尾礦綜合利用和減排的途徑及進展
一、尾礦再選－從尾礦中回收有價成分
開展尾礦再選是提高資源利用率的重要措施，也有利于減少尾礦的排放、馬鞍山礦山研究院是國內最早開展尾礦資源綜合利用的單位之一，先后完成了30多項尾礦資源利用的研究項目。研究并采用重選、磁選聯合流程回收馬鋼南山鐵礦尾礦中硫、鐵，每年可回收30%品位的硫精礦5萬多t，鐵精礦7萬多t；對濟源鋼廠選廠尾礦采用同樣工藝，可獲產率2.5％，鈷品位0.59%的一級硫鉆精礦和品位64%～66%的鐵精礦；對山西臨鋼二峰山鐵礦尾礦進行了多種選別流程的對比試驗研究，分別獲得鐵精礦品位62%～67%，磁性鐵回收率80%以上的技術指標。馬鋼桃沖鐵尾礦中含有85.36%的鈣鐵石榴石，且儲量大。為充分利用這一資源，馬鞍山礦山研究院與桃沖鐵礦研究成功了強磁選一次粗選、二次精選、一次分級搖床選別流程，選出了石榴石含量97.39%，回收率41.00%以上，磁性物含量0.54%的石榴石精礦。
尾礦綜合利用和減排系統工程示意見圖1。
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圖1尾礦綜合利用與減排系統工程示意
我國尾礦的再選發展非常迅速，攀枝花鐵礦每年從鐵尾礦中回收V，Ti，Co，Sc等多種有色金屬和稀有金屬，回收產品的價值占礦石總價值的60%以上。
江西德興銅礦通過尾礦再選，年回收硫精礦1000t，Cu9.2t，Au33.4kg，產值達1300多萬元。陜西雙王金礦從尾礦中回收硫精礦，產值達3.4億元，又從尾礦回收鈉長石精礦，其產值超過金的產值。從尾礦再選所取得的成果可以看出，不僅提高了資源的回收率，也給企業帶來巨大的經濟效益。
“首鋼大石河鐵礦裴莊東土線干選回收礦石工藝研究”項目針對首鋼大石河鐵礦裴莊東排土場資源特點，成功地研究開發了從廢石中回收磁鐵礦石的“粗選與分級精選”新工藝。該工藝流程合理，適應性強，技術、經濟指標先進，具有國內外新穎性，屬國內首創并達到了國際先進水平。生產實踐表明，新工藝投產后，按裴莊東排土場現有生產規模，每年可從廢石中回收磁鐵礦石36萬t(鐵品位＞24%），可多產鐵精礦10.42萬t(品位66%計），按首鋼內部價格計算，選礦廠年經濟效益1000萬元，同時可減少排土場占地。該項研究符合國家高效利用礦產資源的有關政策，在國內同類型礦山具有推廣應用價值。
二、尾礦用作建筑材料
對于尾礦建材的開發研究，國外起步較早。早在20世紀60年代初，前蘇聯就開始了尾礦建材的研究和生產，如克里沃羅格鐵礦除將尾礦進行適當分級后用作混凝土的粗細骨料外，還用細粒級的尾礦生產硅酸鹽建筑制品；庫爾斯克則建起了以尾礦為主要原料的水泥廠和玻璃廠；科夫多爾和卡齊卡納爾采選公司還用含大量硅酸鎂的選礦尾礦，研制出鎂質水泥和水泥制品。加拿大以尾礦研究墻體材料，魁北克礦山還用磨細的尾礦燒制出耐火硅磚。美國除從廢石中回收螢石、長石、石英等外，目前絕大多數尾礦被用作混凝土填料和鋪路材料，也有人用鐵燧石巖尾礦制成密度可調的輕質磚。日本有人將鐵尾礦與10%的硅藻土混合，燒制成輕質骨料。
烏克蘭則將石英巖尾礦加以分級，＞0.14mm的作為建筑用砂，＜0.04mm的用來生產氣孔玻璃和泡沫玻璃，0.14～0.04mm的用作混凝土填充料和制作泡沫混凝土材料。國外許多金屬礦山都將二次資源進行了優化處理，并將剩余的尾礦用于制造尾礦磚和建筑材料等。
