劉 軒 任莉莉 楊 航 金海東 劉 洋 劉 毅 劉方華 胡 巧

0 引言

十四五規(guī)劃指出，要牢固樹立和貫徹落實綠水青山就是金山銀山的理念，促進人與自然和諧相處，加大對礦山生態(tài)環(huán)境的治理。提高自然資源開發(fā)和保護程度，巧妙推進礦區(qū)土地節(jié)約集約利用和耕地保護，引導(dǎo)形成有效的礦業(yè)投資，激發(fā)礦山企業(yè)開發(fā)的內(nèi)生動力，發(fā)展綠色礦業(yè)，建設(shè)綠色礦山。根據(jù)國家最新出臺的《防范化解尾礦庫安全風(fēng)險工作方案》和《長江流域保護法》，國家提倡對尾礦進行就地處置。自2020年起，對傳統(tǒng)的稀缺性、戰(zhàn)略性礦產(chǎn)礦山進行確認(rèn)，保證其正常開發(fā)的前提下，理論上全國尾礦庫數(shù)量只減不增，到2022年底，尾礦庫安全風(fēng)險管理責(zé)任完全落實，堅決遏制非不可抗力因素造成的潰壩事故。但是，如果企業(yè)不能解決堆積問題，不能應(yīng)對不斷增加的尾礦，不能有效防止?jié)问鹿实陌l(fā)生，就需要停止生產(chǎn)經(jīng)營。因此，有效解決尾礦問題已成為當(dāng)前礦山企業(yè)最重要的問題?，F(xiàn)在最常用的尾礦處理方式就是通過絕大多數(shù)的企業(yè)處理尾礦的方式是將產(chǎn)生的銅尾礦通過堆積的方式出存在尾礦庫中，但是在關(guān)于印發(fā)防范化解尾礦庫安全風(fēng)險工作方案的通知中，《防范化解尾礦庫安全風(fēng)險工作方案》明確指出嚴(yán)格控制尾礦庫的數(shù)量，強化綜合施策，切實減少尾礦庫存量。此方案中提出的要求使得一些無法處理尾礦的企業(yè)可能要面臨停產(chǎn)停業(yè)的風(fēng)險。尾礦的堆積不僅會占用大量的土地資源，長時間的累計還會帶來一定的環(huán)境污染，引發(fā)多類災(zāi)害問題災(zāi)害如尾礦庫潰壩等，無論是從短期利益還是長期利益來企業(yè)對于生產(chǎn)的尾礦處理迫在眉睫。

1 礦山企業(yè)現(xiàn)有處理方式

尾礦是指將礦石經(jīng)破碎、篩分、研磨、分級、再經(jīng)重選、浮選、氛化等選礦工藝流程，選出有價值的精礦石后的剩余部分[1]，隨著國內(nèi)外對稀有金屬的需求量日益增加，因此尾礦處理問題成了重要的研究對象。目前有以下幾種處理方式，一是傳統(tǒng)尾礦存堆技術(shù)，將尾礦作為固體廢棄物堆積在尾礦庫中，二是尾礦干堆技術(shù)，是以精礦沉降濃縮、過濾脫水的技術(shù)為基礎(chǔ)，將尾礦砂的含水率降低到10%左右后進行干式堆存，三是尾礦回填，是通過用尾砂廢料來填補已經(jīng)開采完的區(qū)域，尾砂經(jīng)過處理后重新填回開采完的區(qū)域的方法，可以保護地貌、減少尾礦壩成本等。

2 企業(yè)處理尾礦的主要問題

一是缺乏高價值再生產(chǎn)品，尾礦的綜合利用缺少高附加值產(chǎn)品，且市場缺乏市場競爭力。二是處理大量尾礦成本過高，且目前的技術(shù)也還很難繼續(xù)二次提取二級尾礦，所以這不是一個很好的解決方案。三是對于銅尾礦用于制備混凝土，缺乏成套的制備工藝、潛在活性成分無法高效激發(fā)、銅尾礦制備混凝土性能不達標(biāo)。四是尾礦回填對技術(shù)和回填的材料都有一定的要求。張琳琳[2]等在填充采礦技術(shù)應(yīng)用發(fā)展及存在問題研究中提到有盲目的選擇廢石進行礦山回填，導(dǎo)致礦區(qū)的生產(chǎn)效率降低了很多。目前的技術(shù)水平還有待進一步的提高，存在著一定的局限性。

