我國銅尾礦資源綜合利用研究進(jìn)展

汪沛

摘要：基于我國銅尾礦綜合利用在再選和回收有用組分、制備新型建材、充填采空區(qū)、作玻璃和陶瓷原料等方面的研究成果，綜合評述了我國銅尾礦的資源情況、綜合利用及研究現(xiàn)狀，同時(shí)指出了銅尾礦研究利用的問題，并對下一步研究重點(diǎn)及方向進(jìn)行了建議。

關(guān)鍵詞：銅尾礦；資源現(xiàn)狀；回收；綜合利用；研究進(jìn)展

作為國民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的礦產(chǎn)資源，銅礦在我國具有悠久的開發(fā)歷史，隨著銅礦的不斷開采利用而產(chǎn)生的銅尾礦以其龐大的數(shù)量及規(guī)模，在大宗的固體廢棄物中具有較強(qiáng)的代表性。隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，對銅礦資源的依賴和需求逐年增加，導(dǎo)致銅礦資源開采規(guī)模不斷擴(kuò)大。

礦石開采產(chǎn)量不斷提高，開采出的銅的品位卻在降低，由此產(chǎn)生了大量的銅尾礦。由于銅尾礦不斷積存，不僅直接占用大量的土地資源，影響了當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)和人文景觀，還極易對土壤、水體及其空氣等環(huán)境造成污染，破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，同時(shí)還存在著可能誘發(fā)山體崩塌、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害的問題。銅尾礦由于其開采歷史、技術(shù)手段、設(shè)備、管理和經(jīng)濟(jì)市場等原因，導(dǎo)致許多具有可重復(fù)利用價(jià)值的元素和部件被廢棄在銅尾礦中，使其具有雙重特性。它們既是大宗的固體廢物，又是潛在的二次資源，對銅尾礦的二次資源利用和無害化處理具有巨大的開發(fā)潛力，銅尾礦的開發(fā)利用已逐漸受到當(dāng)今社會(huì)的普遍重視和關(guān)注。因此，對于銅尾礦的高效資源化綜合開發(fā)利用和進(jìn)行系統(tǒng)深入的科學(xué)研究與應(yīng)用是非常必要的，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。本文全面綜述了我國銅尾礦資源綜合利用的研究現(xiàn)狀，旨在為銅尾礦資源的深入開發(fā)利用提供新的思路。

1.銅尾礦資源現(xiàn)狀

銅尾礦又稱銅尾砂，是由自然銅礦石經(jīng)過破碎、研磨、分選等選礦提純處理后所剩下的細(xì)粉沙粒組成。

銅尾礦是將天然銅礦石中有用的成分進(jìn)行選別后排出的一種細(xì)砂狀固體廢棄物。銅尾礦作為一種固體廢棄物只是一個(gè)相對概念，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展到一定程度后，銅尾礦也可以作為有用礦產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。只是在當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件下，銅尾礦尚未能充分有效的被開發(fā)和利用，通過選廠分選后將其排出暫時(shí)儲(chǔ)存于尾礦庫中。

我國境內(nèi)銅尾礦的現(xiàn)存數(shù)量龐大，有上千座規(guī)模較大的銅尾礦庫，分布范圍廣泛，主要集中在江西、云南、湖北、安徽、甘肅等省。我國銅尾礦數(shù)量巨大，綜合利用率低。依據(jù)中國資源綜合利用年度報(bào)告（2014），我國境內(nèi)銅尾礦2009年～2013年間年均產(chǎn)量約為3.01億噸，呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢。據(jù)統(tǒng)計(jì)截止到2014年底，現(xiàn)存銅尾礦量在我國境內(nèi)的近24億噸，Cu的平均品位為0.07%～0.08%，資源綜合利用率約為8.2%。我國銅尾礦銅結(jié)構(gòu)多樣，單體顆粒解離率低，嵌入粒度細(xì)，礦物結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分復(fù)雜，矸石含量高。這些因素嚴(yán)重制約了銅尾礦的綜合利用和技術(shù)的發(fā)展。

