張長(zhǎng)青，李其在，李德先，周癸武，劉冠男，婁德波，胡金盟，李小賽，劉 歡，邱景智，張乙飛，杜曉川

(1.自然資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037；2.云南黃金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，云南 昆明 650200；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；4.中國(guó)礦業(yè)聯(lián)合會(huì)，北京 100029；5.中國(guó)冶金地質(zhì)總局第一地質(zhì)勘查院，河北 廊坊 065201)

0 引 言

21世紀(jì)以來(lái)，隨著新一輪礦產(chǎn)資源開發(fā)高潮的到來(lái)以及礦石開采品位的逐步降低，礦產(chǎn)資源開發(fā)所形成的尾礦堆存規(guī)模越來(lái)越大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，全國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)量近8 000座，總量居世界第一位，尾礦累計(jì)堆存量已超過(guò)200億t，年新增量約12.95億t[1]。尾礦已成為我國(guó)產(chǎn)出量較大的工業(yè)廢棄物之一，其巨量堆積對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境保護(hù)造成了巨大威脅，產(chǎn)生了諸如土地占用、大氣揚(yáng)塵、水土重金屬污染以及地質(zhì)災(zāi)害等各種危害[2-11]，其中以尾礦庫(kù)(尤其是“頭頂庫(kù)”)潰壩事故最為嚴(yán)重[12-14]。與此同時(shí)，2020年尾礦綜合利用量約為4.41億t，年綜合利用率約為34%，遠(yuǎn)低于其他大宗固體廢棄物[1]；此外，隨著近幾年環(huán)境保護(hù)政策的逐步收緊，非金屬礦山以及河道采砂全面壓縮，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所需的原料缺口越來(lái)越大，如“一砂難求”等現(xiàn)象愈演愈烈。因此，提高尾礦的資源化利用已成為解決礦山環(huán)境問(wèn)題的重要途徑，可有效緩解土地、砂石供應(yīng)緊張局面，改善生態(tài)環(huán)境[15-16]，尾礦資源化利用作為一項(xiàng)綠色產(chǎn)業(yè)是變廢為寶、興利除弊的重要突破口。

1 尾礦類型劃分

尾礦是礦石經(jīng)粉碎、選冶形成精礦后的剩余部分，主要由含礦圍巖和脈石礦物組成，具有粒度細(xì)、成分復(fù)雜、有益組分和有害組分含量多的特點(diǎn)。尾礦主要成分是非金屬礦物，常含有石英、長(zhǎng)石、石灰石、輝石、白云石、方解石、云母、高嶺石、陽(yáng)起石、磷灰石、滑石和綠泥石等礦物，以及少量的金屬組分和選礦藥劑，不同類型尾礦之間的礦物組分差異較大。同時(shí)，部分尾礦中還可能殘留砷、鉛、鋅、汞、鎘等，對(duì)周邊環(huán)境形成潛在的污染。因此，開展尾礦資源綜合利用，不僅可以避免資源的浪費(fèi)，“變廢為寶”，提高資源化利用率，還可以減少尾礦對(duì)環(huán)境的污染，降低安全風(fēng)險(xiǎn)[17-18]。

開展尾礦綜合利用，首先需要查明尾礦中含有什么，所含成分適合做什么，即尾礦的綜合利用受其礦物組分或元素成分的制約。開展有用組分回收，首先要求尾礦中欲回收的礦物或元素達(dá)到一定含量，同時(shí)需要在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，選礦技術(shù)能夠?qū)⑵渑c其他礦物或元素進(jìn)行有效的分離，如司家營(yíng)鐵尾礦中石英含量大于50%，單體顆粒大于14%，66%的石英與其他礦物連生關(guān)系較簡(jiǎn)單，且解離度大于50%的石英含量占比超過(guò)94%，易再次進(jìn)行分選提純，加之石英砂的提純方法成熟，可考慮開展石英砂的提純工作[17]；對(duì)直接開展綜合利用的尾礦，首先符合產(chǎn)品對(duì)原料化學(xué)組分的要求，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，且實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益，如某鐵尾礦的主要成分為CaO、MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3等氧化物，是制備CaO-MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃所需的原料[19]。因此，掌握尾礦的礦物組成及其基本特性，明確尾礦類型，對(duì)其合理的處理、處置措施的選取及資源化利用的途徑、工藝等具有重要的指導(dǎo)意義，即尾礦類型厘定是開展尾礦綜合利用的前提。

