韓瑞鵬，汪強(qiáng)，袁路，臧鶴琦，韓鵬輝，趙旭東

1.中煤景泰（北京）環(huán)境科技有限公司；2.陜西水利水電工程集團(tuán)有限公司

尾礦是對(duì)原礦進(jìn)行開(kāi)采、加工等技術(shù)生產(chǎn)流程后，剩余有用目標(biāo)組分含量較低而無(wú)法用于生產(chǎn)的部分[1]。尾礦的主要礦物成分，是各種脈石礦物，例如石英、長(zhǎng)石、輝石和角閃石等，其主要化學(xué)成分為鐵、硅、鋁等元素的氧化物和硅酸鹽[2]。尾礦作為一種較為常見(jiàn)的礦業(yè)加工余料，深受認(rèn)知和技術(shù)生產(chǎn)水平的限制。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被當(dāng)做礦業(yè)廢料而遺棄，隨著礦產(chǎn)資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)，以及生態(tài)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)的需要，對(duì)尾礦資源綜合開(kāi)發(fā)，將其作為二次資源加以利用亟待進(jìn)行。從根本上解決經(jīng)濟(jì)建設(shè)與資源開(kāi)發(fā)利用的矛盾，以此實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的綠色可持續(xù)發(fā)展。

一、尾礦綜合利用現(xiàn)狀

（一）尾礦的類(lèi)型

根據(jù)金屬元素的性質(zhì)和組成、礦物組成等。尾礦可以分為黑色金屬尾礦、有色金屬尾礦、貴金屬尾礦、非金屬尾礦4種[3-4]，見(jiàn)表1。

表1 尾礦的分類(lèi)

（二）我國(guó)尾礦資源綜合利用現(xiàn)狀

我國(guó)尾礦資源綜合開(kāi)發(fā)利用要比西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家遲了幾十年。但近十幾年，隨著我國(guó)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，以及國(guó)家各項(xiàng)相關(guān)政策的出臺(tái)和落實(shí)，尾礦資源利用水平顯著增強(qiáng)。由于能源經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，全球尾礦排放量巨大。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)尾礦排放量在2014年達(dá)到峰值后逐年下降，2019年排放量略有增長(zhǎng)，為12.72億噸；與此同時(shí)，隨著尾礦資源大量堆積衍生的問(wèn)題日趨嚴(yán)峻，我國(guó)積極投入對(duì)尾礦資源綜合利用的研究中，2019年我國(guó)綜合利用尾礦資源約為4.13億噸，綜合利用占比約為32.5%，相比較2018年提高4.8個(gè)百分點(diǎn)。雖然尾礦總體開(kāi)發(fā)利用率呈攀升態(tài)勢(shì)(如下圖1)，但仍有65%以上的尾礦未得到充分利用?，F(xiàn)階段，我國(guó)尾礦資源利用主要集中在有用成分選別、生產(chǎn)新型建材、資源回填等；因此，對(duì)尾礦開(kāi)展系統(tǒng)化開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)資源二次利用的潛力很大[5]

圖1 2011-2019年我國(guó)尾礦綜合利用量和綜合利用率變化情況

二、尾礦綜合利用技術(shù)

近幾年，政府部門(mén)充分發(fā)揮引導(dǎo)作用。在相關(guān)政策的支持下，大批礦山企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)與高校、科研院所聯(lián)合攻關(guān)，積極投入到尾礦資源綜合利用專(zhuān)項(xiàng)研究中，自然資源部每年都會(huì)遴選一批先進(jìn)適用技術(shù)，在全國(guó)范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，在尾礦資源二次化利用、無(wú)害處理、消災(zāi)減量等工作中取得了顯著成果。目前對(duì)尾礦綜合利用主要途徑有尾礦資源二次精選、采空區(qū)回填、加工生產(chǎn)為建筑材料、尾礦無(wú)害化處理后實(shí)施土地復(fù)墾、肥料生產(chǎn)等。

（一）尾礦資源中有價(jià)組分的提取

我國(guó)尾礦多伴生礦物，因受選礦技術(shù)水平的限制。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，礦山開(kāi)采僅對(duì)其中的一種或幾種品位較高的礦種進(jìn)行回收，大量低品位的礦物富集在尾礦中[6]。隨著選礦技術(shù)水平的提升，對(duì)尾礦進(jìn)行二次選別，充分開(kāi)采其有價(jià)礦物成分，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源的充分利用具有重大的意義。例如，海南礦業(yè)股份有限公司，針對(duì)弱磁性鐵礦石，應(yīng)采用粗粒級(jí)跳汰重選技術(shù)，提高貧礦入選品位，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，有效整合原富礦及貧礦選礦系統(tǒng)，并將貧富分采改為混采，提高采礦效率及資源綜合利用率。除可回收低品位的主體礦產(chǎn)以外，還可以回收尾礦中的其他有用組分。張轟玉[7]對(duì)白云鄂博選鐵尾礦稀土高效回收試驗(yàn)研究中，得到稀土精礦品位（REO）60.44%，回收率（REO）為90.47%。

