探究我国尾矿资源综合利用现状及发展前景

韩瑞鹏，汪强，袁路，臧鹤琦，韩鹏辉，赵旭东

1.中煤景泰（北京）环境科技有限公司；2.陕西水利水电工程集团有限公司

尾矿是对原矿进行开采、加工等技术生产流程后，剩余有用目标组分含量较低而无法用于生产的部分[1]。尾矿的主要矿物成分，是各种脉石矿物，例如石英、长石、辉石和角闪石等，其主要化学成分为铁、硅、铝等元素的氧化物和硅酸盐[2]。尾矿作为一种较为常见的矿业加工余料，深受认知和技术生产水平的限制。在很长一段时间内被当做矿业废料而遗弃，随着矿产资源的过度开发，以及生态地质环境保护的需要，对尾矿资源综合开发，将其作为二次资源加以利用亟待进行。从根本上解决经济建设与资源开发利用的矛盾，以此实现矿产资源的绿色可持续发展。

一、尾矿综合利用现状

（一）尾矿的类型

根据金属元素的性质和组成、矿物组成等。尾矿可以分为黑色金属尾矿、有色金属尾矿、贵金属尾矿、非金属尾矿4种[3-4]，见表1。

表1 尾矿的分类

（二）我国尾矿资源综合利用现状

我国尾矿资源综合开发利用要比西方工业发达国家迟了几十年。但近十几年，随着我国转变经济发展方式结构转变，以及国家各项相关政策的出台和落实，尾矿资源利用水平显著增强。由于能源经济的快速发展，在很长一段时间内，全球尾矿排放量巨大。根据相关统计数据，我国尾矿排放量在2014年达到峰值后逐年下降，2019年排放量略有增长，为12.72亿吨；与此同时，随着尾矿资源大量堆积衍生的问题日趋严峻，我国积极投入对尾矿资源综合利用的研究中，2019年我国综合利用尾矿资源约为4.13亿吨，综合利用占比约为32.5%，相比较2018年提高4.8个百分点。虽然尾矿总体开发利用率呈攀升态势(如下图1)，但仍有65%以上的尾矿未得到充分利用。现阶段，我国尾矿资源利用主要集中在有用成分选别、生产新型建材、资源回填等；因此，对尾矿开展系统化开发，实现资源二次利用的潜力很大[5]

图1 2011-2019年我国尾矿综合利用量和综合利用率变化情况

二、尾矿综合利用技术

近几年，政府部门充分发挥引导作用。在相关政策的支持下，大批矿山企业、行业协会与高校、科研院所联合攻关，积极投入到尾矿资源综合利用专项研究中，自然资源部每年都会遴选一批先进适用技术，在全国范围内推广应用，在尾矿资源二次化利用、无害处理、消灾减量等工作中取得了显著成果。目前对尾矿综合利用主要途径有尾矿资源二次精选、采空区回填、加工生产为建筑材料、尾矿无害化处理后实施土地复垦、肥料生产等。

（一）尾矿资源中有价组分的提取

我国尾矿多伴生矿物，因受选矿技术水平的限制。在很长一段时间内，矿山开采仅对其中的一种或几种品位较高的矿种进行回收，大量低品位的矿物富集在尾矿中[6]。随着选矿技术水平的提升，对尾矿进行二次选别，充分开采其有价矿物成分，对实现矿产资源的充分利用具有重大的意义。例如，海南矿业股份有限公司，针对弱磁性铁矿石，应采用粗粒级跳汰重选技术，提高贫矿入选品位，以此实现节能降耗，有效整合原富矿及贫矿选矿系统，并将贫富分采改为混采，提高采矿效率及资源综合利用率。除可回收低品位的主体矿产以外，还可以回收尾矿中的其他有用组分。张轰玉[7]对白云鄂博选铁尾矿稀土高效回收试验研究中，得到稀土精矿品位（REO）60.44%，回收率（REO）为90.47%。

（二）利用尾矿资源生产建筑材料

尾矿是一种复合型的矿产资源，矿物成分主要为石英、长石、辉石等，其化学成分主要为多种金属的氧化物，其中包括 Sio2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO 等，接近建筑用骨料、新型水泥、透水砖、微晶玻璃等所需成分，可以加工为建筑材料，具有广泛的应用领域[8]。当前，应利用尾矿砂石生产建筑材料。已成为矿山地质环境治理及尾矿资源减量化综合利用的重要途径[10]。

1.生产建筑用砂

砂是混凝土或者砂浆中，不可或缺的主要细集料。现代建筑物的主要构成原料传统用砂来源为河流采砂，无序的开采对生态环境造成了严重的破坏。近十几年，砂石需求量更趋紧张，对尾矿石料进行破碎、筛洗，既能够有效地解决建筑用砂的资源困境，同时还能达到尾矿砂石的二次利用[11]。

尾矿砂普遍具有粒径大、级配较差，压碎值较低等特点，不能直接用于建筑用砂，需经一定的生产工艺对其进行二次加工后，方能成为合格的砂料。其生产工艺为：对原材料进行初步破碎后传送至对辊破碎机再由滚动筛对其进行初次筛选，细沙直接输送至成品沙堆积区，粗砂进一步破碎、筛除、水洗后输送至成品沙堆积区。

