中國(guó)矽卡巖型礦床尾礦的綜合利用現(xiàn)狀

劉 戀，郝情情，郝梓國(guó)，張金青，費(fèi)紅彩

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037；2.中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 100025)

礦產(chǎn)資源是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。礦產(chǎn)資源在開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中能夠利用的有用組分有限，多數(shù)被作為尾礦拋棄[1]。大量尾礦的存在,浪費(fèi)資源、污染環(huán)境,存在安全隱患。近年來(lái)，為了解決金屬尾礦帶來(lái)的系列問(wèn)題，提高資源綜合利用率，工信部等多個(gè)部門(mén)聯(lián)合編制了《金屬尾礦綜合利用專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃(2010～2015年)》。

矽卡巖型礦床在我國(guó)具有重要意義，它是我國(guó)鐵、銅、鉛、鋅、銀、鉬、鎢、錫等礦種的主要礦床類(lèi)型，同時(shí)也是透輝石、硅灰石、透閃石、石榴石等非金屬礦物的主要來(lái)源[2]?，F(xiàn)有統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，矽卡巖型礦床中的鐵、銅、鉛鋅、銀、鉬、鎢、錫等金屬，分別占全國(guó)總儲(chǔ)量的12.7%、25.3%、13.0%、18.38%、24%、40.8%、43.5%[3-4]，實(shí)現(xiàn)矽卡巖型礦床尾礦的綜合利用具有重要意義。

1 矽卡巖礦床及其尾礦特征

矽卡巖型礦床產(chǎn)于中酸性-中基性侵入巖與碳酸鹽類(lèi)巖石的接觸帶上或其附近，形成的主要金屬礦物除與巖體類(lèi)型和圍巖類(lèi)型有關(guān)外，又與成礦溫度有關(guān)。早期主要形成一些金屬氧化物，如磁鐵礦、錫石、白鎢礦；晚期主要形成一些硫化物，如輝鉬礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦等[2]。礦石中非金屬礦物主要有石榴石、透輝石、硅灰石、方柱石、透閃石、陽(yáng)起石等。

該類(lèi)礦床形成溫度范圍較廣，導(dǎo)致礦物成分復(fù)雜，多為共伴生礦。常見(jiàn)的是鐵礦床中伴生有銅、鋅，鉛鋅礦床中伴生有銅、金、銀等。個(gè)別的一些礦床甚至集黑色、有色、貴重金屬元素為一體。如內(nèi)蒙古朝不楞鐵多金屬礦，是一個(gè)以鐵為主，兼含鋅、銅、鉍、鉛、鎢、錫、金、銀、鎵、銦、鎘、硫、砷的多元素礦床。所有這些礦種中的鐵、鉍、銀、錫、銦、鎘的儲(chǔ)量均達(dá)到中型規(guī)模，其余為小型礦床[5]。

矽卡巖型礦床的獨(dú)特產(chǎn)出特征決定了其尾礦的一般特征，即顆粒細(xì)、數(shù)量大、毒性強(qiáng)、殘留有微量金屬和大量非金屬礦物的特點(diǎn)。矽卡巖型礦床尾礦的這些特征，也是其它金屬尾礦所共有的一般特征[6-7]，相對(duì)獨(dú)特之處在于，矽卡巖型礦床尾礦中的非金屬礦物主要為矽卡巖礦物，且大多具有工業(yè)價(jià)值。

2 尾礦的工業(yè)價(jià)值

因地質(zhì)認(rèn)識(shí)上的有限性，許多矽卡巖型礦床中僅一些常見(jiàn)金屬氧化物、金屬硫化物得到了利用，如磁鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、輝鉬礦等，而那些可能存在的共(伴)生元素鎵、銦、鎘等往往被忽略。此外，因選礦工藝上存在差距，一些矽卡巖型礦床中少量常見(jiàn)的黑色、有色、貴金屬也未得到充分利用，這些未得到利用的各種有益組分均殘留在了尾礦當(dāng)中。豐富地質(zhì)理論知識(shí)，對(duì)尾礦中可能存在的有益組分進(jìn)行分析測(cè)試，改進(jìn)工藝對(duì)尾礦中的各種有益組分進(jìn)行回收利用，不僅可以有效的利用資源，而且可以提高經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)[8-11]。除各種黑色、有色、貴金屬元素外，矽卡巖尾礦中的非金屬礦物也多具有工業(yè)價(jià)值。

