礦山尾礦綜合利用的研究進展

2012-04-12 22:07:05張海波呂朝霞

化學工程師 2012年5期

張海波，呂朝霞

（河北聯合大學輕工學院，唐山河北 063000）

礦石尾礦是金屬或非金屬礦山開采出來的礦石，經過礦廠選出有價值的精礦后而殘留的其它物質。礦產資源的開采和利用為社會進步提供了巨大動力，但尾礦的產生嚴重地污染了生態(tài)環(huán)境，據統(tǒng)計，我國現有尾礦庫12655座，其中金屬尾礦占90%以上，截至到2009年底我國尾礦累積堆存量為100億t,年產出量達到12億t，占全世界尾礦產出量的50%以上。然而從另外一個角度來看，尾礦是含有大量有用組分的暫時廢棄物，有著很高的利用價值，只因受到現有技術條件的制約，暫時無法充分利用。目前，我國工業(yè)固體廢棄物綜合利用率在60%左右，而金屬尾礦的綜合利用率平均不到10%[1]。面對世界礦產資源日已銳減的大趨勢，大力開發(fā)和再利用尾礦資源勢在必行，開發(fā)高附加值產品將成為我國未來尾礦資源綜合利用的主要研究方向。據中國礦業(yè)聯合會尾礦綜合治理辦公室估計，我國尾礦潛在價值約1300億元，其開發(fā)利用具有極大的誘惑力。

1 綜合利用的方向

我國尾礦資源的開發(fā)利用方向主要在尾礦重選、有價組分提取、充填區(qū)、建筑材料、土壤改良劑、微晶體制備等方面。

1.1 尾礦重選

截至2009年底，全國鐵尾礦總量大致為60億t、銅尾礦總量大致為15億t、鉛鋅尾礦總量大致為4億t、錫尾礦總量大致為5億t、鎢尾礦總量大致為3億t、鉬尾礦總量大致為4億t。綜上所述，我國礦石資源非常豐富，但是品位偏低，長久以來由于技術和設備的限制以及觀念的落后，對于礦產資源只是選富棄貧，造成了資源的大量浪費。

中國選礦技術網報道了棉土窩磁選鎢尾礦回收鎢、鉍、鉬實例。江西理工大學的羅仙平等科研人員發(fā)明了一種氰金尾礦的回收處理方法[2]。湯成龍等采用磁選和精礦除鐵工藝從棲霞山鉛鋅礦中有效回收錳礦資源[3]。德興銅礦從含銅廢石中回收金、銀、鉬等；大余鎢礦從尾礦中回收鉍等；銀山鉛鋅礦從尾礦中回收絹云母；還可從含鉭鈮礦渣中綜合回收鈾[4]。湖南環(huán)保網上還公布了采用全粒級選別新工藝從釩鈦磁選礦選鐵尾礦中回收鈦鐵礦的工藝。崔長征研究小組對青海某鉛鋅尾礦中重晶石進行了綜合利用，還從青海某大型石棉礦尾礦中回收了磁鐵礦新工藝[5，6]。

1.2 有價元素回收

對于尾礦中有價元素的主要提取方法有重磁浮法、溶劑萃取法、電極回收法、電解氣浮法等。近年來隨著微生物浸出技術的應用和發(fā)展，微生物浸出法已成為處理固體廢物的又一重要方法[7]。

例如加拿大BacTech礦業(yè)公司的生物浸出工藝在二十世紀80～90年代發(fā)展于澳大利亞，在澳大利亞和中國，該技術已成功地應用于從難處理金礦石中回收金的工業(yè)化生產中。又如BioteQ公司的在SART法（硫化-酸化-返回-濃縮）中,添加NaHS使與銅氰絡合物結合的氰化物釋放出來，以沉淀銅，并且在弱酸性條件下將氰化物轉化為HCN氣體,使其以游離氰化物形式返回到浸出回路中。銅以有價值的高品位（～70%Cu）Cu2S副產品產出。氰化物循環(huán)應用，使浸出回路可以在氰化物較高用量下運行，從而提高金的浸出率，降低銅在金電積中的沉積量[8]。

