康家灣鉛鋅礦廢石及尾砂綜合利用初探

楊朝君，袁洪剛，安冠峰

（1.湖南省水口山有色金屬有限公司礦山項(xiàng)目辦，湖南 衡陽 421513；2.湖南省水口山有色金屬有限公司康家灣礦，湖南 衡陽 421513）

1 研究背景及意義

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源的需求也在不斷增大，國內(nèi)金屬礦的開發(fā)速度隨之得到了迅速的增長。礦產(chǎn)開發(fā)過程中，礦山井巷開拓與礦石回采不可避免的要產(chǎn)生大量的廢石；在選礦時(shí)，還要產(chǎn)生大量的尾砂。有資料表明，目前全國共有尾礦200億噸以上，并且每年以10億噸的幅度增長[1]。因此，礦山產(chǎn)生的大量廢石和尾砂，如果處理不當(dāng)，伴隨而來的是環(huán)境污染及安全的問題[2]。

礦山的廢石與尾砂，既是資源，又是污染源。當(dāng)前，許多礦山都在探索，尋求解決途徑[3]。國家也出臺(tái)了礦山綠色發(fā)展的相應(yīng)政策，并且提出了要合理開發(fā)、資源綜合利用[4]；要求大量減少廢棄物，注重保護(hù)環(huán)境及綠色高質(zhì)量發(fā)展。因此研究礦山廢石和尾砂合理的處理方式是有現(xiàn)實(shí)意義的。

本文通過對(duì)水口山有色金屬有限公司康家灣礦的廢石和尾砂處理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行介紹，希望對(duì)同類礦山能有所啟發(fā)，在未來能對(duì)資源綜合利用、礦山生產(chǎn)安全、環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生積極影響。

2 康家灣礦概述

水口山有色金屬集團(tuán)有限公司是一個(gè)有120余年開采歷史，集采、選、冶的大型國有企業(yè)，主要生產(chǎn)鉛、鋅、金、銀、銻、鉍等有色金屬。隸屬于中國五礦集團(tuán)下屬的湖南有色金屬控股集團(tuán)。位于湖南省衡陽市水口山鎮(zhèn)境內(nèi)，距衡陽市區(qū)39公里，水口山曾被譽(yù)為“世界鉛都”。

康家灣鉛鋅金銀礦是水口山公司下轄，國內(nèi)少有的鉛鋅金銀多金屬礦，是以生產(chǎn)金、銀、鉛、鋅、硫?yàn)橹鞯闹行偷叵麻_采礦山，保有資源儲(chǔ)量豐富、有價(jià)元素多，礦石價(jià)值高,具有較大的開發(fā)利用價(jià)值。

2.1 研究問題的由來

水口山齋家沖尾礦庫始建于1979年，設(shè)計(jì)總庫容613×104m3，目前已使用庫容約570×104m3，限趨于飽和，已接近服務(wù)年，擴(kuò)容的可能性小，因此為降低尾礦庫壓力，延長尾礦庫使用年限，保障礦山持續(xù)生產(chǎn)，必須大幅減少或完全停止尾砂輸入尾礦庫，就要對(duì)尾砂綜合利用進(jìn)行研究，本問題是亟待解決的。

2.2 康家灣礦廢石與尾砂來源

廢石：主要來源為井巷開拓時(shí)掘進(jìn)產(chǎn)生的廢石，掘進(jìn)月進(jìn)尺1500m，按照平均斷面6m2,廢石平均密度2.69t/m3計(jì)算，每年可產(chǎn)生廢石29.05萬噸。

尾砂：按照5.0×105t原礦量，拋廢率10%，尾砂產(chǎn)率70%計(jì)算，預(yù)選拋廢可產(chǎn)生碎石5.0×104t，選礦產(chǎn)生尾砂31.5×104t。經(jīng)計(jì)算，康家灣礦廢石和尾砂年產(chǎn)量可為65.55萬噸，結(jié)果可見表1。

表1 康家灣礦廢石和尾砂年產(chǎn)量

2.3 康家灣廢石及尾砂的性質(zhì)特征

（1）廢石：康家灣礦的礦體主要賦存在硅化破碎帶（QB）和棲霞組（P1q）、壺天群（C2+3）地層中，礦體的圍巖主要為硅化角礫巖或碳酸鹽類巖石，因此，廢石主要以石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3）的白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，二疊系下統(tǒng)棲霞組（P1q）灰?guī)r、泥灰?guī)r含少量燧石結(jié)核；硅化破碎帶（QB）的硅質(zhì)角礫巖，及少量的（J1g）灰黑色炭質(zhì)細(xì)砂巖及頁巖。

通過酸浸、水浸實(shí)驗(yàn)，對(duì)康家灣礦井下廢石進(jìn)行毒性檢測，結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)果見表2、表3酸浸實(shí)驗(yàn)（ND表示未檢測出）。

表2 井下廢石酸浸毒性鑒別實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 井下廢石水浸毒性鑒別實(shí)驗(yàn)結(jié)果

ND mg/L 0.1總鉻 ND mg/L 1.5六價(jià)鉻 ND mg/L 0.5砷 0.0051 mg/L 0.5鉛ND mg/L 1鎳ND mg/L 1銀0.5鎘

按照GB6566-2010《建筑材料核放射性核素限量》對(duì)康家灣礦的廢石做放射性檢測檢測，結(jié)果見表4。

表4 選廠尾砂放射性檢測檢測

（2）選廠尾砂：用重量法測定尾礦真比重為2.75。采用篩析和激光粒度分析儀測定尾礦顆粒的粒度分布，全尾礦粒徑分級(jí)：0.074mm（200目）以下占69.63%，0.038mm（400目）以下占53.95%，屬較細(xì)尾礦，礦石粒度分布結(jié)果見表5。