2.生产水泥材料

作为一种无机胶凝材料，水泥广泛应用于建筑工程领域，并且每年需求量巨大。而尾矿砂中含有大量的石英，其主要化学成分为二氧化硅，满足普通硅酸盐水泥生产的配料要求，经适当粉磨，与粉煤灰、石灰石等合理配比，经一定的煅烧工艺可以生产出满足强度及胶凝效果的硅酸盐水泥[12]。例如马钢（集团）某矿业公司尾矿全量资源化综合利用技术，采用改进后的工艺技术及设备，开发出尾矿水泥材料新型配方和系列技术，尾矿在烘干、输送过程中不结团、不堵料，从而使得生产过程顺畅，具有经济和环保的双重效益，应用潜力巨大。

3.生产免烧砖

免烧砖为不经高温锻炼，应利用尾矿渣、粉煤灰、煤矸石等为主要原料。根据实验后的配方，经高压压制成型的新型建筑材料，其生产流程为上料机→搅拌机→皮带输送机→压砖机→砖坯→养护→成品→出厂。近些年，我国对利用各种尾矿固废料生产环保型免烧砖出台了相关的技术标准及政策优惠力度，已将其作为全免增值税的建材制品[13]。

（三）采空区回填

将尾矿料用于采空区回填，是一种重要的尾矿资源减量化手段，同时也是践行“安全矿山、生态矿山”的理念要求，保持地压平衡，预防矿区范围内潜在地质灾害的重要措施。当前，针对尾矿填充技术主要从填充物料选择和配比、填充区地质环境现状，填充体的单轴抗压强度、非均质性、沉降特性等方面进行了研究[14]。且取得了很好的生态和经济效应，汪光德等[15]通过对邯郸某铁矿地面沉降区稳定性分析后，对充填原料、填充技术进行了充分的研究。经综合分析利用尾矿废料进行填充比修建尾矿库节省投资约600万元，运营成本极低。

（四）无害化尾矿资源在农业中的应用

尾矿在农业生产中的应用前提，是要做好尾矿的“无害化”处理[16]。无害化的尾矿资源可以应用于生产新型肥料、园艺栽培基质以及实施尾矿用地复垦等[6]。

1.生产新型肥料

尾矿中含有植物生长所需要的微量元素，例如铁、锰、氮、磷、钾等，将无害化尾矿作为基料与N、P原料按照一定比例混合，经一定的生产工艺流程，可制备出一种根据植物生产需要而缓慢释放肥料的新型化肥-可控缓释肥料。杨振兰[16]在对辽宁本钢歪头山铁尾矿制肥工艺研究中，生产出多元素可控缓释肥，可使化肥利用率提高到30%以上。

2.尾矿用地复垦

由于尾矿的大量堆放，势必会占去较多的土地资源。大量的尾矿用地沙化严重，表土植被稀少，重金属富集，植物难以生存，通过将尾矿砂石综合利用，可有效去除尾矿库存。便于开展土地复垦工作。对尾矿无害化处理之后，需按照“宜耕则耕、宜林则林”的治理原则，并结合地方规划对适宜复垦的区域实施绿化工程、土地复垦工程等手段，不仅可以防风固沙，美化环境，同时新增的耕地可用于占补平衡，能起到很好地生态和经济效益[16]。

三、对尾矿综合利用前景展望

（一）尾矿综合利用与区域经济协同发展的思考

目前尾矿利用大都集中在单一的某个技术层面。如何契合区域经济发展，能最大限度地实现尾矿资源的可利用价值，同时兼具其他产业的联动发展，真正实现资源与经济建设统筹协调发展还有待进一步探究。例如河北某县在对无主废弃矿山治理中，积极贯彻国家绿色生态理念，并将矿区内无序堆放的残垣断壁实施削坡卸荷、尾矿砂石清运整平，清运出来的砂石料由政府公共交易平台进行拍卖，同时能引入社会资本参与新建洗沙厂、免烧砖厂等对尾矿砂石进行破碎、振筛二次加工生产为建筑材料（砂石骨料、免烧结砖等），腾退的土地复垦为林地或水浇地等。通过这种综合治理模式，不仅消除了地质灾害隐患，实现了矿山生态系统重建的构想，同时还可产生新增耕地指标可用于建设用地审批及指标收益，新建的尾矿二次加工企业还解决了当地群众就近工作的问题，且取得了很好的生态、社会和经济效益。

（二）政策引领尾矿综合利用进入新时期

在面对全球能源变革、应对气候变化行动加速的背景下。“十三五”期间我国印发了《循环发展引领行动》，推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展，新修订了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》（2020年），应鼓励采取先进工艺对尾矿、废石等矿业固体废物进行综合利用。一系列的能源新政从顶层设计上进一步强调尾矿资源的战略意义，也将推进尾矿资源信息化管理、潜在利用价值评定、绿色开发与综合利用迈入新的台阶。

四、结语

我国尾矿资源利用，在政策完善、二次利用、消灾减量、技术创新工作中取得了很大得进步。尾矿综合利用率逐年攀升，一大批绿色矿山，“无废”城市试点建立为矿产资源改革提供了支撑服务。

笔者从政策引领、技术创新等角度提出以下建议：1）在政策上制定尾矿资源专项利用条例，统筹配套实施方案，明确责任主体；2）开展尾矿资源确权登记、储量核实、有价元素、综合利用成效等评价机制，加快科技创新能力，积极开展尾矿资源高效利用科技攻关专项；3）推广绿色矿山金融信贷服务，从而对尾矿综合利用较高地企业提供激励措施，并以此可提升矿山企业对尾矿资源利用的积极性。