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(shù)立和貫徹落實(shí)綠水青山就是金山銀山的理念，促進(jìn)人與自然和諧相處，加大對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境的治理。提高自然資源開(kāi)發(fā)和保護(hù)程度，巧妙推進(jìn)礦區(qū)土地節(jié)約集約利用和耕地保護(hù)，引導(dǎo)形成有效的礦業(yè)投資，激發(fā)礦山企業(yè)開(kāi)發(fā)的內(nèi)生動(dòng)力，發(fā)展綠色礦業(yè)，建設(shè)綠色礦山。根據(jù)國(guó)家最新出臺(tái)的《防范化解尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》和《長(zhǎng)江流域保護(hù)法》，國(guó)家提倡對(duì)尾礦進(jìn)行就地處置。自2020年起，對(duì)傳統(tǒng)的稀缺性、戰(zhàn)略性礦產(chǎn)礦山進(jìn)行確認(rèn)，保證其正常開(kāi)發(fā)的前提下，理論上全國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)量只減不增，到2022年底，尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)管理責(zé)任完全落實(shí)，堅(jiān)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(wèn)題，不能應(yīng)對(duì)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(yíng)。因此，有效解決尾礦問(wèn)題已成為當(dāng)前礦山企業(yè)最重要的問(wèn)題。現(xiàn)在最常用的尾礦處理方式就是通過(guò)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(guò)堆積的方式出存在尾礦庫(kù)中，但是在關(guān)于印發(fā)防范化解尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案的通知中，《防范化解尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》明確指出嚴(yán)格控制尾礦庫(kù)的數(shù)量，強(qiáng)化綜合施策，切實(shí)減少尾礦庫(kù)存量。此方案中提出的要求使得一些無(wú)法處理尾礦的企業(yè)可能要面臨停產(chǎn)停業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。尾礦的堆積不僅會(huì)占用大量的土地資源，長(zhǎng)時(shí)間的累計(jì)還會(huì)帶來(lái)一定的環(huán)境污染，引發(fā)多類(lèi)災(zāi)害問(wèn)題災(zāi)害如尾礦庫(kù)潰壩等，無(wú)論是從短期利益還是長(zhǎng)期利益來(lái)企業(yè)對(duì)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(jí)、再經(jīng)重選、浮選、氛化等選礦工藝流程，選出有價(jià)值的精礦石后的剩余部分[1]，隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)稀有金屬的需求量日益增加，因此尾礦處理問(wèn)題成了重要的研究對(duì)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(kù)中，二是尾礦干堆技術(shù)，是以精礦沉降濃縮、過(guò)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(jìn)行干式堆存，三是尾礦回填，是通過(guò)用尾砂廢料來(lái)填補(bǔ)已經(jīng)開(kāi)采完的區(qū)域，尾砂經(jīng)過(guò)處理后重新填回開(kāi)采完的區(qū)域的方法，可以保護(hù)地貌、減少尾礦壩成本等。

2 企業(yè)處理尾礦的主要問(wèn)題

一是缺乏高價(jià)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(chǎng)缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。二是處理大量尾礦成本過(guò)高，且目前的技術(shù)也還很難繼續(xù)二次提取二級(jí)尾礦，所以這不是一個(gè)很好的解決方案。三是對(duì)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(wú)法高效激發(fā)、銅尾礦制備混凝土性能不達(dá)標(biāo)。四是尾礦回填對(duì)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(wèn)題研究中提到有盲目的選擇廢石進(jìn)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(jìn)一步的提高，存在著一定的局限性。

3 城門(mén)山銅礦處理現(xiàn)狀

3.1 城門(mén)山銅礦背景

江西省位于中國(guó)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(lèi)有益礦產(chǎn)160種，有5000 多個(gè)礦區(qū)。其中，已核實(shí)儲(chǔ)量的有101 種，列入儲(chǔ)量表的有96種，已有1106個(gè)礦區(qū)。江西省的銅礦主要分布在江西省九江市城門(mén)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(gè)地區(qū)，銅礦儲(chǔ)量占全國(guó)的五分之一。其中，城門(mén)山銅礦是中國(guó)最重要的露天銅工業(yè)礦之一。[3]1979年國(guó)家建設(shè)江西銅基地的時(shí)候?qū)⒊情T(mén)山銅礦納入統(tǒng)一發(fā)展規(guī)劃中。城門(mén)山銅礦資源豐富，是一座以銅、硫?yàn)橹?，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀、錸、鉈、硒等多金屬礦床，礦石儲(chǔ)量達(dá)2.2億噸，其中含銅165萬(wàn)噸、硫3768萬(wàn)噸。礦區(qū)通過(guò)近些年來(lái)不斷提升擴(kuò)建，發(fā)展有員工800多人。隨著實(shí)施資源控制戰(zhàn)略、加快二次創(chuàng)業(yè)，已完成擴(kuò)建城門(mén)山銅礦二期工程，礦區(qū)日綜合生產(chǎn)能力達(dá)到17000噸，業(yè)務(wù)不斷發(fā)展壯大。但同時(shí)尾礦問(wèn)題正逐步嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年中國(guó)國(guó)內(nèi)尾礦堆積量為173 億噸，尾礦堆積量呈快速攀升趨勢(shì)，截至2020年尾礦堆積量增長(zhǎng)到222.6 億噸，尾礦問(wèn)題已逐步演變成亟待解決的突出環(huán)境問(wèn)題之一。

