尾矿综合利用现状调查及其意义

收稿日期:2009-06-26

作者简介:杨国华(1975-),男(汉族),河北秦皇岛人,河北省矾山磷矿选矿厂工艺主管,助理工程师。

尾矿综合利用现状调查及其意义

杨国华1　郭建文2　王建华3

(11河北省矾山磷矿,河北涿鹿075641;21河北省新烨工程技术有限公司,

河北张家口075100;31武安市冶金矿山管理局,河北武安056300)

摘要:分析了我国尾矿资源的特点,概述了尾矿综合利用的途径及现状。指出尾矿综合利用是矿山可持续发展的必然选择,深入开展尾矿综合利用的研究和生产,可获得较好的经济和社会效益。

关键词:尾矿;综合利用;经济效益

中图分类号:TD 92614 文献标识码:B 文章编号:1671-8550(2010)01-0055-03

0　引言

矿产资源是人类赖以生存的重要生产资料之一,其主要特点是不可再生和短期内不可替代性。矿产资源是我国工业发展的基础原料,目前我国90%以上的能源和约80%的工业原料来自矿产资源,每年投入国民经济运转的矿物原料超过50亿t 。随着我国工业化的迅速发展,矿产资源的需求将日益增加,但在矿产资源开发生产过程中,资源损失和浪费非常严重。因此,有效、合理的利用矿产资源是矿山可持续发展的必然趋势。

矿产资源的开采必须经过破碎、磨矿、分选等多道工序才能选出精矿,在此过程中必然会排出大量尾矿。世界各国每年采出的金属矿、非金属矿、煤、粘土等高达100亿t 以上,排出的尾矿量约50亿t ,以有色金属矿山累计堆存的尾矿为例,美国达到80亿t ,前苏联为41亿t 。目前我国发现的矿产有150多种,开发了8000多座矿山,累计生产尾矿5917亿t ,占地8万ha 以上,而且每年仍以

310亿t 的速度在增长[1]。尾矿不仅占用大量土地,而且给

人类生产、生活带来严重污染和危害,现已受到全社会的广泛关注。随着矿产资源的大量开发和利用,矿石日益贫乏,尾矿作为二次资源再利用备受关注[2～4]。近年来我国开始重视尾矿的再利用,但由于我国共生、伴生的综合矿较多,自然禀赋差,开发利用率不高,加上选矿设备陈旧、自动化管理水平和有用矿物回收利用率均普遍较低。目前,我国尾矿的综合利用率约为7%。因此,从我国尾矿资源的实际出发,大力开展尾矿资源综合利用,对保护和改善生态环境、提高资源利用效率具有十分重要的意义。

1　尾矿综合利用的必要性

111　尾矿严重危害生态环境

尾矿长期堆放在尾矿库中,占据了大量的农用、林用土地,导致尾矿库所在地区的土地资源失去了平衡。有些边远地区的乡镇矿山选矿厂甚至直接将尾矿排放在自然场地中。如山西省的几十座铁矿山,只有1/10建有尾矿库,其他尾矿均排入河沟,堆积成灾。由于矿山尾矿大多已磨至0107mm 以下,储存于尾矿坝中或河道、山谷、低地等地,常渗流溢出,未复垦的尾矿库表面的沙尘可被风吹到库区周围,有时甚至形成矿尘暴,严重恶化周边地区的生活和生产环境。尾矿中的有关成分和残留的选矿药剂也会对空气和水造成严重污染,并导致土壤退化、植被破坏甚至直接危害人畜的生命安全。

生产实践表明,尾矿处理设施结构复杂、投资巨大,其建设投资占到整个采选总费用的5%～40%。尾矿库的维护更需要消耗大量资金,据有关资料统计,我国冶金矿山每吨尾矿需尾矿库基建费1～3元,经营管理费3～5元。随着尾矿数量的不断增加,尾矿坝体高随之增加,安全隐患日益增大。其中1988年4月13日陕西省金堆成钼业公司栗西尾矿库排洪隧洞塌陷,136万m 3尾矿砂和水泄漏,使陕西、河南两省16个县市水资源严重污染,直接经济损失3200万元[5]。可见尾矿的综合利用和环境治理已经迫在眉睫。

112　尾矿综合利用可创良好的经济效益

世界上工业发达国家为保护矿产资源,维持生态平衡、实行良性循环,在尾矿的综合利用方面取得了显著的成效。

20世纪80年代中期,俄罗斯科夫多尔采选公司以工业规

模开发了从铁矿石尾矿中回收磷灰石和斜镐石的复合矿采选工艺。1988～1990年,该公司以发展少尾工艺和充分利用尾矿为前提,生产出了国内外市场上广泛需求的产品,如铁精矿、磷灰石、斜镐石、饰面陶瓷板、磷镁肥料、建筑用碎石、天然石块和块石加工产品等,从而实现了尾矿的综合利用。

我国矿山尾矿品位较高,特别是五六十年代的尾矿,其综合利用价值很高:1)为探明尾矿资源贮量和冶金性能,需对尾矿坝重新进行钻探取样和财政预算评价,这种

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5第8卷　第1期2010年2月 矿　业　工　程Mining E ngineering

前期地质工作比开发一个新露天矿容易,结果较精确:2)这些尾矿区具有良好的交通和生产设施,可节省一大笔基建费用;3)这些尾矿坝结构疏松,容易开采,尾矿砂一般无需破碎和碾磨,生产成本低。近年来,一些矿山企业在尾矿综合利用方面已经取得了显著的经济效益。

