我國銅礦尾礦資源化利用技術現狀及進展

郭萬進 ，吳明海 ，王陽 ，鄧偉 ，王曉慧 ，毛益林

（1.白玉縣銀興礦業有限公司，四川 甘孜州 626000；2.四川鑫源礦業有限責任公司，四川 甘孜州 626000；3.巴彥淖爾西部銅業有限公司，內蒙古 巴彥淖爾015000；4.中國地質科學院礦產綜合利用研究所，中國地質調查局金屬礦產資源綜合利用技術研究中心，四川 成都 610041）

尾礦是選礦廠在特定經濟技術條件下，將礦石破碎、篩分、研磨、分級，再經重選浮選或氰化等選別工藝流程，選出有用金屬后有用成分含量很低的剩余部分產物稱之為尾礦。一般而言，化工、黑色金屬礦山中尾礦量占礦石總量的50%～80%，有色金屬礦山中尾礦量會占到70%～95%，而金、鋁、鎢、鉭和鈮等稀有金屬礦山中尾礦量則高達99%以上[1]。

尾礦一般是由選礦廠排放的尾礦漿經自然脫水后所形成的固體礦業廢料，它是固體工業廢料的主要組成部分，其中含有一定數量的金屬和非金屬，可視為一種“復合”的硅酸鹽、碳酸鹽等礦物材料，并具有粒度細、數量大、成本低、可利用性大的特點。

目前我國大量堆存的尾礦對環境造成較大的負面影響，其表現主要有以下幾個方面：一是占用大量土地，減少了今后開墾耕種的后備土地資源；二是造成了資源的嚴重浪費[2]；三是造成嚴重的環境污染。尾礦自身帶有超標污染物或有害組分，在選礦過程中又加入的各種化學藥劑殘存在尾礦當中，在沒有經過處理情況下，直接堆放在地表，易嚴重污染周圍環境。流經尾礦堆放場所的地表水，通過與尾礦相互作用，溶解某些有害組分，并攜帶轉移，擴大了污染面，甚至有些礦山的尾礦直接排入湖泊河流中，直接造成水體污染，河道堵塞，造成大面積的生態破壞和環境污染[3]；四是造成嚴重的安全隱患。尾礦堆存時易流動和塌漏，造成植被破壞和傷人事故，尤其在雨季極易引起塌陷和滑坡。因此，如何有效地解決尾礦問題成為擺在礦區及全社會面前的重要課題。

鑒于此，本文以銅礦為例總結了銅礦尾礦資源概況及分布區域，重點闡述了我國銅礦尾礦資源利用現狀，并對銅礦尾礦資源利用存在的問題進行了探討與合理開發利用進行了展望。

1 銅礦尾礦資源概況

2021年，我國尾礦總生產量約為14.19億 t，其中，鐵礦生產量最大，約為6.11億 t，占尾礦總生產量的43.04%；其次為銅尾礦，產生量約為3.92億 t，占27.63%；黃金尾礦161億 t，占11.33%；其他有色金屬尾礦產生量約為1.35億 t，非金屬尾礦產生量約為1.21億 t[4]。2011-2021年我國銅礦尾礦產生量變化情況見圖1。

圖1 2011-2021年銅礦尾礦產生量變化情況Fig.1 Variation of copper mine tailings production from 2011 to 2021

2019年我國銅礦尾礦主要產生區域在華東地區，大約占全國總排放量的34.4%；其次是西南地區，約占全國總量的18.4%；第三是中南地區，約占17%。分省看，我國銅尾礦主要分布在江西德興市、內蒙古赤峰市、甘肅白銀市、安徽銅陵市和湖北大冶市等地區等。銅礦尾礦主要排放區域見圖2。

圖2 銅礦尾礦利用領域結構示意Fig.2 Schematic of copper mine tailings utilization area

2 銅礦尾礦資源利用現狀

2.1 國外銅礦尾礦資源利用現狀

隨著世界可開發利用礦產資源日益減少，原礦品位日趨貧化，尾礦作為二次資源加以開發利用變得極為重要，特別是進入20世紀60年代以來，許多發達國家出臺一系列政策鼓勵包括尾礦在內的固廢資源綜合利用。由于政府的重視和政策措施得力，這些國家的尾礦開發利用成效顯著。國外尾礦的利用率可達60%以上，德國包括尾礦在內的各種工業廢料的利用率已達80%以上，歐洲一些國家已向無廢物礦山目標發展。

