汪沛

摘要：基于我國銅尾礦綜合利用在再選和回收有用組分、制備新型建材、充填采空區(qū)、作玻璃和陶瓷原料等方面的研究成果，綜合評述了我國銅尾礦的資源情況、綜合利用及研究現(xiàn)狀，同時指出了銅尾礦研究利用的問題，并對下一步研究重點及方向進行了建議。

關鍵詞：銅尾礦；資源現(xiàn)狀；回收；綜合利用；研究進展

作為國民經濟社會發(fā)展不可或缺的礦產資源，銅礦在我國具有悠久的開發(fā)歷史，隨著銅礦的不斷開采利用而產生的銅尾礦以其龐大的數(shù)量及規(guī)模，在大宗的固體廢棄物中具有較強的代表性。隨著國家經濟建設的發(fā)展，對銅礦資源的依賴和需求逐年增加，導致銅礦資源開采規(guī)模不斷擴大。

礦石開采產量不斷提高，開采出的銅的品位卻在降低，由此產生了大量的銅尾礦。由于銅尾礦不斷積存，不僅直接占用大量的土地資源，影響了當?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)和人文景觀，還極易對土壤、水體及其空氣等環(huán)境造成污染，破壞了當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，同時還存在著可能誘發(fā)山體崩塌、滑坡、泥石流等自然災害的問題。銅尾礦由于其開采歷史、技術手段、設備、管理和經濟市場等原因，導致許多具有可重復利用價值的元素和部件被廢棄在銅尾礦中，使其具有雙重特性。它們既是大宗的固體廢物，又是潛在的二次資源，對銅尾礦的二次資源利用和無害化處理具有巨大的開發(fā)潛力，銅尾礦的開發(fā)利用已逐漸受到當今社會的普遍重視和關注。因此，對于銅尾礦的高效資源化綜合開發(fā)利用和進行系統(tǒng)深入的科學研究與應用是非常必要的，具有十分重要的應用價值及社會經濟效益。本文全面綜述了我國銅尾礦資源綜合利用的研究現(xiàn)狀，旨在為銅尾礦資源的深入開發(fā)利用提供新的思路。

1.銅尾礦資源現(xiàn)狀

銅尾礦又稱銅尾砂，是由自然銅礦石經過破碎、研磨、分選等選礦提純處理后所剩下的細粉沙粒組成。

銅尾礦是將天然銅礦石中有用的成分進行選別后排出的一種細砂狀固體廢棄物。銅尾礦作為一種固體廢棄物只是一個相對概念，在經濟技術發(fā)展到一定程度后，銅尾礦也可以作為有用礦產資源，實現(xiàn)變廢為寶。只是在當前的科學技術和經濟發(fā)展條件下，銅尾礦尚未能充分有效的被開發(fā)和利用，通過選廠分選后將其排出暫時儲存于尾礦庫中。

我國境內銅尾礦的現(xiàn)存數(shù)量龐大，有上千座規(guī)模較大的銅尾礦庫，分布范圍廣泛，主要集中在江西、云南、湖北、安徽、甘肅等省。我國銅尾礦數(shù)量巨大，綜合利用率低。依據(jù)中國資源綜合利用年度報告（2014），我國境內銅尾礦2009年～2013年間年均產量約為3.01億噸，呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢。據(jù)統(tǒng)計截止到2014年底，現(xiàn)存銅尾礦量在我國境內的近24億噸，Cu的平均品位為0.07%～0.08%，資源綜合利用率約為8.2%。我國銅尾礦銅結構多樣，單體顆粒解離率低，嵌入粒度細，礦物結構和化學成分復雜，矸石含量高。這些因素嚴重制約了銅尾礦的綜合利用和技術的發(fā)展。

2.綜合利用現(xiàn)狀

我國現(xiàn)代科技、工業(yè)、社會和國民經濟的高速發(fā)展，十八大以來的生態(tài)文明建設和習近平總書記講話中提出的“兩山論——綠水青山就是金山銀山”已深入人心，國家環(huán)保政策和礦業(yè)市場需求都發(fā)生了很大變化，礦產資源開發(fā)利用在新時代背景下必然走向一條綠色、環(huán)保、高效、可持續(xù)的健康之路。如何建設一座綠色礦山，對銅尾礦進行綜合利用已然重要，這成為我國銅礦企業(yè)良性發(fā)展與生存的必然選擇，也是未來如何促進銅礦經濟可持續(xù)發(fā)展的決定性因素。當前，銅尾礦的綜合利用已經逐漸成為選礦、材料以及環(huán)保技術等領域的研究熱點之一，主要研究點集中在以下幾個方面。

