劉庭忠，吳師金，盧一，周渝

（江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西 南昌 330030）

通過調(diào)查江西省114 家銅鉛鋅鉬金螢石鎢礦山企業(yè)的尾礦，其尾礦庫內(nèi)累計(jì)庫存尾礦量約78368.84 萬t，近三年年均排放量累計(jì)為5751.58萬t，年均綜合利用尾礦量493.2 萬t，年均綜合利用率約為9%，利用方式多為建筑用砂和采空區(qū)充填等粗放式利用，尾礦存放壓力越來越大。對(duì)于尾礦綜合利用，自上個(gè)世紀(jì)80 年代起，我國就有一定的研究，當(dāng)時(shí)多集中在有價(jià)元素二次回收方面[1-3]和利用尾礦生產(chǎn)微晶玻璃和微晶陶瓷方面[4-8]。1998 年8 月中國科學(xué)院趙鵬大、常印佛、劉寶珺、殷鴻福、涂光熾、王淀佐六位院士提出“盡快啟動(dòng)非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源發(fā)現(xiàn)與開發(fā)基礎(chǔ)研究” 的建議，以及國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度越來越高，礦山尾礦減量化逐漸擺在礦山企業(yè)面前。進(jìn)入21世紀(jì)，我國尾礦綜合利用研究在二次回收有價(jià)元素的基礎(chǔ)上逐漸轉(zhuǎn)向減量化，如賴才書，閻贊等對(duì)尾礦的二次回收，用作建筑材料、土壤改良劑及微量元素肥料以及充填礦山采空區(qū)等方面進(jìn)行了研究[9-10]，同時(shí)，尾礦中非金屬礦利用也開展了研究[11-13]。劉玉林，劉長淼等從尾礦的主要成分對(duì)尾礦進(jìn)行分類, 梳理了我國在尾礦資源化、減量化和無害化技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀, 并對(duì)我國尾礦綜合利用存在問題及需解決的問題提出了建議[14]，隨著近幾年創(chuàng)導(dǎo)綠色生態(tài)發(fā)展，尾礦的全尾資源化利用研究迫在眉睫。

江西省花崗巖分布廣泛，以花崗巖為母巖或圍巖的有色金屬礦、稀有金屬礦和非金屬礦( 以下統(tǒng)稱為 “花崗巖型” 礦) 分布較多，其在開采開發(fā)過程中形成大量的尾礦。下面通過分析江西4 個(gè)不同礦種的 “花崗巖型” 礦( 即：青石鎢錫礦、白果鋰銣礦、風(fēng)里背高嶺土礦和槽溪山鉀長石礦) 尾礦資源化綜合利用研究現(xiàn)狀，來探討 “花崗巖型” 礦全尾資源化利用的可行性。

1 四個(gè)不同礦種的 “花崗巖型” 礦尾礦綜合利用研究

1.1 青石鎢錫礦

青石鎢錫礦為花崗巖內(nèi)接觸帶石英脈型鎢錫礦床，并含一定的銅和鉬。其圍巖為花崗巖。礦石成分中鎢錫達(dá)到工業(yè)品位，銅鉬達(dá)到綜合利用品位。

試驗(yàn)采用重浮聯(lián)合選礦法，回收了主回收元素鎢、錫、鉬和銅載體礦物后，并形成大量尾礦，占全礦的99.02%。尾礦的主要化學(xué)成分為：SiO278.42%，Al2O311.08%，TiO20.08%，F(xiàn)e2O32.12%，K2O 4.20% 和Na2O 1.55%。其主要礦物成分為石英 39.0%，長石 30.2% 和云母28.5%。

綜合利用試驗(yàn)：云母浮選經(jīng)一粗一掃二精流程獲得云母精礦；長石浮選經(jīng)一粗一掃二精流程獲得長石精礦；長石浮選尾礦經(jīng)強(qiáng)磁選后得到石英精礦。原則流程見圖1。

圖 1 青石鎢錫礦尾礦綜合利用原則流程圖Fig .1 flow chart of comprehensive utilization Qingshi tungsten and tin tailings

產(chǎn)品指標(biāo)如下：

①絹云母粉精礦，產(chǎn)率( 以尾礦為基數(shù)，下同) 為31.17%，Al2O3、SiO2、K20 含量達(dá)到相應(yīng)產(chǎn)品要求。

