嘉鱼蛇屋山红土型金矿尾渣资源开发综合利用探索

朱本杰, 孙满林, 陶长才

(湖北省地质局 第四地质大队,湖北 咸宁 437100)

嘉鱼蛇屋山红土型金矿尾渣资源开发综合利用探索

朱本杰, 孙满林, 陶长才

(湖北省地质局 第四地质大队,湖北 咸宁 437100)

嘉鱼蛇屋山红土型金矿尾渣资源十分丰富,将其变废为宝需加强综合利用探索研究,依据资源特性探讨二次开发综合利用的可行途径:一是探明尾矿资源,开展二次提金试验;二是依据尾渣特性开展制砖工艺探索;三是因地制宜发展绿色经济。

红土型金矿;尾渣;资源开发综合利用

湖北省嘉鱼蛇屋山金矿位于长江中游南岸湖北省嘉鱼县陆溪镇境内,该矿床于20世纪80年代末被发现,探明可采金储量25 t。湖北省嘉鱼蛇屋山金矿有限责任公司创始于2001年6月,注册资本4 331万元,下设部室4个,采矿场1个,选矿厂4个,拥有1个黄金冶炼厂,企业现有职工538人,提供相关从业及就业岗位2 000多个,是湖北省黄金系统大型支柱矿山企业,也是嘉鱼县当地最大纳税户,为县域经济发展及社会稳定作出了较大贡献。

蛇屋山金矿为亚洲首例、也是规模最大的风化残积成因红土型露天金矿,矿体赋存于第四系中更新统含砂砾亚粘土中,矿石按其岩性成分划分为粘土、亚粘土、砂砾三类,矿石自然类型可统属为含砂砾亚粘土金矿石,结合选冶工艺要求,矿石工业类型划分为微细粒低品位松散强氧化金矿石[1],矿石成分单一,露天开采,采选成本低,采用堆浸法生产黄金。该矿于90年代初开发,目前已开采22年,自2001年开始大规模生产以来,每年向尾矿库干法排放选金尾渣约100～200万t,另尾渣堆场也容纳了大量矿山生产过程中排弃的剥离废弃土、低品位尾矿及夹石,尾渣堆一方面占用大量的土地资源,另一方面还产生一定环境污染。

资源综合利用是国家的重要产业政策,如何有效综合利用现有尾矿库大量的废弃尾渣,将其二次开发变废为宝,加强综合利用、探索研究大势所趋迫在眉睫。

1 资源基本情况

1.1 尾渣分布特征

蛇屋山金矿尾渣资源规模较大,东起4线,西到55线,东西长1 280 m,南北宽130～380 m,厚度中心部分3.90～30.65 m,平均18.08 m;周边部分1.60～4.70 m,平均2.99 m。区内最大的尾渣库集中在采矿场北部外围的蛇屋山北坡一带,其它尾渣堆散布在采矿场南及东部外围。本区共有8个规模不等的尾渣堆。尾渣中约35%矿山生产剥离废弃土、低品位尾矿(<1.0 g/t)及夹石,约65%为原红土型金矿石经过开采、加工、筑堆、喷淋选冶后堆存的松散尾渣,仅在开采加工、筑堆和卸堆过程中适量加入极少量的水泥、石灰或漂白粉。

1.2 尾渣资源量

截至2015年底,已完成处理矿石量23 417.98千t,已产出黄金17 094.56 kg。依据蛇屋山金矿4-13线勘探报告及湖北省储委鄂储决[1995]09文及13-71线详查报告及湖北省储委鄂资准[1999]5号文,蛇屋山金矿区4-71线剥离量计算结果为949 161+6 623 860=7 573 021 m3(采用13-71线详查报告确定的干矿石体重1.73 t/m3),折13 101.33千t。目前,嘉鱼蛇屋山金矿堆弃于矿区北部生产区的尾渣资源主要由选矿尾渣及剥离弃渣为主,总计库存总量达36 519.31千t。其中含金尾渣资源矿石量589万t、金金属量2 531 kg,平均品位Au 0.43 g/t。