九江城門(mén)山銅礦的年產(chǎn)尾礦量在國(guó)內(nèi)的礦山中比較適中，且城門(mén)山銅礦的尾礦庫(kù)的使用年限已經(jīng)達(dá)到了極限，如果不能處理掉尾礦的堆積問(wèn)題，企業(yè)就要停產(chǎn)停業(yè)，加之城門(mén)山銅礦地靠長(zhǎng)江，水運(yùn)十分的方便為出貨提供了便利的條件，因此九江城門(mén)山銅礦是一個(gè)非常好的試點(diǎn)，在城門(mén)山銅礦已經(jīng)建立了一條設(shè)計(jì)處理尾礦量250萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)線。

3.2 項(xiàng)目特點(diǎn)

一是新型建材原料，尾礦再生資源化。該項(xiàng)目將城門(mén)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(kāi)發(fā)，項(xiàng)目建設(shè)在城門(mén)山已閉庫(kù)的尾礦庫(kù)上，增加當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)用地有效供給，推進(jìn)工業(yè)用地改造升級(jí)和集約利用。三是工藝先進(jìn)環(huán)保。根據(jù)原料特點(diǎn)，定制的建材工藝流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)出的產(chǎn)品性能優(yōu)異，附加值高，打造適合全國(guó)的“江西樣板”。四是項(xiàng)目具有示范帶頭作用，與城門(mén)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(dòng)建筑行業(yè)革新，是江西省傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)綠色發(fā)展的典范，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

3.3 已擁有成熟的生產(chǎn)線

城門(mén)山銅礦有著一整套的工藝流程，首先分級(jí)篩選庫(kù)中的銅尾礦，壓濾濃縮后，送至脫水車(chē)間進(jìn)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(jìn)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(lèi)產(chǎn)品，一類(lèi)產(chǎn)品是制備成銅尾礦砂，可作為原材料進(jìn)行出售也可以制成透水磚、加氣砌塊等混凝土制品進(jìn)行銷(xiāo)售，產(chǎn)品成本降低25%-37.5%的同時(shí)，性能提升12%左右；第二類(lèi)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(jià)格跟市面上的二級(jí)粉煤灰相比價(jià)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(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，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(shí)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(shí)，降低砂率取代可保持3d強(qiáng)度比基準(zhǔn)提高20%，但7d強(qiáng)度相差不大，28d 強(qiáng)度略低于基準(zhǔn);外加劑摻量不變，28d抗壓強(qiáng)度略高于基4MPa;在同坍落度下進(jìn)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(qiáng)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(jī)制砂或是天然河砂，中砂可用于加氣磚廠，作為銅尾礦粉來(lái)代替粉煤灰，并且沒(méi)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(yùn)輸?shù)牡胤饺ト〔牧线M(jìn)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(duì)比并沒(méi)有明顯的提升，所以對(duì)于細(xì)砂的處理目前還是以干堆為主，對(duì)于細(xì)砂的處理還是一個(gè)急需解決的問(wèn)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(tuán)隊(duì)與萬(wàn)銅環(huán)保有限公司合作，采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的粉磨生產(chǎn)工藝，通過(guò)機(jī)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(zhuān)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(qiáng)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(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。

（4）免燒磚：為響應(yīng)國(guó)家禁止使用黏土磚和頁(yè)巖磚的號(hào)召，采用銅尾礦制備實(shí)心磚、多孔磚、市政吸水磚、生態(tài)護(hù)坡磚等新型免燒環(huán)保墻體材料。

（5）PC 磚：采用獨(dú)特的生產(chǎn)工藝，將銅尾礦進(jìn)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(jí)防火發(fā)泡陶瓷。

（8）水泥原料：銅尾礦主要成分為SiO2，可滿(mǎn)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(wèn)題，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保對(duì)綠色礦山的重視，不能增加尾礦庫(kù)以及減少尾礦庫(kù)成為了最為關(guān)鍵的問(wèn)題，從問(wèn)題的緣由出發(fā)也就是要解決大量尾礦，通過(guò)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(dá)到對(duì)尾礦的高效利用，對(duì)于九江城門(mén)山銅礦的堆積問(wèn)題做出了很大的改善，這一套處理方法為全省全國(guó)的礦山企業(yè)做出了一個(gè)很好的示范，在尾礦處理問(wèn)題上邁出了極大的一步。