欒川縣尾礦綜合利用研究進展

摘要：欒川縣礦產資源豐富，尾礦庫較多。結合欒川縣尾礦庫調查結果，綜述鉬鎢、鉛鋅、金和鐵等類型的尾礦綜合利用研究進展，并提出尾礦綜合利用的優化策略，為礦山固體廢棄物的資源化、減量化與無害化處置提供技術指導。目前，尾礦綜合利用方式主要有3種，即有價金屬元素提取、有價非金屬元素提取和尾礦建材化利用。未來，要加大科研投入，開發新型尾礦綜合利用工藝；推進尾礦原位回填，修復區域生態環境；強化梯級利用，實現尾礦全部消納。

關鍵詞：尾礦；綜合利用；有價元素提取；建材化；梯級利用；欒川縣

中圖分類號：TD98 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-07

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.034

Research progress on comprehensive utilization of tailings in Luanchuan County

LIU Lin1，2，3，4， WANG Wei1，2，3，4， LIU Hongzhao1，2，3，4， GUO Jungang1，2，3，4

（1. Zhengzhou Institute of Multipurpose Utilization of Mineral Resources， Chinese Academy of Geological Sciences; 2. National Engineering Technology Research Center for Multipurpose Utilization of Nonmetallic Mineral Resources; 3. Key Laboratory for Multipurpose Utilization Evaluation of Polymetallic Ores of the Ministry of Natural Resources; 4. Key Laboratory of Multipurpose Utilization of Gold Resources in Henan Province， Zhengzhou 450006， China）

Abstract： Luanchuan county is rich in mineral resources and has many tailings ponds. Based on the investigation results of the tailings pond in Luanchuan county， the research progress is summarized on the comprehensive utilization of molybdenum tungsten， lead zinc， gold， and iron tailings， and the optimization strategies are proposed for the comprehensive utilization of tailings， thus providing technical guidance for the resource utilization， reduction， and harmless disposal of solid waste in mines. At present， there are three main ways of comprehensive utilization of tailings， namely valuable metal element extraction， valuable nonmetallic element extraction， and tailings building material utilization. In the future， it is necessary to increase research investment and develop new comprehensive utilization processes for tailings; promote in-situ backfilling of tailings and restore the regional ecological environment; strengthen cascade utilization and achieve complete consumption of tailings.

Keywords： tailings; comprehensive utilization; extraction of valuable elements; building materials; cascade utilization; Luanchuan county

欒川縣位于河南省西部多金屬礦集中區的中心地帶，礦產資源豐富，區域內已探明儲量的礦產有19種，各類礦產地有251處，優勢礦產資源主要有鉬、鎢、鉛、鋅、金、鐵和螢石等，開發利用價值大[1-3]。截至2022年底，欒川縣鉬金屬儲量為220萬t，居亞洲第一、世界第三，主要分布在冷水鎮、赤土店鎮、石廟鎮和陶灣鎮等地[4]。目前，欒川縣有30余家大型礦業企業，如洛陽欒川鉬業集團股份有限公司、欒川龍宇鉬業有限公司、欒川縣鑫川礦業開發有限責任公司、欒川縣長青鎢鉬有限責任公司和欒川縣中天礦業有限公司等。隨著工業化水平的提高和礦山生產設備的升級換代，礦山開發利用水平不斷提高，生產能力持續增強。

在開采和提取有用目標礦物的過程中，礦山不可避免會產生大量廢石、尾礦和冶煉渣等固體廢棄物。這些礦山固體廢棄物侵占土地，損傷地表，污染水質和土壤，影響農業生產，破壞生態平衡，危害生物生存環境，甚至引發重大地質災害，給周邊居民正常生活造成嚴重威脅。另外，處理礦山固體廢棄物增加企業的運營成本，部分礦山固體廢棄物仍含有大量有價元素，可通過選冶等技術手段進一步提取，部分礦山固體廢棄物也可作為建材原料、輔料使用，具有一定綜合利用價值。欒川縣礦山固體廢棄物以尾礦為主。尾礦是礦石經選礦工藝提取有用礦物后排出的廢料，目前主要處理方式是堆存在尾礦庫，存量多，增量大，且未得到有效處理，尾礦庫運行及維護成本不斷增加。