1.3 尾渣化学成分

选金尾矿是提取黄金后所排出的工业废渣,其主要元素组成为硅、钙、铝、铁,其中化学组成以SiO2为主,占70%以上(表1)。对应的矿物组成主要包括石英、高岭石和硅钙石。

表1 嘉鱼蛇屋山金矿选金尾矿WS1和WS2化学成分分析表(wt%)

注:此表由湖北省嘉鱼蛇屋山金矿有限责任公司提供。

2 资源开发综合利用方案探索

如何尽快处理蛇屋山金矿公司提取黄金后残留的大量选金尾矿,不造成尾矿堆场的继续扩大占用征地,是蛇屋山金矿公司面临的急需解决的难题。要处理每年不断排放的选金尾矿,将残留的尾矿回填露天开采的矿坑,尾矿回填开采矿坑是一条比较经济实用的途径,然而随着蛇屋山金矿公司现有探明浅表层金矿资源面临日益枯竭,目前正投入资金开展深部金矿资源的勘探。如果将现有的选金尾矿直接回填矿坑,势必对深部勘探及公司的可持续发展产生影响。

而将现有尾渣堆场分区查明资源特性并开展二次开发综合利用研究探索,分批进行资源化处理,才是最终变废为宝、解决公司尾矿堆存的可行途径。目前尾渣资源,开发综合利用的可行途径主要有三个方面:一是探明尾矿资源,开展二次提金试验;二是依据尾渣特性开展制砖工艺探索;三是因地制宜发展绿色经济。

2.1 尾渣二次提金

2.1.1 尾矿地质特征

(1) 矿体形态、产状、规模、厚度品位变化特征及资源储量。2008年,蛇屋山金矿公司委托湖北省第四地质大队对蛇屋山金矿尾渣资源进行了勘查,编制了“湖北省嘉鱼县蛇屋山矿区尾渣资源勘查地质报告”[2],提交了122b尾渣资源矿石量588.9万t、金金属量2 531 kg,平均品位Au 0.43 g/t。经统计,整个矿体厚度变化系数79.29%,品位变化系数为32.06%,由此,该矿体形态简单,厚度变化中等偏大,品位变化偏小,属金含量较均匀类型。矿体总平均厚7.59 m,总平均品位0.44 g/t,厚度变化系数99.67%,品位变化系数30.39%。矿体厚度变化较大,不稳定,而品位变化中等偏小,金含量较均匀。由此,本区金矿床应属大规模、松散堆积超低品位尾渣金矿。

(2) 矿石质量特征。矿石类型:原红土型金矿石经选冶后的尾渣,仅在开采加工、筑堆和卸堆过程中适量加入极少量的水泥、石灰或漂白粉,尾渣矿石的矿物成分、化学成分以及结构构造与原红土型金矿石基本一致。

矿物组成:矿石矿物成分仍主要是石英、粘土矿物、玉髓,少量绿泥石、重晶石、黄铁矿、辉锑矿、毒砂及褐铁矿等。

矿石结构与构造:矿石结构以粉砂泥质结构、含砂、砾泥质结构为主,泥质结构次之。矿石构造主要为松散土状构造,混杂砂、砾状构造。

(3) 矿石加工技术可选性能。尾渣金矿石是经过开采、加工、筑堆、喷淋选冶后的松散矿渣,为超低品位金矿石,通过试验室柱浸试验和矿山试生产,其工业利用性能良好。

(4) 工程地质及开采技术条件。尾渣分布范围远离居民点,区内也无重要建筑。尾渣堆放边坡为自然形成,稳定边坡角<30°,边坡遗留雨水冲蚀沟,局部有倒塌现象。

对于尾渣资源的再利用,工程地质类型属第一类,即松散软弱岩类,工程地质条件复杂程度中等的矿床类型。矿岩体重:自然状态下矿石平均体重1.94 t/m3,用湿度系数校正后干体重为1.55 t/m3。

