固体矿山尾矿堆存技术与综合利用分析与研究

陈典助

（长沙有色冶金设计研究院西宁分公司，青海西宁 810000）

固体矿山尾矿堆存技术与综合利用分析与研究

陈典助

（长沙有色冶金设计研究院西宁分公司，青海西宁 810000）

文章介绍了国内固体矿山尾矿处理措施，分析了各种堆存技术的优、缺点。并介绍了3种尾矿综合利用技术及应用情况，提出了未来尾矿处理的发展方向，可为我国未来矿山尾矿综合治理和建设提供参考。

固体矿山尾矿；矿山尾矿堆存；综合利用

我国固体矿产资源绝大部分具有原矿品位低、伴生有价元素多、嵌布粒度细等特征，需要经过破碎、磨矿、选别等选矿方法回收其中的有用矿物或元素，并产生大量的尾矿，尾矿的平均粒径在0.074 mm以下，甚至更细。随着我国工业化、城镇化的快速发展，矿产资源的消耗也在不断增大，尾矿的产量也随之高速增长，因此经济、环保、安全和减少用地的固体矿山选矿厂尾矿堆存技术与尾矿综合利用的研究受到了国家和科研人员的高度重视。国家安全生产监督管理总局和环境保护部等七部委于2013年5月联合编制了《深入开展尾矿库综合治理行动方案》，方案中对我国目前尾矿库的安全环境现状进行了统计与分析，指出尾矿库安全环保问题已经衍生为重大的经济发展问题和社会稳定问题，提出了新建堆存重金属尾矿库的库底应硬化并防渗，未建设防渗漏处理设施的，应责成企业定期提交库区周边地下水监测数据；大力推广尾矿库在线监测技术；积极推行尾矿充填等大宗量消纳尾矿技术。本文就目前我国固体矿山选矿厂尾矿堆存与综合利用技术进行了分类分析与研究。

1 尾矿堆存技术分析与研究

我国固体矿山选矿厂尾矿堆存方法目前基本上可以分为两种：湿法堆存、干法堆存。

1.1 湿法堆存

湿法堆存可细分为尾矿直排和尾矿浓缩后直排两种。

据统计，采用该法处理尾矿，每吨冶金矿山尾矿需要尾矿库基建费1～3元，经营管理费3～5元。可见采用该种方法处理尾矿是最经济的，并且只要管理得当，受将来选冶技术和设备、经济的发展影响，堆存的尾矿有可能被第二次得到开发利用。

1.选矿厂尾矿直接送至尾矿库堆存，尾矿水经自然沉降、氧化分解选矿药剂、或添加石灰等调整剂沉淀固化重金属离子，再返回选矿厂作为生产水循环利用。该法适用于：尾矿库距离选矿厂较近，且选矿厂与尾矿库高差较大，尾矿可以实现自流入尾矿库；选矿药剂添加种类较多、成分复杂，不能厂前直接回水用于生产。

2.“高浓度”湿法堆存，选矿厂尾矿在厂前经浓缩机浓密至40%～55%的浓度后，再用离心式渣浆泵将尾矿扬送至尾矿库堆存，选矿厂回水分为两部分：厂前回水和尾矿库回水。该法适用于尾矿库距离选矿厂较远，而两者的高差又不足以实现尾矿自流，具有节能的特点。目前国内很多多金属选矿厂采用分段回水、分段回用、部分尾矿水集中处理的工艺满足“高浓度”堆存，大幅度降低了尾矿、回水输送能耗，减少了选矿废水处理量，节省了水处理成本，获得了良好的经济效益［1～3］。

1.2 干法堆存

干法堆存可细分为滤渣排放和膏体排放两种。

1.滤渣排放——真正意义上的干法堆存工艺。尾矿采用浓缩、过滤（或压滤）两段脱水工艺，把固体颗粒间的自由水全部脱除，只剩余颗粒表面吸附水、结合水或结晶水，此时尾矿含水率18%～25%，再用胶带或汽车等输送固体物料的设施送至尾矿库堆存。该法适用于干旱、严重缺水地区，尾矿回水率可达90%，尤其适用于黄金矿山氰化厂，可以降低氰化物的消耗量，提高金的回收率。

2.膏体排放是得到了普遍认可和应用的膏体堆存技术［4，5］。尾矿采用深锥浓缩机浓密至膏体状态，再用柱塞泵、隔膜泵等容积类泵送入尾矿库堆存。此时固体金属矿山中尾矿重量浓度可达64%～70%，不同比重物料的膏体浓度具有差异，具体数据要通过试验确定。该法的最大特点是：“管道输送，干式堆存”。另外由于膏体具有不离析、渗透率低的特征，因此膏体排放方式在安全、环保方面带来的好处是湿法排放方式不可能做到的，堆存成本也低，某大型矿山［5］测算了采用该法处理尾矿的单位成本为1.685元／t。该法适用于气候干旱、地势平坦、荒凉和大风地区，尾矿回水率接近90%。