近年來，國家高度重視礦山安全，頒布一系列法律法規。根據相關文件要求[5]，從2020年起，在保證緊缺和戰略性礦產礦山正常建設開發的前提下，尾礦庫數量原則上只減不增，不再產生新的“頭頂庫”，新建選廠原則上不再設尾礦庫。必須在1年內完成閉庫治理并銷號的3類尾礦庫包括運行到設計最終標高或者不再進行排尾作業的尾礦庫、停用時間超過3年的尾礦庫和沒有生產經營主體的尾礦庫。在多重壓力下，當前急需開展尾礦消納及綜合利用研究，在技術可行的基礎上進行工業化落地，減輕企業負擔，為企業創造經濟價值的同時，減少尾礦堆存帶來的環境問題，助力實現碳達峰碳中和目標。結合欒川縣尾礦現狀，綜述尾礦綜合利用研究進展，并提出尾礦綜合利用的優化策略，以點帶面，助力廢庫銷庫，為新建選廠尾礦零排放提供技術支撐。

1 欒川縣尾礦現狀

2019—2022年底，欒川縣部分尾礦庫按照政策要求完成閉庫銷庫審核，退出安全生產，不再納入尾礦庫清單進行管理。數據顯示，欒川縣尾礦庫數量由2019年的277個減少到2022年的115個，減幅達到58.48%，但仍占河南省尾礦庫數量的31.5%，占洛陽市尾礦庫數量的比例超過60%，依然具有較大研究價值。截至2022年底，欒川縣共有1個街道、11個鎮和2個鄉，另轄重渡溝生態旅游建設示范區（簡稱重渡溝）。除秋扒鄉外，各地均有尾礦庫存在，具體尾礦庫數量如表1所示。

目前，欒川縣大部分尾礦庫集中在三道莊、南泥湖和上房溝[6-7]3個骨干礦區周圍，以鉬鎢、鉛鋅、金和鐵等尾礦為主。調研發現，欒川縣大部分尾礦仍然在尾礦庫堆存，整體綜合利用率不到20%，具有較大提升空間。據統計，2022年全國尾礦綜合利用量達到5億t，綜合利用率同比增長1.27%，達到35.27%，但尾礦堆存量和每年新增量仍較大[8]。欒川縣尾礦綜合利用方式主要是有價組分回收和建材原料輔料制備，其他綜合利用方式有礦山采空區回填、土壤改良劑制備和植被復墾平整造地等。

2 尾礦中有價金屬元素的回收

過去，礦山采用粗放開發模式，受限于落后技術條件和設備選別水平，經過開采、選礦和冶煉獲取有用組分后，仍然有較多有價元素進入尾礦。隨著生產力的提高和選冶技術裝備的改進，這部分有價元素可以通過現有技術手段提取出來。同時，尾礦再選綜合回收有價元素，不用承擔開采、運輸和破磨等前端工序的加工成本，僅根據尾礦的工藝礦物學性質[9]，考慮通過何種工藝實現尾礦中有價元素提取。

2.1 鉬鎢尾礦中有價金屬元素的回收

欒川縣現存的115座尾礦庫中，有65%的尾礦為鉬鎢尾礦。鉬鎢尾礦中，常見的有價金屬元素為鉬、鎢、鐵和銅等。主要回收工藝為浮選，可選擇合適的捕收劑，調整浮選條件，實現其中有價金屬元素的回收。