（二）利用尾礦資源生產(chǎn)建筑材料

尾礦是一種復(fù)合型的礦產(chǎn)資源，礦物成分主要為石英、長(zhǎng)石、輝石等，其化學(xué)成分主要為多種金屬的氧化物，其中包括 Sio2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO 等，接近建筑用骨料、新型水泥、透水磚、微晶玻璃等所需成分，可以加工為建筑材料，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域[8]。當(dāng)前，應(yīng)利用尾礦砂石生產(chǎn)建筑材料。已成為礦山地質(zhì)環(huán)境治理及尾礦資源減量化綜合利用的重要途徑[10]。

1.生產(chǎn)建筑用砂

砂是混凝土或者砂漿中，不可或缺的主要細(xì)集料?，F(xiàn)代建筑物的主要構(gòu)成原料傳統(tǒng)用砂來(lái)源為河流采砂，無(wú)序的開(kāi)采對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。近十幾年，砂石需求量更趨緊張，對(duì)尾礦石料進(jìn)行破碎、篩洗，既能夠有效地解決建筑用砂的資源困境，同時(shí)還能達(dá)到尾礦砂石的二次利用[11]。

尾礦砂普遍具有粒徑大、級(jí)配較差，壓碎值較低等特點(diǎn)，不能直接用于建筑用砂，需經(jīng)一定的生產(chǎn)工藝對(duì)其進(jìn)行二次加工后，方能成為合格的砂料。其生產(chǎn)工藝為：對(duì)原材料進(jìn)行初步破碎后傳送至對(duì)輥破碎機(jī)再由滾動(dòng)篩對(duì)其進(jìn)行初次篩選，細(xì)沙直接輸送至成品沙堆積區(qū)，粗砂進(jìn)一步破碎、篩除、水洗后輸送至成品沙堆積區(qū)。

2.生產(chǎn)水泥材料

作為一種無(wú)機(jī)膠凝材料，水泥廣泛應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，并且每年需求量巨大。而尾礦砂中含有大量的石英，其主要化學(xué)成分為二氧化硅，滿(mǎn)足普通硅酸鹽水泥生產(chǎn)的配料要求，經(jīng)適當(dāng)粉磨，與粉煤灰、石灰石等合理配比，經(jīng)一定的煅燒工藝可以生產(chǎn)出滿(mǎn)足強(qiáng)度及膠凝效果的硅酸鹽水泥[12]。例如馬鋼（集團(tuán)）某礦業(yè)公司尾礦全量資源化綜合利用技術(shù)，采用改進(jìn)后的工藝技術(shù)及設(shè)備，開(kāi)發(fā)出尾礦水泥材料新型配方和系列技術(shù)，尾礦在烘干、輸送過(guò)程中不結(jié)團(tuán)、不堵料，從而使得生產(chǎn)過(guò)程順暢，具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙重效益，應(yīng)用潛力巨大。

3.生產(chǎn)免燒磚

免燒磚為不經(jīng)高溫鍛煉，應(yīng)利用尾礦渣、粉煤灰、煤矸石等為主要原料。根據(jù)實(shí)驗(yàn)后的配方，經(jīng)高壓壓制成型的新型建筑材料，其生產(chǎn)流程為上料機(jī)→攪拌機(jī)→皮帶輸送機(jī)→壓磚機(jī)→磚坯→養(yǎng)護(hù)→成品→出廠。近些年，我國(guó)對(duì)利用各種尾礦固廢料生產(chǎn)環(huán)保型免燒磚出臺(tái)了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及政策優(yōu)惠力度，已將其作為全免增值稅的建材制品[13]。

（三）采空區(qū)回填

將尾礦料用于采空區(qū)回填，是一種重要的尾礦資源減量化手段，同時(shí)也是踐行“安全礦山、生態(tài)礦山”的理念要求，保持地壓平衡，預(yù)防礦區(qū)范圍內(nèi)潛在地質(zhì)災(zāi)害的重要措施。當(dāng)前，針對(duì)尾礦填充技術(shù)主要從填充物料選擇和配比、填充區(qū)地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀，填充體的單軸抗壓強(qiáng)度、非均質(zhì)性、沉降特性等方面進(jìn)行了研究[14]。且取得了很好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，汪光德等[15]通過(guò)對(duì)邯鄲某鐵礦地面沉降區(qū)穩(wěn)定性分析后，對(duì)充填原料、填充技術(shù)進(jìn)行了充分的研究。經(jīng)綜合分析利用尾礦廢料進(jìn)行填充比修建尾礦庫(kù)節(jié)省投資約600萬(wàn)元，運(yùn)營(yíng)成本極低。

（四）無(wú)害化尾礦資源在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

尾礦在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前提，是要做好尾礦的“無(wú)害化”處理[16]。無(wú)害化的尾礦資源可以應(yīng)用于生產(chǎn)新型肥料、園藝栽培基質(zhì)以及實(shí)施尾礦用地復(fù)墾等[6]。