1.3 制作建材

1.3.1 墻體材料劉露等[9]介紹了利用鐵尾礦制作各種磚的研究現狀與成果，這一技術實現了資源二次開發(fā)利用，可以生產高附加值產品。姚樹剛等[10]對鞍山地區(qū)的鐵尾礦進行了三免尾礦磚的研究。遵化市的唐山金三順裝飾材料有限公司用熔化的鐵尾礦砂及輔料經過生產線化身為木化板，實現了對工業(yè)廢渣的轉化利用。利用尾礦砂和其他原料作為反應生成劑，生產制作了既經濟又無污染的環(huán)保新型彩釉波形瓦、外墻保溫板、輕質復合墻隔體板、免燒磚、整體節(jié)能小屋等。

1.3.2 水泥許仲梓等研究小組在實驗室利用鉛鋅尾礦渣試驗和工業(yè)化回轉窯生產中驗證鉛、鋅等元素復合摻雜礦化的可行性，并開發(fā)出低堿優(yōu)質硅酸鹽水泥熟料的生產技術，實現了科研成果的產業(yè)化。

1.3.3 陶瓷和玻璃宜春鉭鈮礦中鋰云母主要用于提取碳酸鋰，廣泛用于生產陶瓷低溫釉料。長石粉用于瓶罐玻璃，也用于釉面磚生產和玻璃馬賽克。稀土尾礦是一種新型的制瓷原料，它既可用于胎又可用于釉，既可生產青瓷又可生產白瓷[11]。

1.4 充填采空區(qū)

目前，中國采用全尾充填采空區(qū)的主要有全尾砂膠結充填和全尾砂高水固結充填兩種方法。

全尾砂膠結充填技術形成了全尾砂高濃度（膏體）泵送充填和全尾砂膠結充填自流輸送兩種充填工藝[12，13]。此技術解決了礦山選廠尾砂的排放問題，實現了礦山采礦、選礦、充填三者互為依托、綜合平衡的良性閉路循環(huán)，在地表不建尾礦庫、不外排尾礦。

高水固結全尾砂充填的實質是在尾砂膠結充填工藝中不使用水泥而使用高水材料作為膠凝材料，使用全尾砂作為充填骨料，按一定比例加水混合后形成高水固結充填漿料。高水材料能將9倍于自身體積的水凝結成固體高水固結充填漿料充入采場后，不用脫水便可以凝結為固態(tài)充填體。此技術已解決了井下的環(huán)境污染，降低了工人的勞動強度，在應用上有明顯的優(yōu)越性。

1.5 土壤改良劑、復墾與化肥

1.5.1 土壤改良劑某些尾礦中如含有石膏，可作為改良堿土或弱鹽土的礦物原料。富含CaCO3或MgCO3的尾礦原料適合改良酸性土壤，特別是老朽酸化的土壤，可改善土質。含黃鐵礦的尾礦可酸化含碳酸鹽高的土壤，特別是含Na2CO3的土壤。但利用尾礦作為土壤改良劑前，千萬不要讓有害組分超標。

1.5.2 微量化肥植物生長的“維生素”被人們認為是微量化肥，簡稱微肥。已發(fā)現的微肥有Zn、Mn、Cu、Mo、V、B等，微肥可使作物增產幅度5%～30%，而尾礦中往往含有這些微量元素。

張夫道發(fā)明了鉬尾礦無害化及用作原料制備緩釋BB肥技術。先回收鉬尾礦中的有價組分后，再無害化回收其中的SiO2、重金屬Pb、Cd、Cr和浮選劑鈉鹽，最后用作原料制備糧食作物用緩釋BB肥原料。

1.5.3 復墾江西永平銅礦酸性排土場于1985年開始了植被復墾的推廣工作，樹種以馬尾松和濕地松為主；尋烏稀土尾礦庫1988年直接在尾砂堆積場地上種植南嶺黃檀，兩年后在樹上放養(yǎng)紫膠蟲，可產紫膠，還種植了芙蓉李均取得了很大效益。

德國弗蘭格尼亞石育礦床開采過程中就采用大型輪胎式裝巖機處理粘土質覆蓋物，其運距較短，并能將剝離物及母土就近回填。復墾后的土地可用于農、林、牧、漁及修建公共設施等。

