胡國峰 許曉明 蔣慶肯 邵雁

（中冶南方都市環(huán)保工程技術(shù)股份有限公司）

我國鉛鋅資源儲量居世界第二，2020 年鉛精礦產(chǎn)量133.8 萬t，鋅精礦產(chǎn)量276.9 萬t［1］。與鉛鋅精礦相對應，鉛鋅尾礦的產(chǎn)生量一般是鉛鋅精礦量的10倍以上，一般主要成分是SiO2、K2O、Al2O3等，同時還含有多種重金屬成分。

大量鉛鋅尾礦的堆積不僅占用寶貴的土地資源，而且其中所含的重金屬和殘留藥劑在一定條件下會形成酸性物質(zhì)，并進入周邊水體和土壤，污染人類的生存環(huán)境，影響人體健康，同時尾礦庫還存在滑坡、泥石流等地質(zhì)災害風險［2］。隨著尾礦數(shù)量的不斷增加，礦企每年需投入大量的資金加高加固尾礦壩，甚至投入巨資重新選址修建新的接替尾礦庫。因此，尾礦的儲存已成為制約我國鉛鋅礦企業(yè)生存、發(fā)展的重大問題。

我國目前尾礦綜合利用率不足20%，遠低于歐美發(fā)達國家50%以上的先進水平［3］。通過尾礦資源化利用，“變廢為寶”，可大量消納尾礦資源，減少環(huán)境風險，同時推動生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)資源節(jié)約型社會。

通過分析現(xiàn)有鉛鋅尾礦的資源化利用方式，對提升我國鉛鋅尾礦資源利用水平具有重要的經(jīng)濟意義與社會意義。本文將通過分析鉛鋅尾礦的理化性質(zhì)，介紹現(xiàn)有鉛鋅尾礦的資源化利用方法，并對鉛鋅尾礦綜合利用發(fā)展前景進行展望。

1 鉛鋅尾礦的理化性質(zhì)

為了更好地開展尾礦綜合利用工藝的研究，需要對鉛鋅尾礦理化性質(zhì)進行深入的了解。由于不同礦場的地質(zhì)構(gòu)造和形成條件千差萬別，因而每個選廠所采用的選礦工藝也差異巨大，造成不同尾礦庫的尾礦理化性質(zhì)存在較大差異。

從物理性質(zhì)來看，粒度粗細不均，整體上粒度偏細。西南某鉛鋅尾礦中大部分粒度在12～210 μm，堆積密度1.4 g/cm3左右。陜西漢中金遠礦業(yè)等3 家礦企的尾礦粒徑均不到100 μm，而且平均粒徑小于50 μm［4］。粒徑的大小不會改變有價元素的分布和浸出趨勢，但是會顯著影響其存在的形態(tài)和浸出濃度。

大體上，組成鉛鋅尾礦的主要有Ca、Fe、Mg、Al、Si、S等成分，同時還往往共伴生有Mn、Ti、Zn、Sr等［5］。從化學成分來看，與建筑用河沙基本一致，以Fe2O3、SiO2、CaO 等為主，能夠作為天然河沙的替代性材料，作為道路及建筑物建設(shè)的基礎(chǔ)材料［6-8］。同時，鉛鋅尾礦中還含有Ag、Fe、S 等組分，經(jīng)過一定處理，可以回收這些有價組分。

2 鉛鋅尾礦的綜合利用［9-12］

2.1 回收尾礦中有用組分

鉛鋅尾礦成分復雜、伴生有價成分較多，通過再選可以降低尾礦中有價組分的含量［13］。銀是鉛鋅礦中很常見和很具經(jīng)濟價值的伴生組分之一，我國每年從鉛鋅礦中回收的共伴生銀占銀總量的70%～80%。實際生產(chǎn)中，物理選礦往往可以回收其中的S、Mo、Sn、Bi等共生組分，并獲得相應的精礦，其他一些元素則需在冶煉過程中回收［14］。

