我国铜尾矿资源综合利用研究进展

2020-03-01汪沛

西部资源 2020年5期

汪沛

摘要：基于我国铜尾矿综合利用在再选和回收有用组分、制备新型建材、充填采空区、作玻璃和陶瓷原料等方面的研究成果，综合评述了我国铜尾矿的资源情况、综合利用及研究现状，同时指出了铜尾矿研究利用的问题，并对下一步研究重点及方向进行了建议。

关键词：铜尾矿；资源现状；回收；综合利用；研究进展

作为国民经济社会发展不可或缺的矿产资源，铜矿在我国具有悠久的开发历史，随着铜矿的不断开采利用而产生的铜尾矿以其庞大的数量及规模，在大宗的固体废弃物中具有较强的代表性。随着国家经济建设的发展，对铜矿资源的依赖和需求逐年增加，导致铜矿资源开采规模不断扩大。

矿石开采产量不断提高，开采出的铜的品位却在降低，由此产生了大量的铜尾矿。由于铜尾矿不断积存，不仅直接占用大量的土地资源，影响了当地的自然生态和人文景观，还极易对土壤、水体及其空气等环境造成污染，破坏了当地的生态环境，同时还存在着可能诱发山体崩塌、滑坡、泥石流等自然灾害的问题。铜尾矿由于其开采历史、技术手段、设备、管理和经济市场等原因，导致许多具有可重复利用价值的元素和部件被废弃在铜尾矿中，使其具有双重特性。它们既是大宗的固体废物，又是潜在的二次资源，对铜尾矿的二次资源利用和无害化处理具有巨大的开发潜力，铜尾矿的开发利用已逐渐受到当今社会的普遍重视和关注。因此，对于铜尾矿的高效资源化综合开发利用和进行系统深入的科学研究与应用是非常必要的，具有十分重要的应用价值及社会经济效益。本文全面综述了我国铜尾矿资源综合利用的研究现状，旨在为铜尾矿资源的深入开发利用提供新的思路。

1.铜尾矿资源现状

铜尾矿又称铜尾砂，是由自然铜矿石经过破碎、研磨、分选等选矿提纯处理后所剩下的细粉沙粒组成。

铜尾矿是将天然铜礦石中有用的成分进行选别后排出的一种细砂状固体废弃物。铜尾矿作为一种固体废弃物只是一个相对概念，在经济技术发展到一定程度后，铜尾矿也可以作为有用矿产资源，实现变废为宝。只是在当前的科学技术和经济发展条件下，铜尾矿尚未能充分有效的被开发和利用，通过选厂分选后将其排出暂时储存于尾矿库中。

我国境内铜尾矿的现存数量庞大，有上千座规模较大的铜尾矿库，分布范围广泛，主要集中在江西、云南、湖北、安徽、甘肃等省。我国铜尾矿数量巨大，综合利用率低。依据中国资源综合利用年度报告（2014），我国境内铜尾矿2009年～2013年间年均产量约为3.01亿吨，呈现出逐年增加的趋势。据统计截止到2014年底，现存铜尾矿量在我国境内的近24亿吨，Cu的平均品位为0.07%～0.08%，资源综合利用率约为8.2%。我国铜尾矿铜结构多样，单体颗粒解离率低，嵌入粒度细，矿物结构和化学成分复杂，矸石含量高。这些因素严重制约了铜尾矿的综合利用和技术的发展。

2.综合利用现状

我国现代科技、工业、社会和国民经济的高速发展，十八大以来的生态文明建设和习近平总书记讲话中提出的“两山论——绿水青山就是金山银山”已深入人心，国家环保政策和矿业市场需求都发生了很大变化，矿产资源开发利用在新时代背景下必然走向一条绿色、环保、高效、可持续的健康之路。如何建设一座绿色矿山，对铜尾矿进行综合利用已然重要，这成为我国铜矿企业良性发展与生存的必然选择，也是未来如何促进铜矿经济可持续发展的决定性因素。当前，铜尾矿的综合利用已经逐渐成为选矿、材料以及环保技术等领域的研究热点之一，主要研究点集中在以下几个方面。