我國以尾礦或礦山廢石作為建筑材料的研究與應用已經20多年。礦山廢石及選廠尾礦已可作為鐵路、公路道渣及混凝土粗骨料來使用。多種礦山尾礦被作為免燒尾礦磚、砌塊、廣場磚、鋪路磚及新型墻體材料的原料，有些礦山則將尾礦制成陶瓷墻地磚、瓦、輕質材料；還有很多礦山的尾礦成為良好的水泥材料，有望形成尾礦水泥系列。
從20世紀80年代起，首鋼礦業公司就開始與有關單位進行尾礦砂石開發與應用研究。1991年，尾礦應用研究通過了成果鑒定，并榮獲天津市科技成果獎。但由于種種原因該成果沒有得到大規模推廣應用。2004年起，尾礦骨料的利用得到迅速的發展。目前，該公司200萬t鋼新建工程完全使用尾礦骨料，還供應北京、天津部分建筑工程使用。到2005年初，減少尾礦排放量70萬t，從而降低管道磨損，降低電耗、備件消耗，累計節省尾礦運輸費用130萬元，少占用尾礦庫容量40萬m3，延長尾礦庫使用年限，合計增收節支646萬元。另外，通過尾礦利用，減輕了對周邊環境的污染，為保護灤河水質做出了貢獻，環境效益明顯。
安鋼集團舞陽礦業公司2005年全年剝離量1400萬t，可利用的圍巖量1000萬t，尾礦砂164萬t。該公司已建成了一條年處理量800萬t的尾礦骨料生產線，從試產分析，可節約廢料專門存放所使用的土地6.67hm2/a，延長輸送系統、庫容壽命帶來的效益約90萬元/a，目前生產砂石產品的利潤630萬元/a，總經濟效益合計約1320萬元/a。
北京密云鐵礦目前年生產精礦粉45萬t，產生圍巖200多萬t，尾礦砂100萬t。圍巖已全部加工成建筑骨料，產值4000多萬元。尾礦砂全部作為建筑細骨料，其中30%直接作為建筑用砂，其余用于建筑磚和砌塊等產品，產值1000多萬元。基本做到尾礦的零排放，已初步建成花園式礦山。歷年積累的尾礦也處理了將近2000萬t，為解決首都建設用骨料做出了貢獻，產生了巨大的社會和經濟效益。
武漢理工大學與武鋼（集團）礦業公司合作，以該公司所轄程潮鐵礦的低硅尾礦為原料，成功地進行了低硅尾礦加氣混凝土的研制。主要技術指標為尾礦原料中SiO2含量大于40%，加氣混凝土產品質量達到GB11968－97標準，生產成本低于粉煤灰和黃沙系列的加氣混凝土。
北京建筑工程學院等單位利用密云鐵礦的圍巖碎石和選礦后產生的尾礦代替傳統砌塊生產中的粗細骨料試制混凝土小型空心砌塊，采用振動加壓成型，通過對樣品進行檢測及經濟分析表明，可以制成符合國家標準、規格為390mm×190mm×190mm的承重混凝土小型空心砌塊，砌塊的設計強度等級達到10MPa以上，砌塊中固體廢棄物的最高利用量在原料配比中可達85%，其中尾礦用量可達20%以上。
承德銅興礦業公司以低硅尾礦為主要原料，摻入適量礦渣和粉煤灰等固體廢棄物，輔之激發劑，經過加壓成型后，在170～220℃下，采用蒸壓養護方式制成標準磚。該磚平均抗壓強度達到16.2MPa，抗折強度為3.6MPa，抗凍性指標合格。固體廢棄物利用率達到90%以上。
濟南鋼鐵集團總公司為解決原郭店鐵礦選礦后的廢棄尾礦占用排放場地問題，同時達到合理利用尾礦資源、三廢治理的目的，經考察、技術論證后，投資30萬元建成了尾礦免燒磚生產線，該生產線設計生產能力為500萬塊/a，所產免燒磚以選礦后的尾礦為主要原料，并配以公司鋼渣處理生產線所產鋼渣粉（鐵渣粉、礦渣）及少量的水泥等為輔料，這樣不僅做到廢物的合理利用，同時每年可節省尾礦倒運費用近10萬元。
