黃巖鉛鋅礦尾礦再利用可行性研究

汪云峰，王千姿，汪曉晨

（1.浙江省工業設計研究院有限公司，浙江 杭州 310052；2.杭州佳合礦業技術有限公司，浙江 杭州 311215；3.招商銀行股份有限公司杭州分行，浙江 杭州 311500）

0 引 言

黃巖鉛鋅礦有1#尾礦庫、2#尾礦庫、3#尾礦庫，三個尾礦庫的下游分布著蔣東岙村和下鄭村，以及臺州市重要飲用水源長潭水庫，屬于典型的“頭頂庫”。為了保護飲用水源，2000年7月，黃巖鉛鋅礦關閉停產，尾礦庫也相應地停止了排放作業。三個尾礦庫先后完成閉庫，目前均處于閉庫但未銷號的狀態，由當地上鄭鄉人民政府負責尾礦庫的日常安全管理工作。

1#尾礦庫、2#尾礦庫位于上鄭鄉蔣東岙村上游，為黃巖鉛鋅礦早期自行設計建造的尾礦庫，2#尾礦庫緊臨1#尾礦庫下游，與1#尾礦庫已連接成為一個整體，兩個尾礦庫總壩高87.5 m，總庫容約40萬m3；3#尾礦庫位于上鄭鄉下鄭村東北方向的下鄭嶺，總壩高49 m，總庫容39.79萬m3，三個尾礦庫共堆存尾礦135萬t。

黃巖鉛鋅礦尾礦庫已按程序閉庫多年，隨著安全監管要求的不斷提升，早期已實施的閉庫工程部分內容已不符合現行的法律法規要求。1#尾礦庫、2#尾礦庫上游是東、西兩條沖溝，存在上游匯水面積大、雨季洪峰流量大，截排洪系統汛期洪水暴漲陡升，尾礦庫所在地屬于臺風影響區，歷史上1#尾礦庫也曾發生過臺風期間強降雨引發的險情，一旦發生潰壩事故，將給下游村莊群眾的生命財產，以及臺州市300萬人口的飲用水源造成嚴重威脅。只要尾礦庫存在，固有的安全風險、環保風險就始終存在，只有實施銷庫工程，才能從根本上消除安全風險和環保風險。同時，尾礦是一種再生資源[1]，尾礦堆放也是對資源的浪費。

應急管理部等八部門聯合發文《關于印發防范化解尾礦庫安全風險工作方案的通知》（應急〔2020〕15號）提出要積極推廣尾礦回采提取有價組分、利用尾礦生產建筑材料等尾礦綜合利用先進適用技術，鼓勵尾礦庫企業通過尾礦綜合利用減少尾礦堆存量乃至消除尾礦庫，從源頭上消除尾礦庫安全風險。新《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》要求把強化工業固體廢物源頭減量和綜合利用的原則貫穿始終，國家鼓勵采取先進工藝對尾礦等礦業固體廢物進行綜合利用。《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》提出：要提高尾礦等大宗固廢資源利用效率和利用途徑，創新大宗固廢綜合利用模式、綜合利用關鍵技術。2023年1月23日，黃巖區以生態環境保護為導向的山區經濟融合發展工程，即EOD項目通過了國家生態環境部審批。項目總投資26.4億，其中，黃巖鉛鋅礦尾礦銷庫工程也是項目重點建設工程之一。

各級有關監管部門對黃巖鉛鋅礦尾礦庫高度重視，《浙江省深化尾礦庫風險隱患治理實施方案》（浙應急基礎〔2023〕9號）明確了黃巖鉛鋅礦回采銷庫于2026年底前完成。黃巖鉛鋅礦尾礦庫清庫工程符合國家、省、縣等相關文件的要求、政策上可行；黃巖鉛鋅礦尾礦庫清庫完成后，將徹底解決尾礦庫帶來的潛在環境風險，從根本上消除尾礦庫所引發的生態破壞和環境污染，恢復尾礦庫所占用土地的功能。對尾礦砂進行綜合利用[2]，構筑完善的循環經濟模式，徹底解決長期困擾企業的安全隱患，實現“變廢為寶”，消除維護尾礦庫成本，有助于促進企業可持續發展。