前人對(duì)尾礦類型劃分開展了大量工作，如張錦瑞[20]根據(jù)化學(xué)成分差異，將尾礦劃分為8種巖石化學(xué)類型，即鎂鐵硅酸鹽型、鈣鋁硅酸鹽型、長(zhǎng)英巖型、堿性硅酸鹽型、高鋁硅酸鹽型、高鈣硅酸鹽型、硅質(zhì)巖型和碳酸鹽型尾礦；有色金屬總公司地質(zhì)局[21]、童雄[22]按照尾礦的主要礦物成分，將尾礦劃分為石英型、長(zhǎng)石石英型、碳酸鹽型、黏土巖型和復(fù)成分型尾礦；劉玉林等[23]按照尾礦的主要礦物成分，將尾礦劃分為5種類型，即以石英為主、以長(zhǎng)石和石英為主、以碳酸鹽為主、以硅酸鹽為主和其他類型。盧瑞楨等[24]、杜艷強(qiáng)等[25]按照行業(yè)類別，將尾礦劃分為4類，即黑色金屬尾礦(如鐵、錳、鉻等)、有色金屬尾礦(如銅、鋁、鉛、鋅等)、稀貴金屬尾礦(如金、銀、鉬、鉑族金屬等)和非金屬尾礦(如石墨、磷、硫、螢石、重晶石等)；陳甲斌[26]針對(duì)銅礦尾礦，根據(jù)開發(fā)礦床類型，將銅尾礦劃分為4種類型，即斑巖型、沉積巖型、黃鐵礦型和銅鎳硫化物型尾礦。另外尾礦的類型還可以按照礦床學(xué)類型、工業(yè)用途、環(huán)境危害途徑、環(huán)境危害程度、尾礦工藝性能等進(jìn)行類型劃分[20,22]，可見(jiàn)由于尾礦礦物組分和化學(xué)成分的復(fù)雜性，產(chǎn)生了多種不同類型的尾礦類型劃分方案，給尾礦綜合利用方法的選擇帶來(lái)了很大難度。本文以京津冀地區(qū)張家口市崇禮礦集區(qū)為例，主要針對(duì)鐵、金尾礦中的高硅型、鐵硅質(zhì)型和堿鋁硅質(zhì)型尾礦進(jìn)行綜合利用分析。

2 尾礦綜合利用方向

2.1 綜合利用途徑及原則

2.1.1 綜合利用途徑

在礦冶領(lǐng)域，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把無(wú)廢料礦山作為礦山的開發(fā)目標(biāo)，把尾礦綜合利用的程度作為衡量一個(gè)國(guó)家科技水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。尾礦綜合利用主要包括有益組分回收利用和剩余組分的資源化利用，具體包括以下幾個(gè)方面。

一是作為二次資源再選，回收有益組分。如Fe、Cu、Mo、稀土、稀散金屬等金屬元素的回收利用，非金屬礦物螢石、重晶石、高純石英、黏土礦物等特殊用途新材料原料的二次回收[27-32]。

二是生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品。尾礦在提取出有益組分后，剩余組分以非金屬礦物為主，如石英、長(zhǎng)石、輝石、角閃石、云母、碳酸鹽礦物和黏土礦物等，化學(xué)成分有Si、Al、Ca、Mg和少量K、Na、S等氧化物，這些礦物的物理化學(xué)性質(zhì)與高附加值的建筑材料在工程特性方面有很多相似之處，因此對(duì)尾礦進(jìn)行深加工，可以制造諸如微晶玻璃、陶瓷釉面、環(huán)保材料、耐火材料、納米材料、特種水泥等系列高附加值產(chǎn)品[33-40]。但由于這些高附加值產(chǎn)品對(duì)某一種礦物或組分要求較高，很多尾礦難以滿足或僅能夠滿足其部分要求，具體需視產(chǎn)品要求和尾礦組分要求進(jìn)行評(píng)價(jià)確定。

三是生產(chǎn)農(nóng)用肥料或者土壤調(diào)理劑。部分礦山尾礦中會(huì)含有植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素或/和微量元素，如以基性巖為主的尾礦中通常含有P、Fe、Mg、Si等元素，以堿性巖為主的尾礦中通常含有K、Na、Ca、Fe、Si等元素，這些通常是植物的營(yíng)養(yǎng)組分，含有這些元素的尾礦可制成“微肥”，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)[41-44]；此外，部分尾礦中通常含有磁鐵礦、赤鐵礦、角閃石、輝石等粒狀礦物，可用于改善土壤的透水性、透氣性等物理結(jié)構(gòu)，制成土壤調(diào)理劑，用于改善土壤結(jié)構(gòu)[45]。

