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摘要 ：湖南某矿山因尾矿库即将闭库，从2017 年开始启动 多金属尾矿综合利用工作， 根据多金属尾矿的性质， 先后开展了 一系列的尾矿综合利用和技术攻关，最终确定了利用多金属尾 矿制作微粉， 解决了尾矿处置难题。
1 我国矿山尾矿现状及综合利用现状
1.1 我国矿山尾矿现状
从全球范围来看，中国是矿业强国，目前中国固体矿业发展 的规模已达到全球首位。矿山开发过程中所产生的工业垃圾还 会污染城市大气环境，其中最为严峻的问题就是矿山过程中所 产生的工业固体废物。同时， 还伴随着矿山的生态问题和城市地 质环境问题。据统计， 中国每年在矿井中所形成的工业固体废弃 物约占全国工业固体废弃物总数的 80% 以上。而每年在开采过 程中，所产生的矿山尾矿数将非常多，并且每年都有上升的势 头，最终形成了大量尾矿。由于矿山的堆积不但会占用巨大的土 壤堆积， 而且还会导致对自然资源和土壤资源的环境污染， 尤其 是对下游民众的生命财产安全造成了极大危险。因此， 矿山尾矿 并不仅仅是固体废物污染， 而且还是一个重要的环境资源。在我 国目前，尾矿资源的利用率仅为全国总量的 3.3%。同时，矿山尾 矿总量不少，所以尾矿资源化综合利用和监督管理是一项庞大 的工程。要想有效地进行矿山尾矿处理， 就需要使用各种有效方 法。目前，尾矿综合利用有两种方法，即对有用矿石的回收与综 合利用。
1.2 我国矿山尾矿综合利用现状
1.2.1 尾矿二次回收
在尾矿资源的利用中，往往其中都含有非常有价值的金属， 因此， 对这些金属进行回收是最主要的利用方式。在我国的不少 矿山中， 所产出的尾矿中均存在着不同含量的金属。对这些有价 金属资源进行回收再利用， 就可以产生很大的社会经济效益。国 内的矿山资源伴生矿山较多， 单一矿山较少， 还没有足够的技术 来回收尾矿中所有的有价金属。
1.2.2 用作陶瓷和水泥生产
当尾矿的化学成分与陶瓷原料相似，因此可将尾矿精加工 成精矿，代替长石作为陶瓷原料，添加量为 45% ~ 50% 时，做 出的瓷砖的性能可达到标准。除了更换原材料， 还可以制备陶瓷釉料和泡沫陶瓷。另外，尾矿用于水泥生产时，既可以为水泥企 业降低硅质原料成本， 也有利于尾矿的回收利用。
1.2.3 利用尾矿开垦植被
我国较早就开展了矿山用地复垦工作，并根据国家《土地复 垦条例》的要求，严格贯彻“谁破坏、谁复垦”的核心原则，有效 地推动了全国耕地复垦步伐。同时， 植被复垦事业也获得了良好 发展。
1.2.4 矿场的矿区填充
当矿山开采类型为地下开采时，可以将尾矿进行采空区充 填分为水砂充填和胶结型的充填二种方式。在胶结充填中， 主要 是通过添加混凝土或是添加其他带有胶凝性质的物料，使原来 较为疏松的尾矿逐渐凝固，最后形成具有一定硬度的整体结构， 有效解决了尾矿的处置利用。
2 尾矿组分及特征分析
矿山选矿工艺流程。破碎脱泥洗矿系统—磨矿系统—浮选 系统—浓缩过滤压滤脱水系统。尾矿主要成分为硅酸铝盐， 主要 元素为 SiO2 、Al2O3、CaF2、CaO、CaCO3 等，压滤尾矿量为 50 万 吨 / 年，总尾粒度较细， -325 目占 55% ~ 60%。
尾矿经专业机构检测，水浸、酸浸指标都合格，鉴定评估为 一般工业固废。根据现阶段选矿工艺，多金属尾矿主要由 3 个 部分组成，其中洗矿泥(破碎作业前脱泥工序产生的泥浆) 占比 30%，浮选粗选尾矿(第一道浮选尾矿) 占比 50%，精选尾矿(选 冶金粉流程尾矿) 占比20%。总尾矿含泥量高，粒度较细，压滤 后的尾矿含水22%。