2.1再选和回收有用组分

在采矿工业发展的早期，它受到当时选矿条件、冶炼技术和设备的限制。许多稀有元素、有价金属及其他的有用组分未被充分利用而残存在矿山尾矿中。随着采选工业科技的不断更新和升级，采矿、选冶设备以及技术都取得了高速的发展，目前的工业技术水平已逐渐发展到可以全面回收铜尾矿中一些有用的部件。这样不但能缓解日益紧张的矿产资源供需矛盾，而且在一定程度上还可以对企业产生较好的社会效应和经济效益。因此，研制选冶新技术、新工艺以及新设备来对尾矿中有用矿物及稀有元素组分进行再选和回收被认为是铜尾矿综合利用的有效途径之一。

聂庆民等以含铜0.14%的铜尾矿为研究对象，预先脱泥再磨后，经过一次粗、一次扫、三次细的重选过程，最终铜精矿品位为15.17%，最大回收率为68.37%。再选回收效果良好。李金林等采用一粗四精两扫的工艺技术，回收获得了品位为22.88%的铜精矿和品位为21.07%的铋精矿，再选效果突出。黄建芬等人员采用一段磨矿、两粗两扫两精的再选工艺，获得的铜精矿平均含铜18.13%，含金4.87g/t，铜、金回收率分别为69.88%、52.17%，对尾矿中金铜的回收效果较好。李天霞等采用原矿样浮选泡沫产品为载体，在磨矿细度为-74μm占80%的情况下进行一粗三精两扫，粗粒径再磨至-38μm（约占70%左右）后再进行两精两扫的综合再选工艺流程，最终获得铜精矿品位为18.07%、回收率为46.79%，较好地实现了铜尾矿中铜的回收。卓建英等采用“分级+再磨+浮选”的再选工艺流程，经一粗二精一扫，最终获得了铜精矿品位为8.73%，回收率40.34%，同时，伴生金和银的回收率分别为7.10%和18.07%，实现了伴生元素的综合回收。

2.2制备建筑材料

铜尾矿中主要成分石英、长石、伊利石和云母等非金属矿物，与建筑材料的主要成分密切相关，可以通过利用辅助剂和改良剂适量添加于铜尾矿中，改良或消除铜尾矿中含有的一些有毒有害的元素后，就可以基本实现利用铜尾矿作为主体原料来生产和制备新型建筑材料的目的。因此受到了许多专家及学者的重点关注和深入研究，在利用铜尾矿原料制备水泥、砖、石塑料等建筑复合材料、新材料等方面取得了较快进展，并取得了一系列成果。已发展成为一项促进铜尾矿资源和建筑材料的技术，是大规模开发利用的重要途径。

根据铜尾矿性质的差异，可以有针对性地选择制备不同的建筑材料或者是作为混凝土掺合料，也可以制备不同标号的水泥制品。朱永祥等人利用高硅铜尾矿作混凝土主要掺合料的试验中发现，在水灰比分别为不同的情况下，外掺铜尾矿最高量可达60%，制得的混凝土试件的强度表现良好，耐久性能稳定。方永浩等人以低硅铜尾矿为主要原料制作灰砂砖的研究中，在175℃～190℃蒸压温度下制得的灰砂砖物理结构和力学性能完全符合国家标准要求。利用铜尾矿制备的新型建筑材料，不仅具有强度高和耐久度好的优点，还可以与其他废弃物一起再次利用，符合绿色经济中的“减量化”原则，是解决铜尾矿问题的重要途径之一。虽然铜尾矿用于制备建筑材料研究较多，但仍存在技术单一、产品附加值不高等问题。

2.3充填采空区

大量铜资源开采后，地下采空区面积较大，利用铜尾矿对地下采空区进行回填。这是目前最有效的直接利用铜尾矿来减少废物的方法之一。利用铜尾矿进行回填的方法是在尾矿成分中掺入一定比例的胶凝材料，搅拌成膏体状的尾矿料浆直接输入到废弃的矿井及采空区中。利用铜尾矿作为填料具有就地取材、来源充足、运输快捷、废物利用、降低风险等优点；不仅能有效解决因尾矿堆存造成的土地资源占用、环境污染及安全风险等问题，还可大程度实现成本降低甚至完全省去了尾矿库的建设及正常运行的费用，提高了效益，减轻了相关企业的经济负担。