四是用于加工生產(chǎn)建筑材料。尾礦生產(chǎn)建筑材料的范圍較廣，可用于制作水泥、尾砂磚、玻化磚、瓦、加氣混凝土、鑄石、耐火材料、玻璃、陶粒、混凝土集料、溶渣花磚、泡沫玻璃、泡沫材料、修筑材料、路面材料、防滑材料等。尾礦之所以廣泛用作建筑材料，與其礦物和化學(xué)成分密不可分，通常尾礦以石英、長(zhǎng)石、方解石等礦物為主，這些礦物是加工生產(chǎn)水泥、玻璃、陶瓷、鑄石等最為主要的原材料。如高硅型尾礦，其礦物成分主要為石英，SiO2含量可大于70%，可以用作混凝土的摻合料生產(chǎn)硅酸鹽水泥和硅酸鹽制品，當(dāng)SiO2含量超過(guò)90%時(shí)，還可直接用于生產(chǎn)玻璃[46-48]；富硅型尾礦，礦物以長(zhǎng)石、石英為主，除了富含SiO2外，還含有一定量的Na2O、K2O、Al2O3等成分，是生產(chǎn)陶瓷材料所需的主要化學(xué)組分，可用于制備陶瓷制品[49-51]；碳酸鹽型尾礦，以含方解石為主，CaO含量較高，這類尾礦可以替代水泥用灰?guī)r，用于制備普通硅酸鹽水泥[52-54]。

五是用作礦山地下開采采空區(qū)的充填料，即水砂充填料或膠結(jié)充填的集料。尾礦具有粒度細(xì)、粒徑分布較為均勻，以及就地取材、輸送方便，無(wú)需破碎，易于膠結(jié)等特點(diǎn)，在確認(rèn)其他綜合利用價(jià)值不大的情況下，可采取采空區(qū)充填措施。尾礦作為采空區(qū)的充填料使用，最理想的充填工藝是全尾礦充填工藝，目前已經(jīng)取得了良好的進(jìn)展[55-56]。

六是對(duì)尾礦場(chǎng)地進(jìn)行土地復(fù)墾或覆土造田。對(duì)于當(dāng)前條件下，尾礦暫時(shí)不能綜合利用時(shí)，可采取覆土造田或場(chǎng)地復(fù)墾的方法，將其復(fù)墾為農(nóng)業(yè)用地、林業(yè)用地、建筑用地等[57]。

雖然尾礦的綜合利用途徑較多，但不同利用途徑產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和資源效益等方面存在較大差異，如尾礦資源的再選、高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)和農(nóng)用產(chǎn)品的成產(chǎn)對(duì)于尾礦資源的消耗量有限，但經(jīng)濟(jì)效益顯著；建筑材料、填充材料等的生產(chǎn)，對(duì)尾礦消納量較大，但其經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)較小或者不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益；土壤復(fù)墾則依靠一定資金量的投入才能完成；甚至部分尾礦重金屬含量超標(biāo)，在對(duì)其開展綜合利用時(shí)首先應(yīng)確保過(guò)程中不會(huì)帶來(lái)環(huán)境二次污染(圖1)。因此，尾礦綜合利用途徑多，各途徑效果差異大，欲實(shí)現(xiàn)尾礦資源的“無(wú)尾化”綜合利用，需要多種綜合利用手段來(lái)共同實(shí)現(xiàn)。

圖1 尾礦綜合利用主要途徑Fig.1 Main ways of comprehensive utilization of tailings

2.1.2 綜合利用原則

尾礦資源具有資源潛力屬性、經(jīng)濟(jì)技術(shù)屬性和生態(tài)環(huán)境屬性，因此尾礦資源化利用途徑的選擇必須堅(jiān)持綜合施策，堅(jiān)持尾礦庫(kù)安全和環(huán)境優(yōu)先的原則。首先，注重安全評(píng)估，堅(jiān)決防止安全責(zé)任事故發(fā)生；嚴(yán)守生態(tài)環(huán)境保護(hù)紅線，將礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和治理恢復(fù)放在首位；其次，遵循“吃干榨盡”理念，最大限度地對(duì)尾礦資源進(jìn)行深度開發(fā)和利用，走循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展道路，最大化減少尾礦堆存量，大力推進(jìn)無(wú)害化、資源化、減量化綜合利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的有機(jī)統(tǒng)一。