3 前期尾矿综合利用及尾矿市场开发途径总结
为了解决尾矿处置难题，参考国内尾矿综合利用主要路径， 先后开展了有价元素回收再选、生产建筑材料、制作肥料和土壤 改良、采空区充填或复垦等工作。
3.1 有价元素回收再选
有价元素回收一直是国内尾矿综合利用的主要途径，通过 尾矿成分分析，对有价成分进行再选，提高资源利用率。随着矿 山选矿技术持续提升， 资源利用率得到显著提升， 尾矿中氟化钙 品位由20% 降低 15% 以下，压滤后的多金属尾矿进行了工业化 选矿生产，受浓缩作业添加的絮凝剂影响导致再选多金属精矿品位不到 70%，回收率 60%，生产效果远低于预期，经济价值不 高无法持续开展 ;其它伴生有价元素技术尚未突破，仍需持续 开展技术攻关。
3.2 生产建筑材料
通过现有的成熟工艺生产一种或若干种建筑材料，如水泥、 灰砂砖、加气砌块或各种建筑砖，有的含有微量金属成分，可生 产微晶玻璃。根据尾矿粒度、物理化学性质等方面区别，用作铁 路道渣、混凝土骨料等工程修建材料， 细粒尾矿可用作混凝土细 骨料、砂浆等。
制环保砖对尾矿的粒度(200 目) 和硅含量(≥ 60%) 有着很 大的要求，因尾矿粒度过细(325 目占 50%)，硅含量过低(30% 左右) 无法满足。先后与周边烧结砖企业联系开展系列小试、中 试制砖实验，掺入比例可到20%，成品达到国家标准。但是运输 距离和成本限制，尾矿制砖消耗量不到尾矿总量的 1%，销量十 分有限。将多金属尾矿直接进行水泥免烧砖生产实验， 总尾矿添 加量可以达到 60%，产品检测各项指标合格，但受制于地区销量 有限难以大规模制砖综合利用。
3.3 用于制作肥料，土壤改良
尾矿中含有植物生长所需要的多种微量元素，经过适当处 理可制成用于改良土壤的微量元素肥料。多金属尾矿进行土壤 肥力检测，普通长效指标均合格，速效钾为 106mg/kg，此后，开 展多金属尾矿种植蔬菜试验， 种植的蔬菜长势良好， 蔬菜产品经 检测氟化物超标。经几个月探索分析，尾矿在制作肥料、土壤改 良实际利用方向需求量少， 手续办理繁琐， 推广成本高。
3.4 采空区充填和复垦
尾矿开发利用最常见的方式是充填和复垦，对开发土地资 源、削减尾矿污染及改进矿山环境均有积极意义。对接县自然资 源局核实采空区治理计划， 因矿山周边工业开发较少， 生态红线 和基本农田较多， 无采空区充填复垦需求计划。矿山周边有一个 废弃采石场， 虽然得到了政府部门的支持， 但是采石场所属的村 民反对， 租地受阻无法开展推进。
4 尾矿确定最终综合利用方案
2019 年开始对接周边水泥厂，经过几个月对接沟通和多次 送样化验， 尾矿直接作为水泥原料用量有限， 达不到尾矿处置的 目的， 而尾矿加工成微粉后可以在水泥行业利用， 因此与研究单 位合作开发多金属尾矿微粉技术开发试验。
尾矿样品经烘干等处理后密封存放待研磨，其水分控制 ≤ 1.5%。试验室采用试验小磨机进行粉磨，磨至一定比表面积 400 ~ 500m2/kg 的尾矿微粉样品，使其细度和比表面积均能满 足试验要求。
(1) 尾矿微粉理化性能。参照广泛应用于水泥和混凝土中的 粉煤灰标准 GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行检测，经检测多金属尾矿微粉用作水泥混合材或者用于拌 制混凝土和砂浆的矿物掺合料时，符合标准 GB/T 1596—2017 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的 C 类粉煤灰的技术要求。