2.1.1 研制選、冶新工藝，回收各種有用組分

前蘇聯、東歐、美國、加拿大、英國、德國等發達國家針對尾礦資源的特點，開展選、冶新工藝和新設備的研究，建立了一批二次選礦廠，從尾礦中再選了大量有用組分。如哈薩克斯坦巴爾喀什選礦廠采用浮選、再磨和精選流程，從尾礦中回收銅和鉬，并得到絹云母精礦；美國采用藥劑和細菌浸出法從尾礦中回收銅、金等組分，回收的銅已占其銅總產量的10%。智利楚基卡馬塔銅礦山采用大浸出槽硫酸浸出－電解工藝，從堆存多年的尾礦中回收銅，每年從中產出銅5.25萬t，已從尾礦中累計回收銅90萬t。

2.1.2 研發尾礦新材料和新產品，高效整體利用尾礦

利用從尾礦中選出的組分，特別是某些非金屬組分，進行深加工，開發其某些特殊性能，制造高附加值產品。國外許多功能陶瓷、復合陶瓷、化工產品等有一部分是從尾礦中再選礦物深加工獲得的。

尾礦的整體利用很大部分是應用于建材工業中，作為建材原料。因為尾礦是礦石經過選礦過程中的破碎、磨礦、分選等工序的產物，礦物多為粒徑<0.5 mm的細小顆粒，與傳統建筑用砂、建材粘土、陶瓷玻璃原料組分很接近，稍加以調配即可用于生產。如高硅尾礦（SiO2>60%）可用作建筑材料、公路用砂、陶瓷、玻璃、微晶玻璃花崗石及硅酸鹽新材料原料。例如，烏克蘭將某礦山積存的5 億多t尾礦適當分級后用作混凝土的粗細骨料外，還用細粒級的尾礦生產硅酸鹽建材制品。俄羅斯某礦山建起了以尾礦為主要原料的水泥廠和玻璃廠。加拿大魁北克礦山用磨細的尾礦燒制出耐火硅磚。美國絕大多數尾礦被用作混凝土填料和鋪路材料，以及用鐵燧石巖尾礦制成輕質磚。日本將鐵尾礦與10%的硅藻土混合，燒制成輕質骨料等[5]。

2.2 國內銅礦尾礦資源利用現狀

銅礦尾礦雖然是礦山產生的固體廢棄物，但它也是一種有用的寶貴資源。目前全國每年產生3億多t銅礦尾礦，堆存有幾十億 t，數量巨大，尾礦利用率較低。

我國的尾礦綜合利用研究起步較晚，研究程度和實際利用水平都明顯落后于某些發達國家，基本處于起步階段。大多停留在僅僅回收有價金屬元素的階段，即使有少量研究者和企業利用尾礦生產建筑材料、填料等，但因其數量規模較小，尚達不到對尾礦規模化消納利用的目的。

目前，以鐵礦、銅礦尾礦資源為代表的礦山尾礦開發利用和環境綜合治理已受到我國政府部門的高度重視。20世紀80年代以來，我國政府和有關部門陸續頒布了《關于開展資源綜合利用若干問題的暫行規定》、《中華人民共和國礦產資源法》、《全國環境保護工作綱要》和《中國21世紀議程》等一系列涉及尾礦資源環境問題的法規和政策性文件，強調了尾礦的資源性和對環境的危害性，以及其開發利用的重要性。工業和信息化部、科技部、國土資源部、國家安全監管總局等有關部門組織編制了《金屬尾礦綜合利用專項規劃(2010-2015)》，首次以規劃的形式明確了尾礦綜合利用的重點領域、重點技術與重點項目，為整體推動金屬尾礦資源綜合利用勾繪了藍圖[6]。國家發展改革委等十部委出臺的《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》進一步明確了尾礦利用的方向及政策支撐，推動了我國對尾礦資源的開發利用和對環境的綜合治理。