尾礦資源綜合利用應(yīng)遵循“有害必除，有價(jià)(有益)優(yōu)先，經(jīng)濟(jì)銜接，高消納兜底”的綜合利用原則，即按照環(huán)境效益為前提，資源化效益優(yōu)先，經(jīng)濟(jì)效益最大化的流程開展綜合利用，具體綜合利用建議為有害元素去除或封存，有價(jià)礦物/元素提取，高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)，低附加值產(chǎn)品生產(chǎn)，剩余組分充填，殘留場(chǎng)地再利用或復(fù)綠復(fù)墾的順序開展尾礦綜合利用工作(圖2)。

圖2 尾礦綜合利用技術(shù)路線Fig.2 Technology program of tailings comprehensive utilization

2.2 綜合利用效益

通過(guò)尾礦、廢石綜合利用，可以充分挖掘二次資源利用潛力，緩解環(huán)境壓力，實(shí)現(xiàn)礦山范圍內(nèi)的“環(huán)境再造”和“產(chǎn)業(yè)再生”，達(dá)到實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益三統(tǒng)一的目標(biāo)(圖3)，為踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，執(zhí)行節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)的基本國(guó)策起到促進(jìn)作用。在環(huán)境效益方面，可以實(shí)現(xiàn)：①增加礦山綠化面積；②減少潛在地質(zhì)災(zāi)害；③消除潛在水體、土壤重金屬污染；④降低礦山周邊揚(yáng)塵污染；在經(jīng)濟(jì)效益方面，可以做到：①增加尾礦綜合利用產(chǎn)品價(jià)值；②減少尾礦庫(kù)維護(hù)成本；③騰退尾礦占地，實(shí)現(xiàn)土地再利用；在社會(huì)效益方面，有利于：①提高資源利用率；②降低礦業(yè)活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)減尾化目的；③提高政府監(jiān)管公信力；④提高礦山企業(yè)社會(huì)地位。

圖3 尾礦綜合利用環(huán)境-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)效益分析Fig.3 Environmental,economic and social benefits analysis of tailings comprehensive utilization

2.3 綜合利用技術(shù)

從尾礦中回收有益組分和對(duì)剩余組分的減量化、無(wú)害化處理，是提高資源利用率和緩解環(huán)境問(wèn)題的重要措施，但無(wú)論哪一種方式都離不開科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的支撐。研究和采用先進(jìn)生產(chǎn)工藝及設(shè)備，盡可能多地回收尾礦中的有價(jià)成分，是降低尾礦品位、提高回收率、提高資源利用率和獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

近年來(lái)，隨著選礦技術(shù)的不斷進(jìn)步，尾礦中的Fe、Cu、Sn、Au、稀土元素、稀有元素、稀散元素等再利用技術(shù)和低品位螢石、石英、長(zhǎng)石、高嶺石、磷灰石、重晶石等非金屬礦物選礦新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為提高礦產(chǎn)資源利用率提供了可能。涉及有益組分回收的新技術(shù)主要有強(qiáng)磁、搖床相結(jié)合的磁-重聯(lián)合選礦技術(shù)[58]，含碳酸鹽赤鐵礦石高效浮選技術(shù)[59]，低品位菱、褐鐵礦回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒-磁選新技術(shù)[60]，弱磁性礦石高效強(qiáng)磁選關(guān)鍵技術(shù)[61]，釩鈦磁鐵礦綜合回收利用技術(shù)[62]，綜合回收鐵、稀土、鈮、螢石選礦新工藝[63]，尾礦螢石綜合回收利用關(guān)鍵技術(shù)[64]，尾礦資源細(xì)粒級(jí)金屬礦物清潔高效回收新技術(shù)[65]，尾礦中伴生低品位白鎢礦資源回收技術(shù)[66]，銅尾礦中有價(jià)元素資源化利用技術(shù)[67]，金尾礦有價(jià)金屬綜合回收技術(shù)[68-69]，含鉀尾礦溶解轉(zhuǎn)化熱溶結(jié)晶法生產(chǎn)氯化鉀技術(shù)[70-71]、尾礦中提取長(zhǎng)石、石英技術(shù)[72]等。對(duì)有價(jià)組分的再回收雖然可以提高資源利用率、減少尾礦堆存量和實(shí)現(xiàn)部分經(jīng)濟(jì)效益，但目前的多數(shù)選礦技術(shù)對(duì)尾礦再選的要求依舊較高，僅有少數(shù)尾礦在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下能夠做到尾礦再選的利用方式。崇禮礦集區(qū)內(nèi)的尾礦中，僅有東坪金礦因其長(zhǎng)石含量超過(guò)80%，可以考慮通過(guò)長(zhǎng)石-石英提取技術(shù)對(duì)長(zhǎng)石粉進(jìn)行綜合回收利用。