3 城門山銅礦處理現(xiàn)狀

3.1 城門山銅礦背景

江西省位于中國東南部，自然資源豐富，尤其是礦產(chǎn)資源。目前全省共發(fā)現(xiàn)各類有益礦產(chǎn)160種，有5000 多個礦區(qū)。其中，已核實儲量的有101 種，列入儲量表的有96種，已有1106個礦區(qū)。江西省的銅礦主要分布在江西省九江市城門山銅硫鐵礦區(qū)、江西省瑞昌市烏山銅硫鐵礦區(qū)、江西省德興市銅廠銅礦區(qū)等多個地區(qū)，銅礦儲量占全國的五分之一。其中，城門山銅礦是中國最重要的露天銅工業(yè)礦之一。[3]1979年國家建設(shè)江西銅基地的時候?qū)⒊情T山銅礦納入統(tǒng)一發(fā)展規(guī)劃中。城門山銅礦資源豐富，是一座以銅、硫為主，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀、錸、鉈、硒等多金屬礦床，礦石儲量達2.2億噸，其中含銅165萬噸、硫3768萬噸。礦區(qū)通過近些年來不斷提升擴建，發(fā)展有員工800多人。隨著實施資源控制戰(zhàn)略、加快二次創(chuàng)業(yè)，已完成擴建城門山銅礦二期工程，礦區(qū)日綜合生產(chǎn)能力達到17000噸，業(yè)務(wù)不斷發(fā)展壯大。但同時尾礦問題正逐步嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計，2015年中國國內(nèi)尾礦堆積量為173 億噸，尾礦堆積量呈快速攀升趨勢，截至2020年尾礦堆積量增長到222.6 億噸，尾礦問題已逐步演變成亟待解決的突出環(huán)境問題之一。

九江城門山銅礦的年產(chǎn)尾礦量在國內(nèi)的礦山中比較適中，且城門山銅礦的尾礦庫的使用年限已經(jīng)達到了極限，如果不能處理掉尾礦的堆積問題，企業(yè)就要停產(chǎn)停業(yè)，加之城門山銅礦地靠長江，水運十分的方便為出貨提供了便利的條件，因此九江城門山銅礦是一個非常好的試點，在城門山銅礦已經(jīng)建立了一條設(shè)計處理尾礦量250萬噸/年的生產(chǎn)線。

3.2 項目特點

一是新型建材原料，尾礦再生資源化。該項目將城門山銅尾礦作為建材原料，大宗固體變廢為寶，有效解決尾礦堆積難題。二是新型建設(shè)用地再開發(fā)，項目建設(shè)在城門山已閉庫的尾礦庫上，增加當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)用地有效供給，推進工業(yè)用地改造升級和集約利用。三是工藝先進環(huán)保。根據(jù)原料特點，定制的建材工藝流程簡單，產(chǎn)出的產(chǎn)品性能優(yōu)異，附加值高，打造適合全國的“江西樣板”。四是項目具有示范帶頭作用，與城門山銅礦形成一條完整的綠色環(huán)保生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，推動建筑行業(yè)革新，是江西省傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級綠色發(fā)展的典范，具有重大的經(jīng)濟和社會意義。

3.3 已擁有成熟的生產(chǎn)線

城門山銅礦有著一整套的工藝流程，首先分級篩選庫中的銅尾礦，壓濾濃縮后，送至脫水車間進行真空負(fù)壓脫水，控制含水量在8%以下。將脫水后的銅尾礦進行高效碾磨，制備成具有高活性的銅尾礦超細(xì)粉。采用廢棄銅尾礦主要制備出兩類產(chǎn)品，一類產(chǎn)品是制備成銅尾礦砂，可作為原材料進行出售也可以制成透水磚、加氣砌塊等混凝土制品進行銷售，產(chǎn)品成本降低25%-37.5%的同時，性能提升12%左右；第二類產(chǎn)品是制備成銅尾礦超細(xì)粉，可替代水泥、粉煤灰等摻合料制備商品混凝土，產(chǎn)品性能及價格跟市面上的二級粉煤灰相比價格便宜40%左右，性能提升10%左右，可以很好的消納銅尾礦。

