尾礦堆積問題的解決辦法
——以九江城門山銅礦為例

劉 軒 任莉莉 楊 航 金海東 劉 洋 劉 毅 劉方華 胡 巧

0 引言

十四五規劃指出，要牢固樹立和貫徹落實綠水青山就是金山銀山的理念，促進人與自然和諧相處，加大對礦山生態環境的治理。提高自然資源開發和保護程度，巧妙推進礦區土地節約集約利用和耕地保護，引導形成有效的礦業投資，激發礦山企業開發的內生動力，發展綠色礦業，建設綠色礦山。根據國家最新出臺的《防范化解尾礦庫安全風險工作方案》和《長江流域保護法》，國家提倡對尾礦進行就地處置。自2020年起，對傳統的稀缺性、戰略性礦產礦山進行確認，保證其正常開發的前提下，理論上全國尾礦庫數量只減不增，到2022年底，尾礦庫安全風險管理責任完全落實，堅決遏制非不可抗力因素造成的潰壩事故。但是，如果企業不能解決堆積問題，不能應對不斷增加的尾礦，不能有效防止潰壩事故的發生，就需要停止生產經營。因此，有效解決尾礦問題已成為當前礦山企業最重要的問題。現在最常用的尾礦處理方式就是通過絕大多數的企業處理尾礦的方式是將產生的銅尾礦通過堆積的方式出存在尾礦庫中，但是在關于印發防范化解尾礦庫安全風險工作方案的通知中，《防范化解尾礦庫安全風險工作方案》明確指出嚴格控制尾礦庫的數量，強化綜合施策，切實減少尾礦庫存量。此方案中提出的要求使得一些無法處理尾礦的企業可能要面臨停產停業的風險。尾礦的堆積不僅會占用大量的土地資源，長時間的累計還會帶來一定的環境污染，引發多類災害問題災害如尾礦庫潰壩等，無論是從短期利益還是長期利益來企業對于生產的尾礦處理迫在眉睫。

1 礦山企業現有處理方式

尾礦是指將礦石經破碎、篩分、研磨、分級、再經重選、浮選、氛化等選礦工藝流程，選出有價值的精礦石后的剩余部分[1]，隨著國內外對稀有金屬的需求量日益增加，因此尾礦處理問題成了重要的研究對象。目前有以下幾種處理方式，一是傳統尾礦存堆技術，將尾礦作為固體廢棄物堆積在尾礦庫中，二是尾礦干堆技術，是以精礦沉降濃縮、過濾脫水的技術為基礎，將尾礦砂的含水率降低到10%左右后進行干式堆存，三是尾礦回填，是通過用尾砂廢料來填補已經開采完的區域，尾砂經過處理后重新填回開采完的區域的方法，可以保護地貌、減少尾礦壩成本等。

2 企業處理尾礦的主要問題

一是缺乏高價值再生產品，尾礦的綜合利用缺少高附加值產品，且市場缺乏市場競爭力。二是處理大量尾礦成本過高，且目前的技術也還很難繼續二次提取二級尾礦，所以這不是一個很好的解決方案。三是對于銅尾礦用于制備混凝土，缺乏成套的制備工藝、潛在活性成分無法高效激發、銅尾礦制備混凝土性能不達標。四是尾礦回填對技術和回填的材料都有一定的要求。張琳琳[2]等在填充采礦技術應用發展及存在問題研究中提到有盲目的選擇廢石進行礦山回填，導致礦區的生產效率降低了很多。目前的技術水平還有待進一步的提高，存在著一定的局限性。

3 城門山銅礦處理現狀

3.1 城門山銅礦背景

江西省位于中國東南部，自然資源豐富，尤其是礦產資源。目前全省共發現各類有益礦產160種，有5000 多個礦區。其中，已核實儲量的有101 種，列入儲量表的有96種，已有1106個礦區。江西省的銅礦主要分布在江西省九江市城門山銅硫鐵礦區、江西省瑞昌市烏山銅硫鐵礦區、江西省德興市銅廠銅礦區等多個地區，銅礦儲量占全國的五分之一。其中，城門山銅礦是中國最重要的露天銅工業礦之一。[3]1979年國家建設江西銅基地的時候將城門山銅礦納入統一發展規劃中。城門山銅礦資源豐富，是一座以銅、硫為主，共生鉬、鐵、鋅，伴生金、銀、錸、鉈、硒等多金屬礦床，礦石儲量達2.2億噸，其中含銅165萬噸、硫3768萬噸。礦區通過近些年來不斷提升擴建，發展有員工800多人。隨著實施資源控制戰略、加快二次創業，已完成擴建城門山銅礦二期工程，礦區日綜合生產能力達到17000噸，業務不斷發展壯大。但同時尾礦問題正逐步嚴重，據統計，2015年中國國內尾礦堆積量為173 億噸，尾礦堆積量呈快速攀升趨勢，截至2020年尾礦堆積量增長到222.6 億噸，尾礦問題已逐步演變成亟待解決的突出環境問題之一。