鉛鋅礦尾礦可以認為是一種低品位礦石，定性上歸為一般工業固體廢棄物，允許進行開發利用。黃巖鉛鋅礦尾礦庫隸屬業主單位，特委托浙江省工業設計研究院有限公司開展黃巖鉛鋅礦尾礦庫回采銷庫項目可行性研究，除了回采工藝技術研究外，還有尾礦再選回收鉛鋅選礦試驗研究、尾礦生產加氣混泥土試驗研究，尾礦利用市場調研，相關科研單位參與黃巖鉛鋅礦尾礦庫回采銷庫項目；目前，已經完成尾礦再選試驗和生產加氣混泥土試驗，可行性研究項目于2023年4月已通過專家組評審。

本文結合黃巖鉛鋅礦尾礦自身特征以及浙江省境內同類礦山尾礦回采利用實踐，對項目主要研究內容展開論述，并提出以下三種尾礦再利用方案，分別論證其可行性，選擇最優方案。

1 尾礦再利用方案

1.1 方案1

尾礦再磨再選回收鉛鋅有用礦物，再選尾礦生產加氣混泥土。2020年12月浙江省工程物探勘察院設計有限公司在黃巖鉛鋅礦1#尾礦庫、2#尾礦庫、3#尾礦庫共布置13個鉆孔，取105個尾礦樣進行檢測分析，采樣鉛品位、鋅品位基本介于邊界品位和工業品位之間，部分樣品鉛鋅品位達到工業品位。2022年9月由湖北省地質實驗測試中心開展黃巖鉛鋅礦尾礦選礦試驗研究，浮選回收尾礦中鉛鋅有用礦物。對尾礦取綜合樣進行化驗，結果見表1。

表1 尾礦化學成分分析Table 1 Chemical composition analysis of tailings

對三個尾礦庫多點布置，取綜合樣晾干后充分混勻，作為礦相學研究和選礦試驗樣。

1）尾礦主要成分及賦存物相。尾礦樣主要化學成分為SiO254.71%、Al2O39.68%、Fe2O39.53%和Mn 4.65%。其中，主要回收有用元素Pb含量為0.58%、Zn含量為0.95%，主要脈石礦物以石英及白云母等為主，二者合計達68.35%。礦相學研究結果表明：Pb元素主要賦存于方鉛礦內，占比達89.5%；Zn元素主要賦存于閃鋅礦及菱鋅礦內，占比分別為69.63%及27.69%；主要含鉛鋅礦物方鉛礦及閃鋅礦嵌布粒度細、單體解離度較低且共生關系較為復雜，主要與石英相關，多呈包裹嵌布關系，部分與黃鐵礦等多種礦物復雜共生，或生長于顆粒集合體孔隙之間，因此，對其二者進行分離提純難度大。

2）浮選探索試驗。浮選是鉛鋅礦的主要分選工藝，對黃巖鉛鋅尾礦進行了優先浮選、等可浮選、混合浮選等三種工藝探索試驗[3-4]。試驗結果表明，等可浮選和混合浮選可獲得相對較好的分選指標，粗精礦鉛鋅品位和回收率較優先浮選要好，但是鉛鋅回收率都很難超過75%。針對該樣品的礦石特性，鉛鋅很難得到獨立的精礦，混合浮選流程結構和藥劑制度相對簡單、容易操作，因此，推薦使用混合浮選工藝。

3）混合浮選閉路試驗流程及選礦指標。在開路探索試驗的基礎上，通過采用一粗兩精一掃的閉路流程，試驗獲得產率為1.74%、鉛品位為22.42%、鋅品位為32.35%、鉛回收率為67.63%、鋅回收率為57.99%的鉛鋅混合精礦，為國標鉛鋅混合精礦三級品。尾礦再選閉路試驗工藝流程圖及藥劑制度如圖1所示。

