大冶市尾矿资源特征及综合利用建议

阮业东， 刘孟合， 吴昌雄， 刘冬勤， 王 磊， 沈 军， 杨栩玥

(湖北省地质局 第一地质大队，湖北 大冶 435100)

尾矿是指选矿厂在特定的经济技术条件下，选取矿石中有用成分后排放的废弃物[1]。由于受不同时代科技水平与选矿条件的限制，许多有用成分仍残留在尾矿中。尾矿库是通过筑坝拦截谷口或围地构成的，用以堆存金属或非金属矿山排出的尾矿或其他工业废渣的场所。长期以来，大冶市境内因矿产资源的大规模采掘开发，遗留下大量尾矿库。开展大冶市尾矿资源综合利用示范研究，对提高该地区矿产资源节约和综合利用水平，推动矿山生态环境修复，实现生态环境保护与经济社会发展共赢局面具有重要意义，并将产生巨大的经济、环境和社会效益。

1 尾矿库分类及分布特征

大冶市尾矿库共有165座，总库容量约7 577.31×104m3。尾矿库多位于矿山周边，修建在山谷、山麓处，少部分位于岗地间。尾矿库面积小的仅几百平方米，大的几十万平方米；库容量也不等，少则仅几万立方米，多则达数千万立方米。

1.1 尾矿库分类特征

1.1.1依据库容量分类

依据各尾矿库现有库容量进行划分，以1 000×104m3、100×104m3、10×104m3为界，分为大型、中型、小型及微型尾矿库(表1)。据此分类，大冶市现有大型尾矿库3座，中型尾矿库5座，小型尾矿库31座，微型尾矿库126座，总库容量分别为5 564.13×104m3、696.90×104m3、835.92×104m3、480.36×104m3。

表1 大冶市尾矿库库容类型划分表Table 1 Classification table of tailings storage capacity in Daye City

1.1.2依据原矿类型分类

依据形成尾矿的主要原矿类型进行划分，可分为铁矿、铜矿、金矿、其他矿种等4种类型(表2)。其中铁矿类指以铁为主要矿种的铁矿和铁铜矿等；铜矿类指以铜为主要矿种的铜矿、铜铁矿、铜金矿、铜钼矿等；金矿类指以金为主要矿种的金矿、金铜矿等；其他类为未包含以上矿种的其他矿种，主要有铜钨钼矿、钨矿等。

如表2所示，全市共有铁矿类尾矿库113座，铜矿类尾矿库47座，金矿类尾矿库4座，其他类尾矿库1座。可以看出大冶市尾矿库以铁矿类、铜矿类为主，两者占尾矿库总数的96.96%。

表2 大冶市尾矿库矿种类型划分表Table 2 Table of classification of tailing reservoir mineral types

1.1.3依据尾矿库运行状态分类

依据尾矿库的运行状态进行划分，可分为未闭库、已闭库两大类。其中未闭库尾矿库泛指所有未办理闭库手续的尾矿库，含运行、停用、废弃三类；已闭库尾矿库可分为闭库未复垦、闭库后复垦、闭库后再利用三类。根据实地调查情况来看，多数已闭库尾矿库的植被较为茂盛，部分已闭库尾矿库零散种植了果蔬等，难以区分是否复垦，故本次调查中把闭库未复垦和闭库后复垦尾矿库合并为闭库尾矿库。在本次调查的尾矿库中，有运行尾矿库12座、停用尾矿库2座、废弃尾矿库2座、闭库尾矿库146座、闭库后再利用尾矿库3座。

1.2 尾矿库分布特征

大冶市尾矿资源分布广，主要分布在还地桥、金山店、金湖、大箕铺、陈贵、灵乡等地(表3)。其中保安镇2座、陈贵镇15座，大箕铺镇21座，还地桥镇41座，金湖街办26座，金山店镇42座，刘仁八镇2座，灵乡镇16座。

表3 大冶市尾矿库地理分布表Table 3 Geographical distribution table of tailings reservoir in Daye City

2 尾矿物质组成特征

不同类型尾矿的物质组成差异较大，而相同类型尾矿的成分也因原矿成分、选矿工艺等不同而有所差异。

2.1 铁矿类尾矿

铁矿类尾矿中金属矿物主要为黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿和极少量的黄铜矿、褐铁矿等，主要呈棱角—次棱角状，粒度多为0.03～0.15 mm。非金属矿物主要为长石、石英、方解石、角闪石等，多呈棱角状、次棱角状、他形粒状，粒度0.03～0.4 mm。

