铅锌尾矿资源化利用研究进展*

胡国峰 许晓明 蒋庆肯 邵雁

（中冶南方都市环保工程技术股份有限公司）

我国铅锌资源储量居世界第二，2020 年铅精矿产量133.8 万t，锌精矿产量276.9 万t［1］。与铅锌精矿相对应，铅锌尾矿的产生量一般是铅锌精矿量的10倍以上，一般主要成分是SiO2、K2O、Al2O3等，同时还含有多种重金属成分。

大量铅锌尾矿的堆积不仅占用宝贵的土地资源，而且其中所含的重金属和残留药剂在一定条件下会形成酸性物质，并进入周边水体和土壤，污染人类的生存环境，影响人体健康，同时尾矿库还存在滑坡、泥石流等地质灾害风险［2］。随着尾矿数量的不断增加，矿企每年需投入大量的资金加高加固尾矿坝，甚至投入巨资重新选址修建新的接替尾矿库。因此，尾矿的储存已成为制约我国铅锌矿企业生存、发展的重大问题。

我国目前尾矿综合利用率不足20%，远低于欧美发达国家50%以上的先进水平［3］。通过尾矿资源化利用，“变废为宝”，可大量消纳尾矿资源，减少环境风险，同时推动生态文明建设，建设资源节约型社会。

通过分析现有铅锌尾矿的资源化利用方式，对提升我国铅锌尾矿资源利用水平具有重要的经济意义与社会意义。本文将通过分析铅锌尾矿的理化性质，介绍现有铅锌尾矿的资源化利用方法，并对铅锌尾矿综合利用发展前景进行展望。

1 铅锌尾矿的理化性质

为了更好地开展尾矿综合利用工艺的研究，需要对铅锌尾矿理化性质进行深入的了解。由于不同矿场的地质构造和形成条件千差万别，因而每个选厂所采用的选矿工艺也差异巨大，造成不同尾矿库的尾矿理化性质存在较大差异。

从物理性质来看，粒度粗细不均，整体上粒度偏细。西南某铅锌尾矿中大部分粒度在12～210 μm，堆积密度1.4 g/cm3左右。陕西汉中金远矿业等3 家矿企的尾矿粒径均不到100 μm，而且平均粒径小于50 μm［4］。粒径的大小不会改变有价元素的分布和浸出趋势，但是会显著影响其存在的形态和浸出浓度。

大体上，组成铅锌尾矿的主要有Ca、Fe、Mg、Al、Si、S等成分，同时还往往共伴生有Mn、Ti、Zn、Sr等［5］。从化学成分来看，与建筑用河沙基本一致，以Fe2O3、SiO2、CaO 等为主，能够作为天然河沙的替代性材料，作为道路及建筑物建设的基础材料［6-8］。同时，铅锌尾矿中还含有Ag、Fe、S 等组分，经过一定处理，可以回收这些有价组分。

2 铅锌尾矿的综合利用［9-12］

2.1 回收尾矿中有用组分

铅锌尾矿成分复杂、伴生有价成分较多，通过再选可以降低尾矿中有价组分的含量［13］。银是铅锌矿中很常见和很具经济价值的伴生组分之一，我国每年从铅锌矿中回收的共伴生银占银总量的70%～80%。实际生产中，物理选矿往往可以回收其中的S、Mo、Sn、Bi等共生组分，并获得相应的精矿，其他一些元素则需在冶炼过程中回收［14］。

根据尾矿中共伴生组分的不同，通常需要采用不同的工艺组合以便提高有价组分的回收率。凡口铅锌矿尾矿Zn 品位1.5%、Pb 品位1.3%，采用细筛分级—重选—浮选工艺处理，可从中分选出含铅17.83%、含锌29.60%，铅、锌回收率分别达71.82%和85.46%的铅锌混合精矿［15］。云南某铅锌尾矿铁品位为17.74%（磁性铁、赤褐铁分别占18.73% 和59.58%），采用弱磁选—强磁选—再磨精选—浮选脱硫联合工艺流程从中选铁，最终得到铁品位64.35%、回收率65.68%、含硫0.19%的铁精矿，达到了很好的铁回收效果［16］。青海某铅锌尾矿重晶石含量较高，具有回收利用价值，试验采用重选—浮选联合工艺，获得了BaSO4含量高达90.18%的重晶石精矿，重晶石回收率达52.45%［17］。龙泉铅锌尾矿采用重选脱泥—浮选工艺回收磁黄铁矿，试验获得了硫品位32.77%、含铁42.73%、硫回收率81.26%的硫精矿，经济效益显著［18］。

由于铅锌尾矿组分复杂，实际生产过程中采用单一选别工艺通常难以实现有价组分的高效回收。因此，在开展铅锌尾矿回收利用研究时，需要结合尾矿特性，采用磁选、浮选、重选等工艺的组合进行选别，以实现高效回收有价组分的目的。

