典型礦山尾礦化學(xué)成分研究
——以新疆某銅鎳尾礦庫為例

王昊，李浩，宋伊圩，3 ，王海慶，劉雪

(1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京 100083；3.武警黃金第三總隊十二支隊，四川 成都 611732)

關(guān)鍵字：尾礦；化學(xué)含量；統(tǒng)計分析

礦產(chǎn)資源作為儲量有限且非可再生資源，天然礦產(chǎn)必將隨著持續(xù)開采變得更為稀缺而受到嚴(yán)格的政策管制。尾礦作為在特定經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下形成的具一定規(guī)模且(未來)可開發(fā)利用的資源，逐漸受到社會各方面的重視[1]。1994年國務(wù)院討論通過的《中國21世紀(jì)議程——中國21世紀(jì)人口、環(huán)境和發(fā)展白皮書》中將《尾礦的處置、管理及資源化示范工程》列入優(yōu)先領(lǐng)域的優(yōu)先項目計劃，標(biāo)志著尾礦資源的合理開發(fā)利用已被提到重要位置[2-3]。

我國對尾礦資源再利用的研究主要集中在兩方面：①從管理、經(jīng)濟(jì)或技術(shù)發(fā)展的角度分析尾礦資源的可利用性與可利用方式[4-9]；②以金、銅、鉛鋅等某一礦種作為研究對象，利用采樣、檢測和分析等技術(shù)手段分析尾礦資源的可利用程度[10-15]。本研究依托中國地質(zhì)調(diào)查局航空物探遙感中心“全國礦產(chǎn)資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測”項目，在2012—2013年河北典型礦區(qū)進(jìn)行的尾礦礦物成分研究工作基礎(chǔ)上[16]，選取新疆某銅鎳尾礦庫作為研究對象，通過實地采樣和X熒光檢測化學(xué)含量，分析該尾礦化學(xué)成分在表層和深層不同位置間含量差異，探索其化學(xué)成分分布特征與變化規(guī)律，為今后尾礦資源再利用技術(shù)手段選擇提供基礎(chǔ)研究工作(圖1)。

1 尾礦基本情況

該銅鎳礦庫距城區(qū)35 km，其尾礦庫位于礦區(qū)南側(cè)約2.3 km一處干涸河床內(nèi)。經(jīng)多期遙感影像和實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該尾礦庫正式使用期始于2001—2003年間，目前已處于停用狀態(tài)。表層尾礦干燥，無明顯積水，表面積約0.50 km2。

圖1 尾礦實地特征及現(xiàn)場采樣情況Fig.1 Field characteristics and sampling of the tailings

2 采樣方案部署

實地踏勘中可觀測到該尾礦在不同區(qū)域呈不同程度的灰白色和黃褐色，且不同區(qū)域尾礦顆粒粗細(xì)度存在較明顯差異(圖1)。

據(jù)上述實地調(diào)查情況，將尾礦不同顏色和顆粒度作為尾礦物理特征、同一水平面距排放口不同位置(一般同一水平面內(nèi)尾礦年度排放差異不大)作為空間要素差異、同一位置不同深度(不同深度代表不同時期排放的尾礦)作為時間要素差異，部署采樣點13處。

3 化學(xué)含量檢測

所采集尾礦樣品委托鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所進(jìn)行X熒光檢測。檢測結(jié)果顯示，該尾礦含鈉、鐵、銅等多種金屬化合物，氮、磷、鉀等非金屬化合物及銣、鈦、鋯、釩等稀有元素所組成的化合物，共31種。其中19種化合物，如SiO2，F(xiàn)e2O3，MgO，Al2O3和SO3等在樣品中普遍存在，占總量的99%以上；8種化合物和元素，Co2O3，Rb2O，ZrO2，PbO，BaO，V2O5，Ga2O3和 N 在部分樣品中少量存在；As2O3，Nb2O5，HfO2和 ReO24 種化合物僅在個別樣品(≤4個)中存在，且其含量所占比例僅為0.002%～0.007%。部分檢測結(jié)果見表1。

