程除去鐵、鈦以及碳酸鹽礦物,得到煅燒白度為52.50%的長(zhǎng)石和石英混合精礦,該精礦可應(yīng)用于平板玻璃的生產(chǎn)[6]。
我國(guó)最大的銅礦山——德興銅礦走在了銅尾礦再選的前列,利用微生物堆浸—電萃取—電積提銅技術(shù),將銅、金、銀選礦回收率提高了幾個(gè)百分點(diǎn),與此同時(shí),該礦山利用重選工藝對(duì)銅尾礦進(jìn)行再選,回收銅精礦1000t/a[7]。
有色金屬尾礦可以用來(lái)合成ZSM-5分子篩功能材料,從而降低ZSM-5分子篩的生產(chǎn)成本,達(dá)到有色金屬尾礦的資源化、綠色化綜合利用效果。張鵬舉等人分別以錫礦、碳酸錳和電解錳三種尾礦為原材料,采用一種混合導(dǎo)向法,合成出結(jié)晶度和純度很高的分子篩產(chǎn)物ZSM-5,并且尾礦中硅元素的利用率極高,均保持在55%以上[8]。這三種尾礦制備的催化材料具有很高的催化活性,并且有的對(duì)酸浸礦料中的金屬元素具有很好的吸附性能。實(shí)現(xiàn)了有色金屬尾礦的資源化、減量化綜合利用。
與鐵尾礦相似,有色金屬尾礦的主要成分同為二氧化硅,還有氧化鈣、氧化鎂等,與市場(chǎng)上的建筑材料成分基本類似,因此人們可以用其來(lái)制備建筑材料,以降低生產(chǎn)成本和能耗[8]。有色金屬尾礦主要用來(lái)制磚和水泥等,馬鞍山礦山研究院、首鋼礦業(yè)公等通過(guò)自主研發(fā),在有色金屬尾礦制磚方面進(jìn)行了探索,取得了較好的成績(jī)[9]。趙新科等人以旬陽(yáng)縣南沙溝鉛鋅礦尾礦為原料,其與當(dāng)?shù)仞ね烈砸欢ū壤旌虾髩褐瞥尚?,高溫煅燒后制成的磚塊能滿足建筑行業(yè)空心磚的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),解決了尾礦庫(kù)庫(kù)容和占用土地的問(wèn)題,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[10]。
2.3金尾礦綜合利用
金尾礦是將金礦石進(jìn)行破碎磨礦選別后丟棄的礦山固體廢棄物,對(duì)環(huán)境危害較大。通常,金尾礦呈堿性,二氧化硅含量很高,還有部分氧化鋁、氧化鎂、氧化鐵以及其他金屬元素(如銅、鉛、銀等)。據(jù)統(tǒng)計(jì),大部分黃金尾礦不能被很好地利用,堆積在尾礦庫(kù)中占用土地,污染環(huán)境,存在巨大的安全隱患。目前,金尾礦綜合利用的途徑主要有:回收有價(jià)金屬,回收硅酸鹽礦物用作建筑材料,礦山填充等。硅質(zhì)金尾礦化學(xué)成分以二氧化硅為主,并含有少量氧化鐵和氧化鋁等酸性氧化物,與火山質(zhì)材料極其相似,因此可以嘗試用金尾礦作為水泥混合材料。譚明洋等人取用蝕變巖型金尾礦用作水泥混合材料,采用機(jī)械磨粉法對(duì)金尾礦進(jìn)行了活法試驗(yàn),結(jié)果表明,金尾礦的活性指數(shù)與比表面積有關(guān),比表面積越大,活化指數(shù)越高[11]。金尾礦粉磨至400m2/kg時(shí),活化指數(shù)達(dá)到臨界值,之后變化不大,試驗(yàn)表明該金尾礦不具備較好的火山灰性,因此為了保證水泥的強(qiáng)度,在其作為水泥混合材料時(shí),加入量不能太大。在進(jìn)行金尾礦摻入量試驗(yàn)后,當(dāng)加入量為20%~30%時(shí),水泥的抗壓強(qiáng)度等滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,達(dá)到了金尾礦的綜合利用效果。
山東招遠(yuǎn)界河礦業(yè)有限公司通過(guò)團(tuán)隊(duì)的大量探索和實(shí)踐,使金尾礦變廢為寶,取得了優(yōu)異的成績(jī)。主要有以下三方面的綜合利用:一是充填采空區(qū),每年消耗約55%的尾礦排放量;二是利用尾礦復(fù)墾種植農(nóng)作物,尾礦庫(kù)種植面積達(dá)上萬(wàn)畝,綠化了環(huán)境,增加了收益;三是利用金礦尾礦砂代替黏土、石子以及砂子等生產(chǎn)一種輕型鋼結(jié)構(gòu)ASA板材系列建筑材料,較好地完成了廢棄物的再次開發(fā)利用。這幾種變廢為寶的尾礦綜合利用方法,應(yīng)用前景十分廣闊,既綠化了環(huán)境,又降低了成本,達(dá)到了可持續(xù)發(fā)展目的。