2.1.2 尾渣选矿试验及提金工艺流程

(1) 尾渣选矿试验。2009年公司对尾渣进行了选矿试验,并委托哈尔滨黄金设计研究院编制了“蛇屋山金矿堆浸尾矿二次提金可行性研究报告”[3],其工业实验亦取得了成功,金浸出率可到66.16%。

(2) 尾渣选矿工艺流程。采用堆浸工艺,选冶工艺流程为一段破碎筛分—堆浸—炭吸附提金工艺流程。

2.1.3 尾渣开采与开发利用

(1) 尾渣开采方式。尾渣开采采用露天开采方式,推进方向为垂直矿体走向从南往北推进,台阶高度9 m,分为3个分层,单分层作业,逐次开采,分层高度3 m,一期与二期开采矿体分界处分层与分层之间应形成阶梯缓坡,坡度≤30°。采用挖掘机剥离覆土和开挖矿石,然后装载自卸车,由自卸车将剥离的覆土回填原露天坑,矿石则运往堆浸场进行破碎喷淋作业。

(2) 尾渣二次提金生产线建设。确定尾渣二次提金生产线(二条)建设位置,根据地形和生产工艺需求进行工程设计。每条生产线建设一个不小于(长)60 m×(宽)50 m×(高)6 m的硬基水平储矿场,土方开挖完成后用碾压机进行反复碾压,压实度为95%以上。每条生产线建设三个一字排开平行于车间挡土墙的堆浸选矿场,每个堆浸场面积不小于(长)100 m×(宽)50 m,坡度为3%,堆浸选矿场土方开挖完成后用碾压机进行碾压,压实度>95%。

建设每条生产线的挡土墙、车间库房、水泥库房、配电房以及相关设备基础等工程设施与喷淋池(贵液池、贫液池、防洪池)、值班房、泵房、吸附房、配电房等工程设施。每条生产线根据生产合理需求建设一个(长)35 m×(宽)30 m的储矿棚,保证正常的生产条件。

(3) 尾渣二次提金生产规模与服务年限。经核实,122b尾渣资源矿石量588.9万t、金金属量2 531 kg,平均品位Au 0.43 g/t。按尾渣资源利用率70%,可利用资源矿石量412.23万t,生产服务年限约10.5年。

公司计划投入资金876.6万元建设两条尾渣(含老剥离土)二次提金生产线,两条生产线投产之后,年处理尾渣矿石量达到40万t,按综合回收率64.35%计算,年生产黄金113 kg。

2.2 尾渣制砖

2.2.1 现状调查

按照国家计划,全国170个城市已于2003年6月30日前禁止使用粘土实心砖。利用工业废渣制备非烧结砖取代粘土实心砖已是工业废物资源化利用的主要途径之一,同时也实现了建材工业可持续发展要求。嘉鱼县原有生产实心粘土砖的企业共10余家,城区有3家。2007年,嘉鱼县城区的3家生产实心粘土砖的企业已停产。同时,对使用红砖的开发商征收6元/m2的墙体材料改革基金费,以推进墙改工作。由此,嘉鱼县禁止生产经营使用实心粘土砖、推广应用新型墙体材料的工作已经进入实施阶段。同时,嘉鱼县城区十余家以混凝土砖为主要产品的新型墙材企业缓慢发展,并逐步占领市场。但这些企业存在规模小、数目多、产品质量没有保证、政策监管不到位等问题。

据县建设部门及建材生产商预计,嘉鱼县每年标砖需求量1.5亿～2.0亿块,而混凝土砖等新兴墙材企业总生产能力不足5 000万块。随着禁止使用粘土实心砖政策的深入实施,嘉鱼县将产生更大的市场空缺。另外,项目建设所在地——陆溪镇距离嘉鱼、赤壁及武汉市区较近,水陆交通便利,产品外运成本低廉。

抓住国家墙体改革的机遇,发展非烧结砖产业具有广阔的市场前景。随着粘土实心砖在多个城市的禁用,人们对非烧结砖的认可度大大提高,非烧结砖也迅速发展。因此,在嘉鱼当地建一条年产1亿块的选金尾矿蒸压砖生产线将具有广阔的市场前景,将给湖北省嘉鱼蛇屋山金矿有限责任公司产生巨大的环境效益和经济效益。