以同和尾矿库尾矿(表4、表5)为例，尾矿中非金属矿物主要为片状的金云母(20.76%)及绿泥石(12.37%)，并含有较多石英(9.88%)、滑石(7.39%)、钠长石(7.09%)、镁铁闪石(6.38%)、蛇纹石(6.31%)、方解石(6.31%)及正长石(5.98%)。金属矿物主要为黄铁矿(6.07%)，少量为磁铁矿(1.19%)等，偶见菱铁矿、赤铁矿、黄铜矿、榍石、金红石及钛铁矿等。尾矿中化学元素成分主要为：O(42.81%)、Si(21.58%)、Fe(9.58%)、Mg(8.21%)，并含少量Al、Ca、S、K，含量分别为4.25%、3.96%、3.48%、3.06%。

表4 同和尾矿库尾矿的矿物组成表Table 4 Mineral composition of Tonghe tailings reservoir

表5 同和尾矿库尾矿的化学元素成分表Table 5 Chemical constituents of Tonghe tailings reservoir

2.2 铜矿类尾矿

以周家园尾矿库尾矿(表6、表7)为例，尾矿中金属矿物主要为黄铁矿(2.06%)、磁铁矿(0.60%)、褐铁矿(0.39%),辉钼矿、黄铜矿、菱铁矿等含量低得多，主要呈棱角—次棱角状，粒度多为0.03～0.33 mm。非金属矿物主要为方解石(22.86%)、长石(16.66%)、石英(15.62%)、白云石(8.18%)、透辉石(7.62%)等，多呈棱角状、次棱角状、他形粒状，粒度0.02～1 mm。尾矿中化学元素成分主要为：O(46.22%)、Si(19.78%)、Ca(14.41%)，另含少量Fe、C、Mg、Al、K等。

表6 周家园尾矿库尾矿的矿物组成表Table 6 Mineral composition of Zhoujiayuan tailings reservoir

表7 周家园尾矿库尾矿的化学元素成分表Table 7 Chemical composition of Zhoujiayuan tailings reservoir

以石头咀老尾矿库的表层尾矿为例，金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿，少量为磁铁矿、褐铁矿等，呈棱角—次棱角状，粒度多为0.01～0.14 mm。非金属矿物主要为绢云母、石英、高岭石等，多呈小鳞片状、棱角状、次棱角状、他形粒状，粒度0.01～0.4 mm。

由上述可知铜矿类尾矿中，非金属矿物主要为石英、长石、方解石、绢云母等，金属矿物主要为磁铁矿、赤铁矿、黄铜矿、褐铁矿等。

2.3 金矿类尾矿

以大青山尾矿库尾矿(表8、表9)为例，尾矿中非金属矿物主要为方解石(24.62%)、石英(8.25%)、黑云母(6.69%)、高岭石(6.00%)、绿帘石(4.09%)、铁白云石(3.80%)等，并含有较多的绿泥石、钾长石、伊利石、钙铁榴石、辉石、石膏等。金属矿物主要为菱铁矿(13.29%)、黄铁矿(7.67%)、磁铁矿(3.67%)及赤铁矿(2.21%)等。尾矿中化学元素成分主要为：O(40.63%)、Fe(19.45%)、Ca(14.73%)、Si(9.90%)、S(4.63%)，另含少量Al、Mg、K、Mn等。

2.4 钨矿类尾矿

以龙角山尾矿库尾矿为例，金属矿物主要为黄铁矿、磁铁矿和少量的赤铁矿、黄铜矿、褐铁矿，斑铜矿、辉铜矿、白钨矿等矿物少见，金属矿物主要呈他形粒状、棱角—次棱角状，粒度多为0.005～0.25 mm。非金属矿物主要为方解石、石榴子石、透辉石、石英等，多呈棱角状、次棱角状、他形粒状，粒度0.01～0.12 mm。