圖1 處理尾礦工藝流程

3.4 粗、中、細(xì)砂的解決

張振環(huán)等人也做過相關(guān)的實驗，銅尾礦主要成分為SiO2，將銅尾礦砂的比表面積磨細(xì)到200 目(75μm)時可以很好的發(fā)揮摻合料的填充效應(yīng)，可以很好的改善工作性能。取代200～250 kg 砂摻配時，降低砂率取代可保持3d強度比基準(zhǔn)提高20%，但7d強度相差不大，28d 強度略低于基準(zhǔn);外加劑摻量不變，28d抗壓強度略高于基4MPa;在同坍落度下進行等量取代，分別增加9%與28%的外加劑用量,結(jié)果顯示28d強度略低于基2～4MPa，但極大的提高了工作性能。結(jié)合成本以及性能考慮取代200～250kg砂摻配為最佳。[3]

粗砂可用于攪拌站中，可以代替很大部分的機制砂或是天然河砂，中砂可用于加氣磚廠，作為銅尾礦粉來代替粉煤灰，并且沒有泥是可以比粉煤灰有更好的效果，細(xì)砂的用量很小，并且也可用建筑垃圾等其他更便宜以及從更方便運輸?shù)牡胤饺ト〔牧线M行替代，且用細(xì)砂做出的成品的性能與其他建筑垃圾等對比并沒有明顯的提升，所以對于細(xì)砂的處理目前還是以干堆為主，對于細(xì)砂的處理還是一個急需解決的問題。

3.5 主要產(chǎn)品

（1）混凝土和砂漿用新型超細(xì)礦物摻合料：宋軍偉教授所帶領(lǐng)的團隊與萬銅環(huán)保有限公司合作，采用國內(nèi)先進的粉磨生產(chǎn)工藝，通過機械力-化學(xué)雙重激發(fā)，制備出銅尾礦超細(xì)粉，是一種可用于混凝土和砂漿的新型礦物摻合料。[5][6]

（2）蒸壓加氣混凝土制品專用硅質(zhì)原料：銅尾礦作為高硅質(zhì)原料，可制備蒸壓加氣混凝土砌塊或板材。

（3）高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁：銅尾礦作為高硅質(zhì)原料，可制備高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。

（4）免燒磚：為響應(yīng)國家禁止使用黏土磚和頁巖磚的號召，采用銅尾礦制備實心磚、多孔磚、市政吸水磚、生態(tài)護坡磚等新型免燒環(huán)保墻體材料。

（5）PC 磚：采用獨特的生產(chǎn)工藝，將銅尾礦進行資源化合理利用，制備具有仿石效果的PC磚。

（6）超高性能混凝土（UHPC）：用于制備UHPC井蓋、排水溝蓋板、橋梁、外掛裝飾板、城市雕塑等。

（7）微晶玻璃、發(fā)泡陶瓷：用于制備高性能裝飾微晶玻璃或A級防火發(fā)泡陶瓷。

（8）水泥原料：銅尾礦主要成分為SiO2，可滿足水泥熟料需要，其微量元素具有礦化作用，可降低水泥燒成溫度。

4 結(jié)論

江西作為礦產(chǎn)大省也有著非常嚴(yán)重的尾礦堆積問題，隨著國家對環(huán)保對綠色礦山的重視，不能增加尾礦庫以及減少尾礦庫成為了最為關(guān)鍵的問題，從問題的緣由出發(fā)也就是要解決大量尾礦，通過用低成本處理不同粗細(xì)的銅尾礦砂，不僅可用于代替天然河砂或是粉煤灰，更是可以制備成pc磚、免燒磚等產(chǎn)品，從而達到對尾礦的高效利用，對于九江城門山銅礦的堆積問題做出了很大的改善，這一套處理方法為全省全國的礦山企業(yè)做出了一個很好的示范，在尾礦處理問題上邁出了極大的一步。