2.2 建材化利用

铅锌尾矿除含有少量高价值的金属组分，其作为一种复合矿物原料，主要成分还包括石英、钙镁碳酸盐矿物、铝硅酸盐矿物等，化学成分以Si、Al、Mg、Fe、Ca 等的氧化物为主，在成分和粒径上大都满足建筑材料制备的要求［19］。因此，开发符合当下尾矿资源化综合利用宗旨，契合未来环境保护需求的技术，建设可以消纳大量尾矿、生产各种类型建筑材料的绿色矿山企业具有广阔的前景［20］，典型的建筑材料包括免烧砖、微晶玻璃、水泥等［21］。

冯启明以青海某铅锌矿尾矿为骨料，掺杂量70%～80%情况下，加入适量水泥（胶结剂）、石灰（激发剂）、聚苯泡沫粒（预孔剂）和混凝土（发泡剂），制备出轻质免烧砖，养护28 d的抗压强度达9.3 MPa，可作为建筑物填充砌块［22］。郭艳平等［23］以铅锌尾矿为主要原料，采用烧结法制备出机械性能良好，化学性能稳定的CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃，抛光处理后平均显微硬度为8.76 GPa，平均抗折强度为223.1 MPa。

基于铅锌尾矿中富含铁氧化物等组分，近年来，大量的研究者将重点放在以铅锌尾矿为材料生产水泥的研究上。这种技术在改善水泥熟料产量和质量方面效果突出，同时可以显著降低水泥生产的单位能耗，能够带来显著的经济和环境效益。以湖南凡口铅锌尾矿为原料生产的水泥年产量超过15万t［24］。

2.3 尾矿井下充填

大体上，尾矿充填可以分为干式、水砂、分级尾砂、高浓度全尾砂、膏体等充填工艺［25］。在矿山开采过程中往往会产生大量的采空区，这些采空区通常存在矿柱损坏、顶板破坏和地面塌陷等安全隐患，尾矿胶结充填已被证明是一种环境友好、经济高效的尾矿安全处置与采空区安全管理的方法。尾矿胶结充填可同时消除采空区坍塌等安全隐患和铅锌尾矿大量堆存造成的资源浪费问题。此外，尾矿的大量利用可缩小尾矿库的规模，降低尾矿库损毁的风险，而且充填膏体会固封尾矿中的重金属，一定程度上缓解尾矿造成的环境污染问题。

高浓度尾矿浓缩充填工艺的研究始于20世纪70年代，美国和南非从20 世纪80 年代初开始采用全尾矿充填工艺。Bad Ground 矿山在全尾膏体中混加适量的水泥以及废石，制备全尾矿膏体充填采空区，取得了理想的效果［26］。会泽铅锌矿利用膏体填充工艺，有效减少了尾矿的堆存量，该工艺的实施保护了环境，创造了显著的社会效益［27］。凡口铅锌矿和南京银茂铅锌银矿将尾矿浆二段脱水后，与水泥混合，充填料浆质量分数控制在70%～76%，输送至井下进行充填，尾矿利用率高达95%以上［28-29］。

作为一种优质充填材料，尾矿可就地取材，节省采集、破碎、运输等成本，是铅锌矿山尾矿综合利用的重要途径。

2.4 土地复垦

尾矿的长期大量堆存往往会引起采场、尾矿库等区域土地的退化，严重时会退化成寸草不生的废地，所以尾矿堆存地的再利用得到各国的广泛重视。目前，尾矿堆存地的恢复主要有物理、化学、生物等方法，而生物法实施尤其简便、二次污染风险小、成本低廉等，因而成为主流方式。对兰坪铅锌尾矿的复垦研究发现，植物根系附近的尾矿土壤性质和土壤肥力得到显著改善，同时植物地上组织中并未出现有害重金属元素的富集现象，实现了尾矿堆存地的再利用和生态环境改善［30］。

我国北部干旱地区有许多间歇河，由于河道内大小不一的鹅卵石的存在，导致其丧失耕种潜能。对于这种局面，可用尾矿围池复垦造田，种植经济作物，缓解土地紧张，并保持水土，尾矿中的锌、钼、硼、铁等微量元素还可满足植物生长发育的需求［31-32］。

3 结语与展望

由于国民经济发展对铅锌金属的需求旺盛，导致铅锌尾矿的大量产生，这些尾矿不仅会加重尾矿库的负荷，产生地质安全隐患与生态环境隐患，而且也是对资源的一种极大浪费。因此，围绕铅锌尾矿开展系统的资源化综合利用技术研究和实践就显得尤为重要。虽然在利用水平上国内已取得长足进步，但是在实践中依然存在一些不容忽视的问题，比如回收有价组分的效率低下、再利用产品附加值低、消纳速度滞后于尾矿的产生速度等问题，而且不同矿场铅锌尾矿的组分存在很大差异，形成统一高效的资源化利用方式较难实现。目前综合利用是一矿一策，不同矿场的尾矿采用的工艺方案很难在其他矿场复制推广。因此，下一步需要在研发上持续加大人员和资金的投入，在理论层面上深入研究，从而在关键技术装备上形成突破。针对铅锌尾矿资源化综合利用，在通过建材化利用实现少尾和无尾的同时，还应开发高附加值的建材产品，创造良好的社会效益。同时还应着重开展土地复垦领域的研究，在实现尾矿库复垦和生态重建的同时，有效地解决尾矿库因尾矿大量堆积而引发的一系列安全问题。