礦山尾礦的物質(zhì)組分千差萬(wàn)別，可以制備的材料途徑眾多，因此涉及到的技術(shù)手段十分復(fù)雜。對(duì)建筑材料而言，主要涉及到建筑用砂、水泥、陶瓷、玻璃、磚瓦等材料的制備，由于尾礦的礦物成分和化學(xué)成分與傳統(tǒng)的建材材料基本相近，其生產(chǎn)技術(shù)難度不高，在生產(chǎn)前做好尾礦與其他必要添加組分的配比，即可生產(chǎn)出相應(yīng)的產(chǎn)品[73]。對(duì)于高附加值的產(chǎn)品制備，涉及到的技術(shù)也較多，主要有尾礦生產(chǎn)新型建筑技術(shù)[74]、生產(chǎn)活性微粉關(guān)鍵技術(shù)[46]、制備釉面材料技術(shù)[75-76]、制備環(huán)保復(fù)合材料技術(shù)[77]、制備納米材料技術(shù)[37,78-79]、高性能耐火材料和納米二氧化硅制備技術(shù)[80]等。高附加值利用技術(shù)制造出的產(chǎn)品通常經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，但相應(yīng)地對(duì)尾礦礦物或化學(xué)成分的要求也較高，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中的加工成本也較高，對(duì)其生產(chǎn)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估是必不可少的環(huán)節(jié)。由于對(duì)尾礦成分要求較高，僅有少數(shù)尾礦符合高附加值產(chǎn)品制備的條件。崇禮礦集區(qū)內(nèi)僅有東坪金礦尾礦具備調(diào)配制備釉面材料的可行性，崇禮礦集區(qū)外圍張家口市宣化區(qū)近北莊鐵礦尾礦具備通過(guò)改性制備食品廢水脫色劑等環(huán)保材料的可行性。

尾礦作為充填材料，要求用于充填的骨料、膠凝材料及尾礦漿性能滿足輸送性、均勻性的要求，同時(shí)形成的充填體需要具備一定的力學(xué)強(qiáng)度，因此尾礦充填涉及的主要技術(shù)包括尾礦充填工藝、濃縮與存儲(chǔ)、料漿攪拌、料漿管道輸送等方面[80]，如超高水材料井下充填開采[81-82]、尾礦膏體濃縮及充填[83-87]、礦山粗骨料高濃度流態(tài)管輸充填[88-89]、尾礦高濃度砂料漿攪拌[90]、高濃度大倍線自流膠結(jié)充填[91]等技術(shù)。尾礦作為充填材料，對(duì)其中的礦物成分和化學(xué)組分并無(wú)特殊要求，僅在物理性質(zhì)如粒度、力學(xué)強(qiáng)度等方面有一定要求，一般情況下大多數(shù)尾礦均具備制備充填材料的可行性，但用尾礦作充填材料通常不產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，甚至需要投入一定的資金才能實(shí)現(xiàn)。崇禮礦集區(qū)內(nèi)的尾礦通過(guò)一定的粒度分選，大部分可用于采礦空間充填材料，尤其是重金屬含量較高和平鉛鋅礦床尾礦更加適合地下采礦空間的充填和封存。