(2) 尾矿微粉用作混凝土掺合料时，尾矿微粉混凝土的工作 性总体较好，尾矿微粉的加入有利于改善混凝土拌合物的保水 性和粘聚性。尾矿微粉混凝土的抗压强度随多金属尾矿微粉的 掺量增加而降低， 但能够基本满足 C30 的强度和现场施工要求。
(3) 尾矿微粉对砂浆的收缩率和抗冻性能影响较大，但总体 满足D25抗冻性能要求 ;尾矿微粉对砂浆受抗硫酸盐侵蚀影响 不大。
综上所述，尾矿样品制备的尾矿微粉总体满足生产和使用 的相关标准要求， 可以用作水泥混合材和砂浆及混凝土掺合料。
5 尾矿建设微粉技术方案
5.1 建设规模、生产方式、运行制度
拟投资建设一条年处理尾矿矿粉 45 万吨生产线。本项目年 处理尾矿干粉 45 万吨。尾矿经过压滤机脱水后含水分28%，比 表面积约 320m2/kg，选用一台 φ4.0×28m 的回转烘干机对料饼 进行初始烘干，选用一台 φ3.2×10m 带选粉机的球磨机细磨到产 品细度450m2/kg 以上， 含水量小于 1%。
本项目年运转天数为 310 天，年处理能力 45 万吨尾矿干粉， 平均 60.5t/h。矿粉出厂采用汽车散装方式。
5.2 矿粉粉磨方案选择
尾矿压滤后呈泥巴状，水份含量 22% ~ 28%，尾矿比表面 积约 320m2/kg，利用尾矿制作水泥混凝土掺合料项目的可行性， 根据前期的实验检测与分析，比表面积大于 450m2/kg可以用作 水泥混合材和砂浆及混凝土掺合料。
合肥水泥研究设计院有限公司也对尾矿分别做了立磨和球 磨的易磨性实验， 对比实验结果， 从而确定粉磨方案。
5.2.1 立磨实验
实验过程看，原料已是细粉，烘干后的物料进入立磨后料 层不易形成料床，磨辊压力加不上，还需要不断调整电机转速， 因此，实验中粉磨时间较长，3 次实验检验结果矿粉细度达到 600m2/kg 以上， 粉磨功耗无法计算。
5.2.2 球磨实验
采用实验小组进行实验。实验结果比表面积也可以达到 650m2/kg 以上， 但矿粉的筛余也高。
5.2.3 原料试验问题
通过对原料的试验，粉磨过程中尾矿的比表面积上升速度 较快，但细度(45μm 筛余) 下降速度很慢，表明大部分物料的细 磨性能很好， 但也有部分小颗粒状物料难碎难磨。
原料水分高，并且由于结成料团，给烘干带来难度，因为料 团内部的水分如果在烘干过程中不能有效破碎，很难对其进行有效烘干， 这就给磨机粉磨物料带来极大困难， 严重时会导致磨 机无法正常运行。
5.2.4 粉磨方案确定
尽管使用立磨粉磨矿粉可能电耗低，但入磨物料水份含量 高时(10% ~ 12%)，因为尾矿含有较多黏土，在料床上可能形 成石料饼， 如果入磨物料水份含量低时， 又可能尾矿细度细无法 形成料床， 采用球磨反而是较为稳妥的方案。
采用球磨机磨矿粉时，磨机改造为高细高产磨，同时还要注 意以下几点控制矿粉的细度和比表面积。
磨机采用烘干磨，磨内通过设置隔仓板将磨机分为烘干仓、 粗磨仓、细磨仓。通过对磨机通热风，实现对物料的二次烘干， 以解决物料在烘干机烘干过程中烘干能力不足，或出烘干机后 的物料水分波动较大的问题，确保物料在磨机内能正常而高效 运行。隔仓板与出料篦板设计有料位调节装置， 可以方便调节各 仓物料的流速与停留时间，实现提高磨机粉磨效率及产品控制 的目的。
磨机采用闭路生产，可以有效降低粉磨后产品的筛余，满足 用户对细度与比表面积的双重要求。