目前，國內在銅礦尾礦方面利用領域見圖2。

2.2.1 有價元素回收

過去銅礦回收領域由于選礦工藝技術、設備等因素的局限，通常排放的尾礦中流失有較多的各種有色金屬、黑色金屬、稀有金屬和非金屬礦物等組分，造成了資源的極大浪費。隨著社會的發展，過去不能利用而被丟棄的尾礦現在可依靠科技進步加以回收利用[7]。同時，銅礦尾礦因為多呈顆粒細小的粉末狀，在對其進行有價元素回收時可以直接進行再選，能節省磨礦工藝中的能耗，降低再回收的生產成本，增加企業的經濟效益。

江西銅業集團的德興銅礦攻克“含銅廢石”堆浸技術難關，研發了“微生物堆浸電萃取-電積”提銅技術，最大限度地利用了銅資源，形成了規模化生產，達到世界先進水平，銅、金、銀的回收率分別達86.60%、62.32%、65.09%，采用水力旋流器對銅尾礦進行分級及重力選硫，年回收硫精礦1000 t，銅9.2 t，金3.4 kg，產值達1300多萬元[8]。

甘肅白銀集團在五十多年的礦業開發過程中，白銀公司產生了大量的廢石、廢渣、尾礦。第一尾礦庫、第二尾礦庫、多金屬尾礦庫及其他小尾礦庫堆存銅選礦尾礦總量超5000余萬t，其中含硫選礦尾礦約2000多萬t。露天礦廢石堆廠現存含銅0.2%以下低品位廢石9300萬方，約2.5億 t。白銀公司開展了固體廢棄物的綜合利用，但綜合利用率不高。利用方式主要是利用鋅熔鑄浮渣回收尾礦氧化鋅生產超細高活性氧化鋅；利用選礦尾礦作為井下充填材料，年利用量18萬t；利用選礦尾礦生產新型墻體材料小型空心砌塊和裝飾砌塊，年利用尾礦量10萬t。

李廣[9]等針對福建某選銅尾礦，采用采用“兩粗兩精-粗精礦再磨再選”工藝獲得含硫48.78%（有效硫46.29%）、回收率為 50.39% 的優- II級硫精礦，再通過“再篩分”獲得含硫 51.83%（有效硫含量 >48%）、作業回收率 66.02% 的優- I級硫精礦，大幅度提升了硫精礦的綜合回收率，同時也提高了硫精礦資源附加值。

吳迪等針對內蒙古某多金屬礦浮選尾礦中未能有效回收的螢石資源，通過預先磁選拋廢提高螢石入選品位，采用有機抑制劑HG-1代替酸化水玻璃，在原料CaF2品位17.65%的條件下，獲得CaF2品位97.26%，回收率63.15%的高品質螢石精礦，實現了該尾礦中螢石資源的綜合回收[10]。

李紀[11]等以湖北某尾礦為研究對象，采用CCF浮選柱回收尾礦中的銅，經過一次粗選一次掃選和兩次精選作業，可從含銅0.38%的尾礦中獲得銅品位16%以上，銅回收率76% 以上的銅精礦，實現礦產資源綜合回收利用。

2.2.2 制作建筑材料

尾礦是一種復合型礦物原料，顆粒細而均勻，一般尾礦粒度<0.074 mm的量占總量的50%～75%，其組成和物化性質與建筑材料在工程特性等方面有很多相似之處，這為尾礦在建筑材料方面的應用創造了條件。將其分級分類后可用尾礦生產建筑材料，如水泥、混凝土集料、硅酸鹽尾砂磚、溶渣花磚、瓦、微晶玻璃、加氣混凝土、鑄石、泡沫材料、陶粒、泡沫玻璃和耐火材料等，具有廣闊的前景，是尾礦綜合利用的有效方法[12]。

（1）制作磚瓦等建筑材料

利用銅尾礦制備磚瓦具有工藝簡單、投資少、見效快等優點，其對銅尾礦的消納發揮積極作用。趙風清[13]等對銅尾礦制蒸養標準磚進行研究，利用銅尾礦，結合粉煤灰，在堿性復合激發劑存在的情況下，通過濕熱養護工藝制成承重標準磚，產品抗壓強度達到18.1 MPa，抗折強度達到3.6 MPa，具有良好的抗凍融性和穩定性。

