中国矽卡岩型矿床尾矿的综合利用现状

2012-01-26郝情情郝梓国张金青费红彩

中国矿业 2012年11期

刘恋，郝情情，郝梓国，张金青，费红彩

(1.中国地质科学院，北京 100037；2.中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京 100025)

矿产资源是人类生存和发展的重要物质基础。矿产资源在开发利用过程中能够利用的有用组分有限，多数被作为尾矿抛弃[1]。大量尾矿的存在,浪费资源、污染环境,存在安全隐患。近年来，为了解决金属尾矿带来的系列问题，提高资源综合利用率，工信部等多个部门联合编制了《金属尾矿综合利用专项规划(2010～2015年)》。

矽卡岩型矿床在我国具有重要意义，它是我国铁、铜、铅、锌、银、钼、钨、锡等矿种的主要矿床类型，同时也是透辉石、硅灰石、透闪石、石榴石等非金属矿物的主要来源[2]。现有统计数字显示，矽卡岩型矿床中的铁、铜、铅锌、银、钼、钨、锡等金属，分别占全国总储量的12.7%、25.3%、13.0%、18.38%、24%、40.8%、43.5%[3-4]，实现矽卡岩型矿床尾矿的综合利用具有重要意义。

1 矽卡岩矿床及其尾矿特征

矽卡岩型矿床产于中酸性-中基性侵入岩与碳酸盐类岩石的接触带上或其附近，形成的主要金属矿物除与岩体类型和围岩类型有关外，又与成矿温度有关。早期主要形成一些金属氧化物，如磁铁矿、锡石、白钨矿；晚期主要形成一些硫化物，如辉钼矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿等[2]。矿石中非金属矿物主要有石榴石、透辉石、硅灰石、方柱石、透闪石、阳起石等。

该类矿床形成温度范围较广，导致矿物成分复杂，多为共伴生矿。常见的是铁矿床中伴生有铜、锌，铅锌矿床中伴生有铜、金、银等。个别的一些矿床甚至集黑色、有色、贵重金属元素为一体。如内蒙古朝不楞铁多金属矿，是一个以铁为主，兼含锌、铜、铋、铅、钨、锡、金、银、镓、铟、镉、硫、砷的多元素矿床。所有这些矿种中的铁、铋、银、锡、铟、镉的储量均达到中型规模，其余为小型矿床[5]。

矽卡岩型矿床的独特产出特征决定了其尾矿的一般特征，即颗粒细、数量大、毒性强、残留有微量金属和大量非金属矿物的特点。矽卡岩型矿床尾矿的这些特征，也是其它金属尾矿所共有的一般特征[6-7]，相对独特之处在于，矽卡岩型矿床尾矿中的非金属矿物主要为矽卡岩矿物，且大多具有工业价值。

2 尾矿的工业价值

因地质认识上的有限性，许多矽卡岩型矿床中仅一些常见金属氧化物、金属硫化物得到了利用，如磁铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿等，而那些可能存在的共(伴)生元素镓、铟、镉等往往被忽略。此外，因选矿工艺上存在差距，一些矽卡岩型矿床中少量常见的黑色、有色、贵金属也未得到充分利用，这些未得到利用的各种有益组分均残留在了尾矿当中。丰富地质理论知识，对尾矿中可能存在的有益组分进行分析测试，改进工艺对尾矿中的各种有益组分进行回收利用，不仅可以有效的利用资源，而且可以提高经济利润[8-11]。除各种黑色、有色、贵金属元素外，矽卡岩尾矿中的非金属矿物也多具有工业价值。

石榴石一般呈大小不等的结晶颗粒，具有硬度高、熔点高、密度大、耐磨性强、化学稳定性好的特点。工业上可以广泛的应用为喷砂磨料、精磨材料、抛光材料、耐磨路面材料、水过滤、水力射流切割、装饰建筑物外观、精密仪器轴承、钻井泥浆加重剂等[12-14]。

透辉石具有熔点低、易于干燥、不含挥发分，烧成过程中无体积效应，收缩性小、热膨胀系数低的特点。作为陶瓷材料可一次抹釉，速烧成型，属于节能、低成本的陶瓷原料；生产炻质外墙砖时加入适量透辉石，可提高制品抗弯强度，降低吸水率；此外，透辉石还可用作橡胶、塑料、涂料的填料[15-16]。