表8 大青山尾矿库尾矿的矿物组成表Table 8 Mineral composition of Daqingshan tailings reservoir

表9 大青山尾矿库尾矿的化学元素成分表Table 9 Chemical composition of Daqingshan tailings reservoir

尾矿中化学元素成分主要为：Fe2O3(22.68%)、SiO2(28.46%)、CaO(29.84%)，S(1.97%)、WO3(0.301%)较少，另含少量Al、Mg、K、Mn等。

3 尾矿有用元素特征

3.1 铁矿类尾矿

铁矿类尾矿中，TFe平均品位>10%，Co平均品位一般可达0.01%，均具有一定的开发利用潜力。而Cu、Au等其他元素含量较低，达不到综合利用的标准。

3.2 铜矿类尾矿

铜矿类尾矿中，Cu平均品位>0.1%，TFe平均品位>10%，其他金属元素的含量不一，与原矿伴生元素含量有关(如周家园尾矿库尾矿的Mo含量为0.11%)，均具有一定的开发利用潜力。

3.3 金矿类尾矿

金矿类尾矿中，Au平均品位一般<0.13 g/t，Cu平均品位一般<0.035%，含量均较低，回收利用价值较小。但是个别尾矿，如大青山尾矿库的Cu等元素具有一定的回收利用价值。

3.4 其他类尾矿

其他类尾矿中，个别尾矿中WO3、TFe、Cu等品位较高，均具有综合回收利用价值，但Au、Ag等贵金属元素含量难见富集，不具综合利用价值。

4 尾矿中稀有、稀散、稀土元素特征

4.1 稀有元素

所有类型尾矿中稀有元素含量均较低，经与《矿产资源工业要求手册(2014年修订本)》[2]对比分析，一般低于最低工业(边界)品位1～2数量级，难以进行综合利用。

4.2 稀散元素

Ga在铜绿山尾矿库、许家咀尾矿库的尾矿中含量均较高，平均品位分别为29.1×10-6、38.9×10-6，达到Ga伴生元素最低工业指标要求(22×10-6)。In在大青山尾矿库尾矿中含量均较高，平均品位为2.03×10-6，接近In伴生元素最低工业指标要求(5×10-6)。Te在大青山尾矿库、许家咀尾矿库的尾矿中含量均较高，平均品位分别为2.66×10-6、1.19×10-6，达到或接近Te伴生元素最低工业指标要求(2×10-6)。Ge在铜绿山尾矿库尾矿中含量均较高，平均品位为22.2×10-6，达到Ge伴生元素最低工业指标要求(20×10-6)。其他元素在尾矿中含量均较低，达不到可回收利用的最低工业品位。

综上所述，Ga、In、Te、Ge等元素在大冶地区的尾矿中含量较高，可综合利用。

4.3 稀土元素

大冶地区尾矿中，稀土元素总量为60.5×10-6～272.3×10-6，平均为156.0×10-6，且以Ce、La、Nd等轻稀土元素为主。根据《稀土矿产地质勘查规范》[3](DZ/T D204—2002)要求，独居石砂矿边界品位为100～200 g/m3。本次评价的尾矿中除周家园尾矿库尾矿外，大多超过该边界品位(其中锡冶山尾矿库尾矿含量最高)，平均品位为269.5×10-6，均具一定的综合回收利用价值。

5 综合利用建议

面对日益减少的矿产资源，科学利用和合理开发尾矿资源显得尤为重要[4-6]。根据大冶市尾矿资源特征，提出7个方面的尾矿综合利用建议。

5.1 回收有价金属元素

大冶市尾矿中有价金属元素丰富，例如龙角山尾矿中WO3远超工业指标，达到了中型矿床的规模，还有Fe、Cu等其他有价金属元素，其综合开发价值极高。据估算，大冶地区中型以上规模的尾矿库的尾矿开发价值就超百亿元。大冶地区尾矿中还含有Ga、Re、Ge、Te等稀有金属元素，开发利用尾矿资源时必须考虑回收这部分稀有金属矿产。总之，进行尾矿综合利用时，应首先评价其中有价金属元素的含量和资源量，评估可利用价值，以取得最大经济效益[7-10]。