曾金漢通過(guò)對(duì)廣東新洲金礦尾礦進(jìn)行回收金的試驗(yàn)研究,得出結(jié)論:原礦堆浸、重力選礦、磁電選礦以及浮選等都能回收少部分金,但大量實(shí)踐表面,回收金最有效的方法是浮選法,回收率高達(dá)82%,金尾礦品位從2.69g/t降至0.51g/t,年收入接近6000萬(wàn)元,具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)同類型礦山的尾礦回收具有較好的借鑒意義[13]。
3金屬尾礦資源化利用建議
在我國(guó)礦產(chǎn)日益枯竭、環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)的今天,加強(qiáng)對(duì)尾礦資源的綜合利用是必經(jīng)之路。對(duì)金屬尾礦的二次開發(fā)利用不僅解決了尾礦堆存、占用土地的問(wèn)題,還能夠起到資源再利用、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。從金屬礦山尾礦綜合利用現(xiàn)狀來(lái)看,為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)金屬礦山的可持續(xù)發(fā)展,重點(diǎn)從以下幾方面去做。
3.1完善我國(guó)的法律法規(guī)體系
金屬礦產(chǎn)是不可再生的二次資源,國(guó)家應(yīng)制定相應(yīng)的強(qiáng)制政策讓礦企對(duì)尾礦進(jìn)行綜合回收利用,制定一系列完善的法律法規(guī)體系以及相應(yīng)的管理制度,讓各種尾礦綜合利用措施落實(shí)到位。
3.2加強(qiáng)對(duì)金屬尾礦綜合利用的政策性引導(dǎo)
當(dāng)前,要提升企業(yè)的綜合利用意識(shí),加強(qiáng)宣傳教育。政府有關(guān)部門應(yīng)當(dāng)支持鼓勵(lì)礦山企業(yè)加強(qiáng)對(duì)金屬尾礦的資源再利用,并給予相關(guān)的政策引導(dǎo),可以適當(dāng)?shù)亟o予經(jīng)費(fèi)支持或者降低礦企的稅費(fèi)等,制定一系列的優(yōu)惠政策,并大力宣傳二次資源的開發(fā)利用,引起礦產(chǎn)企業(yè)對(duì)金屬尾礦的足夠重視,從而推動(dòng)礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
3.3加大對(duì)尾礦綜合利用技術(shù)研發(fā)的資金扶持
政府應(yīng)加大對(duì)尾礦綜合利用技術(shù)研發(fā)的扶持力度,成立專項(xiàng)資金,扶持金屬尾礦綜合回收利用產(chǎn)業(yè)。重點(diǎn)加大科技攻關(guān)力度,加大人才、技術(shù)等方面的投入,重點(diǎn)開發(fā)高附加值材料和實(shí)用技術(shù),提高金屬尾礦的綜合利用水平,縮小差距。對(duì)尾礦綜合利用有重大研究成果的要予以獎(jiǎng)勵(lì),以提升金屬尾礦回收技術(shù)水平。
3.4建立礦產(chǎn)綜合利用檔案
首先對(duì)每個(gè)礦產(chǎn)企業(yè)尾礦綜合利用情況進(jìn)行摸底調(diào)查、資料整理,建立一套礦產(chǎn)綜合利用數(shù)據(jù)庫(kù),使新技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)得到廣泛推廣,起到引領(lǐng)示范作用,并且為各企業(yè)尾礦資源化再利用提供借鑒。
作者:劉淑鵬,張小偉(河北地質(zhì)大學(xué))
文章來(lái)源:《中國(guó)資源綜合利用》節(jié)選
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