2 尾矿综合利用技术分析与研究

根据我国固体矿山原矿工艺矿物学研究分析，固体矿山尾矿主要矿物成分为硅酸盐、铝硅酸盐、碳酸盐、微量金属矿物组成，一些尾矿中还含有植物生长必需的微量元素，因此我国固体矿山尾矿综合利用主要分为三大类：（1）用于井下充填采空区或用作建筑材料；（2）尾矿用作土壤改良剂及微量元素肥料；（3）尾矿用于土地复垦植被。

2.1 用于井下充填采空区或用作建筑材料

2.1.1 尾矿用于井下充填

尾矿作为井下充填的主要骨料，既解决了尾矿的处理问题，又使采空区得到综合治理的同时提高了采矿的回采率，一举多得，是尾矿处理和利用的一条重要途径［6］。我国自20世纪八十年代就开始研究尾矿充填工艺和技术，在我国的推广与应用先后经历了：分级尾矿水力砂充填、分级尾砂与细砂胶结充填、全尾砂胶结充填等阶段，使得一些矿山的尾砂利用率由50%提高到90%或以上，这也说明我国矿业界已经充分掌握了全尾砂胶结充填工艺与技术。

顾名思义，全尾砂胶结充填就是采用没有经过分级的全粒级尾矿作为充填料充填采空区，该工艺也可称为膏体尾矿充填工艺。影响矿山尾砂利用率的因素主要有：（1）矿体赋存形态、采矿方法等，主要影响井下采空区的容积，当然也可以通过增加井下废石的出窿率，增大需要全尾砂胶结充填的采空区，但增大了废石堆场的容积，提高了废石提升、转运生产成本；（2）井下充填的工作制度，选矿厂一般都是连续工作制度，因此尾矿也是连续产出的，但井下充填受采矿工艺限制，是不可能实现连续工作制度的，必然是隔断作业。理论上可以通过计算充填系统停歇期间选矿厂产生的尾矿浆容积，设计足够容积的尾矿贮存器来解决这一矛盾，实现矿山（如尾矿产率较低的铁矿山）不建设尾矿库；（3）原矿品位、选矿回收率等影响尾矿的产率；（4）有用矿物的嵌布粒度决定了选矿磨矿细度，影响尾矿的细度及粒级组成，进而影响胶结材料的选择和消耗量，引起胶结充填的生产成本发生变化。综上所述，尾砂的合理利用率需要通过技术经济比较来决定。

该方法虽然有效地解决了矿山生产同期的尾矿堆存，并降低了采矿损失率和贫化率，提高了采矿出矿品位，而且节省了尾矿堆积所需大量土地和建设尾矿库的投资。但是也可能带来两个方面的影响：（1）矿石在选矿厂经过破碎和磨矿作业尾矿砂表面发生变化，可能使一些重金属氧化物的表面裸露；经过选别作业后尾矿砂可能吸附微量浮选药剂，当尾砂充填到井下后，长期受地压、地温、地下水相互作用的侵蚀，可能析出重金属离子，浮选药剂，造成对地下水的污染。因此尾矿砂充填到井下也应该开展毒性浸出试验，确定尾矿的一般工业固体废物分类等级，决定是否可以充填到井下堆存；（2）受同期选矿、冶炼技术水平和设备的影响，以及资源同期价值的影响，尾矿中仍可能含有有用矿物，当前技术经济条件下没有选冶价值的稀有或贵金属元素。当尾砂充填到井下后，这些有用矿物或贵金属将来就更难利用了。

2.1.2 尾矿用作建筑材料

我国利用尾矿作建筑材料的研究始于20世纪80年代，有关这方面的报道也较多［7，8］，最为典型的是马钢姑山铁矿。目前，国内外利用尾矿作混凝土骨料、铁路和公路的筑路碎石以及建筑用砂、砖的成功例子较多。其特点是利用量较大，但附加值较低。另外，可以利用尾矿制作烧结空心砌块和高档广场砖，成本低廉。但由于大部分矿山地处偏远，远离城镇，产品受销售半径的影响而不具备经济开发利用价值；利用尾矿制取微晶玻璃、玻化砖等高附加值的建材产品，大多还停在试验研究阶段，因此，尾矿砂用作建筑材料在国内的消耗量还是较少。

2.2 尾矿用作土壤改良剂及微量元素肥料

尾矿中往往含有维持植物生长和发育的必需元素，如Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、Fe、P等微量元素。因此研究如何将这些元素转化成植物可吸收的元素或离子成为技术的关键。“七五”期间，马鞍山矿山研究院在国内率先开展采用磁化技术处理铁尾矿制作土壤改良剂的研究。用特定设计的磁化机对磁选厂铁尾矿进行磁化处理，生产出磁化尾矿，施入土壤。研究表明，磁化尾矿施入土壤后，可提高土壤的磁性，引起土壤中磁团粒结构的变化，尤其是导致土壤中铁磁性物质活化，使土壤的结构性、空隙度、透气性均得到改善。田间试验表明，土壤中施入磁化尾矿后，农作物增产效果十分显著。“八五”期间，该院又将磁选厂铁尾矿与农用化肥按一定的比例混合，经过磁化、制粒等工序，制成了磁化复合肥，并建成一座年产1万t的磁化复合肥厂。

