淺談超細尾礦處理方法及開發利用

摘要：超細尾礦是利用率較低的廢棄材料，是資源也是危險源，急需進行處理和開發利用。本文首先分析了超細尾礦的概述，然后分析了超細尾礦的處理方法，最后探討了超細尾礦的開發利用途徑，以期能為相關人員提供借鑒。

關鍵詞：超細尾礦;處理方法;開發利用

中圖分類號：TD926.4 ???文獻標識碼：A?????文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

近年來，隨著礦產資源的開發使用，易分選、高品位的資源越來越少，全世界的礦山行業都面臨著礦物粒度細、礦石品位低等問題，需要將其磨至超細或超微細的粒度等級，才能實現礦物的富集和分離。由于其反應活性高、粒度小，導致其在堆放中引起粉塵、藥劑等污染問題。當前，關于尾礦處理的研究比較多，并取得了一定效果?，F筆者根據自身經驗，對超細尾礦的處理方法、開發利用途徑進行簡要論述。

1超細尾礦的概述

所謂超細尾礦，是在微細粒嵌布礦石分選中產生的廢棄物。和常規尾礦相比，超細尾礦具有比表面積大、顆粒力度小等特點，因此更容易引發尾礦庫、環境污染等問題。從當前來看，在建或已投產的選廠中，粒度<53μm的產品比較常見，隨著超細粉磨設備、分選技術的應用和推廣，部分選廠的產品粒度已達到-30μm，超細尾礦產品在堆放、排放過程中，也產生了系列的環境問題、技術難題，必須采用有效手段進行處理，從而提高超細尾礦的利用率。

2超細尾礦的處理方法

2.1地表堆存

2.1.1半干排尾法

半干排尾法是將尾礦濃縮成，不離析、可泵送的高濃度狀態，濃度通常為65%-80%，然后送至堆存區域。當前，此方法已得到了廣泛的應用。報告顯示，當礦漿濃度升高時，屈服應力相應提高，從而減慢固體顆粒的沉淀速度，減少管道問題的發生^[1]。當礦漿屈服應力較高時，需要很高的輸送應力，增大礦漿安息角，不利于尾礦的堆放和保管。

為了保證膏體性能，尾礦中必須存在細粒級，其含量不能少于15%。因此，超細尾礦的粒度特征比較適合半干排尾法，但是全球的膏體堆存項目少，多建于缺水、干旱地區，特別是澳大利亞、加拿大。分析得知，我國齊大山鐵礦、烏奴格吐山銅鉬礦在處理尾礦時，使用的就是干法堆存系統。

2.1.2濕法排尾

濕法排尾是一種常用的處理方法，尾礦經由設備處理后，礦漿濃度為25%-60%，經由離心泵傳至尾礦庫堆存，固體顆粒在庫內沉降、固結。由于脫水作業難度大，礦漿濃度低，導致設備磨損嚴重，輸送體積大。超細尾礦排至尾礦庫后，礦物沉降快速，并從礦漿中分離出來。細粒礦物比較穩定，經過多年的沉降形成膠體懸浮物，其的存在影響著壩體的抗滲性、穩定性，形成危庫或病庫，增加安全隱患?；诔毼驳V的沉降特征，綜合考量尾礦庫維護、后期使用等要素，在處理超細尾礦時，不主張使用常規尾礦庫堆存。

2.1.3尾礦干堆法

尾礦干堆法是將超細尾礦濃縮至不可泵送的狀態，要求所含水分低于漿液含水率。一般情況下，礦漿水分含量占礦液的60%-80%，可通過卡車、皮帶送至尾礦庫堆放。該方法的使用，能夠提高選廠的工作效率，適用于水處理困難的地區或氣候干燥的地區。實際應用中，無需設置尾礦壩，因而也適用于地震頻發的地區。

在我國，尾礦干堆法首先用于黃金行業，比如招遠金礦、山東銅石金礦等，都使用了尾礦干堆法，旨在減少有毒藥劑對周圍地下水、環境的污染，提高工業水的使用效率^[2]。隨著工藝技術的改進和發展，干堆法也逐漸用于黑色礦山、有色礦山的尾礦處理中，比如山東魯地礦業、西藏唐加鉛鋅礦等。尾礦干堆法的使用，能夠節約尾礦庫的維護、建設成本，延長堆場的使用壽命，甚至可以重新使用已閉庫。由于超細尾礦干堆實施中，易受運營成本、氣候等因素的影響，在降水量大、雨季嚴重受限，同時干堆工藝復雜，存在設備使用周期短、運行成本高等問題。隨著近年來壓縮設備、濃縮技術的發展，為尾礦干堆法的應用提供了強有力的技術支持。

2.2采空區回填

2.2.1冷固回填

為了解決超細尾礦的回填問題，相關學者于1898年提出了冷固回填技術，也就是濃縮壓濾處理超細尾礦，用石膏、硅酸鹽水泥制成黏結劑，在圓盤造粒機上造球，冷固3d后方可滿足回填、運輸的強度需求。對于類型不同的尾礦，通過優化球徑配比、黏結劑的添加制度，達到回填效果。

2.2.2膠結回填

隨著膠結回填技術的應用和推廣，超細尾礦中有10%-30%的部分可用于采空區的回填。所謂膠結回填，是指將超細尾礦濃縮至濃度為80%的礦漿，添加足量黏結劑得到所需的強度^[3]。在膠結回填中，超細尾礦的應用存在諸多局限性，主要表現為：（1）尾礦粒度。粒度組成對填充體的含水率、強度、結構有著一定影響，研究證實，尾礦粒級含量越多，填充體的抗壓強度越低。（2）黏結劑的用量。膠結回填常用的黏結劑是水泥，用量為3%-7%。在超細尾礦中，-20μm粒級的含量和填充材料孔隙率呈正比，含量越高，孔隙率越大，需要在回填時添加大量黏結劑，才能增強顆粒的黏結度，嚴重限制著超細尾礦的應用。為了減少回填成本，可以用高爐渣、粉煤灰等材料替代水泥。