圖1 尾礦再選閉路試驗工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of closed-circuit test of tailings re-concentration

4）產品質量分析。對閉路試驗鉛鋅混合精礦和尾礦分別化驗，精礦化學多元素分析結果見表2，尾礦化學多元素分析結果見表3。

表2 閉路試驗鉛鋅混合精礦化學多元素分析Table 2 Chemical multielement analysis of lead-zinc mixed concentrate in closed-circuit test 單位：%

表3 閉路試驗尾礦化學多元素分析Table 3 Chemical multielement analysis of tailings in closed-circuit test 單位：%

試驗結果表明：閉路試驗取得了較好的選礦指標，鉛鋅混合精礦品位達到54.77%，符合鉛鋅混合精礦三級品要求，鉛回收率、鋅回收率分別為67.63%和57.99%，因為含泥、有用礦物嵌布粒度細等特點，尾礦本身可選性差、選礦技術難度大，尾礦再選試驗指標屬于正常范圍。

5）浮選尾礦用于生產加氣混泥土。浮選尾礦SiO2提高到68.23%，浮選尾礦適合用于制磚瓦及生產加氣混泥土[5-6]（表4）；臺州地區有多家加氣磚企業，總的尾礦砂需求為100萬t/a，目前，當地加氣磚市場銷售良好，對尾礦砂的需求也較為穩定，加氣磚廠采購尾礦砂后會根據物化指標進行必要的配比調整，穩定加氣磚的產品質量，尾礦生產加氣混泥土試驗內容詳見方案3。

表4 磚瓦用黏土巖類原料參考工業指標Table 4 Industrial index of brick clay raw material reference 單位：%

1.2 方案2

尾礦砂深加工生產細沙和干粉，提升附加值。對黃巖鉛鋅礦尾礦砂進行深加工，生產細沙和干粉；尾礦砂加工的細沙和干粉，當地年需求量45萬t；工藝需要采用尾礦分級、濃縮、壓濾，細粒級烘干，產品主要銷售到混凝土攪拌站、民用市場、加氣磚廠、水泥磚廠。

具體工藝流程為：尾礦庫回采的尾礦自流或用渣漿泵輸送至尾礦加工廠礦漿箱，用渣漿泵壓入濃縮型水力旋流器，旋流器底流（粗粒級）自流至脫水篩、旋流器溢流自流至濃密機，脫水篩篩上物屬于粗粒級尾礦，用皮帶運出車間外堆存，脫水篩篩下物流至礦漿箱循環。濃縮機沉砂采用壓濾泵壓入壓濾機形成濾餅（細粒級尾礦），細粒級尾礦運送至干堆場自然晾干，然后運至烘干廠，烘干后產品用于攪拌站生產附加值更高的干粉砂漿，壓濾機濾液及濃密機溢流自流至回水池，澄清后用回水泵、通過管路輸送至尾礦庫濕法回采調漿。尾礦深加工工藝流程如圖2所示。

圖2 尾礦深加工工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of tailings deep processing

在本方案中需要建設尾礦加工廠，并且需要布置尾礦脫水分級篩、尾礦濃縮池、壓濾機、烘干廠及除塵系統、回水循環利用系統，尾礦回采需要采用濕采工藝。

1.3 方案3

1.3.1 尾礦制備蒸壓加氣混凝土試驗研究

尾礦不回收鉛鋅，除雜后晾干，直接用于生產加氣混泥土和水泥制磚。對黃巖鉛鋅礦尾礦開展實驗室研制尾礦蒸壓加氣混凝土試驗[7]，以抗壓強度和干體積密度為主要性能考察指標，探索利用黃巖鉛鋅尾礦生產蒸壓加氣混凝土的可行性。試驗主要工藝過程如下所述：鉛鋅尾礦、混灰、石灰、水泥、石膏等原料計量后混合均勻，加水計量后混合攪拌1.2 min；原料按比例配好后打漿混合均勻，加入發泡劑鋁粉，攪拌60 s；澆注入試模，放入恒溫養護箱發氣靜停2.0～3.0 h；送入蒸壓釜中蒸壓養護，進行加氣混泥土砌塊性能測試。