石榴石一般呈大小不等的結(jié)晶顆粒，具有硬度高、熔點(diǎn)高、密度大、耐磨性強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。工業(yè)上可以廣泛的應(yīng)用為噴砂磨料、精磨材料、拋光材料、耐磨路面材料、水過(guò)濾、水力射流切割、裝飾建筑物外觀、精密儀器軸承、鉆井泥漿加重劑等[12-14]。

透輝石具有熔點(diǎn)低、易于干燥、不含揮發(fā)分，燒成過(guò)程中無(wú)體積效應(yīng)，收縮性小、熱膨脹系數(shù)低的特點(diǎn)。作為陶瓷材料可一次抹釉，速燒成型，屬于節(jié)能、低成本的陶瓷原料；生產(chǎn)炻質(zhì)外墻磚時(shí)加入適量透輝石，可提高制品抗彎強(qiáng)度，降低吸水率；此外，透輝石還可用作橡膠、塑料、涂料的填料[15-16]。

硅灰石熔點(diǎn)高，燒失量低，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)小，白度高，主要應(yīng)用于陶瓷、冶金、塑料、橡膠、造紙、涂料、電焊條等行業(yè)，消費(fèi)比例陶瓷業(yè)約占50%，冶金業(yè)約占30%[17-18]。硅灰石能使陶瓷胚體以及其最終產(chǎn)品的變形與開(kāi)裂大幅度減小，抗沖擊和耐熱性能增強(qiáng)，而燒成時(shí)間大大縮短；在冶金鑄造中用做模具表面敷料，可以保護(hù)模具，使鑄坯表面無(wú)缺陷，鑄件表面光潔，提高了鑄件成品率和模具的利用率[16]。

透閃石白度高、熱膨脹率低，干燥時(shí)和燒成時(shí)其收縮率都比較小，性能與透輝石相似，是低能耗原料。透閃石作原料燒制的釉面磚，燒成溫度為1040℃，時(shí)間為29h，而用高嶺土為原料燒制的同樣釉面磚，其燒成溫度則需1150℃，時(shí)間約60h[16]。此外,透閃石也用于玻璃、涂料、油漆原料上[18]。

3 尾礦綜合利用現(xiàn)狀

3.1 回收微量金屬元素

綜合回收尾礦中的微量金屬,是許多矽卡巖礦床綜合利用尾礦資源的首選途徑。河南欒川鉬鎢礦主要有價(jià)礦物為鉬，伴生有價(jià)礦物為白鎢礦。因選礦工藝問(wèn)題，最初選礦時(shí)僅回收鉬，尾礦中含有高達(dá)0.12%～0.20%的白鎢礦，每年有近5000t的鎢金屬損失在尾礦中。為解決這一問(wèn)題，欒川鉬鎢礦先后嘗試了搖床選礦、重-浮聯(lián)合選礦、強(qiáng)磁-搖床-浮選脫硫、常溫-加溫浮選工藝[19]。山東沂南金礦，金品位1.58g/t、銀品位2.99g/t、銅品位0.324%、鐵品位20.3%，原選礦設(shè)計(jì)流程僅回收金、銀、銅，后增加磁選工藝在原浮選尾砂中回收了鐵精礦[9]。

