我國(guó)的礦石類型以共伴生礦為主，其占到礦產(chǎn)資源總數(shù)的 80% ，選別難度較大。加之早期礦山的選技術(shù)較為落后，不同時(shí)期的經(jīng)濟(jì)條件也不盡相同，通常只能對(duì)礦石中一種或某幾種礦物進(jìn)行回收。這就使得包括有金屬、稀有金屬、貴金屬和大量的非金屬礦物留存在尾礦中。由上可知，尾礦中含有大量可回收的有用組分，但由于各種原因，這些組分只能以尾礦的形式堆存。然而以現(xiàn)在的選冶技術(shù)是完全可以對(duì)其進(jìn)行回收利用，補(bǔ)充日趨枯竭的礦產(chǎn)資源。
尾礦中含有大量的石英、長(zhǎng)石、角閃石、輝石、方解石、白云石以及由于蝕変產(chǎn)生的硅酸鹽礦物和硅鎂酸鹽礦物，主要化學(xué)成分有硅、鋁、鈣、鎂等，其中硅和鋁的含量較高。目前尾礦已被廣泛地用于修筑路基、制造建材、回填采空區(qū)，資源利用率進(jìn)一步提高，同時(shí)也使得礦山企業(yè)獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，要充利用尾礦資源，特別是其中所含有的非金屬資源是十分必要的。
目前尾礦的處理方法還是以尾礦庫(kù)堆存為主，尾礦堆存將會(huì)占用大量的農(nóng)用、林用土地，破壞其所在地區(qū)土地資源的配置。此外，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的礦山選廠或是鄉(xiāng)鎮(zhèn)的小型選廠還會(huì)將尾礦直接排到自然環(huán)境中，對(duì)環(huán)境造成了極大破壞。如遼寧海城地區(qū)堆存的菱鎂礦尾礦和廢棄礦區(qū)對(duì)周邊的土壤造成了嚴(yán)重影響，土壤養(yǎng)分和微生物量大幅下降。尾礦庫(kù)表面的尾礦受風(fēng)吹光照，脫去水分形成大量粉體，隨風(fēng)飄散尾礦庫(kù)周圍，嚴(yán)重時(shí)甚至可以形成沙暴，嚴(yán)重污染大氣，影響居民出行。尾礦庫(kù)潰壩則是尾礦極具危害性的一種表現(xiàn)形式，尾礦不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，還會(huì)威脅到人身財(cái)產(chǎn)安全。鑒于尾礦具有極大的潛在危害性，所以通過(guò)多種綜合利用方式消納尾礦已是刻不容緩。
世界上工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家為保護(hù)礦產(chǎn)資源，維持生態(tài)平衡，實(shí)行良性循環(huán)，開始興建“二次原料工業(yè)”，并取得了顯著成效。我國(guó)堆存的尾礦一般都有較高的品位，尤其是20世紀(jì)50～60 年代的尾礦，具有更大的開發(fā)利用價(jià)值。而且相較于開發(fā)新礦脈，對(duì)尾礦勘探成本更低，探查結(jié)果也更準(zhǔn)確。同時(shí)尾礦庫(kù)周邊的交通便利，基礎(chǔ)設(shè)施較為完善，可以大幅度基建投資。尾礦庫(kù)中的尾礦較為疏松，粒度較細(xì)，只需要少量破碎和磨礦作業(yè)，能耗低，生產(chǎn)成本低。近些年來(lái)，我國(guó)的一些礦業(yè)公司在尾礦的綜合利用上已經(jīng)取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。尾礦已經(jīng)嚴(yán)重束縛了礦產(chǎn)行業(yè)的綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也成為了破壞環(huán)境、危害安全的重要影響因素。只有對(duì)其進(jìn)行綜合利用，才能解決尾礦所帶來(lái)的各項(xiàng)問題，并實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)的盈利增收。