常學勇等[10]針對鉬鎢尾礦開展鉬鎢回收試驗，以硝酸鉛為活化劑，水玻璃為抑制劑，苯甲羥肟酸和改性油酸為組合捕收劑，最終獲得鉬品位15.98%、鉬回收率51.54%、鎢品位25.54%、鎢回收率63.85%的混合精礦。嚴偉平等[11]從含鎢0.082%的鉬浮選尾礦中回收鎢，由于尾礦泥化現象嚴重，浮選效果較差，經過磁選-重選流程處理，可獲得鎢品位36.13%、回收率60.29%的鎢精礦，達到冶金行業鎢精礦原料入選要求。王奪等[12]以鉬尾礦為試驗原料，以硫酸為活化劑、異丁基黃藥為捕收劑，浮選精礦進行磨礦再磁選，最終獲得鐵品位62.72%、回收率41.86%的鐵精礦產品。吳玉潔等[13]以欒川縣三道莊鉬鎢礦尾礦為試驗原料，進行濃縮活化，經1次粗選、4次精選和2次掃選的閉路試驗流程，最終獲得銅品位23.14%、回收率86.52%的銅精礦產品。

2.2 鉛鋅尾礦中有價金屬元素的回收

欒川縣約有20%的尾礦庫為鉛鋅礦型，這與鉛鋅選礦工藝有關。通常，鉛鋅尾礦產出量為精礦量的10倍以上，鉛鋅尾礦中，有價元素以殘存的鉛、鋅為主，同時含有伴生的鐵、硫等[14]。

葉岳華等[15]以鉛鋅尾礦為研究對象，采用鉛鋅混合浮選-尾礦選硫工藝，通過實驗室閉路試驗，最終可獲得鉛品位為15.62%、鉛回收率28.03%、鋅品位38.55%和鋅回收率為53.69%的混合精礦，硫精礦中，硫品位為48.77%，硫回收率為89.70%。馮忠偉等[16]采用混合浮選再分離工藝處理鉛鋅尾礦，回收其中的鉛、鋅和硫，獲得鉛品位為48.56%、回收率85.38%的氧化鉛精礦，指標良好。趙鶴飛等[17]采用“磁選-再磨-浮選”工藝處理鉛鋅浮選尾礦，最終獲得鐵品位64.35%、鐵回收率65.68%和硫含量0.19%的鐵精礦。王聞單等[18]采用磁化焙燒技術，在碳粉用量20%、焙燒溫度750 ℃、焙燒時間80 min和磁場強度256 kA/m的條件下，選別提取鉛鋅尾礦中的鐵，最終獲得鐵品位58.44%、回收率16.98%的鐵精礦。雷力[19]對鉛鋅尾礦進行詳細工藝礦物學研究，開展重選-浮選試驗，以丁基黃藥為捕收劑、硫酸為活化劑和2號浮選油為起泡劑，最終通過選別將尾礦硫品位由4.42%提高到32.77%，回收率為81.26%。

2.3 其他類型尾礦中有價金屬元素的回收

除鉬鎢型和鉛鋅型以外，其他尾礦庫包括金、鐵等類型，合計約占15%。針對尾礦中不同有價元素，要采用不同工藝進行選別。

常富強等[20]以金尾礦為研究對象，采用尾礦再磨-浮選-非氰浸出工藝，最終獲得金品位38.77 g/t、回收率44.97%的金精礦產品，取得較好的工藝技術指標。陳廣等[21]采用浮選-重選聯合選別工藝處理含金0.8 g/t的金尾礦，最終獲得金品位12.7 g/t、回收率48.52%的浮選精礦，再選后，尾礦的金含量僅為0.23 g/t，進一步回收尾礦中殘存的金，提高企業效益。

