我国矿山尾矿综合利用和减排的新进展

我国矿山尾矿综合利用和减排的新进展
尾矿，就是选矿厂在特定经济技术条件下，将矿石碎磨、选取“有用组分”后所排放的废弃物，也就是矿石经选别出精矿后剩余的固体废料，是工业固体废物的主要组成部分，其中含有一定数量的有用金属、非金属矿物，可视为一种“复合”的硅酸盐、碳酸盐等矿物材料，并具有粒度细、数量大、污染和危害环境的特点，但同时又是一种潜在的二次资源。

换言之，尾矿具有二次资源与环境污染双重特性。

我国是个矿业大国，但大多数矿山资源的品位较低，在选矿流程中排出大量的尾矿，随着矿产资源利用程度的提高，矿石的可开采品位相应降低，尾矿产生量也在增加。

据统计，2000年以后，我国矿山每年尾矿产生量达到6亿t以上，按此推算，现有尾矿的总堆存量在80亿t左右。

这些尾矿不仅要侵占大量的土地，污染矿区与周边地区的环境，形成安全隐患，而且每年还需要投入大量资金维护尾矿库的正常运行。

因此，开展尾矿综合利用和减排的工作，使之变废为宝，化害为利，可有效缓解资源和环境的双重压力，可谓一举多得。

一、我国矿山尾矿现状及危害
（一）尾矿是引发重大环境问题的污染源
其突出表现在侵占土地、植被破坏、土地退化、沙漠化以及粉尘污染、水体污染等。

如原冶金部曾对9个重点选矿厂调查，选厂附近15条河流受到污染，粉尘使周围土地砂化，造成235.5hm2农田绝产，268.7hm2农田减产。

又如，曾被称为新中国钢铁工业粮仓的鞍山，几十年的铁矿开发带来明显的负面效应。

其中最为典型的是在鞍山周边形成了30多km2的排土场和尾矿库(6个），这个全国最大的排土场和尾矿库内几乎寸草不生，就像一个人工造就的巨大戈壁、沙漠，同时它也成为鞍山最大粉尘污染源。

尾矿粒度较细，长期堆存，风化现象严重，产生二次扬尘，粉尘在周边地区四处飞扬，特别在干旱、狂风季节中，细粒尾矿腾空而起，可形成长达数里的“黄龙”，造成周围土壤污染，并严重影响居民的身体健康。

据专家论证，尾矿也是沙尘暴产生的重点尘源之一。

另外，尾矿中含有重金属离子，有毒的残留浮选药剂以及剥离废石中含硫矿物引发的酸性废水，对矿山及其周边地区环境污染和生态破坏，其影响将是持久的。

由于我国矿山大多是依山傍水，矿山开发的许多重大环境问题，长期未引起重视，所积累的后果，最终以“跨域报复”、“污染转移”等不同形态影响区域环境，甚至给人们带来难以补偿的灾难。

（二）尾矿堆存占用大量的土地资源，也给企业带来了沉重的经济负担
我国共有大中型矿山9000多座，小型矿山26万座，因采矿侵占，占地面积已接近4万km2，由此而废弃土地面积达330km2/a，以我国露天矿为例，排土场、尾矿库占地面积占矿山用地面积的30%－60%。

采矿活动及其废弃物的排放不仅破坏和占用了大量的土地资源，也日益加剧了我国人多地少的矛盾，而且矿山废弃物的排放和堆存也带来了一系列影响深远的环境问题，对土地的侵占和污染制约了当地的社会经济发展并危害到人体的健康等。

以辽宁省为例，据不完全统计，辽宁省因矿业开发占地达2203km2，破坏土地约500km2。

辽宁11个大中型铁矿占用土地119.18 km2，破坏土地面积82km2，一些矿区植被覆盖率已
由80年代的60%－80%下降到20%－30%，且多为灌木次生林。