根據(jù)尾礦中共伴生組分的不同，通常需要采用不同的工藝組合以便提高有價組分的回收率。凡口鉛鋅礦尾礦Zn 品位1.5%、Pb 品位1.3%，采用細篩分級—重選—浮選工藝處理，可從中分選出含鉛17.83%、含鋅29.60%，鉛、鋅回收率分別達71.82%和85.46%的鉛鋅混合精礦［15］。云南某鉛鋅尾礦鐵品位為17.74%（磁性鐵、赤褐鐵分別占18.73% 和59.58%），采用弱磁選—強磁選—再磨精選—浮選脫硫聯(lián)合工藝流程從中選鐵，最終得到鐵品位64.35%、回收率65.68%、含硫0.19%的鐵精礦，達到了很好的鐵回收效果［16］。青海某鉛鋅尾礦重晶石含量較高，具有回收利用價值，試驗采用重選—浮選聯(lián)合工藝，獲得了BaSO4含量高達90.18%的重晶石精礦，重晶石回收率達52.45%［17］。龍泉鉛鋅尾礦采用重選脫泥—浮選工藝回收磁黃鐵礦，試驗獲得了硫品位32.77%、含鐵42.73%、硫回收率81.26%的硫精礦，經(jīng)濟效益顯著［18］。

由于鉛鋅尾礦組分復雜，實際生產(chǎn)過程中采用單一選別工藝通常難以實現(xiàn)有價組分的高效回收。因此，在開展鉛鋅尾礦回收利用研究時，需要結(jié)合尾礦特性，采用磁選、浮選、重選等工藝的組合進行選別，以實現(xiàn)高效回收有價組分的目的。

2.2 建材化利用

鉛鋅尾礦除含有少量高價值的金屬組分，其作為一種復合礦物原料，主要成分還包括石英、鈣鎂碳酸鹽礦物、鋁硅酸鹽礦物等，化學成分以Si、Al、Mg、Fe、Ca 等的氧化物為主，在成分和粒徑上大都滿足建筑材料制備的要求［19］。因此，開發(fā)符合當下尾礦資源化綜合利用宗旨，契合未來環(huán)境保護需求的技術(shù)，建設(shè)可以消納大量尾礦、生產(chǎn)各種類型建筑材料的綠色礦山企業(yè)具有廣闊的前景［20］，典型的建筑材料包括免燒磚、微晶玻璃、水泥等［21］。

馮啟明以青海某鉛鋅礦尾礦為骨料，摻雜量70%～80%情況下，加入適量水泥（膠結(jié)劑）、石灰（激發(fā)劑）、聚苯泡沫粒（預孔劑）和混凝土（發(fā)泡劑），制備出輕質(zhì)免燒磚，養(yǎng)護28 d的抗壓強度達9.3 MPa，可作為建筑物填充砌塊［22］。郭艷平等［23］以鉛鋅尾礦為主要原料，采用燒結(jié)法制備出機械性能良好，化學性能穩(wěn)定的CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃，拋光處理后平均顯微硬度為8.76 GPa，平均抗折強度為223.1 MPa。

基于鉛鋅尾礦中富含鐵氧化物等組分，近年來，大量的研究者將重點放在以鉛鋅尾礦為材料生產(chǎn)水泥的研究上。這種技術(shù)在改善水泥熟料產(chǎn)量和質(zhì)量方面效果突出，同時可以顯著降低水泥生產(chǎn)的單位能耗，能夠帶來顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益。以湖南凡口鉛鋅尾礦為原料生產(chǎn)的水泥年產(chǎn)量超過15萬t［24］。

2.3 尾礦井下充填

大體上，尾礦充填可以分為干式、水砂、分級尾砂、高濃度全尾砂、膏體等充填工藝［25］。在礦山開采過程中往往會產(chǎn)生大量的采空區(qū)，這些采空區(qū)通常存在礦柱損壞、頂板破壞和地面塌陷等安全隱患，尾礦膠結(jié)充填已被證明是一種環(huán)境友好、經(jīng)濟高效的尾礦安全處置與采空區(qū)安全管理的方法。尾礦膠結(jié)充填可同時消除采空區(qū)坍塌等安全隱患和鉛鋅尾礦大量堆存造成的資源浪費問題。此外，尾礦的大量利用可縮小尾礦庫的規(guī)模，降低尾礦庫損毀的風險，而且充填膏體會固封尾礦中的重金屬，一定程度上緩解尾礦造成的環(huán)境污染問題。