鐵尾礦的鐵回收技術研究起步較早，現已較為成熟。王路平等[22]以鐵尾礦為試驗對象，經過磨礦和浮選處理，最終獲得鐵品位62.16%、回收率43.09%的鐵精礦產品。張紅英[23]采用磁選-浮選聯合試驗流程，開展鐵尾礦中鐵元素回收技術研究，最終得到鐵品位58.77%、回收率68.58%的鐵精礦，技術指標良好。路永森等[24]以鐵品位11.90%的鐵尾礦為原料，開展弱磁選-強磁選-搖床試驗，得到鐵品位65.72%、回收率14.92%的鐵精礦產品，實現鐵尾礦中的鐵資源綜合利用。代生權等[25]以粒度較細的鐵尾礦為試驗原料，采用強磁粗選-酸浸-強磁精選工藝，可獲得鐵品位52.12%、回收率17.06%的鐵精礦，選別指標良好。

3 尾礦中有價非金屬元素的回收

欒川縣礦產以多金屬礦為主，主要成分為鉬、鎢、鉛、鋅和金，但是多金屬礦選別后，尾礦中有價金屬占比較小，主要礦物成分為石英、長石等非金屬礦物，部分鉬鎢尾礦還含有石榴子石等。根據欒川縣尾礦庫調研采樣結果，部分鉬鎢尾礦的石榴子石含量高于30%，有些甚至超過50%，具有綜合回收價值。石榴子石硬度較大，是一種天然的磨料，相對密度為3.3～4.2 g/cm3，其他脈石礦物相對密度為2.6 g/cm3左右，相對密度差較大，可通過重選進行分離。同時，石榴子石具有磁性，也可通過磁選進行分離。

田祎蘭等[26]以鉬尾礦為研究對象，開展選礦試驗，搖床重選后可獲得品位92%、回收率43.7%的石榴子石精礦，高梯度磁選后可獲得品位84%、回收率85.38%的石榴子石精礦，有效回收鉬尾礦中的石榴子石。王全亮等[27]以石榴子石含量35.1%的鉬尾礦為原料，分別采用重選、磁選和重選-磁選工藝進行處理，均可獲得含量大于90%的石榴子石精礦產品。鉬鎢尾礦中，其他非金屬以長石、云母、金紅石和白云石等為主，一般可通過選擇合適的捕收劑，調節礦漿pH，分批次浮選其中的非金屬礦物，但是經濟價值較低，大部分未實現規模化。王全亮等[28]以K2O和Na2O含量為7.01%的選鉬尾礦為原料，通過磁選-浮選工藝獲得K2O和Na2O含量為13.06%且符合日用陶瓷要求的長石精礦產品。

部分尾礦中SiO2含量較高，可通過選別獲得石英精礦[29]。李彩霞等[30]以金尾礦為試驗對象，采用磁選除鐵、反浮選去除長石和云母的工藝，可將尾礦的石英品位由73.69%提高到95.60%，回收率達75.2%。王楊等[31]針對金浮選尾礦中的長石和石英開展綜合利用研究，最終獲得K2O品位6.47%的鉀長石產品和SiO2品位99.91%的石英產品。

總之，根據有價元素種類及含量差別，不同尾礦選別技術差異較大。要開展詳細的工藝礦物學研究，確定其中有價元素賦存狀態，再決定后續選別提取工藝。部分尾礦通常含有多種有價元素，單一選別工藝不能實現較好的回收，要有針對性地采用重選、磁選和浮選等工藝的聯合流程，尤其是浮選過程結合有價元素選別順序，采用混合浮選或優先浮選等，以實現高效選別，提高尾礦有價元素綜合利用率。

4 尾礦制備建材原料、輔料

從尾礦中提取有價元素，可以提高尾礦綜合利用率，也可為企業創造經濟價值。部分有價元素的提取在技術上可行，但在經濟上不可行，不利于企業落地實施。同時，有價元素提取消納的尾礦量有限，對尾礦減量化的貢獻不大，仍然有大量尾礦未得到利用，沒有從根本上解決尾礦大量堆存的問題。以鉬礦為例，由于原礦鉬品位較低，在浮選提取鉬精礦的過程中，開采的礦石約有95%以尾礦形式排出[32]，鉛鋅礦的尾礦產率超過70%，僅對尾礦中有價元素進行綜合回收，顯然不能實現尾礦大幅減量化的目的。