馮啟明[14]等以四川某銅尾礦為原料，添加適量的水泥、石灰、混凝土發泡劑和廢棄聚苯泡沫粒,成功制備了輕質免燒磚；對免燒磚進行性能測試后發現，當尾礦用量達到70%～80%時，免燒磚的抗壓強度為3.6～10.4 MPa，符合建筑物承重和非承重砌塊的使用要求。

（2）用作水泥、混凝土原料

水泥生產企業在生產中常要加入硅料、鈣料等含硅含鈣礦物作為水泥生產原料，而銅礦尾礦中多含有硅酸鹽礦物，可作為水泥硅料的原料使用。

施正倫[15]等對銅尾礦按質量比為 5%的摻量配制水泥生料，在實驗室高溫爐不同溫度條件下進行水泥熟料煅燒，結果顯示，添加銅尾礦能降低水泥熟料燒成能耗，減少水泥生產成本，提高熟料產量和質量。

林海威[16]等將云南省某銅尾礦庫的銅尾礦磨細后作為摻料等量取代水泥膠凝材料摻入透水混凝土中，并對其性能進行了研究，結果表明：當銅尾礦的摻量小于5%時，混凝土立方體的抗壓強度隨著銅尾礦摻量的增加而增大；當摻量達到5%時，28、60 d透水水泥混凝土立方體抗壓強度達到最大，分別為24.0、24.5 MPa；繼續加入銅尾礦，其抗壓強度反而減小。

陳杜娟[17]等以甘肅某選銅尾渣為研究對象，采用硫浮選-浮選尾礦脫泥-石英反浮選的工藝方案對其進行了綜合回收，所得硫精礦可銷售至硫酸廠，石英精礦可作冶煉造渣原料，尾礦可作燒制硅酸鹽水泥的原料，實現了該尾礦資源的全綜合利用。

（3）制作微晶玻璃

微晶玻璃是指將含有成核劑的特定組成的基礎玻璃通過熔融法、燒結法、溶膠一凝膠法等使得其玻璃相與微晶相均勻分布的無機非金屬材料，具有機械強度高、耐磨、化學性質穩定等優良特性，可應用于建筑裝飾材料、研磨設備等。銅礦尾礦因與微晶玻璃具有相似的化學組成，都含SiO2、A1203、CaO、K2O、Na2O等成分，故可用來制備微晶玻璃。

劉倩[18]等針對商洛某銅尾礦，以Cr203為晶核劑，研究了不同燒結溫度對銅尾礦制備微晶玻璃性能的影響。并對試樣的密度、莫氏硬度、抗壓強度以及耐腐蝕性進行測試。結果表明：燒結后試樣的密度、抗壓強度、以及莫氏硬度的變化趨勢都是隨著溫度的上升，先增大后減小；試樣的耐酸堿性隨著燒結溫度的上升，也先增大后減小，當燒結溫度為 1100 ℃時，各項性能較優。

南寧[19]等采用燒結法以某尾礦庫現存尾礦為主要原料制備微晶玻璃。對基礎玻璃熔制較佳工藝進行了優化，并探究晶化溫度和保溫時間對微晶玻璃的抗壓強度、密度以及熱膨脹系數的影響，為當地的尾礦資源化開辟一條新途徑。

（4）制作陶瓷

尾礦中含有大量的硅酸鹽礦物，富含 SiO2和A1203，此外還含有Fe2O3、CaO、Na2O和K2O等低熔點成分，具有作為陶瓷坯體瘠原料和熔劑原料的基礎，可生產尾礦釉面磚等陶瓷制品。利用尾礦生產陶瓷制品，不但可以充分利用廢棄尾礦，緩解對生態環境的破壞，還可大大改善陶瓷材料的隔音、隔熱性能。丁向群[20]等利用銅尾礦為主要原料，以磷酸鹽為主的無機液體黏結劑、碳粉為主的固體發泡劑、金屬氧化物和金屬氫氧化物為固化劑，通過調整各原料的用量，在900 ℃時成功制備出輕質陶瓷材料。

