露天矿的伴生资源综合利用模式及技术创新

陈宪武

（1. 山东能源枣庄矿业集团，山东 枣庄 277100 ；2. 准格尔旗金正泰煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

为了保护与合理利用矿产资源，优化资源开发保护格局，国务院在2016 年颁布《全国矿产资源规划（2016-2020）》规划标准，旨在根据该标准，加快转型矿业基本发展方向，为全面建成小康社会，提供可靠的能源资源，通过综合利用矿产资源，实现生态效益与经济效益的共赢。我国共拥有约960 万km2的陆地面积，拥有约473 万km2的海域面积，具有幅员辽阔、地质构造复杂的优越成矿条件，使得土地与海域中，孕育着丰富的矿产资源。

我国目前拥有的主要矿产超过170 种，其中被探明的矿产，更是超过了150 种。以铁矿为例，目前我国已查明的铁矿资源，平均品位约为34.29%，其中品位超过45% 的铁矿仅有2%，而贫矿占比在45%～46% 左右，可见虽然我国的矿产资源类型多、开采位置多，但富矿相对较少，矿产资源多以贫矿为主。再加之贫矿石需要选矿、球团烧结等工艺，才能对矿产资源进行冶炼加工，浪费矿产资源的同时，大量的冶炼废料、杂料，给生态环境也带来了恶劣的影响，因此研究露天矿的伴生资源综合利用模式及技术创新[1]。露天矿伴生资源综合利用模式，是通过科学的采矿工艺和先进的选矿方法，同时开采出主要矿种与伴生资源，分别提取矿物质并加以利用，节约矿产资源的同时，提高矿产资源利用效率，降低采矿成本，减少环境污染，实现现阶段矿产资源的开发、开采以及利用要求。

1 实地调查与分析

根据中国国土资源经济研究院，在2014 年颁布的《红格矿区矿产资源综合利用调研报告》（简称《调研报告》）可知，目前红格矿区的露天矿及其伴生资源储量较好，有极高的综合开发利用前景，下表1、表2，为《调研报告》中的部分储量统计信息。

表1 红格矿区露天矿及伴生资源的储量统计表1（万吨）

表2 红格矿区露天矿及伴生资源的储量统计表2（万吨）

根据上述《调研报告》中，部分露天矿的伴生资源现状可知，目前我国还有大量类似表1、表2 中的露天矿，此类矿中的伴生资源类型多，且储量丰富，因此研究露天矿的伴生资源综合利用模式及技术创新，是现阶段矿业发展的主要问题。

2 制定露天矿的伴生资源综合利用模式

制定露天矿的伴生资源综合利用模式，需要从多个角度出发，考虑矿产资源综合利用工作的前提、核心以及未来发展重心，因此制定综合利用模式，要大力调查现阶段全国露天矿的伴生资源综合利用现状，查清露天矿的伴生资源的“三率”水平，预测露天矿的伴生资源的发展潜力。要优化露天矿伴生资源配置，一方面，要重组资源存量资产，优化矿业企业；另一方面要在综合勘查、综合评价的基础上，统筹矿产资源开发时序，制定完善的开发利用方案。制定该模式，要积极研发并创新矿产资源综合利用领域的科技，例如联合“产学研”，重点攻关低品位矿产资源开发利用技术、深度加工以及综合利用技术，以节约集约的方式利用露天矿伴生资源；同时要创新矿产资源开发利用工艺，例如对资源回收工艺、尾矿资源利用工艺、伴生矿种综合利用工艺等进行优化创新。制定矿产资源综合利用模式，需要根据实际技术与利用现状，调整与资源综合利用相关的税收政策；优化资源综合利用认定制度，落实对资源综合利用的扶持政策；设立专项贷款、引导银行、企业等国内资本，以及其他符合规定的国外资本，投入到露天矿的伴生资源综合利用中，保证资源的开发与利用资金，实现对矿产资源综合利用激励机制的完善。

制定露天矿的伴生资源综合利用模式，需要设置矿产资源综合开发利用评价体系，需要的指标包括：矿产资源综合利用率、尾矿利用率等，利用该体系综合评价企业综合利用水平，主动企业在选矿、采矿、冶炼等环节，对于矿产资源的综合利用。还要健全资源综合利用模式的监督管理机制，定量化、科学化监管开采回采率、选矿回收率、综合利用率等指标，对于没有被综合勘探和综合评价的地质报告，政府不予认可；对于没有综合利用方案、无法保证露天矿周围生态环境的，政府不予颁发采矿许可证。将上述监督管理机制，作为综合利用模式的一部分。同时制定伴生资源综合利用模式，还要完善相关法律法规，例如依据《资源综合利用法》、《再生资源回收利用法》，加强对综合利用模式的管理。还要增加投入资金，建立资源综合利用专项，完善综合利用模式的制定标准。最后制定露天矿的伴生资源综合利用模式，需要加大宣传力度，增强全民的“资源节约”意识和“环境保护”意识，建立矿产资源综合利用情报网络系统，实现对露天矿的伴生资源综合利用的实时监测。通过上述采取的多个手段，制定露天矿的伴生资源综合利用模式，在源头环节就降低了露天矿伴生资源的利用损失[2]。