2.1再選和回收有用組分

在采礦工業(yè)發(fā)展的早期，它受到當時選礦條件、冶煉技術和設備的限制。許多稀有元素、有價金屬及其他的有用組分未被充分利用而殘存在礦山尾礦中。隨著采選工業(yè)科技的不斷更新和升級，采礦、選冶設備以及技術都取得了高速的發(fā)展，目前的工業(yè)技術水平已逐漸發(fā)展到可以全面回收銅尾礦中一些有用的部件。這樣不但能緩解日益緊張的礦產資源供需矛盾，而且在一定程度上還可以對企業(yè)產生較好的社會效應和經濟效益。因此，研制選冶新技術、新工藝以及新設備來對尾礦中有用礦物及稀有元素組分進行再選和回收被認為是銅尾礦綜合利用的有效途徑之一。

聶慶民等以含銅0.14%的銅尾礦為研究對象，預先脫泥再磨后，經過一次粗、一次掃、三次細的重選過程，最終銅精礦品位為15.17%，最大回收率為68.37%。再選回收效果良好。李金林等采用一粗四精兩掃的工藝技術，回收獲得了品位為22.88%的銅精礦和品位為21.07%的鉍精礦，再選效果突出。黃建芬等人員采用一段磨礦、兩粗兩掃兩精的再選工藝，獲得的銅精礦平均含銅18.13%，含金4.87g/t，銅、金回收率分別為69.88%、52.17%，對尾礦中金銅的回收效果較好。李天霞等采用原礦樣浮選泡沫產品為載體，在磨礦細度為-74μm占80%的情況下進行一粗三精兩掃，粗粒徑再磨至-38μm（約占70%左右）后再進行兩精兩掃的綜合再選工藝流程，最終獲得銅精礦品位為18.07%、回收率為46.79%，較好地實現(xiàn)了銅尾礦中銅的回收。卓建英等采用“分級+再磨+浮選”的再選工藝流程，經一粗二精一掃，最終獲得了銅精礦品位為8.73%，回收率40.34%，同時，伴生金和銀的回收率分別為7.10%和18.07%，實現(xiàn)了伴生元素的綜合回收。

2.2制備建筑材料

銅尾礦中主要成分石英、長石、伊利石和云母等非金屬礦物，與建筑材料的主要成分密切相關，可以通過利用輔助劑和改良劑適量添加于銅尾礦中，改良或消除銅尾礦中含有的一些有毒有害的元素后，就可以基本實現(xiàn)利用銅尾礦作為主體原料來生產和制備新型建筑材料的目的。因此受到了許多專家及學者的重點關注和深入研究，在利用銅尾礦原料制備水泥、磚、石塑料等建筑復合材料、新材料等方面取得了較快進展，并取得了一系列成果。已發(fā)展成為一項促進銅尾礦資源和建筑材料的技術，是大規(guī)模開發(fā)利用的重要途徑。

根據(jù)銅尾礦性質的差異，可以有針對性地選擇制備不同的建筑材料或者是作為混凝土摻合料，也可以制備不同標號的水泥制品。朱永祥等人利用高硅銅尾礦作混凝土主要摻合料的試驗中發(fā)現(xiàn)，在水灰比分別為不同的情況下，外摻銅尾礦最高量可達60%，制得的混凝土試件的強度表現(xiàn)良好，耐久性能穩(wěn)定。方永浩等人以低硅銅尾礦為主要原料制作灰砂磚的研究中，在175℃～190℃蒸壓溫度下制得的灰砂磚物理結構和力學性能完全符合國家標準要求。利用銅尾礦制備的新型建筑材料，不僅具有強度高和耐久度好的優(yōu)點，還可以與其他廢棄物一起再次利用，符合綠色經濟中的“減量化”原則，是解決銅尾礦問題的重要途徑之一。雖然銅尾礦用于制備建筑材料研究較多，但仍存在技術單一、產品附加值不高等問題。

2.3充填采空區(qū)

大量銅資源開采后，地下采空區(qū)面積較大，利用銅尾礦對地下采空區(qū)進行回填。這是目前最有效的直接利用銅尾礦來減少廢物的方法之一。利用銅尾礦進行回填的方法是在尾礦成分中摻入一定比例的膠凝材料，攪拌成膏體狀的尾礦料漿直接輸入到廢棄的礦井及采空區(qū)中。利用銅尾礦作為填料具有就地取材、來源充足、運輸快捷、廢物利用、降低風險等優(yōu)點；不僅能有效解決因尾礦堆存造成的土地資源占用、環(huán)境污染及安全風險等問題，還可大程度實現(xiàn)成本降低甚至完全省去了尾礦庫的建設及正常運行的費用，提高了效益，減輕了相關企業(yè)的經濟負擔。