表1 尾礦樣品X熒光檢測(部分)化學(xué)成分含量表Table 1 Tailings samples of X fluorescence detection(part)chemical composition 單位：%

4 檢測結(jié)果分析

4.1 尾礦物理特征與目標(biāo)礦物關(guān)系

該尾礦庫內(nèi)不同尾礦物理特征和目標(biāo)礦物含量并無明顯關(guān)系，即不能通過尾礦物理特征簡單定義其化合物含量和利用價值。但其中2號黃色泥質(zhì)尾礦中銅、鎳含量均明顯高于其他樣品，且鎳元素含量界于邊界品位，屬于礦石范疇(圖2)。

圖2 尾礦物理特征與CuO和NiO含量關(guān)系示意圖Fig.2 Diagram of relationship between the tailings physical characteristics and content of CuO and NiO

4.2 空間分布與目標(biāo)礦物關(guān)系

13處采樣點中，2處位于距排放口210 m，2處位于260 m，5處位于320 m，4處位于340 m。通過對該尾礦庫4處不同距離的表層樣品檢測分析，結(jié)果表明，僅CuO含量在260 m處較210 m處略高、NiO含量在340 m處較320 m處略高外，CuO和NiO含量隨著距排放口距離的增加，總體呈降低趨勢(圖 3)。

圖3 距排放口自近及遠(yuǎn)CuO與NiO含量變化示意圖Fig.3 Variation of CuO and NiO content at the distance from the discharge port

4.3 時間差異與目標(biāo)礦物關(guān)系

對比同一位置點垂直方向0 m(表層)、1 m、2 m和3 m尾礦樣品CuO和NiO含量變化，結(jié)果表明，CuO含量在3 m位置高于0～2 m位置，自下向上整體呈下降趨勢；NiO含量在0 m位置高于1～3 m位置，自下向上整體呈上升趨勢(圖4)。據(jù)上述結(jié)論，該尾礦庫內(nèi)某一深度位置會形成礦物含量高低差異的節(jié)點，而非隨深度增加逐漸遞增或遞減的線性變化規(guī)律。變化除受銅、鎳存在形式的自然因素影響外，還受降雨量、尾礦干濕度、原礦石品位、選礦技術(shù)及單一礦種經(jīng)濟(jì)價值等多種因素影響。

圖4 同一位置不同深度CuO和NiO含量變化示意圖Fig.4 Diagram of CuO and NiO contents at different depths in the same position

5 結(jié)論與問題

(1)尾礦資源若管理不當(dāng)，會對周圍環(huán)境造成一定程度的危害，如該尾礦庫中存在的三氧化二砷；但同時該尾礦含有農(nóng)業(yè)與工業(yè)生產(chǎn)中所需的多種元素，如氮磷鉀為農(nóng)作物生長所需營養(yǎng)元素，銣為稀有輕金屬元素，鈦、鋯和釩為難熔稀有金屬元素，釔為稀土元素，經(jīng)處理和提取后能在多個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

(2)按不同物理特征將尾礦作為單一個體分析，尾礦顏色和質(zhì)地與化學(xué)含量間未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律特征，而將同一水平面距排放口不同位置(空間要素)和同一位置不同深度(時間要素)尾礦混合樣作為個體分析，其在時間和空間上存在一定的變化規(guī)律。因此，在尾礦資源再利用的技術(shù)實施過程中，可考慮針對不同的目標(biāo)礦物含量采取不同的技術(shù)手段，從而提高回收效率、降低回收成本。

該研究取得了上述初步結(jié)論，同時也存在多方面問題，如相同物理特征的尾礦樣品數(shù)量有限，統(tǒng)計分析所表現(xiàn)的規(guī)律性仍不明顯；因檢測出的化學(xué)成分種類較多，未將CuO和NiO以外的其他化合物進(jìn)行分析研究；該研究同時檢測了礦物組成，但礦物組成結(jié)果多為區(qū)間值，因此未開展化學(xué)含量和礦物組成的關(guān)聯(lián)性研究，該問題均需在未來的研究工作中進(jìn)一步補充和完善，從而建立起一套較豐富的礦物組成-化合物含量差異特征構(gòu)架。