本次試驗先后開展了水料比、磨礦細度、鋁粉用量、尾礦配比試驗，尾礦生產加氣混泥土發氣研究，以及產品質量檢測。

1）水料比的選擇。水料比對料漿的稠度和稠化速度產生重要影響。試驗采用同一種原材料配比、0.55～0.65的水料比，試驗現象表明，當水料比低于0.55時，料漿較稠，發氣不暢；當水料比大于0.65時，部分試模出現冒泡沉陷。因此，澆注后發氣舒暢而又不冒泡沉陷應選用0.60的水料比。

2）尾礦細度的選擇。黃巖鉛鋅礦尾礦細度-0.075 mm占67.6%，不能直接用來生產加氣混凝土，需通過球磨機對原尾礦進行磨細處理和均化處理[8]。鉛鋅尾礦細度影響澆注的穩定性及制品的性能，從經濟上和性能上考慮，鉛鋅尾礦的粉磨時間為12 min較佳，測定磨礦細度-0.075 mm占88%。

3）尾礦的摻量對尾礦加氣混凝土性能的影響。實驗室用尾礦生產加氣混凝土，設計了尾礦不同配比試驗，對不同配比下的實驗成品進行絕干容重和抗壓強度檢測，試驗結果見表5。

表5 尾礦不同配比實驗結果Table 5 Experimental results of different proportions of tailings

試驗結果表明：隨著尾礦的摻量配比由40%增加到70%，強度先增加后減小。由表5可知，隨著硅質材料尾礦用量的增加，制品強度隨之增加，且達到最高值后，用量再增加時，強度便開始降低，尾礦最佳摻量占比50%～60%較佳。

4）水泥的摻量對尾礦加氣混凝土性能的影響。水泥摻量對加氣混凝土的強度影響較大，水泥摻量不同配比實驗結果見表6。

表6 水泥不同配比實驗結果Table 6 Experimental results of different cement proportions

試驗結果表明：當水泥用量從12%遞増到18%時，制品強度隨之增加，繼續增加水泥用量，強度反而下降，這就說明在一定的混灰和尾礦用量下，有一個強度最高的水泥用量。增加水泥的用量可提高制品性能，結合產品性能和經濟性考慮，水泥摻量占比16%較佳。

5）尾礦加氣混泥土發氣研究。料漿的發氣速度與稠化速度的協調性是保證加氣混凝土制品質量的關鍵。試驗探索了水料比、澆注溫度、鋁粉用量對發氣的影響。

水料比對發氣的影響。在基準配方水泥16%、混合灰24%、尾礦60%、鋁粉0.85?的基礎上，考察不同的水料比對發氣的影響。實驗結果見表7和圖3。

圖3 鉛鋅尾礦水料比與膨脹高度關系曲線Fig.3 Relationship curves between ratio of water to material and swelling height of lead-zinc tailings

表7 水料比對發氣影響實驗結果Table 7 Experimental results of influence of ratio of water to material on gas generation

由圖3可知，在滿足料漿工作性的前提下，隨著水料比的增大，發氣效果有明顯改善。當水料比在0.60左右，發氣曲線比較接近理想加氣混凝土發氣曲線，推薦合理的水料比為0.60。

澆注溫度對發氣的影響。在基準配方水泥16%、混灰24%、尾礦60%、鋁粉0.85?的基礎上，考察不同的澆注溫度對發氣的影響。實驗結果見表8和圖4。

圖4 鉛鋅尾礦澆注溫度與膨脹高度關系曲線Fig.4 Relationship curves between pouring temperature and swelling height of lead-zinc tailings