山東金洲礦業集團有限公司所轄的3家礦山企業共有5個尾礦庫，總儲量達313萬t。該公司投資3000多萬元上馬了尾礦堆浸項目、加氣混凝土砌塊項目和6000萬塊/a蒸壓磚項目，先采用堆浸技術回收提取尾礦中的金、銀，堆浸回收率達65%至70%，回收后的尾礦再用于制造加氣磚和蒸壓磚二其中22萬t/a尾礦綜合利用生產砌塊、蒸壓磚工程項目獲“山東省循環經濟十大示范工程”稱號。專家稱，此項工程具有技術先進可靠、資源產出率高、綜合利用特征明顯、經濟效益顯著等特點，值得推廣利用。
為提高尾礦產品的附加值，近年來，國內有關高校、科研院所與礦山企業相結合，開發出了玻化磚、微晶玻璃、建筑陶瓷、工藝美術陶瓷和日用陶瓷、鑄石和水泥等高附加值產品。
山東焦家金礦是中國最大的金礦之一，該金礦尾礦化學成分接近于常見商品玻化磚的化學成分，其礦物組成以石英及長石為主，接近于常見商品玻化磚的配料。試驗表明，以80%尾礦加20%高可塑性粘土制成的試樣，其最佳煅燒溫度為1150℃，吸水率＜0.2%的燒成溫度的可變化范圍是30℃。板狀試樣經煅燒后不變形，不開裂，抗壓強度可達295MPa，顏色美觀，光澤度等達到了普通商品玻化磚的水平。焦家金礦尾礦綜合利用工程—年產20萬t陶瓷商品化原料及年產400萬m2高檔墻地磚生產線，2000年獲建材行業第九次優秀工程設計一等獎，并獲第十屆全國優秀工程設計銀質獎。
利用尾礦生產微晶玻璃，國內已有30多年的研究歷史。中國地質科學院尾礦利用技術中心曾利用鐵、銅、金等20余種礦產、上百座礦山尾礦資源開發出白、紅、黃、綠、黑、蘭、灰等300余種花色品種產品，先后在北京、天津、山西、廣東、云南、重慶、河北、山東、江西、江蘇、四川、新疆、吉林、內蒙、湖南、河南、安徽、遼寧等省市數十家企業進行中試和工業化試驗生產，獲得成功。在微晶玻璃配方中，尾礦利用率可達60%～80%，生產成本大幅度降低。
三、尾礦用作土壤改良劑及磁化復合肥
絕大多數尾礦肥料屬于微量元素肥料，一般從無污染組分，富含有利于植物生長，促進土壤營養組分轉化吸收和質量優化的微量元素的尾礦獲得，部分屬于復合礦物肥料或土壤改良劑，通常從含鈣、鎂、錳、磷等組分較高的尾礦獲得。礦物在農業上的應用，國外的研究工作起步較早。前蘇聯利用含鈣、鎂、硅尾礦改良酸性土壤，還利用銅選廠尾礦未經處理直接制作農用微量元素化學肥料，皆取得了良好的增產效果。馬鞍山礦山研究院在國內率先進行了利用磁化鐵尾礦作為土壤改良劑的研究工作。試驗表明，磁化尾礦施入土壤后，提高了土壤的磁性，引起了土壤中磁團粒結構的變化，尤其是導致“磁活性”粒級和土壤中鐵磁性物質的活化，使土壤的結構性、孔隙度、透氣性均得到改善。田間小區試驗和大田試范試驗表明，土壤中施入磁化尾礦后，農作物增產效果十分明顯，早稻平均增產12.63％，中稻平均增產11.06%，大豆增產15.5%。該院又將磁選廠鐵尾礦與農用化肥按一定的比例相混合，經過磁化、制粒等工序，制取出了磁化尾礦復合肥，并在當涂太倉生態村建成一座年產1萬t的磁化復合肥廠，這種磁化復合肥深受當地農民的歡迎。
四、尾礦充填礦山采空區
礦山采空區的回填是直接利用尾礦最行之有效的途徑之一。有些礦山由于種種原因，無處設置尾礦庫，而利用尾礦回填采空區意義就非常重大。如安徽省太平礦業有限公司前常銅鐵礦位于淮北平原，由于地理因素無處設置尾礦庫，選礦廠排放的尾礦經過技術處理后，全部用于填充采空區；濟南鋼城礦業公司采用膠結充填采礦法，提高礦石回采率20%以上；萊蕪礦業公司利用尾礦充填越莊鐵礦露天采坑，再造了土地，治理了環境；凡口鉛鋅礦利用尾礦作采空區充填料，其尾礦利用率達95%。用尾礦做充填料，其充填費用較低，僅為碎石水力充填費用的1/4～1/10。這不僅解決了尾礦排放問題，減輕了企業的經濟負擔，并取得了良好的社會效益。銅陵有色集團公司冬瓜山銅礦，對數百萬立方米的特大型地下采空區全尾砂處理與利用。該工程不僅在充填方法、充填率上有成功的經驗，而且在技術上有新的突破，經濟效益巨大，僅節約尾礦庫建設和維護費用一項，就可為示范礦山產生經濟效益1800萬元，該礦尾砂充填系統的建立和運行，標志著我國地下礦山無（少）廢技術生產開采進入到新的階段，為大中型礦山建設生態礦山樹立了樣板。