2.2.3 用于采空區充填

采用充填法的礦山每采一噸礦石需回填0.25～0.4 m3或更多的充填材料，礦山采空區的回填是直接利用銅尾礦最行之有效的途徑之一。該方法具有來源充足、物流快速和就地取材等優點，并且還能省掉增建、擴建尾礦庫的費用。目前，礦山充填經歷了干式充填、水力充填、膠結充填以及膏體充填階段。近年來我國金屬價格回升，充填技術得到了迅速的發展，新建礦山多采用充填式采礦，真正實現了“無尾礦山”。

中國甘肅的金川公司曾進行了一系列尾砂充填實驗，包括全尾砂和細砂二合一充當骨料、分級尾砂用作膠凝充填骨料、全尾砂膠凝充填等實驗。實驗結果表明，尾砂在低摻入濃度以及全水速凝條件下充填效果較好，可有效解決井下充填料缺乏、細泥筑壩等難題，并且可省去選礦廠脫泥工序[21]。

充分利用銅尾礦來充填采空區，可有效減少了大宗固廢的排放，為當下綠色礦山的建設提供了技術支撐，產生了較好的社會效益和經濟效益，已經成為銅礦山固廢資源化利用和保護環境的一個有效手段。隨著中國經濟社會的不斷發展及銅礦資源的持續開發利用，中國銅尾礦充填技術將會在更大流量、更低成本的充填設備、工藝及充填系統智能化等方面進一步提高。

2.2.4 制作聚合物填料

有些銅礦尾礦含有石榴子石、硅灰石、云母等一些具有特種性能的非金屬礦物，這些尾礦經過一定的處理后往往作為塑料橡膠、涂料等一些產品的填充料，可大大改善其強度、電性能等。

湖北大冶銅礦從尾礦中回收石榴子石精礦用作橡膠填充料，可有效提高膠料的耐磨強度和抗老化性能等，并改善了加工性能，降低了膠料成本，石榴子石精礦的用量為橡膠量的50%～100%。

王巧玲[22]對選礦尾礦中回收的絹云母產品進行表面改性及其在橡膠中應用實驗，并與其他橡膠補強劑進行對比。5種改性劑改性的絹云母在天然橡膠和丁苯橡膠中的應用實驗結果表明，通過改性可以改善絹云母表面活性，提高從選礦尾礦中回收的絹云母精礦產品在橡膠中的應用性能。對比實驗結果表明，改性絹云母膠料拉伸強度及定伸應力優于輕質碳酸鈣膠料而低于半補強炭黑膠料，而硬度和拉斷伸長率大于其他兩種膠料。尾礦中回收的絹云母經改性后可以在天然膠及丁苯膠中推廣應用，并具有較大的經濟效益、環境效益和社會效益。

2.2.5 制備農用肥料

由于尾礦中含有Zn、Mn、Cu、Mo、P等植物生長必備微量元素，經過一系列的處理，可以將尾礦制成化肥，已達到提高土壤肥力的作用。例如馬鞍山礦山研究院將磁選尾礦加入到化肥中制成磁化尾礦復合肥，并建成一座年產10000 t的磁化尾礦復合肥廠，取得了明顯成效。中國地質科學院礦產綜合利用研究所針對四川拉拉銅礦尾礦，采用尾礦焙燒制備硅肥的工藝，可產出有效硅（以SiO2計）質量分數38.75%的多功能礦物硅肥產品，符合國家標準《肥料中砷、鎘、鉛、汞生態指標》（GB/T 23349-2009）要求，可以作為無機、有機無機復合肥或其他農業及生態用途的原料[23-24]。

2.2.6 用于生態修復

銅礦礦區在經過長期開采后，形成了尾礦廢棄地，而由于尾礦的物理化學性能導致該地生態系統退化，使其成為寸草不生的裸地。因此，尾礦廢棄地的復墾受到了各國的高度重視，已成為當前的研究熱點之一。目前對銅尾礦廢棄地的復墾主要有物理法、化學法以及生物法等，生物法因具有不輕易造成二次污染、方法簡單、費用較低等優點而成為銅尾礦復墾的主流方式。

