黃金尾礦綜合利用技術(shù)研究現(xiàn)狀

摘 要：隨著黃金工業(yè)的發(fā)展，我國黃金尾礦儲量逐年增加，黃金尾礦中70%以上是硅鋁氧化物等礦物，其組分可作為建材制品的原料。本文介紹了黃金尾礦在ASA板材、陶粒、彩色石英砂、納米二氧化硅等利用的研究現(xiàn)狀。為有效利用黃金尾礦渣，減少廢物堆積對環(huán)境的污染，提高使用率，實現(xiàn)黃金尾礦的減量化、無害化、資源化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了依據(jù)。具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和巨大的發(fā)展前景，為實現(xiàn)黃金尾礦的建材化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：固體廢棄物；黃金尾礦；建材；二次資源

1引言

黃金尾礦是在提煉金屬金的過程中勢必產(chǎn)生的固態(tài)廢料，內(nèi)富含眾多金屬與非金屬資源，可謂是被放置在不恰當(dāng)位置的資源寶藏[1]。我國針對黃金尾礦的處理，普遍采用的是堆積存儲的方式。金尾礦中存在一定量的貴金屬、重金屬和氰化物等物質(zhì)，這些物質(zhì)不僅會造成環(huán)境污染，還是對黃金尾礦這種具有二次資源價值礦產(chǎn)的浪費。我國累積的黃金尾礦量已逼近3億噸之巨[2]，并且正以每年2450萬噸的速度持續(xù)遞增，由此引發(fā)的環(huán)境污染導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失每年可達(dá)300億元人民幣[3]?，F(xiàn)階段，我國對黃金尾礦的資源化利用，主要還是集中在回收貴重金屬、用作礦山填充材料、生產(chǎn)建筑用尾礦建材等常規(guī)途徑上。

隨著世界科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及各國環(huán)保政策的不斷推出，一些針對黃金尾礦創(chuàng)新利用的技術(shù)應(yīng)運而生。筆者從黃金尾礦的成分以及特點入手，介紹了我國和其他國家處理金尾礦的創(chuàng)新技術(shù)，為黃金尾礦的綜合利用提供參考。

2黃金尾礦物化性質(zhì)

采用 X 射線熒光光譜儀分析某金尾礦的化學(xué)組成，如表1。黃金尾礦具有顆粒細(xì)小、分布集中、比表面較大的特點。尾礦多呈現(xiàn)堿性（pH＞10） ，尾礦的主要成分為二氧化硅，并且含有一定比例的氧化鋁、氧化鐵以及微量的銀、銅、鉛等金屬成分。尾礦具有硅鋁含量高、堿度高的特點。高達(dá)75%的SiO2+Al2O3是建筑制品的必要硅酸鹽物質(zhì)基礎(chǔ)，同時，含量達(dá)8%的K2O+Na2O將對制品的耐久性產(chǎn)生不利影響，必須謹(jǐn)慎對待。

3 黃金尾礦的綜合利用

3.1 ASA板材

ASA板材全稱為“發(fā)泡水泥輕質(zhì)復(fù)合板材”，主要應(yīng)用在框架結(jié)構(gòu)鑲嵌ASA板裝配式建筑中[4]。AS系列板材的核心構(gòu)成物質(zhì)主要包括粉煤灰（占比超過半數(shù)）、硅酸鹽水泥、多功能添加劑、起泡劑以及玻璃纖維網(wǎng)格等成分。這些原料經(jīng)過混合，形成了帶有密閉微孔的輕質(zhì)混凝土材料。該生產(chǎn)過程無需經(jīng)過高溫煅燒、高壓蒸養(yǎng)以及大量水的養(yǎng)護(hù)步驟，僅在40℃的隧道窯中歷經(jīng)4-6h的養(yǎng)護(hù)便可完成產(chǎn)品的制造。[5]。

