尾矿减量化、资源化和无害化 实践状况与思考

摘要：介绍了我国尾矿处理和综合利用的产业政策和产业现状，详细阐述了尾矿处理和综合利用的减量化、资源化、无害化的技术路线及其实践情况，包括尾矿再选、回收伴生有价矿物、尾矿充填采空区、尾矿烧制产品、尾矿堆存后复垦技术等，系统地论述了尾矿处理和综合利用产业存在的问题，并从国家统筹引导、技术产业化、建立管理标准和评估体系3方面，给出了尾矿处理和综合利用产业发展的建议。

关键词：尾矿；综合利用；减量化；资源化；无害化

中图分类号：TD926.4 文献标志码：A 文章编号：1001-3954(2022)01-0038-06

作者：郑竞，程波，杨武，刘 朋，陈士超；洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司  河南洛阳 471039；矿山重型装备国家重点实验室河南洛阳 471039。

长期以来，我国矿山尾矿排放量巨大，2019年全国尾矿排放量为12.72亿t，尾矿综合利用总量约为 4.13 亿t，综合利用率约为 32.5%。尽管尾矿综合利用率呈逐年上升趋势，但每年仍有约70%的尾矿未得到有效利用，加之以前尾矿堆存数量巨大，尾矿规模化利用的潜力很大。

尾矿排放占用大量土地资源，形成尾矿库。含有重金属元素的尾矿对矿区的水土资源造成巨大威胁，破坏矿山的生态环境。尾矿库的长期运作及维护耗费大量的资金，给企业带来了沉重的负担；同时，它是一个高势能风险源，且存在溃坝的风险。

随着“十四五”规划的开展，国家重视矿山产业结构改革，施行绿色矿山和资源循环利用的可持续性发展规划，陆续发布大宗固体废弃物排放和利用的政策、法律、法规，尾矿排放成本越来越高。尤其是《中华人民共和国长江保护法》和《中华人民共和国黄河保护法(草案)》的实施，严禁在长江和黄河流域扩建和新建尾矿库，大多数矿山面临无法扩容、甚至无尾矿库可用的状况。可见，开展尾矿处理和综合利用技术研究既是环境保护所需，也是提高矿山企业效益、发展绿色循环经济的要求。

1 产业技术现状

尾矿处理和综合利用技术有很多，综合来看，主要可以分为三大类，即减量化、资源化、无害化，具体如图1所示。

1.1 减量化

减量化是指矿山企业在设计和产品规划上，减少尾矿的排放，主要包括3个方面，主要矿物再选、回收伴生有价矿物、尾矿充填采空区。

1.1.1 主要矿物再选

随着选矿技术的发展和选矿厂管理水平的提高，很多选矿厂对主要矿物进行再选，一般以铁矿选厂为主，如首钢水厂铁矿选厂、梅钢梅山铁矿、研山铁矿、昆钢大红山铁选矿厂、本钢歪头山选厂等，分别利用新工艺或新设备在原有尾矿中回收铁精矿，提高了铁矿的回收率；其他矿山，如江西某金矿、阿舍勒铜矿、新疆某稀有金属公司等，也对尾矿进行了再磨再选实践，提高了资源利用水平。从尾矿中回收主要矿物，可以避免资源的浪费，减少尾矿排放，还能提高企业经济效益。

1.1.2 回收伴生有价矿物

我国矿产资源具有品位低、嵌布粒度细、伴生矿物多等特征，许多矿石除了主要矿物外，还伴生有其他许多有价组分。在尾矿中回收伴生的有价矿物，是尾矿减量化的重要途径之一。

洛阳栾川钼业集团三道庄矿区从钼尾矿中回收低品位白钨矿和黄铜矿，规模相当于一个大型的钨矿选厂，取得了良好的技术经济指标。金堆城钼业汝阳东沟选厂利用“盘式磁选机+滚筒磁选机+淘洗机”全磁流程，从浮钼尾矿中回收超低品位的磁铁矿，获得了品位为63%的铁精矿，年创收约3000万元。安庆铜矿通过磁选、脱硫浮选的工艺流程获得了磁黄铁矿，年产量达到200万t，效果明显。郑晔等人2研究了从黄金尾矿中回收贵重金属，实践表明，黄金尾矿中常含有可回收的贵重金属，可通过不同的选矿工艺进行回收。虽然从尾矿中回收伴生有价矿物的技术难度较高，且回收率往往较低，但是其需要的磨矿能耗较少，成本较低，经济效益可观。随着新的选矿技术和设备的发展，人们还可以从已闭库或正在排放的尾矿中选出其中的有用组分，提高资源的利用效率。