目前最常用的方法是利用搅拌设备、浓密机、工业泵等将各种膏状尾矿浆输送到地下充填采空区。我国的尾矿充填技术水平，如级配尾矿胶结充填、废石尾矿胶结充填、全尾矿胶结充填、膏体抽采采空区等目前处于世界领先地位。国内对于利用铜尾矿作井下采空区的充填料浆积累了大量的研究和实践经验。金川铜矿采空区回填采用的膏体泵送充填系统，在铜尾矿中添加普通硅酸盐水泥、粉煤灰等胶凝剂，制成膏体充填料浆，经泵压输送，充填能力达150m3/h。冬瓜山铜矿采用的全尾砂胶结充填技术，通过立式砂仓连续制备系统，以自流输送方式，实现了单套系统最高达120m3/h的充填能力。甲玛铜矿采用全尾砂高浓度胶结充填系统，通过立式砂仓与深锥浓密机的联合制浆方法，以膏体自流输送的方式，在我国高海拔地区成功实现了单套系统高达180m3/h的大流量稳定连续尾砂胶结充填。

充分利用铜尾矿来充填采空区，有效减少了大宗固废的排放，为当下绿色矿山的建设提供了技术支撑，产生了较好的社会效益和经济效益，已经成为铜矿山固废资源化利用和保护环境的一个有效手段。随着中国经济社会的不断发展及铜矿资源的持续开发利用，中国铜尾矿充填技术将会在更大流量、更低成本的充填设备、工艺及充填系统智能化等方面进一步提高。

2.4作玻璃和陶瓷原料

铜尾矿可作为陶瓷、玻璃等的原料，部分铜尾矿还可开发高附加值产品，如泡沫陶瓷、微晶玻璃、白碳等。杨航等以铜尾矿为主要原料，加入钠长石、白云石、发泡剂等。经球磨成-0.054mm粒度，在烧结温度1200℃、保温60min下，制备的发泡陶瓷密度和强度符合国家标准要求。廖力以高钙、高铁、低硅铝的铜尾矿为研究对象，通过配料熔制、水淬烧结及晶化磨切等工艺制备的CaO-MgO-AL2O3-SiO2四系微晶玻璃的质量符合国家标准要求。用铜尾矿制备的微晶玻璃、陶瓷材料等高附加值产品，性能好，成本低，是当前铜尾矿综合利用的新方向。

3.问题与建议

近年来，铜尾矿的再选和综合开发利用等相关技术不断探索和积累，取得了一些突破性的研究成果，但是进展仍较缓慢。目前，再选和回收有用组分、制备各种新型建材、用于充填采空区、开发生产高附加值产品等已经发展成为国内外对铜尾矿研究和综合利用的主要途径。但是铜尾矿的研究和综合利用技术仍然存在一些突出的问题，如综合利用的方式较单一、尾矿的综合利用率和利用深度不高、产品的附加值较低、工艺中引入新的添加物形成了新的环境问题、未重视能耗以及实际推广应用困难等问题。另外，由于不同产地的铜尾矿存在较大的差异性，很难形成高效、统一的综合利用技术。因此结合我国现阶段铜尾矿综合利用现状，建议从以下几个方面深入开展研究。

（1）重新再选和回收的有效成分的铜尾矿，有必要结合不同类型的尾矿的矿物特征加强研究矿物成分，共伴生状态，铜尾矿粒度分布，并提供一个合理的工艺流程。为提高尾矿资源利用效率提供理论依据。

（2）在制备建筑材料和高附加值产品时，应进一步研究尾矿的作用机理，以激发铜尾矿的活性。同时，国家应加大政策扶持力度，促进尾矿利用，形成产业，发展高尾矿产业，快速发展。

（3）在充填采空区方面，应进一步加强对胶结剂用量更少，充填体强度更高，对井下无污染以及流量大、成本低的新工艺、设备及智能化系统等方面的研究。

（4）铜尾矿资源综合利用应充分兼顾协调能源、环境、经济三者的关系，响应国家的节能低碳减排、绿色开发、循环经济等发展政策，顺应我国“创新、协调、绿色、开放、共享”的科学发展观和可持续发展战略理念。

最后，还应进一步加强对铜尾矿综合利用的新技术方法、新工艺设备的探索和研究，如利用微生物对铜尾矿进行再提取，用铜尾矿做土壤改良剂及矿物复合肥等技术，探索出更高效、更经济及更环保的利用新方法，全面实现我国铜尾矿综合利用的突破性进展。

参考文献：

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