2.綜合利用現(xiàn)狀

我國現(xiàn)代科技、工業(yè)、社會(huì)和國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，十八大以來的生態(tài)文明建設(shè)和習(xí)近平總書記講話中提出的“兩山論——綠水青山就是金山銀山”已深入人心，國家環(huán)保政策和礦業(yè)市場需求都發(fā)生了很大變化，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用在新時(shí)代背景下必然走向一條綠色、環(huán)保、高效、可持續(xù)的健康之路。如何建設(shè)一座綠色礦山，對銅尾礦進(jìn)行綜合利用已然重要，這成為我國銅礦企業(yè)良性發(fā)展與生存的必然選擇，也是未來如何促進(jìn)銅礦經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的決定性因素。當(dāng)前，銅尾礦的綜合利用已經(jīng)逐漸成為選礦、材料以及環(huán)保技術(shù)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，主要研究點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面。

2.1再選和回收有用組分

在采礦工業(yè)發(fā)展的早期，它受到當(dāng)時(shí)選礦條件、冶煉技術(shù)和設(shè)備的限制。許多稀有元素、有價(jià)金屬及其他的有用組分未被充分利用而殘存在礦山尾礦中。隨著采選工業(yè)科技的不斷更新和升級，采礦、選冶設(shè)備以及技術(shù)都取得了高速的發(fā)展，目前的工業(yè)技術(shù)水平已逐漸發(fā)展到可以全面回收銅尾礦中一些有用的部件。這樣不但能緩解日益緊張的礦產(chǎn)資源供需矛盾，而且在一定程度上還可以對企業(yè)產(chǎn)生較好的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。因此，研制選冶新技術(shù)、新工藝以及新設(shè)備來對尾礦中有用礦物及稀有元素組分進(jìn)行再選和回收被認(rèn)為是銅尾礦綜合利用的有效途徑之一。

聶慶民等以含銅0.14%的銅尾礦為研究對象，預(yù)先脫泥再磨后，經(jīng)過一次粗、一次掃、三次細(xì)的重選過程，最終銅精礦品位為15.17%，最大回收率為68.37%。再選回收效果良好。李金林等采用一粗四精兩掃的工藝技術(shù)，回收獲得了品位為22.88%的銅精礦和品位為21.07%的鉍精礦，再選效果突出。黃建芬等人員采用一段磨礦、兩粗兩掃兩精的再選工藝，獲得的銅精礦平均含銅18.13%，含金4.87g/t，銅、金回收率分別為69.88%、52.17%，對尾礦中金銅的回收效果較好。李天霞等采用原礦樣浮選泡沫產(chǎn)品為載體，在磨礦細(xì)度為-74μm占80%的情況下進(jìn)行一粗三精兩掃，粗粒徑再磨至-38μm（約占70%左右）后再進(jìn)行兩精兩掃的綜合再選工藝流程，最終獲得銅精礦品位為18.07%、回收率為46.79%，較好地實(shí)現(xiàn)了銅尾礦中銅的回收。卓建英等采用“分級+再磨+浮選”的再選工藝流程，經(jīng)一粗二精一掃，最終獲得了銅精礦品位為8.73%，回收率40.34%，同時(shí)，伴生金和銀的回收率分別為7.10%和18.07%，實(shí)現(xiàn)了伴生元素的綜合回收。

2.2制備建筑材料

銅尾礦中主要成分石英、長石、伊利石和云母等非金屬礦物，與建筑材料的主要成分密切相關(guān)，可以通過利用輔助劑和改良劑適量添加于銅尾礦中，改良或消除銅尾礦中含有的一些有毒有害的元素后，就可以基本實(shí)現(xiàn)利用銅尾礦作為主體原料來生產(chǎn)和制備新型建筑材料的目的。因此受到了許多專家及學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注和深入研究，在利用銅尾礦原料制備水泥、磚、石塑料等建筑復(fù)合材料、新材料等方面取得了較快進(jìn)展，并取得了一系列成果。已發(fā)展成為一項(xiàng)促進(jìn)銅尾礦資源和建筑材料的技術(shù)，是大規(guī)模開發(fā)利用的重要途徑。