利用黄金尾矿生产绿色环保蒸压砖,不仅可以节约尾矿堆放耗用的土地资源,减少尾矿堆放带来的环境污染问题,还可以大量消化黄金尾矿和电石渣,使废渣得到综合利用。一方面既节约能源又可以净化环境,实现工业废物的高效资源化利用;另一方面也将克服粘土砖生产面临的困窘问题,为中国墙体材料添砖加瓦。因此,利用黄金尾矿制备蒸压砖项目的实施具有明显的经济、社会和环境效益。

2.2.2 产品设计

湖北省嘉鱼蛇屋山金矿有限责任公司已委托华中科技大学开展了利用二次提金尾矿生产环保绿色蒸压砖试验研究[4],该方案以蛇屋山金矿公司生产排出的经自然存放1年以上时间的选金尾矿、葛店化工厂电石渣为原料,经计量、配料、搅拌、轮碾活化、压制成型、高压蒸汽养护后制成一种新型墙体材料。它不仅解决了选金尾矿、电石渣等工业废渣带来的环境问题,而且生产出合格的新型墙体材料,经济、社会和环境效益显著。

产品名称为选金尾矿蒸压砖;生产规模计划年产1亿块,分两期建设。产品规格为标砖,240 mm×115 mm×53 mm。强度等级设计为MU10合格品及以上。产品执行“GB11945—1999 蒸压灰砂砖”国家标准。

2.2.3 原料设计

(1) 原料要求及来源。采用嘉鱼蛇屋山金矿生产排出的经自然存放1年以上时间的选金尾矿及葛店化工厂电石渣为原料生产选金尾矿蒸压砖,故对这两种原料要求分述如下:

选金尾矿是该项目所需要处理的主要原料,嘉鱼蛇屋山金矿有限责任公司每年排放100万～200万t尾矿,建一条年产5 000万块选金尾矿蒸压砖生产线每年可消耗选金尾矿10多万吨。

嘉鱼蛇屋山金矿有限责任公司采用露天开采,堆浸工艺后的尾矿含水率较高,原始含水率一般在30%左右。经过露天堆存1年以后,含水率一般在20%左右,经过简单露天晾晒,含水率一般能够降低到10%左右。

如果选金尾矿的含水率太高,对于后续的尾矿分选预处理、原料均化都会造成较大影响。因此,要求今后生产中进原料堆厂的选金尾矿至少露天堆存1年以上,以控制原料含水率在20%以下。经过简单晾晒后,含水率在10%左右的选金尾矿就可以直接用于制砖的分选及混料工艺。

由于选金尾矿的颗粒大小不均匀,其中含有少量颗粒较大的石子,石子质量占总重41.1%,因此生产前要将其中的石子进行分选破碎,使其颗粒均匀,粒径不超过10 mm左右。

(2) 电石渣。年产5 000万块选金尾矿蒸压砖每年所需消耗电石渣2万t左右,电石渣由葛店化工厂提供,该厂每年产生电石渣约15万～20万t,故足以提供该条生产线生产所需。

应尽可能采用含水率低,且其中有效氧化钙的含量在50%左右的电石渣。托运到厂的电石渣含水率一般应该控制在30%～40%,以便直接应用在生产中。

2.2.4 工艺方案

(1) 工艺设计方案特点。本方案采用选金尾矿、电石渣搭配使用,原料经破碎预处理、重量计重、两级轮碾搅拌、全自动液压砖机压制成型、蒸压釜蒸压的工艺制成蒸压砖。设备均可选用国内生产的成熟、可靠设备。

(2) 生产工艺流程。生产工艺流程图见图1。

2.2.5 技术经济分析

本项目的建设可给企业每年节省因黄金尾矿堆放带来的土地占用费、堆场建设、维护费、运输费等各项支出140余万元,同时该项目作为工业固废综合利用的环保项目,受到国家政策的支持。