金尾礦砂的主要化學(xué)成分是二氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al2O3）、三氧化鐵（Fe2O3）、氧化鈣（CaO）、碳等，這與粉煤灰的化學(xué)成分大致相同，因此用黃金尾礦廢渣作為ASA板材的主要生產(chǎn)原料是可行的。從金尾礦的物相組成看，主要為氧化硅、氧化鋁和部分石英、莫來石、赤鐵礦等，具有高溫?zé)Y(jié)性能，與堿礦物反應(yīng)生成水化硬化礦物，是優(yōu)良的建材。ASA板材作為一種新型材料，具有重量輕、保溫隔熱、強度高、抗沖擊、吊掛力強等特點[6]，完全符合墻體材料發(fā)展方向、符合國家十三五期間重點推廣的新型墻體材料要求、符合裝配式住宅發(fā)展需求，是國家大力支持的實現(xiàn)建筑施工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要墻體材料[7]。在不可再生資源枯竭、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的大背景下，ASA新型板材材料使傳統(tǒng)墻體材料朝著產(chǎn)業(yè)化、輕質(zhì)化、節(jié)能化、利廢化、裝飾化方面發(fā)展[8-9]。ASA板是一種功能齊全、生產(chǎn)安裝快、質(zhì)量好、價格低廉、在各種新型墻體材料中最具競爭力的墻體材料，市場前景無限。

3.2 燒制陶粒

在回轉(zhuǎn)式窯爐內(nèi)經(jīng)過發(fā)泡處理的陶粒，是一種輕盈的集料。這種材料呈現(xiàn)出圓球形狀，外層光滑且堅硬，內(nèi)部結(jié)構(gòu)猶如蜂巢般，具備低密度、低導(dǎo)熱率以及高強度等特性。在燒結(jié)過程中，二氧化硅作為玻璃形成的關(guān)鍵成分，其比例對陶粒的堅固程度起著決定性作用。經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)的氧化鋁形成了硬度較高的莫來石。陶粒的承壓能力與氧化鋁的含量緊密相連。在制備陶粒的過程中，必須確保有足夠的氧化鋁和二氧化硅，然而金礦尾礦雖然富含二氧化硅，卻缺乏氧化鋁，因此需要添加額外的材料來進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)配。采用金礦尾礦作為主要原料，并輔以其他必要的材料進(jìn)行適度調(diào)整，混合均勻后制成球形，再經(jīng)過高溫焙燒，即可制得燒結(jié)陶粒。這種陶粒可作為建筑材料和綠化材料使用，為金礦尾礦的增值應(yīng)用提供了新的方向。

段美學(xué)團(tuán)隊[10]采用黃金尾渣、飛灰以及煤粉作為原料，在1150 ℃的高溫環(huán)境中對材料進(jìn)行燒結(jié)，制成了陶粒產(chǎn)品。研究顯示，該陶粒在1150 ℃時燒結(jié)效果最為理想，其特性表現(xiàn)為堆積密度736 kg/m3，筒壓強度4.3 MPa，吸水率7.9%，達(dá)到了建筑用陶粒的標(biāo)準(zhǔn)；閆傳霖[11]則主要以黃金尾渣為原料，輔以飛灰和煤粉，在1150 ℃的條件下燒結(jié)2h制備出陶粒。研究發(fā)現(xiàn)，這種陶粒的堆積密度為856kg/m3，筒壓強度高達(dá)5.95MPa，吸水率5.2%，符合我國對輕集料性能的規(guī)范要求；趙威等人[12]則選用商洛地區(qū)豐富的金尾礦作為主要原料，并添加適量的粘土和長石，生產(chǎn)出輕質(zhì)且強度高的陶瓷顆粒，并確定了最佳的配比為商洛金尾礦占90%，粘土和長石各占5%。用單因素變分法確定生料制粒的最佳含水量為30wt%，加入0.3wt%SiC作為發(fā)泡劑，在1150 ℃溫度下燒制金尾礦基輕質(zhì)高強陶粒。結(jié)果表明，陶粒的容重為762 g/cm3，抗壓強度為10.2 MPa，吸水率為2.6%。張其勇團(tuán)隊[13]利用金礦尾渣及火山灰成功研發(fā)出了一種輕質(zhì)陶粒產(chǎn)品。實驗數(shù)據(jù)顯示，該陶粒的堆積密度為843 kg/m3，筒壓強度可達(dá)到21.3 MPa，吸水率 9.3%，符合國家標(biāo)準(zhǔn)《輕集料及其試驗方法》（GB/T 17431.1-2010）對人工輕集料的要求。