尾礦通常呈粉狀或細砂狀，成分以SiO2或硅酸鹽礦物為主，可代替石英砂，配制成不同鋁硅比的原料，制備免燒磚、燒結磚、陶瓷、水泥、玻璃和混凝土等建筑材料。尾礦的建材化利用率較高，部分尾礦作為建材原料，可實現全部消納。尾礦作為建材原料時，要特別注意其中是否含有損害人體健康的元素，必須鑒定重金屬元素和放射性元素的種類與含量。若尾礦重金屬元素和放射性元素含量符合建材行業要求[33]，則可用作建材原料或輔料。欒川縣鉬鎢、鉛鋅[34]、金和鐵等類型的尾礦去除有毒有害元素后，基本均可作為建材原料或輔料使用。根據尾礦SiO2含量，一般高于70%的尾礦可采用燒結法，選擇硅灰石作為制備材料的主晶相，鈣長石為副晶相，制得符合建材行業標準的微晶玻璃[35]。SiO2含量低于50%時，可在尾礦中加入其他配料，調節鋁硅比，以符合原料要求。在生產陶瓷的過程中，可添加部分鉬尾礦作為輔料，改善陶瓷性能[36-37]。

劉振英[38]以鉬尾礦為原料制備燒結磚，按鉬尾礦、黏土和碳酸鈉的質量比（7.0∶3.0∶0.3）混合均勻成型，200 ℃溫度下烘烤2 h，再在1 100 ℃溫度下焙燒3 h，最終獲得符合國家普通燒結磚標準的產品。周龍等[39]以鉛鋅尾礦為主要原料，添加石膏、石粉和水泥，最終制得成型壓強20 MPa的免燒磚。趙威等[40]以金尾礦為主要原料，以少量黏土、長石為添加劑，制備出筒壓強度10.2 MPa、堆積密度762 g/cm3和吸水率2.6%的輕質高強度陶粒。趙威等[41]以鐵尾礦為原料，研究不同配料種類及配比對制得陶粒的性能影響，最終制得抗壓強度56.5 MPa、表觀密度2.56 g/cm3和吸水率0.06%的超強陶粒。袁秋文等[42]以金尾礦為原料，用玻璃粉做高溫黏結劑，在1 030 ℃溫度下燒制輕質瓷，抗折強度為50.59 MPa，技術指標良好。

雖然建材化利用對尾礦的消納量可觀，技術也較為成熟，但是建材原料和輔料的附加值較低。在實施過程中，企業需要考慮經濟效益。同時，以尾礦庫為中心，覆蓋范圍有限，遠距離運輸成本較高。要結合尾礦庫周邊情況，做到一礦一策。

5 尾礦其他綜合利用方式

利用尾礦對采空區進行回填，這也是尾礦的一種重要利用方式。部分礦山可邊排放邊回填，實現尾礦全部消納，不用建設尾礦庫。應建立符合安全要求的尾礦回填系統，將排放的尾礦礦漿沉降濃縮，形成符合技術要求的高濃度礦漿，或直接搭建尾礦干排生產線[43]。在形成充填材料的過程中，加入其他配料，提高性能，營造穩定的采空區環境[44]。周超等[45]以鐵尾礦為原料，研究膠結添加劑對充填材料性能的影響，獲得的膠結材料抗壓強度為1.58 MPa，符合礦洞尾礦回填的要求。

部分尾礦含有農作物生長所需的礦質元素，可用于制備肥料或土壤改良劑。例如，鉬尾礦含有農作物生長所需的微量元素，將尾礦與尿素、磷酸等按照一定比例混合，可制備緩釋肥，改善農作物生長條件。趙淑芳等[46]以高硅鐵尾礦為原料，通過添加NaOH制備高硅肥料，有效硅含量達到30.42%，栽培試驗顯示，肥料應用效果良好。