當(dāng)前尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)最有效和常見(jiàn)的方式是進(jìn)行植被恢復(fù)，但由于尾礦粒徑細(xì)小、板結(jié)嚴(yán)重、有機(jī)質(zhì)含量和氮磷鉀等植物營(yíng)養(yǎng)元素含量低、理化性質(zhì)極端、部分尾礦重金屬含量高，并不具備植物生長(zhǎng)所需要的條件[92]。因此涉及到尾礦庫(kù)復(fù)墾的關(guān)鍵技術(shù)有尾礦基質(zhì)改良，加速土壤形成，改善尾礦結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。尾礦改良主要通過(guò)增加有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，重構(gòu)尾礦微生態(tài)結(jié)構(gòu)[93-94]，如通過(guò)添加有機(jī)肥、市政發(fā)酵污泥、石灰、無(wú)機(jī)肥、微生物菌劑等改良鐵尾礦基質(zhì)[95-97]；加速土壤形成主要通過(guò)植物根系分泌物及有機(jī)質(zhì)分解后的有機(jī)酸等加速礦物風(fēng)化[98-99]等。尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)是一種礦山環(huán)境生態(tài)修復(fù)工程，通常對(duì)尾礦性質(zhì)改良過(guò)程所需時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)在尾礦改良基礎(chǔ)上，往往需要配合工程實(shí)施才能完成，因此尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)過(guò)程工程量大、費(fèi)用高，不適宜大面積開展。崇禮礦集區(qū)內(nèi)尾礦在以上綜合利用途徑均已開展的前提下，若仍有尾礦殘留，均可以考慮開展尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)，實(shí)現(xiàn)礦山環(huán)境友好化目標(biāo)。

3 崇禮礦集區(qū)尾礦綜合利用

崇禮礦集區(qū)位于京津冀地區(qū)張家口市崇禮區(qū)，地處內(nèi)蒙古高原與華北平原過(guò)渡地帶，面積2 334 km2，是首都水源涵養(yǎng)區(qū)、生態(tài)環(huán)境支撐區(qū)、2022年北京冬奧會(huì)舉辦地重要組成部分以及河北省脫貧攻堅(jiān)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。長(zhǎng)期的礦產(chǎn)資源開發(fā)，導(dǎo)致了尾礦的大量堆存，目前尾礦堆存量達(dá)7 625萬(wàn)m3。然而目前區(qū)內(nèi)尾礦資源化利用水平較低，尾礦的大量堆存將可能帶來(lái)巨大的安全隱患和環(huán)境隱患，開展尾礦綜合利用是解決上述目標(biāo)的有力抓手。本文以張家口市崇禮區(qū)作為重點(diǎn)工作區(qū)，以尾礦為對(duì)象，從尾礦資源化利用規(guī)劃建議入手，為尾礦資源化利用方面提供技術(shù)支持。

3.1 尾礦分布及特征

崇禮礦集區(qū)內(nèi)尾礦分布具有數(shù)量多、存量大、礦種少、集中分布等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前崇禮區(qū)尾礦庫(kù)數(shù)量60座，占地面積總計(jì)3.36 km2，尾礦庫(kù)現(xiàn)有庫(kù)容7 625萬(wàn)m3，估算尾礦量1.3億t，其中金尾礦堆存量746萬(wàn)m3，鉛鋅尾礦堆存量為122萬(wàn)m3,其余主要為鐵尾礦。區(qū)內(nèi)尾礦庫(kù)集中分布在崇禮區(qū)的南部和西部山區(qū)，主要位于四臺(tái)嘴鄉(xiāng)，其次為高家營(yíng)鎮(zhèn)。崇禮區(qū)的尾礦庫(kù)亟待處置，重點(diǎn)礦種是鐵礦和金礦。

區(qū)內(nèi)鐵礦按照礦床生成條件和礦石類型的不同可大致分為三類，即巖漿型、接觸熱變質(zhì)巖型和沉積變質(zhì)型。以巖漿型為主，含礦圍巖主要為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃巖和斜長(zhǎng)輝石巖，主要分布在四臺(tái)嘴鄉(xiāng)和高家營(yíng)鄉(xiāng)；接觸熱變質(zhì)型鐵礦礦床數(shù)量和規(guī)模僅次于巖漿型，其容礦巖石主要為受接觸變質(zhì)的矽卡巖，如透輝石巖、角閃石巖、透閃石巖等，主要分布于高家營(yíng)鄉(xiāng)、紅旗營(yíng)鄉(xiāng)等；沉積變質(zhì)型鐵礦分布極少，其含礦母巖主要為石英砂巖變質(zhì)而來(lái)的石英巖，礦床主要分布于石嘴子鄉(xiāng)。尾礦的化學(xué)成分中，SiO2含量一般在45%左右，全鐵含量超過(guò)10%，以FeO為主，Al2O3含量大于10%，CaO含量4%左右；礦物粒度較粗，粒徑大于0.3 mm的顆粒占30%左右，0.30～0.15 mm的顆粒占28%，小于0.075 mm的顆粒占20%左右。