3 技术创新

3.1 更新使用设备

由于不同露天矿的伴生资源，其质量不同、疏水性矿粒与气泡碰撞几率不一致，回收难度有所差异，采矿过程中，细粒脉石容易随着水流的上升而活动，形成矿石与伴生资源夹杂的现象，致使两类物质之间的溶解度和粘稠度都发生了变化，不利于资源浮选，因此选用一批新的设备，解决因矿产资源掺杂而导致的难浮问题。首先更新后的离心力场浮选机，需要配有可向下方旋转移动的给矿装置，使细矿粒和气泡进入到叶轮腔内，碰撞与粘附处理后，在分离槽分选矿石与伴生资源。再更换微泡析出式浮选机，新投入的浮选机需要有拱形摆线型导气叶片喷嘴，利用该结构增加矿浆与空气的接触面积，并提高机器夹带空气的能力，将疏水矿物表面中的空气，以微泡的形式析出，加强设备捕集细粒矿物的能力。再有就是调换浮选柱，选择高度在2m～13m 之间，半径在0.25m～1.5m 之间。设置分布器，从柱体底部导入空气供给气泡，然后喷洒冲洗水，实现二次富集操作。当矿浆与气泡逆向流动，接触碰撞形成矿化气泡，且上升至泡沫层中时，冲洗水精选得到精矿，而未附着的颗粒物则可以在柱底排出[3]。通过更新上述三组基本资源开发开采设备，保证露天矿的伴生资源综合利用技术，可以正常、稳定发挥其固有功能，是技术创新的最基本环节，为新技术的合理使用，提供依附载体。

3.2 创新综合利用技术

在更新使用设备的基础上，创新综合利用技术的第一点，要创新露天矿伴生资源透视化地质保障，即建立一个一体化多方位综合探测手段，利用核磁、声光电等综合成像探测仪器，通过数据融合处理多维可视化重构数据，以全息地质全息透明显示的方式，实现对露天矿伴生资源的精准开采，利用互联网下的地理空间服务技术、AR 技术、CT 扫描技术、5G 通讯技术等，构建露天矿伴生资源赋存地质结构的1:1 地质模型，勘探开发露天矿伴生资源，动态精准掌控露天矿伴生资源的赋存、勘探开发、地质扰动等信息，实现对露天矿断层、褶皱、陷落、油气圈层等地质构造的特征分析，并实时掌握活化流体，例如粉尘、矿井水、瓦斯、二氧化碳的动态运移方式，并利用更新后的设备感知应力场、渗流场、裂隙场或者温度场的变化，构建露天矿伴生资源多相多场全息信息库，通过多层次拓扑模型，展现分布式多源异构资源信息的基本特征。根据所获结果，分析露天矿伴生资源的多相多场耦合演化机理，并分析灾害孕育演化规律。该分析借助互联网，通过模拟实验的方式，分析多维多源数据的传输、共享与互馈效果，揭示露天矿伴生资源综合利用模式下，应力场－裂隙场－渗流场－溶质化学反应输运场，多相多场的耦合演化机理，最终得到伴生灾害孕育演化规律，根据该结果感知、预警露天矿伴生资源开采时，可能发生的灾害，将损失降至最低。

通过上述准备工作，创新综合利用技术。首先对富矿与贫困均进行开采，实现贫富兼采这一理念，然后以全层、连续的开采方法，增加露天矿伴生资源的储备量。根据伴生资源的特性，从选矿或伴生资源加工环节入手，研究该资源的综合回收利用方式。下图1 为露天矿伴生资源开采实景图。

图1 露天矿伴生资源开采场地

图中的伴生资源为红黏土，红黏土是碳酸盐类以及其他金属矿石风化后，得到的产物，该土质含水量在40%～60%，一些地区的露天矿伴生红黏土，其含水量能超过90%，同时该土质密度小，空隙比在1.4～1.7 之间，加之红黏土中含有胶体SiO2、赤铁矿以及三水铝土矿等物质组成，具有强度大、压缩性低的特征，因此在开发露天矿石时，可以利用上一节的设备与仪器，对红黏土进行回收，将无害化处理该伴生资源，用来制作瓷器或陶器，至此在保证设备性能的基础上，创新露天矿的伴生资源综合利用技术，为矿业发展与自然生态发展，提供更加科学与严谨的技术支持。

4 结束语

按照此次研究制定的综合利用模式，改善原有利用模式应用下，存在的低利用率、生态环境恶化等问题，但受自身知识范围与研究能力的限制，本文还有很多地方丞待完善，今后的研究工作，可以从下面四个方面展开：第一，要进一步优化工艺流程，降低矿产资源的综合利用成本，以适应当今矿业发展要求；第二，要进行实地考察与测试，应用新的利用模式和创新技术，对不同种类的露天矿及其伴生资源，进行实地考察，计算矿产资源利用率、有效利用率以及回收率等指标，是否有所变化；第三，还要对焙烧工艺、冶炼工艺进行优化；第四，要敢于使用高精尖技术人才，并重点分析这些技术人员提出的问题和假设，加大技术研究力度，实现对露天矿产的伴生资源的综合利用，节约矿产的开采、开发成本，为国家资源利用、矿业发展，提供更加完善的手段，保证国家屹立于世界强国行列。