1.6 微晶體制備

微晶體由于它的特殊物理性質和結構，越來越多的應用于科研工作中，并且取得了極為可觀的效果。但是，微晶體的制備過程卻是紛繁復雜的，并且原材料也并不豐富。所以，尋找用于制備微晶體的原材料工作很是重要。尾礦資源含有多種元素，并且數量極大，有制備微晶體的自身優(yōu)勢。在此方面的研究也有了很大進展。例如于洪浩等[14]以鐵尾礦和NaOH為原料、NaNO3為熔鹽，在500℃下煅燒3h，使鐵尾礦中的惰性SiO2轉變成活性的Na2SiO3相。以浸取Na2SiO3溶液作為硅源，利用化學沉淀法成功制備了無定形白炭黑，且白炭黑產品中的SiO2純度為99.3%。又如張淑會等[15]在熱力學分析的基礎上，以鐵尾礦、碳黑為原料，采用碳熱還原氮化法合成了Si3N4陶瓷粉末，開拓了鐵尾礦綜合利用的新途徑。薛向欣以鐵尾礦合成的SiC粉為原料，Y2O3和Al2O3為燒結助劑，常壓燒結制備SiC-Y3Al15O12（YAG）復相陶瓷。SiC陶瓷因其具有高溫強度大，抗氧化性強，耐磨損性好，熱穩(wěn)定性佳，熱膨脹系數小，硬度高以及熱抗震和耐化學腐蝕等優(yōu)良性能，在汽車工業(yè)、機械化工、環(huán)境保護、空間技術、信息產業(yè)等領域具有廣闊的應用前景[16]。于洪浩等[17]還利用鐵尾礦制備BaO-Fe2O3-Si2微晶玻璃。

3 展望

尾礦資源綜合利用應當進一步引起各有關部門的高度重視，同時采取切實可行的措施推動尾礦綜合利用在全國推廣，既保護國家的資源，又凈化環(huán)境。通過控制礦石尾礦與適當配料加入量、焙燒時間、反應溫度等條件，使之用于制備微晶體結構或其他材料成為最有前景的方法。研究出不同礦石尾礦與適當配料的關系理論，用于指導一定微晶體材料合成研究和生產。

［1］趙瑞敏.我國鐵尾礦綜合利用［J］.金屬礦山，2009，（7）:158-163.

［2］羅仙平.一種氰金尾礦的回收處理方法［P］.CN101403042.2009-04-08.

［3］湯成龍，周長銀，芮凱.浮選尾礦中錳礦物的回收研究與實踐［J］.采礦技術，2008，8（3）.

［4］顏允富，戰(zhàn)曉云，秦紹禹.從含鈾鉭鈮礦渣中綜合回收鈾［J］.鈾礦冶，1994，（2）.

［5］崔長征，緱明亮，孫陽，等.從鉛鋅尾礦中回收重晶石的應用研究［J］.礦產綜合利用，2011，（3）.

［6］崔長征，緱明亮，陳文科，等.從石棉尾礦中回收磁鐵礦新工藝［J］.礦產綜合利用，2011，（6）.

［7］郭敏，盧業(yè)授，賈志紅，等.我國大宗尾礦廢石資源化對策研究［J］.中國礦業(yè)，2009，（4）：36-37.

［8］M·阿達姆斯.在含金銅礦石選礦中使用由生物產生的硫化物來回收氰化物和銅［J］.國外金屬礦選礦，2008，（1）：38-43.

［9］劉露，鄭衛(wèi)，李潘，等.鐵尾礦制磚研究與利用現狀［J］.礦業(yè)快報，2008，（10）：14-18.

［10］姚樹剛，邢安石，施英明等.三免尾礦磚研制報告［J］.硅酸鹽建筑制品，1993，（4）：35-36.

［11］羅仙平，嚴群，盧凌，等.江西有色金屬礦山固體廢物處理與處置存在的問題與對策［J］.中國礦業(yè)，2005，（14）：24-26.

［12］許新啟.我國全尾高濃度（膏體）膠結充填簡述［J］.礦冶工程，1998，（6）：1-4.