五、濃縮尾礦的露天“干堆”處理
將礦山尾礦濃縮成膏體，實現其露天堆存，這種尾礦處理方法有很多優點，可以改善尾礦堆存的穩定性，大力保護水資源和減少對環境的影響。如金嶺鐵礦采用XMZ500/1500UA壓濾機進行尾礦脫水，技術先進，設備工作性能穩定，操作簡便，運行可靠。尾礦壓濾干堆技術在金嶺鐵礦的應用，不僅給企業帶來了巨大的經濟效益，而且也有著非常顯著的安全效益和社會效益。尾礦壓濾干堆技術的實施，解決了尾礦較長期貯存問題，節約了大量的基建費用；尾礦壓濾干堆安全系數大，可完全消除對井下安全生產的危害；尾礦排放濃度從32%提高至79%以上，回水利用率提高到93.45%，有利于保護地下水資源；提高了土地資源的利用率，減少了對土地的占用。
六、尾礦庫復墾和礦山廢棄地生態恢復
尾礦庫占地面積大，對周邊生態環境破壞嚴重。國外許多國家雖然人少地多，但對土地的復墾卻十分重視，如德國、加拿大、澳大利亞等國家的礦山土地復墾率已達80%以上。我國這方面雖然起步較晚，但是近年來發展非常迅速，特別是國務院《土地復墾規定》的頒布，大大促進了土地復墾工作的進展。
對礦業開發形成的尾礦庫、排土場、渣場、露天采礦坑等損毀壓占的土地，采取綜合整治措施，經過工程復墾、生物復墾和監測、管理、修理3個階段，使其變成農田、林地、草場、魚塘，恢復土地的使用價值和環境生態。
2001年開始，馬鞍山礦山研究院與馬鋼姑山礦業公司合作選擇了經濟果木和中草約材，在鐘山排土場進行試種。到目前為止，該礦的排土場植被恢復已取得了初步的成績，已種植葡萄0.13hm2，杜仲0.27hm2，白臘0.13hm2，栽種香樟1800棵，意經形成了杜仲園、香樟園、葡萄園和油桃園等。2006年排土場收獲葡萄2500多kg，加上其他經濟作物，所獲經濟收益超過萬元。在對鐘山排土場進行生態復墾的同時，姑山礦業公司也加快了對礦山尾礦庫的植被復墾，選擇的紫穗槐、三葉草等植被已經覆蓋了尾礦庫干坡段，不僅有效地抑制了二次揚塵，而且尾礦庫的安全也有了了保障。該項技術于2005年獲得中國鋼鐵工業協會、中國金屬學會科技進步二等獎。
七、閉坑采場建尾礦庫
“首鋼大石河鐵礦利用閉坑采坑作尾礦庫研究與實踐”項目通過對采坑的工程地質、水文地質、資源利用狀況、采場邊坡穩定性進行的較全面研究，確定其作尾礦庫的可行性；利用有效庫容3446.8萬m3的閉坑采坑作尾礦庫，實現了輸送與放礦、回水與排洪設施一體化，工藝設施及生產組織與管理簡單，屬國內首創。生產實踐表明，利用大石河采坑作尾礦庫，解決了建設常規山谷型尾礦庫征地、動遷及初期壩、排洪系統、尾礦泵站、排滲設施的建設周期長以及巨額投資問題。比新建山葉口尾礦庫可減少一次性投資39223.21萬元，由于減少了四級泵站的運行，年節省運行費用667萬元。同時利用尾礦砂對采坑進行回填可解決閉坑采坑的治理問題，有利于保護土土資源和生態環境，經濟和社會效益十分顯著，在類似露天礦山企業具有推廣應用前景。
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