部分尾礦庫已經閉庫，或者受條件限制，不具備再利用價值，可通過復墾復綠或表面覆土平整，修整為一般用地。要加強技術研究，抑制尾礦庫揚塵，復墾復綠。欒川縣20余座尾礦庫已閉庫，完成覆土，部分場地已用于搭建光伏板。

6 尾礦綜合利用的優化策略

目前，欒川縣尾礦綜合利用仍然存在部分突出問題。各礦山的不同時期尾礦性質存在差異[47]，賦存狀態和化學成分復雜，信息統計不全，對后續評定尾礦綜合利用方式產生一定影響。開發利用尾礦的經濟附加值遠低于選礦過程中綜合利用其他有價元素的附加值，導致企業回收尾礦中有價元素的熱情較低。大部分有價元素回收技術停留在實驗室階段，大規模工業化應用仍有較長的路要走。結合欒川縣尾礦綜合利用現存的問題，提出優化策略，以推進尾礦梯級利用，實現全部消納。

6.1 加大科研投入，開發新型尾礦綜合利用工藝

加大科研投入，增強學科聯合，開辟尾礦綜合利用新方法。多學科結合進行研究，建立尾礦庫數據庫，詳細準確地掌握不同時期不同地點的尾礦信息。結合3D打印技術，以尾礦為原料，制備3D打印材料，實現尾礦的快速、高效與大量消納。

6.2 推進尾礦原位回填，修復區域生態環境

有條件設計尾礦原位充填系統的礦山可根據尾礦性質，加入合適的膠凝劑，將排放的尾礦直接作為采坑或采洞的回填材料，實現零尾礦堆存。部分已經閉庫或不具備開發價值的尾礦庫可進行表面平整，或復墾復綠，作為其他用地使用。

6.3 強化梯級利用，實現尾礦全部消納

尾礦綜合利用要結合區位優勢，堅持一地一策和一礦一策。要建立尾礦梯級利用模式，力爭將尾礦全部消納，實現尾礦的利益最大化。尾礦梯級利用的全部消納流程如圖1所示。尾礦庫堆存的尾礦有價元素存在差異，要選擇合適的選礦與冶金工藝，提取其中有價元素，增加經濟效益。剩余尾礦進行無害化處理，可通過種植植物降低尾礦重金屬含量。重金屬在植物體內富集，可處理植物的上部來提取重金屬，殘渣加工成肥料或土壤改良劑。若尾礦重金屬元素和放射性元素含量符合建材行業要求，則可采用不同工藝，制備符合不同標準的建材產品。最終，尾礦得到資源化、無害化與減量化處置，實現零排放，助力打造綠色礦山。

7 結論

經調查，欒川縣大部分尾礦庫集中在骨干礦區周圍，以鉬鎢、鉛鋅、金和鐵等類型的尾礦為主。大部分尾礦仍然在尾礦庫堆存，整體綜合利用率不高，具有較大提升空間。目前，欒川縣尾礦綜合利用方式主要是有價組分回收和建材原料輔料制備，其他綜合利用方式有礦山采空區回填、土壤改良劑制備和植被復墾平整造地等。但是，欒川縣尾礦綜合利用仍然存在部分突出問題。結合欒川縣尾礦綜合利用現狀，提出尾礦綜合利用的優化策略。總體來看，要加大科研投入，開發新型尾礦綜合利用工藝；推進尾礦原位回填，修復區域生態環境；強化梯級利用，實現尾礦全部消納。

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基金項目：河南省科技攻關項目（232102321137）；中國地質調查局地質調查項目（DD20221782）。

作者簡介：柳林（1989—），男，河南南陽人，碩士，工程師。研究方向：礦產資源綜合利用。