②平板玻璃用長石精礦，產(chǎn)率為12.44%，精礦中K20+Na2O 含量為13.02%，K20、Na2O 含量達(dá)到相應(yīng)產(chǎn)品要求。

③日用陶瓷用石英精礦，產(chǎn)率為37.60%，SiO2含量為99.31%，精礦中Fe2O3含量為0.074%，TiO2含量為0.011%，F(xiàn)e2O3+TiO2含量為0.085%，滿足相應(yīng)產(chǎn)品要求。

1.2 白果鋰銣礦

白果鋰銣礦礦體為蝕變中細(xì)粒白云母花崗巖，礦石中Rb2O 和Li2O 含量分別為0.16% 和0.37%。未見鋰和銣的獨(dú)立礦物，鋰和銣主要以類質(zhì)同象的形式分散在白云母中。

試驗(yàn)研究表明：原礦經(jīng)浮選云母后，尾礦主要化學(xué)成分為：SiO276.47%，Al2O312.17%，K2O 2.46%，Na2O 4.6%，F(xiàn)e2O31.25%，TiO20.04%，主要礦物成分為：石英40.2%，斜長石56.5%， 白云母1.2% 和其他2.1%。

云母尾礦通過一粗二掃三精浮選分離，得到長石精礦和石英，石英經(jīng)強(qiáng)磁選除鐵鈦后到石英精礦。原則流程見圖2。

圖 2 白果鋰銣礦尾礦縮合利用原則流程圖Fig .2 flow chart of comprehensive utilization Baiguolithium rubidium ore tailings

產(chǎn)品指標(biāo)如下：

①長石精礦：產(chǎn)率( 以尾礦為基數(shù)，下同) 為54.08%，達(dá)到日用陶瓷用長石合格品的要求；

②石英精礦：產(chǎn)率為38.41 %，達(dá)到日用陶瓷用石英一等品要求。

1.3 風(fēng)里背高嶺土礦

風(fēng)里背高嶺土礦為花崗巖風(fēng)化殘積型高嶺土礦，其母巖為中細(xì)粒（斑狀）二云母花崗巖和細(xì)粒白云母花崗巖。

原礦經(jīng)碎散- 篩分- 旋流器分離- 磁選- 漂白可獲得產(chǎn)率為16.83% 的高嶺土產(chǎn)品，尾礦主要化學(xué)成分為：SiO279.39%，Al2O311.93%， K2O 3.75%，Na2O 0.26%，TiO20.11%，F(xiàn)e2O31.47%。 主 要 礦物成分為：石英48.08%，長石26.44%，白云母25.18% 和高嶺石0.3%。

綜合利用試驗(yàn)：云母浮選經(jīng)一粗一掃二精流程獲得云母精礦；長石浮選經(jīng)一粗一掃經(jīng)強(qiáng)磁選除鐵鈦后獲得長石精礦；長石浮選尾礦經(jīng)強(qiáng)磁選后得到石英精礦，原則流程見圖3。

圖 3 風(fēng)里背高嶺土礦尾礦綜合利用原則流程圖Fig .3 flow chart of comprehensive utilization Fenglibei kaolin mine tailings

產(chǎn)品指標(biāo)如下：

①M(fèi)CA-1絹云母粉精礦：產(chǎn)率(以尾礦為基數(shù)，下 同) 為38.3%，Al2O323.42%，SiO261.49%，K2O 6.02%；

②一級(jí)平板玻璃用長石精礦： 產(chǎn)率為12.14%，K2O 10.49%，F(xiàn)e2O30.14%；

③優(yōu)等品日用陶瓷用石英精礦： 產(chǎn)率為42.3%，SiO299.42%，F(xiàn)e2O30.016%。

1.4 槽溪山鉀長石礦

槽溪山鉀長石礦為花崗偉晶巖，主回收礦物為長石（包含鉀長石和斜長石）。尾礦主要化學(xué)成分為：SiO279.73%，Al2O39.63%，TiO20.06%，F(xiàn)e2O31.33%，K2O 3.87%，Na2O 1.83%和CaO 0.24%，主要礦物成分為：石英47.87%，白云母41.96%，長石8.5%，其他1.67%。