1.1.3 尾矿充填采空区

利用尾砂作为矿山充填料的胶结充填技术已广泛应用于国内外矿山，一般应用在使用阶段充填法的矿山，是尾矿大量减排的主要措施之一。尾矿充填不仅能够控制矿山地压活动，避免地表塌陷，保障采矿安全，还能够消耗大量的固体废弃物。常用的尾矿充填工艺有2种，一是粗尾砂充填，它投资少，易于管理，充填体强度相对较高；二是全尾砂充填，该充填工艺复杂，对生产管理要求较高，投资和运行成本更高，但是有条件实现采充平衡和矿山零排放。目前，全尾砂充填技术为主流充填技术，已成功应用于李楼铁矿、冬瓜山铜矿、白象山铁矿、会宝岭铁矿、崇礼紫金金矿、香炉山钨矿、阿舍勒铜矿、喀拉通克铜矿、萨热克铜矿、金川镍矿、铜绿山铜矿、会泽铅锌矿、谦比希铜矿、伽师铜矿等多个矿山采空区治理。尾矿充填的关键技术在于充填料体积分数的控制，它不仅影响胶结粉的用量，还影响着充填体的强度和养护时间等。在满足充填矿浆顺利输送的条件下，通过深锥浓密机或者立式砂仓等设备，辅以先进的自动化控制手段，将充填体积分数提高至60%~65%，是尾矿充填的重要工作。

尾矿减量化可大幅消纳尾矿和废石，是尾矿处理和综合利用的首要选择。尾矿再选与回收有价元素的经济效益可观，近年来，在尾矿回收工艺技术和回收设备上都有很大进展，但该利用途径受尾矿本身特性及回收技术的影响较大，需要因地制宜地进行深入研究，而且再选和回收有价元素后，仍然会产生大量尾矿或二次污染。尾矿充填工艺技术成熟，但大部分矿山的选矿比较高，难以在采空区和全部尾矿之间实现充填平衡，且露天开采的矿山不具备充填条件，必须联合其他尾矿利用技术，才能从根本上解决尾矿排放的问题。

1.2 资源化

我国尾矿的物化性质复杂，需要因地制宜地制定不同的资源化方案。尾矿资源化利用的主要途径是以尾矿为原料生产建材产品。目前成熟的资源化产品可分为两大类，一是烧制产品，如微晶玻璃、发泡陶瓷、烧结砖、陶瓷粒、水泥等；二是免烧产品，主要是免烧砖、蒸气砖、混凝土骨料等。

尾矿的种类和物质组成虽然千差万别，但是基本组分中大多含有SiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、K₂O 等，其综合利用途径是有规律可循的。一般来说，根据尾矿的化学成分和矿物组成，除去有毒有害物质，调整尾矿掺入比例，添加合适的辅助材料，通过适当的工艺，以尾矿为原料生产烧制产品的技术可行性较高。

1.2.1烧制产品

尾矿烧制建材产品的代表是微晶石(也称微晶玻璃)，微晶石的主要成分是SiO₂,与许多尾矿成分相似。据实验室初步研究结果，尾矿在微晶玻璃原料中可以占到25%～36%。中国地质科学院尾矿综合利用研究中心利用其专利技术，推广实施了多个综合利用尾矿制造微晶石项目，如在新疆、陕西凤县和洛南县、山西浮山县等。在烧结砖方面，梅山选矿厂根据其尾矿的特有性质，开展了尾矿制造烧结砖试验和半工业试验研究，尾矿掺量达到75%，免烧砖抗压强度达到24.89 MPa，并且项目得以成功工业化。马冬阳的研究表明，铝土矿尾矿制造耐火材料从工艺技术上是可行的，但到目前为止，尾矿制造耐火砖项目的工业实践较少。发泡陶瓷是一种具有保温、防火、隔音的墙材，经过改良后，发泡陶瓷已经发展成为复合微晶发泡陶瓷，其主要生产工艺路线为：利用尾矿、陶瓷废料制成微晶石颗粒，然后将细粒级微晶颗粒研磨至-200目约70%之后，加入发泡剂和装饰材料，再经过二次烧制成型，最终生产出复合微晶发泡陶瓷。微晶发泡陶瓷既有发泡陶瓷的性能，又具有装饰外墙的作用，已逐渐被用作装配式建筑外墙，在河南、江西、山东等地成功应用，是一种发展前景良好的墙材产品。