根據(jù)銅尾礦性質(zhì)的差異，可以有針對性地選擇制備不同的建筑材料或者是作為混凝土摻合料，也可以制備不同標(biāo)號的水泥制品。朱永祥等人利用高硅銅尾礦作混凝土主要摻合料的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在水灰比分別為不同的情況下，外摻銅尾礦最高量可達(dá)60%，制得的混凝土試件的強(qiáng)度表現(xiàn)良好，耐久性能穩(wěn)定。方永浩等人以低硅銅尾礦為主要原料制作灰砂磚的研究中，在175℃～190℃蒸壓溫度下制得的灰砂磚物理結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。利用銅尾礦制備的新型建筑材料，不僅具有強(qiáng)度高和耐久度好的優(yōu)點(diǎn)，還可以與其他廢棄物一起再次利用，符合綠色經(jīng)濟(jì)中的“減量化”原則，是解決銅尾礦問題的重要途徑之一。雖然銅尾礦用于制備建筑材料研究較多，但仍存在技術(shù)單一、產(chǎn)品附加值不高等問題。

2.3充填采空區(qū)

大量銅資源開采后，地下采空區(qū)面積較大，利用銅尾礦對地下采空區(qū)進(jìn)行回填。這是目前最有效的直接利用銅尾礦來減少廢物的方法之一。利用銅尾礦進(jìn)行回填的方法是在尾礦成分中摻入一定比例的膠凝材料，攪拌成膏體狀的尾礦料漿直接輸入到廢棄的礦井及采空區(qū)中。利用銅尾礦作為填料具有就地取材、來源充足、運(yùn)輸快捷、廢物利用、降低風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)；不僅能有效解決因尾礦堆存造成的土地資源占用、環(huán)境污染及安全風(fēng)險(xiǎn)等問題，還可大程度實(shí)現(xiàn)成本降低甚至完全省去了尾礦庫的建設(shè)及正常運(yùn)行的費(fèi)用，提高了效益，減輕了相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

目前最常用的方法是利用攪拌設(shè)備、濃密機(jī)、工業(yè)泵等將各種膏狀尾礦漿輸送到地下充填采空區(qū)。我國的尾礦充填技術(shù)水平，如級配尾礦膠結(jié)充填、廢石尾礦膠結(jié)充填、全尾礦膠結(jié)充填、膏體抽采采空區(qū)等目前處于世界領(lǐng)先地位。國內(nèi)對于利用銅尾礦作井下采空區(qū)的充填料漿積累了大量的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。金川銅礦采空區(qū)回填采用的膏體泵送充填系統(tǒng)，在銅尾礦中添加普通硅酸鹽水泥、粉煤灰等膠凝劑，制成膏體充填料漿，經(jīng)泵壓輸送，充填能力達(dá)150m3/h。冬瓜山銅礦采用的全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，通過立式砂倉連續(xù)制備系統(tǒng)，以自流輸送方式，實(shí)現(xiàn)了單套系統(tǒng)最高達(dá)120m3/h的充填能力。甲瑪銅礦采用全尾砂高濃度膠結(jié)充填系統(tǒng)，通過立式砂倉與深錐濃密機(jī)的聯(lián)合制漿方法，以膏體自流輸送的方式，在我國高海拔地區(qū)成功實(shí)現(xiàn)了單套系統(tǒng)高達(dá)180m3/h的大流量穩(wěn)定連續(xù)尾砂膠結(jié)充填。