高濃度尾礦濃縮充填工藝的研究始于20世紀70年代，美國和南非從20 世紀80 年代初開始采用全尾礦充填工藝。Bad Ground 礦山在全尾膏體中混加適量的水泥以及廢石，制備全尾礦膏體充填采空區(qū)，取得了理想的效果［26］。會澤鉛鋅礦利用膏體填充工藝，有效減少了尾礦的堆存量，該工藝的實施保護了環(huán)境，創(chuàng)造了顯著的社會效益［27］。凡口鉛鋅礦和南京銀茂鉛鋅銀礦將尾礦漿二段脫水后，與水泥混合，充填料漿質(zhì)量分數(shù)控制在70%～76%，輸送至井下進行充填，尾礦利用率高達95%以上［28-29］。

作為一種優(yōu)質(zhì)充填材料，尾礦可就地取材，節(jié)省采集、破碎、運輸?shù)瘸杀?，是鉛鋅礦山尾礦綜合利用的重要途徑。

2.4 土地復墾

尾礦的長期大量堆存往往會引起采場、尾礦庫等區(qū)域土地的退化，嚴重時會退化成寸草不生的廢地，所以尾礦堆存地的再利用得到各國的廣泛重視。目前，尾礦堆存地的恢復主要有物理、化學、生物等方法，而生物法實施尤其簡便、二次污染風險小、成本低廉等，因而成為主流方式。對蘭坪鉛鋅尾礦的復墾研究發(fā)現(xiàn)，植物根系附近的尾礦土壤性質(zhì)和土壤肥力得到顯著改善，同時植物地上組織中并未出現(xiàn)有害重金屬元素的富集現(xiàn)象，實現(xiàn)了尾礦堆存地的再利用和生態(tài)環(huán)境改善［30］。

我國北部干旱地區(qū)有許多間歇河，由于河道內(nèi)大小不一的鵝卵石的存在，導致其喪失耕種潛能。對于這種局面，可用尾礦圍池復墾造田，種植經(jīng)濟作物，緩解土地緊張，并保持水土，尾礦中的鋅、鉬、硼、鐵等微量元素還可滿足植物生長發(fā)育的需求［31-32］。

3 結(jié)語與展望

由于國民經(jīng)濟發(fā)展對鉛鋅金屬的需求旺盛，導致鉛鋅尾礦的大量產(chǎn)生，這些尾礦不僅會加重尾礦庫的負荷，產(chǎn)生地質(zhì)安全隱患與生態(tài)環(huán)境隱患，而且也是對資源的一種極大浪費。因此，圍繞鉛鋅尾礦開展系統(tǒng)的資源化綜合利用技術(shù)研究和實踐就顯得尤為重要。雖然在利用水平上國內(nèi)已取得長足進步，但是在實踐中依然存在一些不容忽視的問題，比如回收有價組分的效率低下、再利用產(chǎn)品附加值低、消納速度滯后于尾礦的產(chǎn)生速度等問題，而且不同礦場鉛鋅尾礦的組分存在很大差異，形成統(tǒng)一高效的資源化利用方式較難實現(xiàn)。目前綜合利用是一礦一策，不同礦場的尾礦采用的工藝方案很難在其他礦場復制推廣。因此，下一步需要在研發(fā)上持續(xù)加大人員和資金的投入，在理論層面上深入研究，從而在關(guān)鍵技術(shù)裝備上形成突破。針對鉛鋅尾礦資源化綜合利用，在通過建材化利用實現(xiàn)少尾和無尾的同時，還應開發(fā)高附加值的建材產(chǎn)品，創(chuàng)造良好的社會效益。同時還應著重開展土地復墾領(lǐng)域的研究，在實現(xiàn)尾礦庫復墾和生態(tài)重建的同時，有效地解決尾礦庫因尾礦大量堆積而引發(fā)的一系列安全問題。