楊朝君，袁洪剛，安冠峰

（1.湖南省水口山有色金屬有限公司礦山項目辦，湖南 衡陽 421513；2.湖南省水口山有色金屬有限公司康家灣礦，湖南 衡陽 421513）

1 研究背景及意義

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對礦產(chǎn)資源的需求也在不斷增大，國內(nèi)金屬礦的開發(fā)速度隨之得到了迅速的增長。礦產(chǎn)開發(fā)過程中，礦山井巷開拓與礦石回采不可避免的要產(chǎn)生大量的廢石；在選礦時，還要產(chǎn)生大量的尾砂。有資料表明，目前全國共有尾礦200億噸以上，并且每年以10億噸的幅度增長[1]。因此，礦山產(chǎn)生的大量廢石和尾砂，如果處理不當(dāng)，伴隨而來的是環(huán)境污染及安全的問題[2]。

礦山的廢石與尾砂，既是資源，又是污染源。當(dāng)前，許多礦山都在探索，尋求解決途徑[3]。國家也出臺了礦山綠色發(fā)展的相應(yīng)政策，并且提出了要合理開發(fā)、資源綜合利用[4]；要求大量減少廢棄物，注重保護(hù)環(huán)境及綠色高質(zhì)量發(fā)展。因此研究礦山廢石和尾砂合理的處理方式是有現(xiàn)實意義的。

本文通過對水口山有色金屬有限公司康家灣礦的廢石和尾砂處理實踐經(jīng)驗進(jìn)行介紹，希望對同類礦山能有所啟發(fā)，在未來能對資源綜合利用、礦山生產(chǎn)安全、環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生積極影響。

2 康家灣礦概述

水口山有色金屬集團(tuán)有限公司是一個有120余年開采歷史，集采、選、冶的大型國有企業(yè)，主要生產(chǎn)鉛、鋅、金、銀、銻、鉍等有色金屬。隸屬于中國五礦集團(tuán)下屬的湖南有色金屬控股集團(tuán)。位于湖南省衡陽市水口山鎮(zhèn)境內(nèi)，距衡陽市區(qū)39公里，水口山曾被譽(yù)為“世界鉛都”。

康家灣鉛鋅金銀礦是水口山公司下轄，國內(nèi)少有的鉛鋅金銀多金屬礦，是以生產(chǎn)金、銀、鉛、鋅、硫為主的中型地下開采礦山，保有資源儲量豐富、有價元素多，礦石價值高,具有較大的開發(fā)利用價值。

2.1 研究問題的由來

水口山齋家沖尾礦庫始建于1979年，設(shè)計總庫容613×104m3，目前已使用庫容約570×104m3，限趨于飽和，已接近服務(wù)年，擴(kuò)容的可能性小，因此為降低尾礦庫壓力，延長尾礦庫使用年限，保障礦山持續(xù)生產(chǎn)，必須大幅減少或完全停止尾砂輸入尾礦庫，就要對尾砂綜合利用進(jìn)行研究，本問題是亟待解決的。

2.2 康家灣礦廢石與尾砂來源

廢石：主要來源為井巷開拓時掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石，掘進(jìn)月進(jìn)尺1500m，按照平均斷面6m2,廢石平均密度2.69t/m3計算，每年可產(chǎn)生廢石29.05萬噸。

尾砂：按照5.0×105t原礦量，拋廢率10%，尾砂產(chǎn)率70%計算，預(yù)選拋廢可產(chǎn)生碎石5.0×104t，選礦產(chǎn)生尾砂31.5×104t。經(jīng)計算，康家灣礦廢石和尾砂年產(chǎn)量可為65.55萬噸，結(jié)果可見表1。

表1 康家灣礦廢石和尾砂年產(chǎn)量

2.3 康家灣廢石及尾砂的性質(zhì)特征

（1）廢石：康家灣礦的礦體主要賦存在硅化破碎帶（QB）和棲霞組（P1q）、壺天群（C2+3）地層中，礦體的圍巖主要為硅化角礫巖或碳酸鹽類巖石，因此，廢石主要以石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3）的白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）灰?guī)r、泥灰?guī)r含少量燧石結(jié)核；硅化破碎帶（QB）的硅質(zhì)角礫巖，及少量的（J1g）灰黑色炭質(zhì)細(xì)砂巖及頁巖。

通過酸浸、水浸實驗，對康家灣礦井下廢石進(jìn)行毒性檢測，結(jié)果表明，各項指標(biāo)均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)果見表2、表3酸浸實驗（ND表示未檢測出）。

表2 井下廢石酸浸毒性鑒別實驗結(jié)果

表3 井下廢石水浸毒性鑒別實驗結(jié)果

ND mg/L 0.1總鉻 ND mg/L 1.5六價鉻 ND mg/L 0.5砷 0.0051 mg/L 0.5鉛ND mg/L 1鎳ND mg/L 1銀0.5鎘

按照GB6566-2010《建筑材料核放射性核素限量》對康家灣礦的廢石做放射性檢測檢測，結(jié)果見表4。

表4 選廠尾砂放射性檢測檢測

（2）選廠尾砂：用重量法測定尾礦真比重為2.75。采用篩析和激光粒度分析儀測定尾礦顆粒的粒度分布，全尾礦粒徑分級：0.074mm（200目）以下占69.63%，0.038mm（400目）以下占53.95%，屬較細(xì)尾礦，礦石粒度分布結(jié)果見表5。