金礦床根據(jù)圍巖性質(zhì)不同大致可分為兩類，一類為含礦圍巖為二長(zhǎng)巖雜巖體，以東坪金礦為代表，另一類圍巖為熱液蝕變的變質(zhì)巖，以鑫隆金礦為代表。尾礦中的礦物通常以石英、長(zhǎng)石、云母類、黏土類及殘留金屬礦物為主，化學(xué)成分中SiO2平均含量為67.71%，Al2O3含量為16.25%，K2O含量為5.33%，Na2O含量為5.5%，MgO含量為0.27%。礦物粒度很細(xì)，泥化現(xiàn)象較嚴(yán)重。

3.2 綜合利用建議

經(jīng)尾礦庫(kù)樣品采集和化學(xué)分析，金尾礦庫(kù)中尾礦礦物主要為長(zhǎng)石、石英，化學(xué)組分主要為SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、Fe2O3、FeO等，與黏土巖的成分類似，依據(jù)尾礦所屬圍巖類型，結(jié)合尾礦的化學(xué)組分，將金尾礦進(jìn)一步劃分為高硅高堿型、高硅低堿型2種類型；鐵尾礦中的礦物以閃石、輝石、磁鐵礦為主，化學(xué)組分主要為SiO2、MgO、Al2O3、CaO、Fe2O3等，與基性巖組分類似，依據(jù)尾礦所屬圍巖類型，結(jié)合尾礦化學(xué)組分，將區(qū)內(nèi)鐵尾礦進(jìn)一步分為低硅富微量元素型和低硅低微量元素型2種。鉛鋅礦中礦石類型以絹云母-多金屬型為主，尾礦中的礦物以云母、石英、長(zhǎng)石為主，化學(xué)組分除Pb、Zn外，還伴生有Ag、Au、As、S成分，含砷礦物(毒砂)含量達(dá)1.04%，成為帶來(lái)重金屬問(wèn)題的主要原因，該類型尾礦被劃定位富重金屬型尾礦。區(qū)內(nèi)尾礦類型復(fù)雜，每種類型具有獨(dú)特的資源化綜合利用方向，具體建議見(jiàn)表1。

表1 崇禮礦集區(qū)尾礦綜合利用規(guī)劃建議分區(qū)表Table 1 Planning proposal table of tailings comprehensive utilization of Chongli Mineral Resources Concentration Area

低硅富微量元素型尾礦主要包括的礦山有恒偉、王子等鐵礦尾礦，以及昌盛、大灣、國(guó)鑫、河陽(yáng)溝、前溝等尾礦庫(kù)，尾礦庫(kù)占地面積2.24 km2，尾礦堆存量4 817萬(wàn)m3，是崇禮地區(qū)占地面積最大，尾礦堆存量最多的一類尾礦類型，其綜合利用前景較好。該類尾礦粒度粗，粗粒部分制備鐵尾礦砂；細(xì)粒部分由于MgO和Ca、Fe、Zn、K、Na、P等元素含量高，尾礦中富含Ca、Mg、Si、K等元素，而As、Cd、Pb、Cr、Hg等元素含量低于《硅鈣鉀鎂肥》(GB/T 36207—2018)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，其中的磁鐵礦、赤鐵礦、角閃石、輝石等粒狀礦物可用于改善土壤的透水性、透氣性等物理結(jié)構(gòu)。此外片狀礦物黑云母的存在可為植物生長(zhǎng)提供緩效鉀，所含磁鐵礦可提高土壤磁力，因此尾礦細(xì)粒部分適合制備礦物源土壤調(diào)理劑和鐵尾礦粉。

低硅低微量元素型尾礦主要的礦山包括三道營(yíng)、小南溝、巴圖灣、六間房等，尾礦庫(kù)占地面積0.51 km2，尾礦堆存量1 824萬(wàn)m3。鑒于這類鐵尾礦粒度較粗，CaO、MgO、P質(zhì)含量較低，難以做土壤微肥或土壤調(diào)理劑，粗粒部分粒徑達(dá)到制備鐵尾礦砂的要求，細(xì)粒部分各項(xiàng)指標(biāo)均符合鐵尾礦粉要求，同時(shí)可用于生產(chǎn)海綿城市所需的透水磚和燒結(jié)磚。