槽溪山鉀長石礦尾礦綜合利用與前面三個(gè)礦略有不同：①槽溪山鉀長石礦在浮選長石之前先要通過二次浮選將云母富集，綜合利用云母時(shí)，對(duì)云母進(jìn)行兩次精選，獲得云母精礦。②主回收礦物長石是從云母浮選后的尾礦回收。③浮選長石后的尾礦經(jīng)強(qiáng)磁選除鐵鈦后到石英精礦，見圖4 中 “石英利用部分原則流程”?？梢姡巯解涢L石礦的尾礦綜合利用貫穿在整個(gè)選礦過程中。原則流程見圖4。

圖 4 槽溪山鉀長石礦尾礦綜合利用原則流程圖Fig .4 flow chart of comprehensive utilization Chouxishan potassium feldspar mine tailings

產(chǎn)品指標(biāo)如下：

①長石精礦：產(chǎn)率58.01%，品質(zhì)達(dá)到了目前日用陶瓷用長石鉀長石類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)一等品。

②云母精礦：產(chǎn)率為18.42%，相對(duì)尾礦而言產(chǎn)率為43.87%，產(chǎn)品滿足絹云母精礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)MCA-2 牌號(hào)要求。

③石英精礦：產(chǎn)率為17.95%，相對(duì)尾礦而言產(chǎn)率為42.75%，SiO2含量為99.11%，達(dá)到了目前日用陶瓷用石英砂優(yōu)等品質(zhì)量要求。

2 “花崗巖型” 礦尾礦特征

前面已經(jīng)限定 “花崗巖型” 礦是指圍巖或母巖為花崗巖( 或花崗偉晶巖) 的礦床，此類尾礦主要表現(xiàn)出花崗巖的特點(diǎn)，具體如下：

（1） 化學(xué)成分主要為SiO2、Al2O3、K2O 和Na2O 等，尤其是SiO2，其含量高于75%，其次是Al2O3，其含量也高于10%，見表1。

表1 尾礦主要化學(xué)成分/%Table 1 Chemical composition of tailings /%

（2）尾礦中礦物成分主要為石英、長石( 鉀長石和斜長石) 和云母( 白云母和黑云母)，見表2。

表2 尾礦主要礦物成分/%Table 2 main mineral composition of tailings /%

（3）“花崗巖型” 礦中石英、長石和云母的嵌布粒度較粗，一般在2 mm 以上，多在2 mm ～ 5 mm，甚至更粗。遠(yuǎn)遠(yuǎn)粗于主回收礦物，如青石鎢錫礦中黑鎢礦、錫石等。因此，當(dāng)磨礦至主回收礦物解離時(shí)，形成尾礦的石英、長石和云母早于解離。

（4）在花崗巖風(fēng)化過程中，石英一般不風(fēng)化，云母難風(fēng)化，只有長石是容易風(fēng)化成高嶺土或其他粘土礦物。因此，對(duì)于以花崗巖為母巖的風(fēng)化殘積型礦床，其風(fēng)化過程也是石英、云母和長石之間的一個(gè)解離過程。

綜上所述，“花崗巖型” 礦尾礦其實(shí)就是一個(gè)石英、云母和長石完全解離的一個(gè)人工非金屬礦。

3 “花崗巖型” 礦尾礦綜合利用產(chǎn)品特征

根據(jù)花崗巖的特性，基本決定了其尾礦的特征，也決定了 “花崗巖型” 礦尾礦資源化綜合利用產(chǎn)品種類，從前面四類不同 “花崗巖型” 礦尾礦綜合利用研究結(jié)果來看，其綜合利用產(chǎn)品具有如下特征：

（1）產(chǎn)品種類為絹云母粉、日用陶瓷用石英和日用陶瓷用長石；

（2）各類產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到目前國內(nèi)相應(yīng)的產(chǎn)品的合格品以上，見表3。

表3 綜合利用產(chǎn)品質(zhì)量一覽表/%Table 3 list of comprehensive utilization of product quality /%