充分利用銅尾礦來充填采空區(qū)，有效減少了大宗固廢的排放，為當(dāng)下綠色礦山的建設(shè)提供了技術(shù)支撐，產(chǎn)生了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為銅礦山固廢資源化利用和保護(hù)環(huán)境的一個(gè)有效手段。隨著中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展及銅礦資源的持續(xù)開發(fā)利用，中國銅尾礦充填技術(shù)將會(huì)在更大流量、更低成本的充填設(shè)備、工藝及充填系統(tǒng)智能化等方面進(jìn)一步提高。

2.4作玻璃和陶瓷原料

銅尾礦可作為陶瓷、玻璃等的原料，部分銅尾礦還可開發(fā)高附加值產(chǎn)品，如泡沫陶瓷、微晶玻璃、白碳等。楊航等以銅尾礦為主要原料，加入鈉長石、白云石、發(fā)泡劑等。經(jīng)球磨成-0.054mm粒度，在燒結(jié)溫度1200℃、保溫60min下，制備的發(fā)泡陶瓷密度和強(qiáng)度符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。廖力以高鈣、高鐵、低硅鋁的銅尾礦為研究對象，通過配料熔制、水淬燒結(jié)及晶化磨切等工藝制備的CaO-MgO-AL2O3-SiO2四系微晶玻璃的質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。用銅尾礦制備的微晶玻璃、陶瓷材料等高附加值產(chǎn)品，性能好，成本低，是當(dāng)前銅尾礦綜合利用的新方向。

3.問題與建議

近年來，銅尾礦的再選和綜合開發(fā)利用等相關(guān)技術(shù)不斷探索和積累，取得了一些突破性的研究成果，但是進(jìn)展仍較緩慢。目前，再選和回收有用組分、制備各種新型建材、用于充填采空區(qū)、開發(fā)生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品等已經(jīng)發(fā)展成為國內(nèi)外對銅尾礦研究和綜合利用的主要途徑。但是銅尾礦的研究和綜合利用技術(shù)仍然存在一些突出的問題，如綜合利用的方式較單一、尾礦的綜合利用率和利用深度不高、產(chǎn)品的附加值較低、工藝中引入新的添加物形成了新的環(huán)境問題、未重視能耗以及實(shí)際推廣應(yīng)用困難等問題。另外，由于不同產(chǎn)地的銅尾礦存在較大的差異性，很難形成高效、統(tǒng)一的綜合利用技術(shù)。因此結(jié)合我國現(xiàn)階段銅尾礦綜合利用現(xiàn)狀，建議從以下幾個(gè)方面深入開展研究。

（1）重新再選和回收的有效成分的銅尾礦，有必要結(jié)合不同類型的尾礦的礦物特征加強(qiáng)研究礦物成分，共伴生狀態(tài)，銅尾礦粒度分布，并提供一個(gè)合理的工藝流程。為提高尾礦資源利用效率提供理論依據(jù)。

（2）在制備建筑材料和高附加值產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步研究尾礦的作用機(jī)理，以激發(fā)銅尾礦的活性。同時(shí)，國家應(yīng)加大政策扶持力度，促進(jìn)尾礦利用，形成產(chǎn)業(yè)，發(fā)展高尾礦產(chǎn)業(yè)，快速發(fā)展。

（3）在充填采空區(qū)方面，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對膠結(jié)劑用量更少，充填體強(qiáng)度更高，對井下無污染以及流量大、成本低的新工藝、設(shè)備及智能化系統(tǒng)等方面的研究。

（4）銅尾礦資源綜合利用應(yīng)充分兼顧協(xié)調(diào)能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)三者的關(guān)系，響應(yīng)國家的節(jié)能低碳減排、綠色開發(fā)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等發(fā)展政策，順應(yīng)我國“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念。

最后，還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對銅尾礦綜合利用的新技術(shù)方法、新工藝設(shè)備的探索和研究，如利用微生物對銅尾礦進(jìn)行再提取，用銅尾礦做土壤改良劑及礦物復(fù)合肥等技術(shù)，探索出更高效、更經(jīng)濟(jì)及更環(huán)保的利用新方法，全面實(shí)現(xiàn)我國銅尾礦綜合利用的突破性進(jìn)展。

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