表5 礦石粒度分布

尾礦的主要組分是富含SiO2、CaCO3、Al2O3等資源礦物，通過X熒光分析對尾砂組分檢測[5]，檢測結(jié)果見表6。

康家灣礦選廠尾砂，按照工業(yè)廢棄物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行毒性浸出實驗，實驗結(jié)果見表7。

表6 尾砂成分分析

表7 康家灣礦尾砂毒性鑒別實驗結(jié)果

按照GB6566-2010《建筑材料核放射性核素限量》對選廠尾砂放射性檢測檢測，結(jié)果見表8。

表8 選廠尾砂放射性檢測檢測

3 康家灣礦廢石及尾砂的處理方式

康家灣礦廢石、尾砂經(jīng)過毒性、放射性實驗檢測，為Ⅰ類一般固體廢棄物。為將廢石和尾砂資源化綜合利用，把開拓和回采過程產(chǎn)生的廢石出售給附近建材企業(yè)[6]；選廠預(yù)選拋廢產(chǎn)生的碎石與壓濾后的尾砂，全部出售給衡陽市內(nèi)的建材企業(yè)，制作建筑材料。剩余的廢石與選廠多余尾砂全部充填到井下采空區(qū)。通過以上方式可將礦山采、選過程中產(chǎn)生的廢石及尾砂全部綜合利用，實現(xiàn)采、選廢石與尾砂零排放。

3.1 將尾砂充填至井下采空區(qū)

正常生產(chǎn)過程中，每年有5.0×105t/a的礦石產(chǎn)出，所產(chǎn)生的采空區(qū)需要進(jìn)行充填，因此，年平均可充填采空區(qū)體積為：

圖1 廢石和尾砂平衡圖

式中：Vn—年平均可充填采空區(qū)體積，m3/a；Vk—年回采的礦石量，t/a；

Z—充采比，Z=1；γK—礦石體重，3.03t/m3。

則年井下平均可充填量Qt=Vn×γt=45.38×104t/a。

γt—尾砂體重，2.75t/m3

充填能力驗算：

康家灣礦目前對井下空區(qū)采用全尾砂膠結(jié)充填，礦山已建有一座充填站，站內(nèi)有2座立式砂倉和1座水泥倉，每座砂倉有效容積為750m3，水泥倉的有效容積為110m3[7]。充填料漿濃度約為45%，充填站內(nèi)制漿量為68.14m3/h，造漿能力約54萬m3/a，因低濃度料漿泌水率高，充填體的體積沉縮率經(jīng)實驗測定為36.14%。該充填系統(tǒng)工作制度為330天/年，每天2班，每班8小時。

因此，充填系統(tǒng)，可完成的充填實際體積為68.14×(1-36.14%)=43.5m3/h，考慮系統(tǒng)出勤率80%，年實際充填能力約為18.37×104m3/a。

充填系統(tǒng)的能力Q’=18.37×104m3/a×γt=50.53×104t/a，大于每年井下平均需要的同天梁，是滿足生產(chǎn)需求的。

因此，井下每年充填量取45.38×104t/a。

3.2 將廢石與部分尾砂外銷制建材

尾礦的主要組分是SiO2、Al2O3、CaCO3等資源礦物，目前尾砂生產(chǎn)建筑材料已有一些成熟技術(shù)，可以通過現(xiàn)有的成熟工藝生產(chǎn)若干種建筑材料。

且康家灣礦的廢石與尾砂，通過毒性與輻射性實驗，結(jié)果表明，可滿足建材行業(yè)要求。因尾砂與廢石制作的建材產(chǎn)品附加值低，銷售半徑小，所以康家灣礦決定就地銷售給附近建材制造企業(yè)。

3.3 廢石與尾砂平衡

目前康家灣礦年產(chǎn)廢石與尾砂約65.55萬噸，目前我公司已與附近建材企業(yè)簽訂合同，可年外銷井下廢石15萬噸、預(yù)選拋廢碎石5萬噸、尾砂20萬噸。將剩余14.05萬噸廢石和11.5萬噸的尾砂充填到井下采空區(qū)，井下充填能力為45.38萬噸。

因此，康家灣礦通過尾砂綜合利用，尾砂與廢石的整體消化能力大于年產(chǎn)量，滿足生產(chǎn)需求，解決了未來尾砂堆存的現(xiàn)實問題。

4 結(jié)論

（1）實現(xiàn)了對采、選過程產(chǎn)生的廢石與尾砂的綜合利用，將廢物資源化，用于制作建材，節(jié)省了礦產(chǎn)資源，有較好的社會效益。

（2）不需新增尾礦庫，減少了對土地的占用，以及因此帶來的環(huán)境與安全問題；接近了礦山無廢開采的目標(biāo)，助力礦山綠色高質(zhì)量發(fā)展，有良好的生態(tài)環(huán)境效益。

（3）通過廢物資源再利用，將尾砂和廢石變廢為寶實現(xiàn)資源綜合利用，提高了資源利用率，實現(xiàn)資源效益最佳化，經(jīng)測算，每年可增加821.5萬銷售收入，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）通過對采空區(qū)尾砂充填與尾砂壓濾后出售，實現(xiàn)了尾砂零排放，解決了康家灣尾砂堆存的現(xiàn)實問題，保障礦山持續(xù)發(fā)展。

（5）不足，康家灣礦部分尾砂含金品位仍在0.5g/t以上,未做相關(guān)的研究。未來，可通過尾砂再選金等問題的研究，提高金及其它有價金屬的回收和利用率。