5.2 开发成建筑材料

尾矿中金属矿物含量一般不超过尾矿质量的5%，绝大部分为富含SiO2、Al2O3、CaCO3等的非金属矿物，因此可以用于生产建筑材料，例如尾矿制砖、水泥掺和料、建筑用砂、混凝土骨料、陶瓷材料、新型玻璃材料等。以尾矿制砖为例，采用尾矿为原料研发的产品有免烧砖、透水砖、蒸压砖、加气混凝土切块砖等，其中免烧砖是以密度较小的细粒石英砂尾矿为主料，经钙化处理而获得的一种新型建筑材料；透水砖是由80%左右的高硅尾矿加入一些煤矸石、黏土，经过烧结成型制得的。以硅酸盐水泥生产为例，其一般需要配一定比例的黏土和铁，而铁、铜类尾矿的主要成分与水泥生料所用黏土质原料接近，同时还含有校正原料铁，完全可以替代水泥生产所需的全部黏土。此外，利用尾矿作混凝土细骨料、铁路和公路的筑路碎石以及建筑用砂的成功例子较多，因此尾矿的应用较为广泛。

总之，应充分借鉴建材行业已有的成熟工艺，将尾矿创新地开发成一些建筑材料，抢占市场份额，提高其经济效益。

5.3 充填矿山采空区

将尾矿用于矿山采空区回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一，尤其对于无处设置尾矿库的矿山企业来说，利用尾矿回填采空区更具环境和经济效益。目前已有成熟的胶结充填采矿技术，可以使地下采矿回采率提高20%～50%，使原来根本无法开采的位于水体、重要交通干线和居民区下面的矿体能够被开采出来，并可以几乎完全避免地表塌陷和基本避免地下水失衡造成的重大危害。

随着中国倡议建设绿色矿山，提高资源综合利用率、节能减排、环保的矿山模式成为发展趋势。新型高效的全尾矿胶结充填技术将在这些方面发挥更多优势，最大限度地利用尾矿资源，并减少环境污染和土地资源浪费。

5.4 用于制作肥料

有些尾矿中含有植物生长所需要的多种微量元素，经过适当处理可制成用于改良土壤的微量元素肥料[11-12]。磷矿尾矿粉被活化后可制成复合肥的填充料[13]。磁化尾矿加入化肥中可制成磁化尾矿复合肥[1]。但目前尾矿用于制作肥料只是停留在对少量尾矿的利用上，还无法减少大宗尾矿的堆存。

5.5 用于制造高附加值产品

(1) 制造新型材料。尾矿的矿物组成和化学元素成分常与一些轻工、无机化工原料较为接近，是一种不完备的天然混合料，可以通过掺入少量其他原料开发成微晶玻璃、建筑陶瓷等新产品。例如利用尾矿制造微晶玻璃属高层次尾矿利用途径，国内已有30多年的开发历史。

(2) 作为土壤改良剂。尾矿中含有大量的微量元素，经过适当处理可制成用于改良土壤的微量元素改良剂。例如长春商金世纪矿业技术开发公司与国外科研机构共同协作，在利用尾矿制作土壤改良剂方面取得了突破性进展[4]。

(3) 制备泡沫混凝土。泡沫混凝土也称为发泡混凝土，尾矿因具有合理的颗粒级配，是泡沫混凝土理想的填充料。尾矿在泡沫混凝土中起到一定的骨架作用，可以提高混凝土的抗压强度和耐久性。

5.6 用于土地置换

尾矿库大多位于城镇周边，不仅制约着城镇的建设发展，更是一个较大的安全隐患。尾矿库中的尾矿经综合利用之后，尾矿库可进行土地置换，用作建设用地、工业用地等。

5.7 作为农田耕地

尾矿中含有植物生长所需要的多种微量元素，经过适当的改造，可作为农田耕地，种植经济作物、经济植被等，这样既能利用植物根系稳固尾矿，提高尾矿库稳定性，又能合理利用土地资源，获取经济效益。

6 建议

大冶市尾矿资源丰富，应以“资源—环境—灾害”三位一体的综合利用框架和“全面摸底—资源勘查—市场调研—工艺确定—市场销售”链条化的开发利用思路为指导，从摸清家底、市场调研、价值评估、合作开发四个方面统筹谋划尾矿资源的综合利用，实现尾矿综合利用产业化，在消除尾矿安全隐患、环境污染问题的同时，变尾矿为二次资源，实现经济社会和生态效益多赢。当前应大力发展循环经济，争取政府支持，加强技术创新，调动市场资本投入尾矿资源综合利用项目，助力尾矿资源综合利用产业化。