硅灰石熔点高，烧失量低，化学性质稳定，热膨胀系数小，白度高，主要应用于陶瓷、冶金、塑料、橡胶、造纸、涂料、电焊条等行业，消费比例陶瓷业约占50%，冶金业约占30%[17-18]。硅灰石能使陶瓷胚体以及其最终产品的变形与开裂大幅度减小，抗冲击和耐热性能增强，而烧成时间大大缩短；在冶金铸造中用做模具表面敷料，可以保护模具，使铸坯表面无缺陷，铸件表面光洁，提高了铸件成品率和模具的利用率[16]。

透闪石白度高、热膨胀率低，干燥时和烧成时其收缩率都比较小，性能与透辉石相似，是低能耗原料。透闪石作原料烧制的釉面砖，烧成温度为1040℃，时间为29h，而用高岭土为原料烧制的同样釉面砖，其烧成温度则需1150℃，时间约60h[16]。此外,透闪石也用于玻璃、涂料、油漆原料上[18]。

3 尾矿综合利用现状

3.1 回收微量金属元素

综合回收尾矿中的微量金属,是许多矽卡岩矿床综合利用尾矿资源的首选途径。河南栾川钼钨矿主要有价矿物为钼，伴生有价矿物为白钨矿。因选矿工艺问题，最初选矿时仅回收钼，尾矿中含有高达0.12%～0.20%的白钨矿，每年有近5000t的钨金属损失在尾矿中。为解决这一问题，栾川钼钨矿先后尝试了摇床选矿、重-浮联合选矿、强磁-摇床-浮选脱硫、常温-加温浮选工艺[19]。山东沂南金矿，金品位1.58g/t、银品位2.99g/t、铜品位0.324%、铁品位20.3%，原选矿设计流程仅回收金、银、铜，后增加磁选工艺在原浮选尾砂中回收了铁精矿[9]。

除综合回收伴生有用组分外，部分矿床曾存在选矿回收率低的问题，通过改进工艺，可回收尾矿中残留的部分有用组分。晋南某铁尾矿中含金0.5g/t、铁5%～10%，采用重选方法回收了金，采用磁选方法回收了铁[8];此时的选矿尾渣中硫、钴含量通常较高，可以采用浮选方法进一步回收利用[20]。此外，近年还有一些矽卡岩铁矿床,采用硫浮选-磨矿-磁选工艺,较好的回收了尾矿中硫、铁资源[10]。

3.2 回收非金属矿物

当前，尾矿综合利用与治理的基本原则是资源化、减量化、无害化[21]，这就要求将尾矿中比例最大的非金属矿物资源化[6]。矽卡岩中的石榴石、透辉石、硅灰石、透闪石等矿物均具有工业价值，目前文献报道了较多综合回收利用硅灰石、石榴石的选矿工艺。

西藏甲玛铜矿是一个以铜为主，共伴生钼、铅、锌、金、银的多金属矿床。该矿床早期仅回收铜，近期除准备上马回收铅、锌、金、银工程外，还建立了手选-筛选-浮选分离硅灰石-强磁选分离石榴石-超细粉碎的工序，来综合回收加工原矿和尾砂中的石榴石、硅灰石[14,22]。

湖南柿竹园钨多金属矿是一个以钨为主，兼有锡、铋、钼、萤石、石榴石等多种资源的矿床。早期，该矿主要回收金属矿物及萤石，后对选矿尾矿建立了螺旋溜槽预选，弱磁回收铁矿物，重选回收磁尾中的钨，强磁或摇床回收石榴石的尾矿利用流程，综合回收利用了尾矿中的磁铁矿、黑钨矿、石榴石[13]。

此外，河南栾川钼多金属矿硅灰石资源较丰富，该矿也在着手综合回收原矿及尾矿中的硅灰石资源[23]。

3.3 尾矿整体利用

金属尾矿的一大特点是非金属矿物比例高，其矿物成分和化学组成与一些建材、轻工、无机化工原料较为接近，是一种不完备的天然混合料[24]。金属尾矿可以通过分离少量有害组分、掺入少量其它原料、适当调配，经过一定的制备工艺，开发新产品。

矽卡岩型铁尾矿是以透辉石、石英、方解石、云母、绿泥石、磁铁矿为主的混合矿物，通过摇床去除云母、磁铁矿、黄铁矿后，得到的以透辉石为主的混合矿物可以作为低温快烧的陶瓷原料[25]。镁质矽卡岩型尾矿二氧化硅含量低于60%，镁含量高达30%，在加入一定量的中砂作为骨料提高二氧化硅含量、降低镁含量后，与少量水泥和外加剂混匀后，可以生产免烧砖[26]。此外，矽卡岩中含有石榴子石、透辉石、磁铁矿，常用其代替铁矿粉，作为水泥生产的配料[16]。