九江城門山銅礦的年產尾礦量在國內的礦山中比較適中，且城門山銅礦的尾礦庫的使用年限已經達到了極限，如果不能處理掉尾礦的堆積問題，企業就要停產停業，加之城門山銅礦地靠長江，水運十分的方便為出貨提供了便利的條件，因此九江城門山銅礦是一個非常好的試點，在城門山銅礦已經建立了一條設計處理尾礦量250萬噸/年的生產線。

3.2 項目特點

一是新型建材原料，尾礦再生資源化。該項目將城門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。二是新型建設用地再開發，項目建設在城門山已閉庫的尾礦庫上，增加當地建設用地有效供給，推進工業用地改造升級和集約利用。三是工藝先進環保。根據原料特點，定制的建材工藝流程簡單，產出的產品性能優異，附加值高，打造適合全國的“江西樣板”。四是項目具有示范帶頭作用，與城門山銅礦形成一條完整的綠色環保生態產業鏈，推動建筑行業革新，是江西省傳統產業轉型升級綠色發展的典范，具有重大的經濟和社會意義。

3.3 已擁有成熟的生產線

城門山銅礦有著一整套的工藝流程，首先分級篩選庫中的銅尾礦，壓濾濃縮后，送至脫水車間進行真空負壓脫水，控制含水量在8%以下。將脫水后的銅尾礦進行高效碾磨，制備成具有高活性的銅尾礦超細粉。采用廢棄銅尾礦主要制備出兩類產品，一類產品是制備成銅尾礦砂，可作為原材料進行出售也可以制成透水磚、加氣砌塊等混凝土制品進行銷售，產品成本降低25%-37.5%的同時，性能提升12%左右；第二類產品是制備成銅尾礦超細粉，可替代水泥、粉煤灰等摻合料制備商品混凝土，產品性能及價格跟市面上的二級粉煤灰相比價格便宜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、細砂的解決

張振環等人也做過相關的實驗，銅尾礦主要成分為SiO2，將銅尾礦砂的比表面積磨細到200 目(75μm)時可以很好的發揮摻合料的填充效應，可以很好的改善工作性能。取代200～250 kg 砂摻配時，降低砂率取代可保持3d強度比基準提高20%，但7d強度相差不大，28d 強度略低于基準;外加劑摻量不變，28d抗壓強度略高于基4MPa;在同坍落度下進行等量取代，分別增加9%與28%的外加劑用量,結果顯示28d強度略低于基2～4MPa，但極大的提高了工作性能。結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制砂或是天然河砂，中砂可用于加氣磚廠，作為銅尾礦粉來代替粉煤灰，并且沒有泥是可以比粉煤灰有更好的效果，細砂的用量很小，并且也可用建筑垃圾等其他更便宜以及從更方便運輸的地方去取材料進行替代，且用細砂做出的成品的性能與其他建筑垃圾等對比并沒有明顯的提升，所以對于細砂的處理目前還是以干堆為主，對于細砂的處理還是一個急需解決的問題。

3.5 主要產品

（1）混凝土和砂漿用新型超細礦物摻合料：宋軍偉教授所帶領的團隊與萬銅環保有限公司合作，采用國內先進的粉磨生產工藝，通過機械力-化學雙重激發，制備出銅尾礦超細粉，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用硅質原料：銅尾礦作為高硅質原料，可制備蒸壓加氣混凝土砌塊或板材。

（3）高強預應力混凝土管樁：銅尾礦作為高硅質原料，可制備高強預應力混凝土管樁。

（4）免燒磚：為響應國家禁止使用黏土磚和頁巖磚的號召，采用銅尾礦制備實心磚、多孔磚、市政吸水磚、生態護坡磚等新型免燒環保墻體材料。

（5）PC 磚：采用獨特的生產工藝，將銅尾礦進行資源化合理利用，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、發泡陶瓷：用于制備高性能裝飾微晶玻璃或A級防火發泡陶瓷。

（8）水泥原料：銅尾礦主要成分為SiO2，可滿足水泥熟料需要，其微量元素具有礦化作用，可降低水泥燒成溫度。

4 結論

江西作為礦產大省也有著非常嚴重的尾礦堆積問題，隨著國家對環保對綠色礦山的重視，不能增加尾礦庫以及減少尾礦庫成為了最為關鍵的問題，從問題的緣由出發也就是要解決大量尾礦，通過用低成本處理不同粗細的銅尾礦砂，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、免燒磚等產品，從而達到對尾礦的高效利用，對于九江城門山銅礦的堆積問題做出了很大的改善，這一套處理方法為全省全國的礦山企業做出了一個很好的示范，在尾礦處理問題上邁出了極大的一步。