2003年统计全省有6881处矿山，治理率仅有2.2%。

一些企业的尾矿库已快到服务年限，有的还在超期服役。

随着尾矿量不断增加，建立新的尾矿库已势在必行，这需要占用大量的农林用地。

1个年产200万t铁精矿的选矿厂，建1座尾矿库需占地53.36～66.7hm2，也只能维持10～15a生产之用。

由于土地资源越来越紧张，征地费用越来越高，导致尾矿库的基建投资占整个采选企业费用的比例越来越大，且尾矿库的维护和维修也需消耗大量的资金。

（三）引发重大工程与地质灾害的事故源
尾矿库是堆存流塑状物体的特殊构筑物，被国家安监部门列为重大危险源，在全国运行的黑色矿山尾矿库中，存在安全隐患的尾矿库占30%，我国每年都有尾矿库溃坝，造成重大人员伤亡和财产损失。

多年来，矿山固体废物堆存诱发次生地质灾害，诸如排土场滑坡、泥石流、尾矿库溃坝等多起重大工程与地质灾害，给社会带来了极大的损失。

据对我国具有较大规模的2500多座尾矿库统计表明，20世纪80年代以来，发生泥石流和溃坝200余起。

如1986年4月30日黄梅山铁矿尾矿库溃坝，冲倒尾矿库下游3km2的所有建筑，尾矿掩埋了大片土地，19人在溃坝中死亡，95人受伤；2000年广西南丹县大厂镇鸿图选矿厂尾砂坝溃坝，殃及附近住宅区，造成70人伤亡，其中死亡人数28人，几十人失踪；特别是2008年山西襄汾“9·8”尾矿库溃坝事故造成267人遇难。

尾矿库的安全和尾矿的整体利用是密切相关的，如尾矿被整体利用，可彻底铲除事故危险源。

（四）造成资源的严重浪费
我国矿产资源利用率很低，其总回收率比发达国家低20%，铁、锰黑色金属矿山采选平均回收率仅为65%，国有有色金属矿山采选综合回收率只有60%～70%。

以铁矿为例，我国资源共伴生组分很丰富，大约有30余种，但目前能回收的仅有20余种。

因此大量有价金属元素及可利用的非金属矿物遗留在固体废物中，每年矿产资源开发损失总值达数千亿元。

特别是老尾矿，由于受当时条件的限制，损失到尾矿中的有用组分会更大一些。

矿山固体废物具有危害和利用的双重性，是一种宝贵的二次资源。

我国矿产固体废物的一个显著特点是量大、矿物伴生成分多。

这主要是我国在开发矿物资源方面存在着“单打一”、“取主弃辅”等诸多问题，将许多伴生组分矿物作为废物弃置。

因此，构成了我国矿产固体废物具有再资源化和能源化的巨大潜力。

目前，全国每年铁矿尾矿排放量约6.3亿t，以全铁11%计算，如果仅回收铁含量为61%的铁精矿，产率按2%～3%，全国每年就可以从新产生的尾矿中回收1260～1680万t 的铁精矿，相当于投资建设4～6个大型采选联合企业。

二、尾矿综合利用和减排的难点
多年来，我国尾矿利用率长期徘徊在7%～9%，主要原因有以下几点：
（一）尾矿产生量大。

全国每年产出8～10亿t尾矿，其中铁矿山6亿余t。

缺乏高效环保、经济适用、大用量、能够将全部尾矿吃干榨尽的技术。

（二）尾矿类型多、成分复杂、粒度细，有价元素含量相对较低。

不同矿山的尾矿性质也千差万别，脱水、过滤难度大，回收和综合利用难度大、成本高。

（三）有些尾矿产品本身的附加值低，质量和性能上还存在不足，市场竞争力差。

有一些尾矿产品，虽然在技术上讲是可行的，但由于工艺复杂，投资大，能耗高，目前还难以实施，或者说从经济上讲还行不通。

（四）尾矿建材产品容重大、附加值低，产品销售的辐射范围有限（≤50km）。

社会上对尾矿产品还心有疑虑，增大了尾矿产品进入市场的难度。

（五）尾矿利用和减排的投入大。

由于经济效益一般较小，企业的积极性不高，技术研发投入不足，等等。

这些现象都为矿山尾矿减排和综合利用带来了一定的困难。

三、尾矿综合利用和减排的途径和进展
尾矿综合利用和减排系统工程示意见图1。

（一）尾矿再选－从尾矿中回收有价成分
开展尾矿再选是提高资源利用率的重要措施，也有利于减少尾矿的排放、马鞍山矿山研究院是国内最早开展尾矿资源综合利用的单位之一，先后完成了30多项尾矿资源利用的研究项目。