表8 溫度對發氣影響實驗結果Table 8 Experimental results of influence of temperature on gas generation

試驗結果表明：料漿溫度對加氣混凝土的發氣起著決定性作用，隨著溫度的升高，發氣高度也隨之增加。由圖4可知，澆注溫度在40～45 ℃時，發氣曲線比較接近加氣混凝土理想發氣曲線。因此，發氣膨脹最優溫度范圍為40～45 ℃，料漿初始溫度由澆注用水溫度所決定，本次實驗中主要是通過用溫度為65 ℃左右的熱水來滿足此要求，推薦澆注溫度為40～45 ℃。

鋁粉對發氣的影響。鋁粉的性質及摻量是形成加氣混凝土內部結構的決定性因素，同時對加氣混凝土的質量具有重要影響。影響加氣混凝土內部結構的主要是鋁粉顆粒的形狀、大小及其活性。

試驗證明鋁粉的摻量對發氣高度也有影響，鋁粉摻量增加，發氣較高，但同時也會對強度帶來不利影響，鋁粉摻量以0.85?～1.00?較佳。

6）原料配比及產品質量檢測。通過原料配比試驗和發氣影響因素研究，實驗室用黃巖鉛鋅尾礦為主要原料、按照最佳原料配比（表9）生產加氣混泥土，得到的產品質量檢測結果見表10。

表9 尾礦生產加氣混泥土原料最佳配比Table 9 Optimum proportion of raw materials for autoclaved aerated concrete with tailings 單位：%

表10 尾礦生產加氣混泥土產品質量檢測結果Table 10 Quality test results of autoclaved aerated concrete with tailings

由表10可知，在實驗室按照最佳原料配比和發氣條件，獲得的實驗室產品抗凍性符合B6.0合格品指標要求，導熱系數、干燥收縮值和放射性合格，絕干容重達到B06合格品，強度達到A3.5強度等級。

7）尾礦制備蒸壓加氣混凝土試驗研究結論：試驗用尾礦作為主要原料生產加氣混泥土，產品質量達到國家標準《蒸壓加氣混凝土砌塊》（GB/T 11968—2020）中規定的B06合格品A3.5強度等級，耐久性指標檢測值合格；通過對黃巖鉛鋅礦尾礦開展小型蒸壓加氣混泥土試驗研究表明，黃巖鉛鋅礦尾礦通過合理的工藝配方，能作為生產加氣混泥土生產原料。

1.3.2 尾礦用于加氣廠和制磚廠的實施方案

通過對黃巖鉛鋅礦尾礦生產加氣混泥土試驗，研究表明尾礦可以作為加氣混泥土生產原料。

此方案應采用干采工藝進行尾礦回采，將回采尾礦經滾筒篩篩分除雜，篩下尾礦運到大型堆場晾干后，銷往本地區的加氣磚廠，目前，當地加氣磚廠接收的尾礦砂含水率在18%～22%；當地水泥制磚廠對尾礦含水沒有明確的指標限制，盡可能干燥；該方案特點是高效快捷、市場需求旺盛、潛在合作客戶較多。相對方案1和方案2，本方案由于尾礦回采除雜晾干就可以銷售，節省投資。

通過市場調研可知，黃巖鉛鋅礦所在的臺州當地加氣混泥土廠和水泥制磚廠兩者年需求200萬t的尾礦砂。尾礦只要SiO2達到50%以上就可以用于生產加氣混泥土，即使尾礦成分有一定的波動，原料中通過添加高硅石英粉、硅石粉等，使加氣混泥土砌塊質量穩定。

本方案需要滾筒篩篩分場地、配置篩分給料皮帶機、鏟料裝載機、篩下皮帶機，以及尾礦大型堆場，干采作業效率高，有利于保障安全、環保，可以縮短清庫時間，缺點是雨季不能作業。