由于磨机采用烘干闭路粉磨工艺，在购置磨机设备时，需要 通过详尽计算后， 对传统磨机设备进行改进设计， 在满足烘干热 风风量要求的情况下， 使设备能适应高温的要求， 确保主轴承正 常运行。
根据物料的具体特点及产品的细度要求，通过对磨内影响 粉磨效率的零部件的改进设计，可以大幅度提高磨机的粉磨效 率，达到降低磨机一个规格的目的。
5.3 生产工艺、主要设备选型
5.3.1 料饼取料
现有尾矿经过压滤后自然落到车间下部料堆。该建设项目 采用在4 台压滤机的其中二台下部各做一台接料皮带输送机， 控 制压滤机的卸料速度，使得压滤机卸料能力与烘干机的烘干一 致，避免物料落地后2 次取料。通过皮带输送机倒运后送入烘干 机进行烘干。入烘干机皮带输送机上由在线皮带秤计量入烘干 机的料饼量， 从而及时调整压滤机的卸料速度， 保证烘干机进料 量稳定。落地料饼采用铲车 + 料斗进料形式，料斗设皮带秤控制 给料量， 出皮带秤料饼送入烘干机输送皮带。
5.3.2 尾矿烘干
采用 Φ4.0×28m 回转烘干机配套沸腾炉。来料皮带输送机 把尾矿料饼送入到烘干机的进料螺旋输送机进入烘干机与沸腾炉气体一道顺流烘干物料，出烘干机物料经过锁风阀隔断物料 和气体，物料进入提升机经由皮带机送到中间储库缓存 ;气体 出烘干机后由袋式收尘器除尘处理， 收下的物料也进入磨机， 净 化气体由风机排放。进烘干机的尾矿料饼水份含量28%，烘干后 尾矿含水量 3% ~ 5%送入矿粉磨机。
烘干机设置的热风炉不仅供烘干机用，也为磨机提供热源。 热风炉使用的原煤经过破碎成 5mm 以下的颗粒，提升到煤仓储 存，仓下设置给料机稳定给热风炉供煤， 热风炉炉箅子底部有一 台风机给热风炉提供一次风，出热风炉到烘干机的热烟气温度 900℃~ 1100℃，出烘干机的烟气温度控制在 120℃左右，到磨 机的烟气经过与空气混合后入磨温度控制在450℃以下。
5.3.3 尾矿细磨
尾矿料饼含水份28%， 经过烘干机预烘干后含水分3% ~5% 进入磨机粉磨烘干后进一步烘干到水份 1%。
来自烘干车间含水 3%~5% 的尾矿经过重锤锁风阀进入磨 机，通过烘干粉磨，出磨物料由提升机、斜槽送入选粉机，出磨 气体也从选粉机下部进入选粉机，选粉粗颗粒物料筛选出来有 FU 输送机送回磨机重新粉磨，合格尾矿粉与气流一道进入高浓 度收尘器进行料气分离，出收尘器的净化气体含尘浓度 10mg/ m3.经过磨机风机排放。收尘器分离的尾矿粉作为成品经由斜 槽，提升机和斜槽送入矿粉库储存。
5.3.4 矿粉储存及散装
出收尘器的矿粉在进入入库提升机前设置取样器对物料继 续采样以备检验分析。出斜槽的矿粉送入 2 个 Φ18 米的矿粉库 储存，每库储量 10000t，每个库顶均设置有收尘器，收尘器排放 浓度小于 10mg/m3.每个库下设置2 个矿粉散装系统，每个散装 系统均设置一台200t地中衡。
5.3.5 压缩空气
收尘器及设备控制需要的压缩空气由本工程的空压机提供， 全系统设置2 台20m3/min， 0.7MPa 空压机。
6 结语
尾矿经过不同路径的尝试，最终通过实验研究开发实现综 合利用解决尾矿的处置难题，作为水泥混凝土掺合料是一个全 新的尝试， 满足当地政府和企业发展规划的同时， 立足走可持续 发展道路，努力提升企业自身竞争力，符合企业自身要求，符合 地方发展规划， 符合国家产业政策。
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