我國(guó)尾礦開發(fā)利用的理論研究和實(shí)際應(yīng)用相較于國(guó)外有很大差距，但近些年由于政府和有關(guān)部門的重視，情況已經(jīng)有了很大改觀，一大批高校和科研院所都開始與礦山企業(yè)緊密合作，目前在尾礦的綜合利用，即實(shí)現(xiàn)尾礦的資源化、減量化和無(wú)害化方面已取得了顯著的成果。本文作者將從尾礦的二次選別、尾礦用作建材原料、尾礦在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用和尾礦回填利用四個(gè)方面進(jìn)行敘述。
尾礦總量大，種類多，因此選取鐵尾礦、銅尾礦、鉛鋅尾礦和稀土尾礦這幾種產(chǎn)量較大、代表性強(qiáng)的尾礦進(jìn)行敘述。
對(duì)于鐵尾礦的二次選別，目前已經(jīng)有了較為成熟的工藝對(duì)其中的鐵礦物進(jìn)行回收，并獲得質(zhì)量較好的鐵精礦。針對(duì)鐵尾礦磁性較弱的特點(diǎn)，預(yù)富集—磁選—反浮選和磁化焙燒—磁選工藝目前已成為較為行的鐵尾礦二次選別方法，這兩種方法對(duì) TFe 品位低嵌布粒度細(xì)的鐵尾礦處理效果比較顯著，得到的精產(chǎn)品鐵品位普遍在55%～67%之間，金屬鐵的回收率較高，產(chǎn)品具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。袁致濤等采用尾礦預(yù)富集—弱磁選和弱磁選尾礦強(qiáng)磁選—反浮選工藝，得到了較好的指標(biāo); 唐志東等采用強(qiáng)磁預(yù)集—磁化焙燒—磨礦—弱磁選的工藝處理袁家村鐵礦選廠綜合尾礦，最終得到了鐵品位 61.82% 、鐵作業(yè)收80.91% 、對(duì)原礦回收率55.98% 的鐵精礦產(chǎn)品; Li等采用磁化焙燒—磁選的工藝處理鞍山選鐵尾礦，得到鐵品位為 61.30% 、回收率為88.20% 的精礦產(chǎn)品; Jihua Zhai等對(duì)攀鋼集團(tuán)早期尾礦進(jìn)行處理，采用磁選回收尾礦中的鐵，采用磁選預(yù)富集—微泡浮選回收金屬鈦，目前已經(jīng)投入工業(yè)生產(chǎn); Tang等采用磁選預(yù)富集—流態(tài)化焙燒—弱磁選工藝回收鐵礦中的鐵礦 物，最終得到鐵品位為65.91% 、回收率為94.60%的鐵精礦。Sun采用懸浮磁化焙燒—磁選—浮選工藝進(jìn)行了鐵尾礦二次選別的中試研究，在最佳工藝條件下得到了鐵品位為58.67%、回收率為57.82% 的鐵精礦。
另外，對(duì)于鐵尾礦的二次選別，不僅只回收金屬鐵這一種礦物，也可以回收其他礦物。楊慧芬等采用氧化酸浸—酒石酸絡(luò)合法回收鉛渣選鐵尾礦中的銻和銅; 鄭強(qiáng)等采用鹽酸浸出白云鄂博選鐵尾礦，可以有效回收尾礦中的稀土元素。對(duì)于銅尾礦而言，其二次選別方式有還原劑還原焙燒—磨礦—磁選工藝、浮選和浸出工藝。還原焙燒—磨礦—磁選工藝是通過(guò)還原劑將銅尾礦中的銅和鐵等金屬還原成金屬單質(zhì)，再將其磨細(xì)，最后利用磁選進(jìn)行回收; 浮選可通過(guò)采用不同工序和藥劑實(shí)現(xiàn)銅尾礦中有用組分的二次選別; 化學(xué)浸出工藝可以實(shí)現(xiàn)銅尾礦中的多種有價(jià)金屬的回收利用。鉛鋅尾礦中鉛、鋅等金屬的品位都比較高，具有較高的回收價(jià)值，因而對(duì)其二次分選是有意義的。鉛鋅尾礦二次選別方式種類很多，除了傳統(tǒng)的選礦工藝外，還有很多新技術(shù)，如磁化焙燒—磁選工藝，此種工藝能有效回收金屬鐵，同時(shí)對(duì)其他金屬也有一定的富集作用; 離心重介質(zhì)分離技術(shù)可以將鉛鋅尾礦分成輕重兩種部分，較重的部分中含有絕部分有用礦物，可在之后繼續(xù)進(jìn)行處理回收; 化學(xué)浸出是傳統(tǒng)浸出工藝，基本可以實(shí)現(xiàn)鉛鋅的全部回收; 微生物浸出是利用細(xì)菌對(duì)鉛鋅尾礦浸出的新工藝，其浸出率相較于化學(xué)浸出較低，但二次污染少。稀土是國(guó)家重要戰(zhàn)略資源，稀土尾礦中含有大量有用礦物，特別是 REO，必須將其盡可能回收。稀土尾礦的二次選別方式既有傳統(tǒng)選礦工藝，如單一浮選、“浮團(tuán)聚磁選”和浮選—磁選—重選聯(lián)合工藝，也有超重力—焙燒、磁化焙燒—選等新工藝，這些工藝都可以有效地回收稀土尾礦中 REO 有價(jià)組分。