河南省某钼矿选厂尾矿研究表明：尾矿含有K、Ca、Mg、S、Fe、Cu、B、Mn、Zn、Mo等矿质营养元素，以及可改善土壤理化性质的粉砂质组分和粘粒组分。试验研究采用将尾矿多次旋流器分级，实现粗、中、细粒级物料分开。粗粒级产品（＋0.15 mm）中钼得到富集，返回选矿厂回收钼；中粒级（＋0.045 mm）尾矿经压滤－干燥焙烧－研磨－与磷钾肥造粒后，作为磷钾缓释肥；细粒级（－0.045 mm）尾矿经压滤－干燥焙烧后，用作土壤调节剂基料。田间试验表明：（1）在等量NPK养分条件下，施用无害化钼尾矿可控缓释肥料，冬小麦亩均增产约27.0%；（2）在类沙化潮土上每亩施用5 t沙质土壤调节剂，冬小麦亩均增产约41.0%。

2.3 尾矿用于土地复垦植被

2.3.1 尾矿库的复垦

国外许多国家尽管人少地多，但对土地复垦十分重视。我国矿山的土地复垦工作起步于20世纪60年代，在20世纪80年代后期至90年代进展较快。1988年11月，国务院颁布了《土地复垦规定》规定了“谁破坏，谁复垦”的原则。这一规定的出台，有力地促进了矿山土地复垦工作的步伐，并且在尾矿库的复垦植被方面也取得了较大的进展。

为减少占地面积，尽量避免占用耕地，降低尾矿库建设投资，尾矿库的库址一般选用山沟地形，采用一面砌筑基本坝，其它面利用自然山坡，后期利用尾砂上游法堆坝，尾矿浆输送到坝顶，采用多点放矿排入尾矿库。尾矿在库内经自然分级、沉降后，实现水、砂（泥）分离，澄清水返回选矿厂循环利用，尾砂（泥）则堆积在库内。由于尾砂在库内的自然堆积坡度为1%～5%，因此在尾矿库闭库时，库内基本上是平地，很适宜土地复垦。马鞍山矿山研究院于20世纪90年代初在马钢姑山铁尾矿库开展了扬尘抑制及植被复垦的技术研究，并在尾矿库坝坡进行了植被试验，取得成功。水口山矿物局在20世纪90年代，对康家湾尾矿库进行了闭库复垦，采用填土栽培技术，种植出了辣椒、茄子、豆角等蔬菜类经济作物。

2.3.2 尾矿用于露天采场的复垦

广西百色地区的岩溶堆积型铝土矿属特大型矿床，适宜于露天开采，形成了许多露天采空区，占用了大量的耕地。矿石选矿采用洗矿、闭路破碎筛分流程，选矿过程中没有添加任何选矿药剂，尾矿为90%－5μm的矿泥，极难沉降。经过工业试验研究发现：采用向矿泥中添加适量的絮凝剂，可以加速矿泥在浓缩机中的沉降，浓缩机的底流排放固体浓度最高可达33%，然后采用压滤机脱水，可得含水率为30%～35%的干式固体滤饼，可以满足汽车运输送到露天采空区堆存，经平整后可以种植粮食、蔬菜类等经济作物，取得了良好的经济效益，目前该技术在百色地区得到广泛推广与应用，复垦出了大量耕地，实现了矿山的绿色、环保、安全生产，同时为当地经济的飞速发展与繁荣做出了巨大的贡献。

3 结束语

经济、环保、安全的尾矿堆存技术与综合利用尾矿的研究将越来越会受到国家和矿业技术人员的重视。文中归纳的我国目前固体矿山选矿厂成功的几

种尾矿堆存与综合利用技术，均有其不同的特征与适应性，因此在尾矿堆存与综合利用方案研究时要结合选矿方法、选矿药剂种类、尾矿工艺矿物学及粒级组成特性、建设场地特征、气候等，通过技术经济方案比较，选择最优处理方案。对尾矿综合利用还需要通过试验研究，尤其是当尾矿作为骨料充填到井下采空区，应根据充填工艺开展尾矿毒性浸出试验，决定是否可以充填到井下采空区。总之，尾矿既是一种废弃物与危险物，也可作为一种资源，只要处理得当，它也会给企业带来巨大的经济效益和社会效益。

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Analysis and Research of Stacking Process and Com prehensive Utilization of Solid M ine-Tailings

CHEN Dian-zhu
（Changsha Design and Research Institute Ltd.of Non-ferrous Metallurgy Xining Branch，Xining 810000，China）

This paper reviews the current state of the disposal of solid mine tailings in China，and the advantages and disadvantages of mine tailings stacking process are discussed.The paper introduces three kinds of comprehensive utilization of tailings technology and application，puts forward the future development direction of tailings disposal，which can provide the reference formine-tailings comprehensive treatment and construction in the future.

solid mine-tailings；mine tailings stacking；comprehensive utilization

TD926.4＋1

A

1003－5540（2016）04－0005－04

2016－04－10

陈典助（1969－），男，教授级高级工程师，主要从事矿山工程设计与研究工作。