研究并采用重选、磁选联合流程回收马钢南山铁矿尾矿中硫、铁，每年可回收30%品位的硫精矿5万多t，铁精矿7万多t；对济源钢厂选厂尾矿采用同样工艺，可获产率2.5％，钴品位0.59%的一级硫钻精矿和品位64%～66%的铁精矿；对山西临钢二峰山铁矿尾矿进行了多种选别流程的对比试验研究，分别获得铁精矿品位62%～67%，磁性铁回收率80%以上的技术指标。

马钢桃冲铁尾矿中含有85.36%的钙铁石榴石，且储量大。

为充分利用这一资源，马鞍山矿山研究院与桃冲铁矿研究成功了强磁选一次粗选、二次精选、一
次分级摇床选别流程，选出了石榴石含量97.39%，回收率41.00%以上，磁性物含量0.54%的石榴石精矿。

我国尾矿的再选发展非常迅速，攀枝花铁矿每年从铁尾矿中回收V，Ti，Co，Sc等多种有色金属和稀有金属，回收产品的价值占矿石总价值的60%以上。

江西德兴铜矿通过尾矿再选，年回收硫精矿1000t，Cu9.2t，Au33.4kg，产值达1300多万元。

陕西双王金矿从尾矿中回收硫精矿，产值达3.4亿元，又从尾矿回收钠长石精矿，其产值超过金的产值。

从尾矿再选所取得的成果可以看出，不仅提高了资源的回收率，也给企业带来巨大的经济效益。

“首钢大石河铁矿裴庄东土线干选回收矿石工艺研究”项目针对首钢大石河铁矿裴庄东排土场资源特点，成功地研究开发了从废石中回收磁铁矿石的“粗选与分级精选”新工艺。

该工艺流程合理，适应性强，技术、经济指标先进，具有国内外新颖性，属国内首创并达到了国际先进水平。

生产实践表明，新工艺投产后，按裴庄东排土场现有生产规模，每年可从废石中回收磁铁矿石36万t(铁品位＞24%），可多产铁精矿10.42万t(品位66%计），按首钢内部价格计算，选矿厂年经济效益1000万元，同时可减少排土场占地。

该项研究符合国家高效利用矿产资源的有关政策，在国内同类型矿山具有推广应用价值。

（二）尾矿用作建筑材料
对于尾矿建材的开发研究，国外起步较早。

早在20世纪60年代初，前苏联就开始了尾矿建材的研究和生产，如克里沃罗格铁矿除将尾矿进行适当分级后用作混凝土的粗细骨料外，还用细粒级的尾矿生产硅酸盐建筑制品；库尔斯克则建起了以尾矿为主要原料的水泥厂和玻璃厂；科夫多尔和卡齐卡纳尔采选公司还用含大量硅酸镁的选矿尾矿，研制出镁质水泥和水泥制品。

加拿大以尾矿研究墙体材料，魁北克矿山还用磨细的尾矿烧制出耐火硅砖。

美国除从废石中回收萤石、长石、石英等外，目前绝大多数尾矿被用作混凝土填料和铺路材料，也有人用铁燧石岩尾矿制成密度可调的轻质砖。

日本有人将铁尾矿与10%的硅藻土混合，烧制成轻质骨料。

乌克兰则将石英岩尾矿加以分级，＞0.14mm的作为建筑用砂，＜0.04mm的用来生产气孔玻璃和泡沫玻璃，0.14～0.04mm的用作混凝土填充料和制作泡沫混凝土材料。