1.生產(chǎn)新型肥料

尾礦中含有植物生長(zhǎng)所需要的微量元素，例如鐵、錳、氮、磷、鉀等，將無(wú)害化尾礦作為基料與N、P原料按照一定比例混合，經(jīng)一定的生產(chǎn)工藝流程，可制備出一種根據(jù)植物生產(chǎn)需要而緩慢釋放肥料的新型化肥-可控緩釋肥料。楊振蘭[16]在對(duì)遼寧本鋼歪頭山鐵尾礦制肥工藝研究中，生產(chǎn)出多元素可控緩釋肥，可使化肥利用率提高到30%以上。

2.尾礦用地復(fù)墾

由于尾礦的大量堆放，勢(shì)必會(huì)占去較多的土地資源。大量的尾礦用地沙化嚴(yán)重，表土植被稀少，重金屬富集，植物難以生存，通過(guò)將尾礦砂石綜合利用，可有效去除尾礦庫(kù)存。便于開(kāi)展土地復(fù)墾工作。對(duì)尾礦無(wú)害化處理之后，需按照“宜耕則耕、宜林則林”的治理原則，并結(jié)合地方規(guī)劃對(duì)適宜復(fù)墾的區(qū)域?qū)嵤┚G化工程、土地復(fù)墾工程等手段，不僅可以防風(fēng)固沙，美化環(huán)境，同時(shí)新增的耕地可用于占補(bǔ)平衡，能起到很好地生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益[16]。

三、對(duì)尾礦綜合利用前景展望

（一）尾礦綜合利用與區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展的思考

目前尾礦利用大都集中在單一的某個(gè)技術(shù)層面。如何契合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能最大限度地實(shí)現(xiàn)尾礦資源的可利用價(jià)值，同時(shí)兼具其他產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動(dòng)發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)資源與經(jīng)濟(jì)建設(shè)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展還有待進(jìn)一步探究。例如河北某縣在對(duì)無(wú)主廢棄礦山治理中，積極貫徹國(guó)家綠色生態(tài)理念，并將礦區(qū)內(nèi)無(wú)序堆放的殘?jiān)珨啾趯?shí)施削坡卸荷、尾礦砂石清運(yùn)整平，清運(yùn)出來(lái)的砂石料由政府公共交易平臺(tái)進(jìn)行拍賣(mài)，同時(shí)能引入社會(huì)資本參與新建洗沙廠、免燒磚廠等對(duì)尾礦砂石進(jìn)行破碎、振篩二次加工生產(chǎn)為建筑材料（砂石骨料、免燒結(jié)磚等），騰退的土地復(fù)墾為林地或水澆地等。通過(guò)這種綜合治理模式，不僅消除了地質(zhì)災(zāi)害隱患，實(shí)現(xiàn)了礦山生態(tài)系統(tǒng)重建的構(gòu)想，同時(shí)還可產(chǎn)生新增耕地指標(biāo)可用于建設(shè)用地審批及指標(biāo)收益，新建的尾礦二次加工企業(yè)還解決了當(dāng)?shù)厝罕娋徒ぷ鞯膯?wèn)題，且取得了很好的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

（二）政策引領(lǐng)尾礦綜合利用進(jìn)入新時(shí)期

在面對(duì)全球能源變革、應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)加速的背景下?！笆濉逼陂g我國(guó)印發(fā)了《循環(huán)發(fā)展引領(lǐng)行動(dòng)》，推進(jìn)大宗固體廢棄物綜合利用產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，新修訂了《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》（2020年），應(yīng)鼓勵(lì)采取先進(jìn)工藝對(duì)尾礦、廢石等礦業(yè)固體廢物進(jìn)行綜合利用。一系列的能源新政從頂層設(shè)計(jì)上進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)尾礦資源的戰(zhàn)略意義，也將推進(jìn)尾礦資源信息化管理、潛在利用價(jià)值評(píng)定、綠色開(kāi)發(fā)與綜合利用邁入新的臺(tái)階。

四、結(jié)語(yǔ)

我國(guó)尾礦資源利用，在政策完善、二次利用、消災(zāi)減量、技術(shù)創(chuàng)新工作中取得了很大得進(jìn)步。尾礦綜合利用率逐年攀升，一大批綠色礦山，“無(wú)廢”城市試點(diǎn)建立為礦產(chǎn)資源改革提供了支撐服務(wù)。

筆者從政策引領(lǐng)、技術(shù)創(chuàng)新等角度提出以下建議：1）在政策上制定尾礦資源專(zhuān)項(xiàng)利用條例，統(tǒng)籌配套實(shí)施方案，明確責(zé)任主體；2）開(kāi)展尾礦資源確權(quán)登記、儲(chǔ)量核實(shí)、有價(jià)元素、綜合利用成效等評(píng)價(jià)機(jī)制，加快科技創(chuàng)新能力，積極開(kāi)展尾礦資源高效利用科技攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)；3）推廣綠色礦山金融信貸服務(wù)，從而對(duì)尾礦綜合利用較高地企業(yè)提供激勵(lì)措施，并以此可提升礦山企業(yè)對(duì)尾礦資源利用的積極性。