2 尾礦利用三種方案比較

方案1：如果建選礦廠回收鉛鋅，就要考慮一起建加氣磚廠消耗再選尾礦，根據黃巖鉛鋅礦現有尾礦量135萬t，按省里要求2026年底清庫完成，需建設浮選廠規模45萬t/a、再選尾礦生產加氣磚及加氣板材規模為60萬m3/a。預計項目占地面積0.05 km2（選廠0.01 km2、加氣磚廠0.04 km2）；項目投資總計估算1.5億元，其中選礦廠（4 000萬元）、加氣磚廠（11 000萬元）；選礦效益為原礦處理成本120.1元/t，原礦產出精礦價值118.57元/t，新建選礦廠選礦效益不明顯；加氣磚廠利潤與項目所在地市場、項目運作成本控制有關。

尾礦再磨再選的難點：尾礦鉛、鋅總體品位偏低；尾礦再選試驗并未能把鉛鋅分開，未能獲得合格獨立的鉛精礦和鋅精礦，鉛鋅混合精礦計價系數低，鉛鋅價值未能最大化，經濟效益不明顯；項目可持續性差，一旦尾礦采完就沒資源可選；項目占地面積大，投資大，就近選址難；不利于當地環境和水資源保護；如果開展尾礦再選，一旦下游加氣磚廠市場不好，將直接影響尾礦庫清庫進程，延長清庫時間。

鑒于尾礦有價元素鉛品位、鋅品位低、選礦未能分離出獨立的鉛精礦、鋅精礦，項目投資大，選址難，選礦效益不明顯，尾礦再選不利于環境保護，同時受市場因素影響，尾礦再選將直接影響黃巖鉛鋅礦清庫進程，建議暫不考慮重新建選礦廠；鑒于尾礦所含鉛鋅的選礦價值，可以考慮直接尾礦回采銷售給有條件的加工企業。

方案2：需要選址建廠，尾礦分級和脫水工藝會產生廢水，細粒級尾礦要烘干會產生粉塵，尾礦深加工方案環保壓力大。黃巖區按照三區三線矢量圖來劃分，黃巖鉛鋅礦尾礦庫屬于一類環境空氣區、Ⅱ類地表水域；原則上鄭鄉一帶不能新建產生新的污染源項目、Ⅱ類地表水域不能設置排污口。

此方案不符合現行政策、環保要求，如果選址離尾礦庫距離較遠，又會增加尾礦加工運輸成本。

通過以上論證分析，本研究認為采用方案3更符合實際，即尾砂通過干采、滾筒篩分除雜，水份合格的直接銷售、水份偏高的運到綜合堆場堆放晾干，尾礦主要銷售到加氣磚廠、水泥磚廠，尾礦也可以直接銷售給已經具備加工條件的浮選廠回收鉛鋅，尾礦回采后直接銷售為理想方案。我國加氣混凝土生產從原料、生產工藝、材料性能、生產設備、應用技術、施工機器、生產管理、質量管理等方面都有成熟的實踐經驗[9-10]。

3 結 語

通過對黃巖鉛鋅礦尾礦再選回收鉛鋅以及尾礦生產加氣混泥土試驗研究，結合前期市場調研情況，方案論證結果為鉛鋅尾礦屬于含硅材料，可以作為生產加氣混泥土原料。將干采除雜后的尾礦砂進行晾干，銷往臺州地區的加氣磚廠、水泥制磚廠等，解決了黃巖鉛鋅礦尾礦庫回采銷庫尾礦消納去向問題，此方案有利于在上級應急管理部門規定的時間內完成回采銷庫，能產生良好的安全效益、環保效益、社會效益；尾礦再選回收鉛鋅，如果重新建廠投資大、項目可持續性差、經濟效益不明顯，尾礦可以外銷給已經具備浮選加工條件的企業；進行尾礦分級、細粒級烘干深加工方案，不符合當地現行的環保政策，本次研究的結果作為下一步尾礦庫回采銷庫設計的依據，也可以作為國內同類礦山尾礦開發借鑒之用。