国外许多金属矿山都将二次资源进行了优化处理，并将剩余的尾矿用于制造尾矿砖和建筑材料等。

我国以尾矿或矿山废石作为建筑材料的研究与应用已经20多年。

矿山废石及选厂尾矿已可作为铁路、公路道渣及混凝土粗骨料来使用。

多种矿山尾矿被作为免烧尾矿砖、砌块、广场砖、铺路砖及新型墙体材料的原料，有些矿山则将尾矿制成陶瓷墙地砖、瓦、轻质材料；还有很多矿山的尾矿成为良好的水泥材料，有望形成尾矿水泥系列。

从20世纪80年代起，首钢矿业公司就开始与有关单位进行尾矿砂石开发与应用研究。

1991年，尾矿应用研究通过了成果鉴定，并荣获天津市科技成果奖。

但由于种种原因该成果没有得到大规模推广应用。

2004年起，尾矿骨料的利用得到迅速的发展。

目前，该公司200万t钢新建工程完全使用尾矿骨料，还供应北京、天津部分建筑工程使用。

到2005年初，减少尾矿排放量70万t，从而降低管道磨损，降低电耗、备件消耗，累计节省尾矿运输费用130万元，少占用尾矿库容量40万m3，延长尾矿库使用年限，合计增收节支646
万元。

另外，通过尾矿利用，减轻了对周边环境的污染，为保护滦河水质做出了贡献，环境效益明显。

安钢集团舞阳矿业公司2005年全年剥离量1400万t，可利用的围岩量1000万t，尾矿砂164万t。

该公司已建成了一条年处理量800万t的尾矿骨料生产线，从试产分析，可节约废料专门存放所使用的土地6.67 hm2/a，延长输送系统、库容寿命带来的效益约90万元/a，目前生产砂石产品的利润630万元/a，总经济效益合计约1320万元/a。

北京密云铁矿目前年生产精矿粉45万t，产生围岩200多万t，尾矿砂100万t。

围岩已全部加工成建筑骨料，产值4000多万元。

尾矿砂全部作为建筑细骨料，其中30%直接作为建筑用砂，其余用于建筑砖和砌块等产品，产值1000多万元。

基本做到尾矿的零排放，已初步建成花园式矿山。

历年积累的尾矿也处理了将近2000万t，为解决首都建设用骨料做出了贡献，产生了巨大的社会和经济效益。

武汉理工大学与武钢（集团）矿业公司合作，以该公司所辖程潮铁矿的低硅尾矿为原料，成功地进行了低硅尾矿加气混凝土的研制。

主要技术指标为尾矿原料中SiO2含量大于40%，加气混凝土产品质量达到GB 11968－97标准，生产成本低于粉煤灰和黄沙系列的加气混凝土。

北京建筑工程学院等单位利用密云铁矿的围岩碎石和选矿后产生的尾矿代替传统砌块生产中的粗细骨料试制混凝土小型空心砌块，采用振动加压成型，通过对样品进行检测及经济分析表明，可以制成符合国家标准、规格为390mm×190mm×190mm的承重混凝土小型空心砌块，砌块的设计强度等级达到10MPa以上，砌块中固体废弃物的最高利用量在原料配比中可达85%，其中尾矿用量可达20%以上。

承德铜兴矿业公司以低硅尾矿为主要原料，掺入适量矿渣和粉煤灰等固体废弃物，辅之激发剂，经过加压成型后，在170～220℃下，采用蒸压养护方式制成标准砖。

该砖平均抗压强度达到16.2 MPa，抗折强度为3.6MPa，抗冻性指标合格。

固体废弃物利用率达到90%以上。

济南钢铁集团总公司为解决原郭店铁矿选矿后的废弃尾矿占用排放场地问题，同时达到合理利用尾矿资源、三废治理的目的，经考察、技术论证后，投资30万元建成了尾矿免烧砖生产线，该生产线设计生产能力为500万块/a，所产免烧砖以选矿后的尾矿为主要原料，并配以公司钢渣处理生产线所产钢渣粉（铁渣粉、矿渣）及少量的水泥等为辅料，这样不仅做到废物的合理利用，同时每年可节省尾矿倒运费用近10万元。