尾矿组分中有黏土、石灰石、铁(全铁品位一般大于20%)、SiO₂等，当其中一个的含量较高时，可以用作水泥原料。山东昌乐县特种水泥厂、山东沂南磊金股份有限公司分别将铜尾矿和金尾矿掺入水泥原料中，在满足国家标准的情况下，降低了水泥生产成本。山东铝厂也用生产氧化铝的泥渣来制造高标号水泥。

尾矿烧制产品的附加值一般较高，但是尾矿利用率较低，利用量较少。此外，生产过程中需要将烧制温度提高到1000℃以上，能耗较大，不符合“碳达峰、碳中和”的长期发展目标，而且容易产生二次污染，难以大规模推广。

1.2.2免烧产品

尾矿制造免烧的建筑材料不需要高温烧结，制造过程一般不会产生二次污染，是一种绿色环保、低能耗、廉价的资源化方法。尾矿生产的免烧产品主要有免烧砖、混凝土骨料、粗细砂、蒸汽砖等。免烧砖又称非烧结砖或新型墙砖，它是指一大类不经烧结的，符合利废、节土、节能、绿色环保、可持续发展方向的，符合建筑墙体承重、安全、耐久技术要求的，新型实心或空心墙体砖。免烧砖又分为标准砖块、透水砖、仿生石材砖、路沿石、护坡砖等等。

尾矿生产免烧砖已经成功应用在大线沟金矿，不但消纳了尾矿，还产生了良好的经济效益和社会效益。商洛市华润建材化工工贸有限公司以钼尾矿为主要原料，投资建设屋面瓦、马路砖、墙体砖的生产线及配套设施，每年可处理尾矿6万t，年产值达到2000万元，利润达到450万元。事实上，免烧砖的制造对尾矿原料的组分要求较低，铁、铜、铅锌、钼 、黄金等尾矿均可生产符合国家建筑标准的免烧砖，但是由于市场需求小和运输距离短等原因，实施项目并不多见。

尾矿做混凝土骨料是较简单的尾矿综合利用方式之一，主要以0.1 mm以上粒级的中粗尾矿为主，如铁矿预先选别的尾矿和一些粒度较粗的有色金属矿。在实际应用方面，马鞍山姑山铁矿、安钢集团舞阳矿业公司、北京密云铁矿、南京梅山铁矿、芜湖和成矿业等，都将预先选别的粗粒级尾矿用于建筑用砂，取得了良好的经济效益。此外，根据尾矿的粒度特性，3～20 mm的尾矿还可以用作路基材料。

免烧产品对尾矿化学成分要求较低，只要不含放射性元素和重金属离子等有毒有害物质即可，其产品生产规模大，尾矿利用量较大，缺点是产品附加值较低，产品运输距离短。

1.3  无害化

尾矿无害化主要分为两方面，一是尾矿消除重金属和放射性元素等有害物质之后，用于土壤改良剂或无机缓释肥回等；二是尾矿堆存之后进行复垦，以避免环境污染或发生重大安全事故。

河南煤化集团与北京海达华尾矿资源公司合作的“钼尾矿无害化农用产品项目”，研发出土壤调理剂及钼尾矿缓释肥，并完成了尾矿无害化处理农用的全部工作。在实际应用过程中，虽然尾矿用于无机肥料在工艺技术上可行，却难以大面积推广，实践较少。其原因是尾矿中的成分比较复杂，还需要加入其他材料进行改良，工艺成本、尾矿处理成本和运输成本均较高。

经过减量化和资源化后，还有大量的尾矿需要处理。当前主流的尾矿处理方法：一是尾矿库湿式堆存；二是尾矿经过浓密和压滤后干式堆存；三是在高体积分数的尾矿中加入胶结剂，实现固结排尾。湿式堆存法包括低体积分数矿浆和膏体堆存；尾矿干堆在国内外的应用案例较多，主要集中在黄金矿山，该方法可以减少黄金尾矿中的有毒物质对土壤和地下水的污染；固结排尾的总成本低于尾矿库排尾，但该技术在推广应用中还不成熟，需要进一步的实践研究。