（3）以花崗巖原巖為圍巖的 “花崗巖型” 礦綜合利用長石和石英產(chǎn)品的質(zhì)量更高，有的可達(dá)到優(yōu)等品或一級(jí)品。

（4）以花崗巖為母巖的風(fēng)化型 “花崗巖型” 礦綜合利用的長石和石英產(chǎn)品的質(zhì)量相對(duì)較差，主要是鐵含量偏高，可能是花崗巖含鐵礦物在風(fēng)化過程中以離子相吸附在長石和石英表面，單一物理方法難于將其分離，但借助酸洗或酸浸，除鐵效果較好。

4 “花崗巖型” 礦全尾資源化可行性

通過剖析青石鎢錫礦、白果鋰銣礦、風(fēng)里背高嶺土礦和槽溪山鉀長石礦的尾礦綜合利用研究結(jié)果，“花崗巖型” 礦全尾資源化綜合利用是完全可行的，理由如下：

（1）“花崗巖型” 礦尾礦特征表明，其礦物成分基本為石英、長石和云母，其他礦物極少量，為 “花崗巖型” 礦全尾資源化綜合利用提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

（2）“花崗巖型” 礦尾礦綜合利用產(chǎn)品特征可知，無論花崗巖作為母巖，還是作為圍巖，“花崗巖型” 礦尾礦綜合利用的產(chǎn)品絹云母粉、日用陶瓷用石英和日用陶瓷用長石均可達(dá)到合格品以上。這為 “花崗巖型” 礦全尾資源化綜合利用指明了綜合利用方向。

（3）從四個(gè)不同礦種的 “花崗巖型” 礦的尾礦綜合利用研究發(fā)現(xiàn)，其原則流程是相似的，即，首先通過浮選分離云母，云母再精選，得到云母粉精礦，其次通過浮選分離長石和石英，長石再精選，精選后的長石再除鐵鈦后得到長石精礦，石英經(jīng)除鐵鈦后到石英精礦。因此，從選礦技術(shù)角度而言，“花崗巖型” 礦尾礦綜合利用的技術(shù)問題就是如何分離云母、長石和石英的問題。云母浮選是目前應(yīng)用最廣泛的云母選礦方法，尤其是細(xì)粒云母。隨著浮選理論研究和裝備研制的逐步發(fā)展，一些新型的浮選技術(shù)( 如疏水聚團(tuán)浮選法) 和裝備( 如充填式靜態(tài)浮選柱等) 已廣泛應(yīng)用到云母浮選中，并取得了很好效果[15]。另外，早在2005 年于福順等在總結(jié)無氟浮選分離石英長石工藝技術(shù)時(shí)就指出酸性浮長石法是最常用方法, 中性和堿性條件下的浮選流程最有前景[16]。現(xiàn)階段無氟無酸浮選分離長石和石英的技術(shù)研究也取得較大的進(jìn)展[17]。從選礦技術(shù)而言，將尾礦中云母、長石和石英分離是可行的，即 “花崗巖型” 礦全尾資源化綜合利用技術(shù)上是可行的。

（4）“花崗巖型” 礦全尾資源化綜合利用經(jīng)濟(jì)也是可行的，這是因?yàn)椋孩俨恍枰硗庠黾娱_采方面的投資和開采成本；②選礦方面的主要投資和成本是破碎和磨礦，“花崗巖型” 礦全尾資源化綜合利用過程中不需要另外增加破碎和磨礦，因此其主要選礦投資和選礦成本也進(jìn)入了主回收元素的投資和選礦成本中。

5 結(jié) 論

（1）在現(xiàn)有的選礦技術(shù)條件下，可以分離 “花崗巖型” 礦尾礦中的云母、長石和石英，得到相應(yīng)的精礦產(chǎn)品，均滿足相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量要求，實(shí)現(xiàn)了尾礦資源化，為礦山企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)收益。

（2）通過研究，四個(gè)不同礦種的 “花崗巖型” 礦的尾礦綜合利用率在82.19%-95.71%，真正實(shí)現(xiàn)尾礦大幅度地減量化。減輕了尾礦對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的壓力以及尾礦堆積而引起安全壓力，為礦山企業(yè)取得較好的社會(huì)效益。

（3）、“花崗巖型” 礦全尾資源化，為類似礦山在綠色礦山建設(shè)中的資源綜合利用和固廢減排提供方向和借鑒。