山东金洲矿业集团有限公司所辖的3家矿山企业共有5个尾矿库，总储量达313万t。

该公司投资3000多万元上马了尾矿堆浸项目、加气混凝土砌块项目和6000万块/a蒸压砖项目，先采用堆浸技术回收提取尾矿中的金、银，堆浸回收率达65%至70%，回收后的尾矿再用于制造加气砖和蒸压砖二其中22万t/a尾矿综合利用生产砌块、蒸压砖工程项目获“山东省循环经济十大示范工程”称号。

专家称，此项工程具有技术先进可靠、资源产出率高、综合利用特征明显、经济效益显著等特点，值得推广利用。

为提高尾矿产品的附加值，近年来，国内有关高校、科研院所与矿山企业相结合，开发出了玻化砖、微晶玻璃、建筑陶瓷、工艺美术陶瓷和日用陶瓷、铸石和水泥等高附加值产品。

山东焦家金矿是中国最大的金矿之一，该金矿尾矿化学成分接近于常见商品玻化砖的化学成分，其矿物组成以石英及长石为主，接近于常见商品玻化砖的配料。

试验表明，以80%尾矿加20%高可塑性粘土制成的试样，其最佳煅烧温度为1150℃，吸水率＜0.2%的烧成温度的可变化范围是30℃。

板状试样经煅烧后不变形，不开裂，抗压强度可达295MPa，颜色美观，光泽度等达到了普通商品玻化砖的水平。

焦家金矿尾矿综合利用工程—年产20万t陶瓷商品化原料及年产400万m2高档墙地砖生产线，2000年获建材行业第九次优秀工程设计一等奖，并获第十届全国优秀工程设计银质奖。

利用尾矿生产微晶玻璃，国内已有30多年的研究历史。

中国地质科学院尾矿利用技术中心曾利用铁、铜、金等20余种矿产、上百座矿山尾矿资源开发出白、红、黄、绿、黑、兰、灰等300余种花色品种产品，先后在北京、天津、山西、广东、云南、重庆、河北、山东、江西、江苏、四川、新疆、吉林、内蒙、湖南、河南、安徽、辽宁等省市数十家企业进行中试和工业化试验生产，获得成功。

在微晶玻璃配方中，尾矿利用率可达60%～80%，生产成本大幅度降低。

（三）尾矿用作土壤改良剂及磁化复合肥
绝大多数尾矿肥料属于微量元素肥料，一般从无污染组分，富含有利于植物生长，促进土壤营养组分转化吸收和质量优化的微量元素的尾矿获得，部分属于复合矿物肥料或土壤改良剂，通常从含钙、镁、锰、磷等组分较高的尾矿获得。

矿物在农业上的应用，国外的研究工作起步较早。

前苏联利用含钙、镁、硅尾矿改良酸性土壤，还利用铜选厂尾矿未经处理直接制作农用微量元素化学肥料，皆取得了良好的增产效果。

马鞍山矿山研究院在国内率先进行了利用磁化铁尾矿作为土壤改良剂的研究工作。

试验表明，磁化尾矿施入土壤后，提高了土壤的磁性，引起了土壤中磁团粒结构的变化，尤其是导致“磁活性”粒级和土壤中铁磁性物质的活化，使土壤的结构性、孔隙度、透气性均得到改善。

田间小区试验和大田试范试验表明，土壤中施入磁化尾矿后，农作物增产效果十分明显，早稻平均增产12.63％，中稻平均增产11.06%，大豆增产15.5%。

该院又将磁选厂铁尾矿与农用化肥按一定的比例相混合，经过磁化、制粒等工序，制取出了磁化尾矿复合肥，并在当涂太仓生态村建成一座年产1
万t的磁化复合肥厂，这种磁化复合肥深受当地农民的欢迎。

（四）尾矿充填矿山采空区
矿山采空区的回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一。

有些矿山由于种种原因，无处设置尾矿库，而利用尾矿回填采空区意义就非常重大。

如安徽省太平矿业有限公司前常铜铁矿位于淮北平原，由于地理因素无处设置尾矿库，选矿厂排放的尾矿经过技术处理后，全部用于填充采空区；济南钢城矿业公司采用胶结充填采矿法，提高矿石回采率20%以上；莱芜矿业公司利用尾矿充填越庄铁矿露天采坑，再造了土地，治理了环境；凡口铅锌矿利用尾矿作采空区充填料，其尾矿利用率达95%。