目前最常用的方法是利用攪拌設備、濃密機、工業(yè)泵等將各種膏狀尾礦漿輸送到地下充填采空區(qū)。我國的尾礦充填技術水平，如級配尾礦膠結充填、廢石尾礦膠結充填、全尾礦膠結充填、膏體抽采采空區(qū)等目前處于世界領先地位。國內對于利用銅尾礦作井下采空區(qū)的充填料漿積累了大量的研究和實踐經驗。金川銅礦采空區(qū)回填采用的膏體泵送充填系統(tǒng)，在銅尾礦中添加普通硅酸鹽水泥、粉煤灰等膠凝劑，制成膏體充填料漿，經泵壓輸送，充填能力達150m3/h。冬瓜山銅礦采用的全尾砂膠結充填技術，通過立式砂倉連續(xù)制備系統(tǒng)，以自流輸送方式，實現(xiàn)了單套系統(tǒng)最高達120m3/h的充填能力。甲瑪銅礦采用全尾砂高濃度膠結充填系統(tǒng)，通過立式砂倉與深錐濃密機的聯(lián)合制漿方法，以膏體自流輸送的方式，在我國高海拔地區(qū)成功實現(xiàn)了單套系統(tǒng)高達180m3/h的大流量穩(wěn)定連續(xù)尾砂膠結充填。

充分利用銅尾礦來充填采空區(qū)，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(huán)境的一個有效手段。隨著中國經濟社會的不斷發(fā)展及銅礦資源的持續(xù)開發(fā)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(tǒng)智能化等方面進一步提高。

2.4作玻璃和陶瓷原料

銅尾礦可作為陶瓷、玻璃等的原料，部分銅尾礦還可開發(fā)高附加值產品，如泡沫陶瓷、微晶玻璃、白碳等。楊航等以銅尾礦為主要原料，加入鈉長石、白云石、發(fā)泡劑等。經球磨成-0.054mm粒度，在燒結溫度1200℃、保溫60min下，制備的發(fā)泡陶瓷密度和強度符合國家標準要求。廖力以高鈣、高鐵、低硅鋁的銅尾礦為研究對象，通過配料熔制、水淬燒結及晶化磨切等工藝制備的CaO-MgO-AL2O3-SiO2四系微晶玻璃的質量符合國家標準要求。用銅尾礦制備的微晶玻璃、陶瓷材料等高附加值產品，性能好，成本低，是當前銅尾礦綜合利用的新方向。

3.問題與建議

近年來，銅尾礦的再選和綜合開發(fā)利用等相關技術不斷探索和積累，取得了一些突破性的研究成果，但是進展仍較緩慢。目前，再選和回收有用組分、制備各種新型建材、用于充填采空區(qū)、開發(fā)生產高附加值產品等已經發(fā)展成為國內外對銅尾礦研究和綜合利用的主要途徑。但是銅尾礦的研究和綜合利用技術仍然存在一些突出的問題，如綜合利用的方式較單一、尾礦的綜合利用率和利用深度不高、產品的附加值較低、工藝中引入新的添加物形成了新的環(huán)境問題、未重視能耗以及實際推廣應用困難等問題。另外，由于不同產地的銅尾礦存在較大的差異性，很難形成高效、統(tǒng)一的綜合利用技術。因此結合我國現(xiàn)階段銅尾礦綜合利用現(xiàn)狀，建議從以下幾個方面深入開展研究。

（1）重新再選和回收的有效成分的銅尾礦，有必要結合不同類型的尾礦的礦物特征加強研究礦物成分，共伴生狀態(tài)，銅尾礦粒度分布，并提供一個合理的工藝流程。為提高尾礦資源利用效率提供理論依據(jù)。

（2）在制備建筑材料和高附加值產品時，應進一步研究尾礦的作用機理，以激發(fā)銅尾礦的活性。同時，國家應加大政策扶持力度，促進尾礦利用，形成產業(yè)，發(fā)展高尾礦產業(yè)，快速發(fā)展。

（3）在充填采空區(qū)方面，應進一步加強對膠結劑用量更少，充填體強度更高，對井下無污染以及流量大、成本低的新工藝、設備及智能化系統(tǒng)等方面的研究。

（4）銅尾礦資源綜合利用應充分兼顧協(xié)調能源、環(huán)境、經濟三者的關系，響應國家的節(jié)能低碳減排、綠色開發(fā)、循環(huán)經濟等發(fā)展政策，順應我國“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的科學發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略理念。

最后，還應進一步加強對銅尾礦綜合利用的新技術方法、新工藝設備的探索和研究，如利用微生物對銅尾礦進行再提取，用銅尾礦做土壤改良劑及礦物復合肥等技術，探索出更高效、更經濟及更環(huán)保的利用新方法，全面實現(xiàn)我國銅尾礦綜合利用的突破性進展。

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