由上可知，鐵尾礦的二次選別工藝較為成熟，回收效果較好，精礦產(chǎn)品的指標(biāo)很高，而且鐵尾礦的二次選別不僅回收含鐵組分，也回收了如鎵、銅、鎳等有價(jià)物; 銅、鉛和鋅尾礦的二次選別工藝種類較多，既有傳統(tǒng)工藝，如浮選、化學(xué)浸出，也有生物浸出、離心重介質(zhì)分離、磁化焙燒—磁選等新工藝，都可以回收尾礦中有用組分，但相較于傳統(tǒng)工藝，新工藝不易造成二次污染，因此應(yīng)大力發(fā)展新技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝; 稀土尾礦的二次選別工藝種類多，基本都可以將 REO 從尾礦分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)高效富集。總的來(lái)說(shuō)，尾礦的二次選別可以將尾礦中的有價(jià)金屬盡可能分選出來(lái)，實(shí)現(xiàn)尾礦的資源化利用; 同時(shí)，尾礦二次選別可以大量消納尾礦，實(shí)現(xiàn)變廢為寶。
尾礦中含有的 Si、Al 等元素是生產(chǎn)建材必不可少的成分，因此尾礦是可以用作建材生產(chǎn)的原材料。目前，國(guó)家提倡裝備式建筑，禁止開山采石，建議對(duì)固廢進(jìn)行資源化利用，促進(jìn)固廢的高效利用。將尾礦用作建材原料既可以實(shí)現(xiàn)尾礦的大宗消納，同時(shí)也可以固化/穩(wěn)定化尾礦中的有害物質(zhì)，阻止有害物質(zhì)的遷移。目前，尾礦主要被用作混凝土和陶瓷等建材的原料。Zhang 等利用尾礦制備混凝土，獲得了性能優(yōu)異的混凝土; Wang 等將鉛鋅尾礦用作水泥的替代品，獲得了自密實(shí)的超性能混凝土，且浸出毒性低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn); Guo 等采用煅燒和研磨激發(fā)黃鐵礦浮選尾礦的火山灰活性，將其加入到混凝土中，可使混凝土具有良好的性能。將尾礦用作混凝土原料只需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，就可以制得工作性能好、抗壓強(qiáng)度高、金屬浸出率低的混凝土，這種方法對(duì)尾礦的利用量大，利用效率高，無(wú)二次污染，極具開發(fā)和應(yīng)用前景。由于尾礦中元素組成滿足成陶要求，因此可以利用尾礦制備性能較好的陶瓷材料，如 Wang 等利用白云鄂博尾礦和 C&D 固體廢物聯(lián)合制備陶粒，為制陶工業(yè)提供了兩種可用的新原料; Liu 等以鉛鋅尾礦、赤泥等為原料，在 980 ℃的溫度下進(jìn)行燒結(jié)，獲得了性能較好的泡沫陶瓷。Xi 等利用鈦尾礦和廢玻璃制備了性能優(yōu)良的多孔玻璃陶瓷。利用尾礦制備地聚合物作為建材原料也是尾礦綜合利用研究的一個(gè)重要方向，如Wei 等利用機(jī)械活化后的釩尾礦制備了高強(qiáng)度的地聚合物; Ping等制備了粉煤灰和鐵尾礦基地聚合物; Jiao 等利用高硅釩尾礦制備了耐高溫的地聚合物，研究表明釩尾礦可作為耐火聚合物的潛在原料。此外，利用尾礦還可以制備多孔磚、微晶玻璃和保溫隔熱材料等。由上可知，尾礦因其所含成分可以滿足建材制造的要求，只需經(jīng)過(guò)一些工藝處理，如燒結(jié)、養(yǎng)護(hù)等，就可以獲得符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建筑材料，所以用尾礦生產(chǎn)制備高附加值建筑材料是實(shí)現(xiàn)尾礦綜合利用的一個(gè)極好的途徑。使用尾礦制備建筑材料可以消納大量礦，實(shí)現(xiàn)尾礦的高值化利用。