3超細尾礦的開發利用途徑

3.1建筑材料

3.1.1微晶玻璃原料

微晶玻璃由玻璃、微晶體組成，兼具了陶瓷、玻璃的優勢，比如穩定性好、耐腐蝕等，是一種常用的建筑材料。在制備微晶玻璃時，多采用凝膠法、熔融法。超細尾礦中的MgO、SiO₂、Al₂O₃等，都是微晶玻璃的制作成分，環保效益、經濟價值良好。近年來，我國在微晶玻璃的生產上取得了顯著進步，掌握了粉煤灰、煤矸石等關鍵技術，并在河北、天津等地區廣泛應用。

3.1.2尾礦摻和料

在路基材料、水泥砂漿等建筑材料中，尾礦砂是一種主要成分。由于超細尾礦粒度細，替代集料時會增加用水量，降低黏結強度、抗壓強度，只可作為摻和材料使用。研究證實，激活超細尾礦的水化活性后，加工成尾礦微粉，作為混凝土、水泥的摻和料，可以替代部分水泥，改善混凝土的性能，增強混凝土的耐磨性、耐久性。尾礦微粉作為一種摻和材料，已在福建省出臺了相關標準，在國內形成了產業規模^[4]。

3.1.3礦物聚合材料

礦物聚合材料是具備陶瓷特性的材料，可以在強堿、低溫環境下，用廢渣、尾礦生產，在尾礦回填、建筑材料等方面具有良好的發展前景。相關人員利用該技術，將銅尾礦作為原料，在一定條件下研究聚合磚制備的可行性，結果顯示，使用聚合技術生產的尾礦磚，符合ASTM的技術標準。隨后，將尾礦磚放于pH為4-7的溶液中，進行105d的浸出試驗，發現尾礦磚的質量損失率、吸水性低于水泥磚。同時，尾礦中的金屬成分也能固化于磚內，減少重金屬污染。

礦物聚合材料綠色、無污染，無需磚塊燒制、養護等工序。超細尾礦顆粒小，礦物聚合反應快速，可提高聚合材料的強度、密實度，因此適用于超細尾礦的開發和使用^[5]。唯一的限制性因素為，聚合材料對原料的成分要求高，只有在Na、Al比例接近1，Si、Al比例處于1-5之間時，才能充分進行聚合反應，增強材料的穩定性和強度。

3.1.4墻體材料

加氣混凝土、蒸養磚等材料的生產流程，包括混料、成型、養護等階段，其強度來自固體顆粒表面生成的固結結構，或依賴添加劑固結。從結構特征和生產工藝上看，原料粒度需要滿足多個方面的要求，比如：足夠的顆粒含量和一定比例的骨架顆粒，保證材料的可塑性和固結強度。超細尾礦比面積大，成型后材料孔隙率高，干縮過程中增加干縮性，用超細尾礦生產燒結磚時，極易產生較大的收縮，從而影響產品質量。

3.1.5陶瓷制品原料

陶瓷制品的主要元素是硅，借助尾礦、粉煤灰、赤泥等生產的陶瓷，已成為廢棄物再次使用的研究方向。在陶瓷制品的生產中，為了保證原材料的細度值，需要進行10多個小時的研磨操作。而超細尾礦的應用，無需進行研磨處理，減少能源消耗^[6]。陶瓷制品的生產方法為高溫燒結、粉體技術，利用水處理污泥、高嶺土尾礦，在不使用其他成分的情況下，在各種溫度下合成瓷質磚、陶質磚。

3.2其他應用

3.2.1涂料

涂料生產過程中，石英填料、鐵氧化物可提高涂料的耐磨性、抗腐蝕性。舉例，將銅尾礦磨至-53μm后，通過添加顏料、黏結劑等進行試驗，結果表明涂料在pH、吸油性等方面，都符合生產標準。而且，在黏著力、硬度、耐磨性等方面，也優于由常規填料制成的涂料。

3.2.2土壤改良劑和肥料

超細尾礦中含有化學成分，在酸性土壤、貧化土壤中，能夠為植物生長提供營養物質，調節土壤酸堿性。研究證實，花崗巖中含有Al、Fe成分，在pH<4.5的土壤中溶解，不僅能發揮緩沖效能，也能改良土壤的酸度。比如，將活化后的磷尾礦作為填充材料，替代膨潤土、凹凸棒土等材料^[7]。而且，尾礦中的磷活化處理后，可以替代部分的P₂O₅原料，節約材料的生產成本。

4結語

綜上所述，超細尾礦處理難度大，粒度細，易污染環境，引發安全隱患。同時，其也是陶瓷、水泥等產品生產的材料，可以直接使用，無需研磨，減少生產成本。關于超細尾礦的處理、開發利用，如何趨利避害，實現環境、資源和企業的協調發展，仍需要礦山企業、研究機構共同商討，進而減少尾礦處理中產生的有害物質，提高尾礦資源的使用效率。

參考文獻

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[4]馮光志，石玉，舒玉鳳.等.微生物浸出技術及其在尾礦開發中的應用[J].生物學雜志，2016，33（1）：92-97.

[5]劉玉林，劉長淼，劉紅召.等.我國礦山尾礦利用技術及開發利用建議[J].礦產保護與利用，2018，19（6）：140-144，150.

收稿日期：2019-07-29

作者簡介：王兆博（1988—），男，吉林長春人，本科，助理主管工程師，研究方向：尾礦渣可再利用。