除綜合回收伴生有用組分外，部分礦床曾存在選礦回收率低的問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)工藝，可回收尾礦中殘留的部分有用組分。晉南某鐵尾礦中含金0.5g/t、鐵5%～10%，采用重選方法回收了金，采用磁選方法回收了鐵[8];此時(shí)的選礦尾渣中硫、鈷含量通常較高，可以采用浮選方法進(jìn)一步回收利用[20]。此外，近年還有一些矽卡巖鐵礦床,采用硫浮選-磨礦-磁選工藝,較好的回收了尾礦中硫、鐵資源[10]。

3.2 回收非金屬礦物

當(dāng)前，尾礦綜合利用與治理的基本原則是資源化、減量化、無(wú)害化[21]，這就要求將尾礦中比例最大的非金屬礦物資源化[6]。矽卡巖中的石榴石、透輝石、硅灰石、透閃石等礦物均具有工業(yè)價(jià)值，目前文獻(xiàn)報(bào)道了較多綜合回收利用硅灰石、石榴石的選礦工藝。

西藏甲瑪銅礦是一個(gè)以銅為主，共伴生鉬、鉛、鋅、金、銀的多金屬礦床。該礦床早期僅回收銅，近期除準(zhǔn)備上馬回收鉛、鋅、金、銀工程外，還建立了手選-篩選-浮選分離硅灰石-強(qiáng)磁選分離石榴石-超細(xì)粉碎的工序，來(lái)綜合回收加工原礦和尾砂中的石榴石、硅灰石[14,22]。

湖南柿竹園鎢多金屬礦是一個(gè)以鎢為主，兼有錫、鉍、鉬、螢石、石榴石等多種資源的礦床。早期，該礦主要回收金屬礦物及螢石，后對(duì)選礦尾礦建立了螺旋溜槽預(yù)選，弱磁回收鐵礦物，重選回收磁尾中的鎢，強(qiáng)磁或搖床回收石榴石的尾礦利用流程，綜合回收利用了尾礦中的磁鐵礦、黑鎢礦、石榴石[13]。

此外，河南欒川鉬多金屬礦硅灰石資源較豐富，該礦也在著手綜合回收原礦及尾礦中的硅灰石資源[23]。

3.3 尾礦整體利用

金屬尾礦的一大特點(diǎn)是非金屬礦物比例高，其礦物成分和化學(xué)組成與一些建材、輕工、無(wú)機(jī)化工原料較為接近，是一種不完備的天然混合料[24]。金屬尾礦可以通過(guò)分離少量有害組分、摻入少量其它原料、適當(dāng)調(diào)配，經(jīng)過(guò)一定的制備工藝，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。

矽卡巖型鐵尾礦是以透輝石、石英、方解石、云母、綠泥石、磁鐵礦為主的混合礦物，通過(guò)搖床去除云母、磁鐵礦、黃鐵礦后，得到的以透輝石為主的混合礦物可以作為低溫快燒的陶瓷原料[25]。鎂質(zhì)矽卡巖型尾礦二氧化硅含量低于60%，鎂含量高達(dá)30%，在加入一定量的中砂作為骨料提高二氧化硅含量、降低鎂含量后，與少量水泥和外加劑混勻后，可以生產(chǎn)免燒磚[26]。此外，矽卡巖中含有石榴子石、透輝石、磁鐵礦，常用其代替鐵礦粉，作為水泥生產(chǎn)的配料[16]。

4 結(jié)論

1)從矽卡巖型礦床尾礦中回收微量金屬，不需要開(kāi)采和大規(guī)模破碎、磨礦等工藝程序，工業(yè)成本較低，是創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的有效方式。

2)矽卡巖型礦床尾礦中非金屬礦物多具有工業(yè)價(jià)值，尾礦中非金屬礦物再選和整體利用，不僅可以提高資源綜合利用率，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)減少尾礦量，降低尾礦危害具有重要意義。

3)提高尾礦資源利用率是一項(xiàng)緊迫而艱巨的任務(wù)，建議相關(guān)部門(mén)選取典型礦床類(lèi)型、典型礦種開(kāi)展尾礦資源利用研究。

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