高硅高堿型尾礦主要的礦山包括東坪、永宏、臺(tái)子溝等，尾礦庫(kù)占地面積0.55 km2，尾礦堆存量797萬(wàn)m3。尾礦顆粒粒度較細(xì)，物理、化學(xué)特征明顯高硅高硬度，其化學(xué)組分和礦物組分適合開展硅酸鹽水泥的制備，通過(guò)細(xì)粒尾礦硅酸鹽水泥制備實(shí)驗(yàn)，可以生產(chǎn)出性能達(dá)到42.5的硅酸鹽水泥產(chǎn)品，配合釉面材料制備技術(shù)和發(fā)泡陶瓷制備技術(shù)，可以有效解決水泥需求和尾礦占地等問(wèn)題。但在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意個(gè)別礦山尾礦中重金屬Pb元素超標(biāo)等問(wèn)題。

高硅低堿型尾礦主要包括的礦山有前溝、黑土溝、南天溝等，尾礦庫(kù)占地面積0.05 km2，尾礦堆存量65萬(wàn)m3。該類尾礦粒度較細(xì)，尾礦庫(kù)分布分散，堆存量較小，建議開展投資成本較低的磚類產(chǎn)品制備，如制備陶瓷透水磚或景觀磚，可制備出陶瓷透水磚的抗折強(qiáng)度為3.2 MPa，透水系數(shù)為2.19×10-2cm/s，對(duì)應(yīng)透水標(biāo)準(zhǔn)透水系數(shù)A級(jí)，其性能指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。透水磚是完美契合建設(shè)“海綿城市”的綠色建筑材料，具有較好的應(yīng)用前景。配合高硅高堿型尾礦的水泥產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)，可解決尾礦占地和潛在地質(zhì)災(zāi)害等問(wèn)題。

富重金屬型尾礦在區(qū)內(nèi)僅有和平鉛鋅礦1處，尾礦堆存量不大，尾礦中重金屬含量較高，在As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn八種重金屬元素中，As、Cd、Pb和Zn含量顯著高于土壤風(fēng)險(xiǎn)篩選值。考慮到環(huán)保對(duì)生產(chǎn)制品的要求，建議對(duì)富重金屬型鉛鋅尾礦進(jìn)行地下采空區(qū)充填、封存處理或者暫不進(jìn)行綜合利用。

根據(jù)以上分析，崇禮礦集區(qū)內(nèi)尾礦類型復(fù)雜，不同尾礦性質(zhì)存在一定差異，但大部分具有生產(chǎn)建材產(chǎn)品的資源化潛力，面向北京冬奧會(huì)建設(shè)需求，開展崇禮區(qū)尾礦資源綜合利用具有明顯的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有良好的應(yīng)用前景。

4 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)尾礦的堆存量大，分布集中，具有開展尾礦資源綜合利用的潛力，綜合利用技術(shù)眾多，且部分技術(shù)成熟，開展尾礦綜合利用是實(shí)現(xiàn)尾礦資源化和環(huán)境友好化的有效途徑。當(dāng)前尾礦綜合利用的主要途徑有有益組分再選回收、高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)、農(nóng)用肥料或者土壤調(diào)理劑制備、建筑材料加工生產(chǎn)、采空區(qū)充填、土地復(fù)墾或造田等，尾礦“無(wú)尾化”利用，需要多種手段綜合實(shí)現(xiàn)。尾礦綜合利用途徑的選擇應(yīng)該遵循無(wú)害化、資源化、減量化的原則，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益三統(tǒng)一的目標(biāo)為前提。

近年來(lái)，我國(guó)尾礦綜合利用技術(shù)研發(fā)取得了巨大進(jìn)展，但每種技術(shù)均具有一定的適用條件，目前尚無(wú)一種高效、經(jīng)濟(jì)、無(wú)害的綜合利用技術(shù)能夠完美解決尾礦的資源化問(wèn)題。以崇禮礦集區(qū)為例，根據(jù)尾礦性質(zhì)，將區(qū)內(nèi)尾礦劃分為5種類型，其中建議低硅富微量元素型尾礦選擇“建筑砂+尾礦粉/土壤調(diào)理劑”的利用方式；低硅低微量元素型尾礦選擇“建筑砂+尾礦粉+各類磚瓦”的利用方式；高硅富堿型尾礦選擇“發(fā)泡陶瓷/釉面材料+水泥”的利用方式；高硅低堿型尾礦選擇各類磚瓦的利用方式；富重金屬型尾礦選擇地下充填材料或暫存的利用方式；尾礦殘留部分選擇土地復(fù)墾或復(fù)綠的利用方式。