该项目总投资估算金额约为1 100万元。根据设计的生产能力5 000万块/年,按照目前市场上一般蒸压砖0.22元/块的价格来估算每年的销售收入约为1 100万元。每年生产总成本为862.4万元,年利润达到237.6万元,具有良好的社会效益和经济效益。

2.3 发展绿色经济的建议

开展尾矿二次提金及尾渣制砖仅能解决目前堆存的极少部分尾渣,目前厂区已经形成约79.99多公顷尾渣堆场及50多公顷的采矿坑。蛇屋山金矿公司应严格执行“边生产、边建设、边复垦”原则,积极开展土地复垦,利用闲置空地开办园林花卉苗圃基地,尝试大量种植刺槐发展生物质发电,即可缓解矿山开采带来的生态环境恢复治理问题,又可形成生态循环绿色经济。

图1 尾渣制砖生产工艺流程图

Fig.1 Flow chart of production process of tailings brickmaking

(1) 要对采区原留存高陡边坡进行专项整治,对矿区采空采坑启用剥离土进行回填复垦;对现有尾渣堆场边坡进行削方整形,建设尾渣堆场拦挡坝主体工程发挥环保主体功效,有效预防尾渣环境污染及水土流失。

(2) 逐步对矿区闲置裸露堆场与山地进行土地复垦与植被覆盖,种植草皮、刺槐、杨树、樟树、桂树、柏树等以改良土壤使其恢复功能,实行清洁化、园林化,对矿区公路定时洒水降尘,在矿山道路两旁种植樟树及泡桐,使矿山成为有浓郁园林气氛和时代气息的花园式矿山。

(3) 开办园林花卉苗圃基地,可栽植泡桐、意杨、柏树、桂花树等经济作物,在尾渣堆场采矿坑闲置场地可尝试大量种植刺槐,发展生物质发电循环经济。

3 结语

结合国家资源综合利用产业政策,探索将蛇屋山金矿丰富的尾渣资源变废为宝、二次开发综合利用的可行途径,从尾矿二次提金、尾渣制砖、发展绿色经济三个方面详细探讨论述尾渣资源化处置综合利用的工艺流程、方案设计与思路对策。

[1] 朱忠胜,张云国,肖建伟,等.湖北省嘉鱼县蛇屋山地区金矿普查报告[R].咸宁:湖北省第四地质大队,1999.

[2] 舒志明,虞人育,彭景玲,等.湖北省嘉鱼县蛇屋山矿区金矿尾渣资源勘查地质报告[R].咸宁:湖北省第四地质大队,2008.

[3] 周云生,马吉祥,钟少燕,等.蛇屋山金矿堆浸尾矿二次提金可行性研究报告[R].咸宁:湖北省嘉鱼蛇屋山金矿有限责任公司,2009.

[4] 杨家宽,成善文,江文琛,等.年产1亿块选金尾矿蒸压砖两期工程初步设计[R].咸宁:湖北省嘉鱼蛇屋山金矿有限责任公司,2008.

(责任编辑：陈姣霞)

Comprehensive Utilization of Tailings Resources ofLateritic Gold Deposits in Jiayu

ZHU Benjie, SUN Manlin, TAO Changcai

(TheFourthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Xianning,Hubei437100)

Tailings of Shewushan lateritic gold deposit is very rich in resources,the waste into treasure,the need to strengthen the comprehensive utilization of exploration and research.Based on the characteristics of resources,the feasible ways to explore the secondary comprehensive utilization are discussed:one is to use proven tailings resources to carry out two tests;the second is based on the characteristics of tailings to carry out brick making process; the third is to adjust measures to local conditions to develop green economy.

lateritic gold deposit; tailings; comprehensive utilization of resources

2016-04-20;改回日期:2016-06-14

朱本杰(1972-),男,工程师,地质矿产勘查专业,从事地质矿产勘查开发与企业经营管理工作。E-mail:zbj-hbxn@sohu.com

TD926.4; X753

A

1671-1211(2017)01-0109-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.01.021

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161208.1017.010.html 数字出版日期:2016-12-08 10:17