中国有色金属工业总公司矿产地质研究院[3],对广西德堡铜锡矿山尾矿进行了初步研究,结果表明尾矿中以铜为主,伴生锡、金、银等,锡回收率为20%,金回收率为30%。尾矿生产成本5元/t,产值1617元,可盈利1117元。同时该研究院通过调查研究获得了低成本制作建筑轻型砖产品的方法,初步估算表明造一块普通红砖大小的高强度轻型砖,其成本仅为012元,重量仅为普通红砖的3/ 5。

鞍山铁矿有7个大型选矿厂,11个尾矿坝,至1995年5月累计排放尾矿717亿t,年排放量约2700万t,尾矿含Fe8%～16%,目前普遍建立了再选车间以回收铁精矿[5]。

某黄金矿山尾矿性质与建陶产品原料长石粉基本一致,该尾矿经分级后粗粒矿物经重选可产金精矿23g/t,经重选后尾矿可用于填充。中间产物通过磁选、浮选脱除铁、硫等元素,得到含Fe0135%、含S01026%的长石粉原料,该原料可生产质量较高的墙和地砖,年利润达72142万元[6]。

综上所述,尾矿大量囤积已成为制约矿山可持续发展、危害矿区及周边生态环境的重要因素,对其综合利用已成为发展经济和保护环境的必然选择。尾矿资源的高效无废利用,在缓解环境矛盾的同时,还可扭转目前我国金属矿山生产类型单一、资源匮乏、抵御产品市场价格波动能力较弱的现状,有效提高矿山企业的市场适应能力和经济效益。

2　尾矿综合利用现状

211　尾矿再选

过去受思想认识和技术条件的限制,有的矿山由于选矿回收率不高,现已堆存甚至正在排出的尾矿中含丰富的有用元素。如鞍山地区一些磁铁矿尾矿,仍含Fe20%,经强磁选机回收可获得品位达60%的铁精矿。马鞍山矿山研究院与本钢歪头山铁矿采用磁选机对铁矿石尾矿进行再磨再选后,可获得品位高达65176%的优质铁精矿,年产铁精矿达3192万t,经济效益可观。德兴铜矿与科研单位、大专院校合作,改进了现场生产流程,增加了从尾矿中回收硫工艺,使该矿每年回收铜、金、硫精矿的年产值增加达1200万元。

212　尾矿再利用

我国利用尾矿作建筑材料的研究起于80年代。马钢姑山铁矿是我国较早利用尾矿作建筑材料的矿山,该矿每年排出的强磁尾矿结构致密坚硬,可作混凝土骨料。强磁尾矿的主要成分是SiO2和Al2O3,其中粗粒级尾矿质均、洁净,不含云母、硫酸盐和硫化物等有害杂质,用它制作砂浆,其抗折、抗压强度均高于黄沙,从而倍受青睐。目前,国内外利用尾矿作混凝土骨料、铁路和公路的筑路碎石以及建筑用砂、砖的成功例子较多。其特点是利用量较大,且附加值较低。另外,可以利用尾矿制作烧结空心砌块和高档广场砖,成本低廉,市场效益较好。S1K1Das等利用铁尾矿为原料成功的研制了建筑用地板砖和墙砖,该砖比普通砖具有更高的强度和硬度,并且制作成本低,其前景极其可观。

采空区充填是直接利用尾矿的最有效途径之一。该法就地取材,可省去扩建、增建尾矿库的费用。

213　尾矿用作土壤改良剂及微量元素肥料

尾矿中含有Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、Fe、P等微量元素,这正是维持植物生长和发育的必需元素。“七五”期间,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。用特定设计的磁化机对磁选厂铁尾矿进行磁化处理,生产出磁化尾矿,施入土壤。研究表明,磁化尾矿施入土壤后,可提高土壤的磁性,引起土壤中磁团粒结构的变化,尤其是导致土壤中铁磁性物质活化,使土壤的结构性、空隙度、透气性均得到改善。经田间小区和大田示范试验表明,土壤中施入磁化尾矿后,农作物增产效果十分显著,早稻平均增产12163%,中稻增产11106%,大豆增产1515%。“八五”期间,该院又将磁选厂铁尾矿与农用化肥按一定的比例混合,经过磁化、制粒等工序,制成了磁化复合肥,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。

214　利用尾矿复垦植被

国外许多国家尽管人少地多,但对土地复垦十分重视。如德国、加拿大、美国、俄罗斯、澳大利亚等国家矿山的土地复垦率高达80%。我国矿山的土地复垦工作起步于60年代,在80年代后期至90年代进展较快。1988年11月,国务院颁布了《土地复垦规定》,规定了“谁破坏,谁复垦”的原则。这一规定的出台,引起了有关部门的重视,有力地加快了矿山土地复垦工作的步伐,并且在尾矿库的复垦植被方面已取得了较大的进展。

215　尾矿整体综合利用

开展尾矿整体利用的研究是矿山实现少尾和无尾化最有效的途径,通过开发高附加值的产品,可提高产品市场竞争力。90年代以来,国内开始了利用尾矿制取微晶玻璃、玻化砖、墙地砖等的研究。梅山铁矿同中国地质科学院尾矿利用中心合作,在实验室研制出白、黑、红、蓝4种色调微玻岩。北京科技大学利用大庙铁矿石尾矿为原料,在实验室制出了玻化硅。

3　尾矿利用存在的问题

目前,我国尾矿的综合利用率仅为7%,与国外综合

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