表5 礦石粒度分布

尾礦的主要組分是富含SiO2、CaCO3、Al2O3等資源礦物，通過X熒光分析對(duì)尾砂組分檢測[5]，檢測結(jié)果見表6。

康家灣礦選廠尾砂，按照工業(yè)廢棄物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行毒性浸出實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。

表6 尾砂成分分析

表7 康家灣礦尾砂毒性鑒別實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照GB6566-2010《建筑材料核放射性核素限量》對(duì)選廠尾砂放射性檢測檢測，結(jié)果見表8。

表8 選廠尾砂放射性檢測檢測

3 康家灣礦廢石及尾砂的處理方式

康家灣礦廢石、尾砂經(jīng)過毒性、放射性實(shí)驗(yàn)檢測，為Ⅰ類一般固體廢棄物。為將廢石和尾砂資源化綜合利用，把開拓和回采過程產(chǎn)生的廢石出售給附近建材企業(yè)[6]；選廠預(yù)選拋廢產(chǎn)生的碎石與壓濾后的尾砂，全部出售給衡陽市內(nèi)的建材企業(yè)，制作建筑材料。剩余的廢石與選廠多余尾砂全部充填到井下采空區(qū)。通過以上方式可將礦山采、選過程中產(chǎn)生的廢石及尾砂全部綜合利用，實(shí)現(xiàn)采、選廢石與尾砂零排放。

3.1 將尾砂充填至井下采空區(qū)

正常生產(chǎn)過程中，每年有5.0×105t/a的礦石產(chǎn)出，所產(chǎn)生的采空區(qū)需要進(jìn)行充填，因此，年平均可充填采空區(qū)體積為：

圖1 廢石和尾砂平衡圖

式中：Vn—年平均可充填采空區(qū)體積，m3/a；Vk—年回采的礦石量，t/a；

Z—充采比，Z=1；γK—礦石體重，3.03t/m3。

則年井下平均可充填量Qt=Vn×γt=45.38×104t/a。

γt—尾砂體重，2.75t/m3

充填能力驗(yàn)算：

康家灣礦目前對(duì)井下空區(qū)采用全尾砂膠結(jié)充填，礦山已建有一座充填站，站內(nèi)有2座立式砂倉和1座水泥倉，每座砂倉有效容積為750m3，水泥倉的有效容積為110m3[7]。充填料漿濃度約為45%，充填站內(nèi)制漿量為68.14m3/h，造漿能力約54萬m3/a，因低濃度料漿泌水率高，充填體的體積沉縮率經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定為36.14%。該充填系統(tǒng)工作制度為330天/年，每天2班，每班8小時(shí)。

因此，充填系統(tǒng)，可完成的充填實(shí)際體積為68.14×(1-36.14%)=43.5m3/h，考慮系統(tǒng)出勤率80%，年實(shí)際充填能力約為18.37×104m3/a。

充填系統(tǒng)的能力Q’=18.37×104m3/a×γt=50.53×104t/a，大于每年井下平均需要的同天梁，是滿足生產(chǎn)需求的。

因此，井下每年充填量取45.38×104t/a。

3.2 將廢石與部分尾砂外銷制建材

尾礦的主要組分是SiO2、Al2O3、CaCO3等資源礦物，目前尾砂生產(chǎn)建筑材料已有一些成熟技術(shù)，可以通過現(xiàn)有的成熟工藝生產(chǎn)若干種建筑材料。

且康家灣礦的廢石與尾砂，通過毒性與輻射性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，可滿足建材行業(yè)要求。因尾砂與廢石制作的建材產(chǎn)品附加值低，銷售半徑小，所以康家灣礦決定就地銷售給附近建材制造企業(yè)。

3.3 廢石與尾砂平衡

目前康家灣礦年產(chǎn)廢石與尾砂約65.55萬噸，目前我公司已與附近建材企業(yè)簽訂合同，可年外銷井下廢石15萬噸、預(yù)選拋廢碎石5萬噸、尾砂20萬噸。將剩余14.05萬噸廢石和11.5萬噸的尾砂充填到井下采空區(qū)，井下充填能力為45.38萬噸。

因此，康家灣礦通過尾砂綜合利用，尾砂與廢石的整體消化能力大于年產(chǎn)量，滿足生產(chǎn)需求，解決了未來尾砂堆存的現(xiàn)實(shí)問題。

4 結(jié)論

（1）實(shí)現(xiàn)了對(duì)采、選過程產(chǎn)生的廢石與尾砂的綜合利用，將廢物資源化，用于制作建材，節(jié)省了礦產(chǎn)資源，有較好的社會(huì)效益。

（2）不需新增尾礦庫，減少了對(duì)土地的占用，以及因此帶來的環(huán)境與安全問題；接近了礦山無廢開采的目標(biāo)，助力礦山綠色高質(zhì)量發(fā)展，有良好的生態(tài)環(huán)境效益。

（3）通過廢物資源再利用，將尾砂和廢石變廢為寶實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，提高了資源利用率，實(shí)現(xiàn)資源效益最佳化，經(jīng)測算，每年可增加821.5萬銷售收入，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）通過對(duì)采空區(qū)尾砂充填與尾砂壓濾后出售，實(shí)現(xiàn)了尾砂零排放，解決了康家灣尾砂堆存的現(xiàn)實(shí)問題，保障礦山持續(xù)發(fā)展。

（5）不足，康家灣礦部分尾砂含金品位仍在0.5g/t以上,未做相關(guān)的研究。未來，可通過尾砂再選金等問題的研究，提高金及其它有價(jià)金屬的回收和利用率。