闭库之后的尾矿库往往会产生扬尘、土壤污染、周围土质退化等问题，尤其是重金属中残留的有毒有害药剂对库区周围农作物和环境也将产生长久的污染。尾矿复垦就是在闭库后的尾矿库滩面及坡面上覆土，然后种植农作物或经济作物等，固定尾矿，使其在自然条件下不被风吹雨淋带走，减少其对周边环境的污染。尾矿复垦一般复垦为林地、草地和耕地等，不仅解决了尾矿库污染和安全问题，具有良好的环境效益，还有一定的经济效益和社会效益。

无论是湿排还是干堆尾矿库，其环境治理都是一项复杂的系统工程，需要多专业、多领域的合作，在管理方面需要多部门协同，建立尾矿库复垦标准和评估体系，持续推进绿色矿山建设。

2 存在的问题和思考

虽然我国持续开展在尾矿处理和综合利用方面的研究工作，也取得了一些成果，推动了一批项目落地，但是尾矿综合利用率依然较低，大规模的尾矿利用项目较少，尾矿处理和综合利用技术尚未实现工程化、产业化，主要原因有以下几个方面。

(1)经济效益不明显，企业投资动力不足。尾矿在工业上的应用，大多为回收尾矿中的有价金属或直接作为机制砂销售；利用尾矿生产的高附加值的产品种类较少，成本也较高，市场竞争力不足；尾矿制造免烧砖的生产成本虽然可控，但是由于运输成本的问题，销售范围一般在300kW以内。这些因素导致大规模的尾矿综合利用项目难以落地。

(2)需要多领域、多专业的协同创新和研究。尾矿处理和综合利用是涉及到采矿、选矿、材料、化学、建筑、环境、农业、地质、生态等多学科的复杂的系统工程，需要多领域的协同和合作研究。而目前尾矿综合利用的产品种类有限，单一产品的利用量少，也难以在规模上有所突破。

(3)中小型矿山的资源和环保意识不足。中小型矿山的采选工艺落后，资源利用率低，对尾矿多乱堆乱排，缺乏系统性的尾矿处理和综合利用规划。目前国内对综合利用尾矿资源、改善生态环境的呼声很高，国家也相继出台了相关法律、法规，但仍有不少矿山企业对尾矿利用与治理工作缺乏应有的重视，宁肯交纳环境污染费，也不愿意投资尾矿的利用与治理。加之这些矿山较多而且分散，地方政府也难以采取有效措施对其进行综合管理。

(4）缺乏长远规划，资金投入不足。长期以来，尾矿利用项目在资金上得不到保证，投入严重不足。我国支持资源综合利用的专项资金较少，融资渠道没有解决，再加上矿山行业对经济周期依赖性强，尾矿利用资金筹措困难。这导致了大量的技术研究工作虽然具有实验室的可行性，但是落地实施的项目较少。这也是我国尾矿利用率不高、矿区土地复垦面积少的重要原因。

综上所述，尾矿处理和综合利用产业存在涉及领域广、处理量大、资源利用容易产生二次污染、尾矿综合利用产品经济效益低等问题，在当前的综合技术水平和社会环境、政策环境中，尾矿综合利用率达到100% 的难度较高。建议从政府层面引领尾矿处理和综合利用产业工作，组织统筹协同多领域、多部门联合创新和合作；技术上，按照“三化”技术路线，推动产学研有机结合，加快技术向工程化、产业化转变；监督管理上，建立完善的尾矿处理和综合利用管理标准和评估体系，从而推动尾矿处理和综合利用产业又好又快的发展。

2021年以来，根据《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》对环境保护的总体要求，国家发改委先后下发了《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》和《关于开展大宗固体废弃物综合利用示范的通知》，旨在提升尾矿等大宗固体废弃物的综合利用水平。

3 结语

尾矿处理和综合利用产业历经多年发展，各领域的从业者做了大量的工作，取得了一些成果，但是产业发展规模依然不大，产品种类少、规模小，整个产业尚处于初步发展阶段。笔者建议从整个产业大局出发，在技术规划上，坚持“减量化、资源化和无害化”的技术路线；从矿山设计和生产的角度，减少尾矿的排放量，开展因地制宜的资源化利用；对于不能资源化的尾矿，进行无害化处理，消除环境污染和安全事故风险，进行复垦和土壤改造，合理消纳尾矿，建设和谐的绿色矿山。

来源：矿山机械2022年第1期

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