尾礦在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要有三種，分別是制備化肥、用作土壤改良劑和尾礦復(fù)墾。尾礦中通常都含有植物生長(zhǎng)所必需的微量元素，如 Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、Fe 和 P 等，經(jīng)過(guò)一系列的處理，可以將尾礦制成化肥，此種化肥可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，能夠使作物茁壯成長(zhǎng)，并實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。利用尾礦制備化肥的研究有很多，如馬鞍山礦山研究院制成了磁化尾礦化肥，并實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn); 周蕓等利用生物炭木醋液對(duì)磷尾礦堆肥進(jìn)行處理，結(jié)果表明這兩種物質(zhì)可以有效促進(jìn)磷尾礦堆肥進(jìn)程和磷降解。尾礦用作土壤改良劑的主要原理就是尾礦含有的組分可以與土壤中的有害物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，阻止土壤中的有害物質(zhì)遷移，如 Mu 等利用酸浸之后的銅尾礦制備出了硅鐵土壤改良劑用于修復(fù)多金屬污染的土壤，此種改良劑對(duì)土壤中的 Cd、Cr 和 Pb 有良好的植物穩(wěn)定性; Lei 等利用鐵尾礦和錳尾礦用作土壤改良劑，修復(fù)被 As 污染的土壤，取得了不錯(cuò)的效果。由上述可知，尾礦土壤改良劑可以有效修復(fù)被污染的土壤，銅、鉛和鋅占了有色金屬行業(yè)產(chǎn)能的絕大部分，其產(chǎn)生的尾礦量也相當(dāng)驚人，因此對(duì)銅尾礦和鉛鋅尾礦的資源化利用也引起了人們的廣泛關(guān)注。減少污染物的遷移，在修復(fù)環(huán)境的同時(shí)，也消納了尾礦，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢。尾礦復(fù)墾也是尾礦在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的一個(gè)重要應(yīng)用。目前，尾礦的復(fù)墾常采用的是生物法或微生物法，使用這兩種方法可以降低土壤中可溶性重金屬含量，實(shí)現(xiàn)重金屬的穩(wěn)定化。國(guó)外常使用生物法或微生物法對(duì)尾礦進(jìn)行復(fù)墾/修復(fù)，尾礦的復(fù)墾率最高可達(dá) 80% 。
尾礦回填可以大量消納尾礦，是一種極為有效的尾礦減量化利用技術(shù)。尾礦回填的技術(shù)種類很多，其中目前最為常用的就是膠結(jié)充填技術(shù)，此種技術(shù)是將細(xì)砂等惰性材料和適量凝膠材料，加水混合制成充填材料，能提高地采回采率。尾礦回填中尾礦常與其他固體廢物一起制備填充材料，回填到礦山采空區(qū)或其他由于工程建設(shè)產(chǎn)生的地下空區(qū)。如 Chu 等利用鐵尾礦、河道底泥和電石渣等大宗固廢制備采空區(qū)回填材料，降低了施工成本; Liu 等制備了超細(xì)尾礦 - 高爐礦渣填充材料，用于填充礦山采空區(qū); Wan等以鐵尾礦回填地源熱泵( GSHP) 的地下空區(qū)，結(jié)果表明此種方法是可行的; Yin 等使用水泥和硫化礦尾礦制備尾砂填充體，對(duì)地下采場(chǎng)充填設(shè)計(jì)有重要的參考價(jià)值; Zheng 等用 MgO 活化磨細(xì)礦渣作為硫化礦尾礦的膠結(jié)料，研究結(jié)果表明養(yǎng)護(hù) 28 d 的膠砂符合相關(guān)強(qiáng)度要求。