毛文權[25]等為改善礦區復墾地土壤生態環境，對銅陵市獅子山3個尾礦庫復墾地和1個對照樣地的土壤動物進行研究。樣地土壤動物個體數和類群數方差分析表明，香樟林獲得土壤動物個體數和類群數顯著高于其他樣地，刺槐林地與其他樣地的個體數無顯著性差異，類群數有顯著性差異，芒草地和白茅草地個體數和類群數之間無顯著性差異。RDA分析表明，彈尾目與土壤pH值、TP顯著相關；凋落物層厚度、土壤TN、TC、TOC與雙尾目、蚯蚓、雙翅目幼蟲、鼠婦呈極顯著的正相關，與鞘翅目幼蟲呈顯著負相關。香樟林地對照下的復墾地生態恢復綜合評價表現為刺槐林地恢復效果較好，芒草地和白茅草地的恢復效果不顯著。

目前銅尾礦廢棄地植被復墾依舊存在一些問題，如當某些銅尾礦中的硫含量較高時，硫在空氣中暴露時間過長后會被氧化，使得尾礦處于酸性環境，進一步將銅尾礦中的重金屬酸浸出來，導致重金屬污染，從而影響復墾地上的植被生長。

3 銅礦尾礦利用存在的問題

我國在銅礦尾礦綜合利用方面雖然取得了很大的成績，但還遠遠不能適應經濟和社會可持續發展的要求，與國內其他領域工業固體廢棄物的利用水平及多梯度分質分級整體利用的國際先進水平相比，存在著較大差距：

（1）綜合利用率低

《工業綠色發展規劃（2016-2020年）》指出，2015年我國大宗工業固體廢棄物綜合利用率在65%左右，其中尾礦的綜合利用率僅為22%，與發達國家綜合利用率（60%）相比還存在很大的差距[26]。

（2）利用形式單一，高附加值產品少、缺乏市場競爭力

目前，銅礦尾礦在工業上的應用，大多僅停留在有價元素的回收利用和剩余非金屬礦物在砂石、水泥等普通建材方面的應用，而高檔的建筑材料如微晶玻璃、高檔陶瓷、玻化磚等，由于制造工藝過程相對復雜，制造成本相對較高，導致市場競爭力較低，因此，到目前為止，大部分高附加值產品研究僅僅停留在實驗室研究階段，未能大規模工業應用。

（3）國家投入資金不足，政策法規不完善

長期以來，銅礦尾礦利用項目在資金上得不到保證，投入嚴重不足。目前，我國很少有專項資金支持尾礦資源的綜合利用，礦山企業融資渠道沒有解決，再加上礦山行業普遍效益較差，尾礦利用資金籌措非常困難，導致企業沒有意愿也沒有能力關注并解決銅礦尾礦的綜合利用問題。

在政策扶持上，國家雖然先后出臺了資源綜合利用減免所得稅、部分資源綜合利用產品企業減免增值稅的優惠政策，但尚缺乏強制性政策措施和法律法規去完善尾礦資源化利用體系，導致礦山企業對尾礦的綜合利用缺乏積極性。

4 結論與展望

（1）尾礦資源規模化消納利用是當務之急，也是長遠之需；是經濟任務，也是政治責任；是環境建設，也是民生工程。尾礦資源規模化消納利用要以提高利用率和效益為目標，以技術創新為動力，以企業為實施主體，以稅收優惠政策為杠桿，以政府資金引導為手段，加強項目建設，建立標準體系，完善政策措施，共同促進尾礦綜合利用事業又快又好的發展。

（2）企業與市場要進一步轉變觀念、提高尾礦利用意識。樹立長遠觀念，把尾礦利用作為實現礦業持續發展的必要措施。要運用各種手段和形式，加強尾礦利用的宣傳教育，使全行業真正認識到尾礦利用對節約資源、保護環境、提高礦山經濟效益的重要性，努力實現合理配置資源和可持續發展。

（3）搞好尾礦綜合利用，還有許多技術問題需要解決，因此，必須加大科技攻關的力度，應重點解決尾礦中伴生元素的綜合回收技術，經濟地生產高附加值以及大宗用量的尾礦產品的實用技術等，開展尾礦礦物工藝學的研究。國家應大力支持尾礦利用科技攻關工作，通過科技攻關及成果的推廣，逐步提高我國工業固體廢棄物綜合利用的整體水平，縮小與世界先進水平的差距。