用尾矿做充填料，其充填费用较低，仅为碎石水力充填费用的1/4～1/10。

这不仅解决了尾矿排放问题，减轻了企业的经济负担，并取
得了良好的社会效益。

铜陵有色集团公司冬瓜山铜矿，对数百万立方米的特大型地下采空区全尾砂处理与利用。

该工程不仅在充填方法、充填率上有成功的经验，而且在技术上有新的突破，经济效益巨大，仅节约尾矿库建设和维护费用一项，就可为示范矿山产生经济效益1800万元，该矿尾砂充填系统的建立和运行，标志着我国地下矿山无（少）废技术生产开采进入到新的阶段，为大中型矿山建设生态矿山树立了样板。

（五）浓缩尾矿的露天“干堆”处理
将矿山尾矿浓缩成膏体，实现其露天堆存，这种尾矿处理方法有很多优点，可以改善尾矿堆存的稳定性，大力保护水资源和减少对环境的影响。

如金岭铁矿采用
XMZ500/1500UA压滤机进行尾矿脱水，技术先进，设备工作性能稳定，操作简便，运行可靠。

尾矿压滤干堆技术在金岭铁矿的应用，不仅给企业带来了巨大的经济效益，而且也有着非常显著的安全效益和社会效益。

尾矿压滤干堆技术的实施，解决了尾矿较长期贮存问题，节约了大量的基建费用；尾矿压滤干堆安全系数大，可完全消除对井下安全生产的危害；尾矿排放浓度从32%提高至79%以上，回水利用率提高到93.45%，有利于保护地下水资源；提高了土地资源的利用率，减少了对土地的占用。

（六）尾矿库复垦和矿山废弃地生态恢复
尾矿库占地面积大，对周边生态环境破坏严重。

国外许多国家虽然人少地多，但对土地的复垦却十分重视，如德国、加拿大、澳大利亚等国家的矿山土地复垦率已达80%以上。

我国这方面虽然起步较晚，但是近年来发展非常迅速，特别是国务院《土地复垦规定》的颁布，大大促进了土地复垦工作的进展。

对矿业开发形成的尾矿库、排土场、渣场、露天采矿坑等损毁压占的土地，采取综合整治措施，经过工程复垦、生物复垦和监测、管理、修理3个阶段，使其变成农田、林地、草场、鱼塘，恢复土地的使用价值和环境生态。

2001年开始，马鞍山矿山研究院与马钢姑山矿业公司合作选择了经济果木和中草约材，在钟山排土场进行试种。

到目前为止，该矿的排土场植被恢复已取得了初步的成绩，已种植葡萄0.13hm2，杜仲0.27hm2，白腊0.13hm2，栽种香樟1800棵，意经形成了杜仲园、香樟园、葡萄园和油桃园等。

2006年排土场收获葡萄2500多kg，加上其他经济作物，所获经济收益超过万元。

在对钟山排土场进行生态复垦的同时，姑山矿业公司也加快了对矿山尾矿库的植被复垦，选择的紫穗槐、三叶草等植被已经覆盖了尾矿库干坡段，不仅有效地抑制了二次扬尘，而且尾矿库的安全也有了了保障。

该项技术于2005年获得中国钢铁工业协会、中国金属学会科技进步二等奖。

（七）闭坑采场建尾矿库
“首钢大石河铁矿利用闭坑采坑作尾矿库研究与实践”项目通过对采坑的工程地质、水文地质、资源利用状况、采场边坡稳定性进行的较全面研究，确定其作尾矿库的可行性；利用有效库容3446.8万m3的闭坑采坑作尾矿库，实现了输送与放矿、回水与排洪设施一体化，工艺设施及生产组织与管理简单，属国内首创。

生产实践表明，利用大石河采坑作尾矿库，解决了建设常规山谷型尾矿库征地、动迁及初期坝、排洪系统、尾矿泵站、排渗设施的建设周期长以及巨额投资问题。

比新建山叶口尾矿库可减少一次性投资39223.21万元，由于减。