由上述可知，以尾礦回填采空區(qū)，可以代替原本的水泥膠結(jié)填充體，此種方法不僅可以消納大量尾礦，還可以降低回填成本。當(dāng)前，尾礦常與具有一定活性的工業(yè)廢物如冶煉渣一起混合制備回填膠砂，可以實(shí)現(xiàn)全尾膠結(jié)填充，既滿足了回填的技術(shù)要求，還綜合利用了工業(yè)廢棄物，具有發(fā)展前景。目前利用尾礦作膠結(jié)材料填充采空區(qū)已經(jīng)取得了一些成功。
尾礦綜合利用中存在著很多問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
( 1) 尾礦綜合利用技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是由于其工藝復(fù)雜，效益低，且有些工藝不適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，這使得尾礦綜合利用技術(shù)受到了極大的限制。
( 2) 一些尾礦處理技術(shù)只是處于試驗(yàn)室研究階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離，如高值利用和大宗消納技術(shù)僅停留在研究階段，推廣到生產(chǎn)應(yīng)用還需要一定的時(shí)間。這需要相關(guān)部門出臺(tái)專門激勵(lì)政策和措施，鼓勵(lì)尾礦綜合利用技術(shù)創(chuàng)新，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)理論和技術(shù)上的突破。
( 3) 保護(hù)環(huán)境的呼聲越來(lái)越高，相關(guān)的法律法規(guī)也陸續(xù)出臺(tái)，但是由于相關(guān)企業(yè)環(huán)保意識(shí)不足，缺少相關(guān)處理設(shè)備，對(duì)尾礦的循環(huán)利用、綜合利用做得不到位。同時(shí)，管理部門監(jiān)管不嚴(yán)，對(duì)資源循環(huán)利用的宣傳管理不到位，導(dǎo)致尾礦綜合利用無(wú)法順利開展。
( 4) 研究與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系不夠密切，導(dǎo)致很多技術(shù)無(wú)法直接應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)一線，加之投入的資金少，科研成果的轉(zhuǎn)化率不高，科研成果推廣緩慢，無(wú)法轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。
尾礦作為大宗工業(yè)固體廢棄物，對(duì)礦山及其周邊環(huán)境造成了極大的危害，同時(shí)限制了礦業(yè)的持續(xù)性發(fā)展。如今礦產(chǎn)資源日益枯竭，礦石品位不斷下降，環(huán)保要求愈發(fā)嚴(yán)格，采用多種方式對(duì)尾礦資源進(jìn)行綜合利用，已經(jīng)是必然選擇。對(duì)于礦山企業(yè)來(lái)講，應(yīng)深入貫徹環(huán)保要求，將環(huán)境保護(hù)深入貫徹到礦山開發(fā)的全過(guò)程中; 同時(shí)依靠科技創(chuàng)新，并結(jié)合礦山自身?xiàng)l件，實(shí)現(xiàn)尾礦的無(wú)害化、減量化、資源化利用，回收有用有價(jià)組分，開發(fā)附加值高、用途廣、功能多樣的新材料。運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制和政策條件，綜合利用尾礦資源將獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。