根據(jù)陶瓷對原料組成的要求，選用金尾礦作為陶瓷燒成的主要原料，進(jìn)一步解決了大量金尾礦存在的問題，為金尾礦廢料提供了新的發(fā)展空間，適應(yīng)了國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中節(jié)能減排的需要，滿足了國家經(jīng)濟(jì)增長過程中節(jié)能降耗的要求，對推動國家經(jīng)濟(jì)前行形成了積極的推動效應(yīng)。

3.3 制作彩色石英砂

伴隨著民眾對建筑物色調(diào)審美需求的日益提升，近幾年來，彩色石英砂在建筑裝修行業(yè)中的使用量急劇上升。彩色石英砂以其繽紛的色彩、獨特的紋理、卓越的硬度和出色的耐磨損性能而著稱，常被用于地面、立面以及屋頂?shù)慕ㄖ牧现校栽鰪姴牧系膶徝纼r值和實用功能[14]。這種彩色石英砂分為兩類：一類是自然生成的彩色砂，另一類是人工制作的彩色砂。鑒于天然彩色砂在色澤和產(chǎn)量上的局限性，這限制了彩色砂行業(yè)的發(fā)展，從而促使了人工彩色石英砂的研究與制造日益增多。

彩色石英砂屬于硅酸鹽礦物，主要成分為二氧化硅（SiO2），因此可以利用富含石英的金礦尾礦資源，通過高溫?zé)Y(jié)的加工手段，將這些尾礦轉(zhuǎn)化為多姿多彩的彩色石英砂。牛福生[15]針對某地區(qū)金尾礦中SiO2含量高的問題，采用選礦的方法，有效地回收和凈化了SiO2，取得了Si含量高達(dá)98.12%精制石英砂，回收率為58.77%。王莉瑋等[16]利用固相合成技術(shù)，用珠光顏料和石英砂在高溫下和礦化劑混合，制備出具有珠光效果的彩色石英砂。

金礦尾礦制備彩色石英砂既節(jié)省加工費用，降低成本，又可以獲得良好的工業(yè)化利用，同時也減少了尾礦的堆存，降低了尾礦庫滑坡、垮庫等災(zāi)害的發(fā)生。

3.4 制備納米二氧化硅

納米二氧化硅是1984年納米材料問世后的第一批納米材料之一。具有廣闊的工商業(yè)前景和巨大的市場價值。新研發(fā)的此種材料在當(dāng)代高科技產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了不可或缺的地位。通過高溫下氫氧的化學(xué)反應(yīng)來合成納米級的二氧化硅。這一技術(shù)制造出的納米粒子大小均一，尺寸細(xì)微，形狀呈球狀，純度上乘，表面含氫量較低。然而，這種制備工藝對設(shè)備要求極高，且所需的原料成本不菲，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的價格居高不下。目前，該技術(shù)的核心專利和市場主導(dǎo)權(quán)基本被德國、美國和日本的企業(yè)所掌握，這在一定程度上制約了其廣泛的應(yīng)用[17]。為了減少生產(chǎn)成本并推進(jìn)大規(guī)模制造，我國科研人員對原料的選用、反應(yīng)條件以及設(shè)備需求進(jìn)行了廣泛而深入的研究。例如，任振等人[18]采用超聲波與機械結(jié)合的方法來生產(chǎn)納米二氧化硅，通過擠壓、剪切、撞擊以及高能超聲波產(chǎn)生的沖擊波和研磨介質(zhì)，還有超聲空化效應(yīng)形成的微射流共同作用，實現(xiàn)了原料的高效粉碎和均勻分散。這一方法融合了超聲波高能效率和機械攪拌的分散效果，使得產(chǎn)品能夠輕易達(dá)到納米級別，微觀上分散性良好，粒徑分布范圍狹窄。廖茂蔭等[19]以江西某金礦尾礦為原料，采用水化沉淀法制備納米二氧化硅。為了獲得高純度的二氧化硅，需要對尾礦進(jìn)行預(yù)處理。采用液固比為4：1的50%硫酸與尾礦混合浸出2 h，除雜效果最好。酸浸后，尾礦中二氧化硅的含量增加了20%。再利用堿熔法，加入氫氧化鈉（NaOH）對尾礦中二氧化硅進(jìn)行進(jìn)一步提純，尾礦與燒堿質(zhì)量比為1：1.2，反應(yīng)0.5 h，硅的純度可達(dá)90%以上。

將金尾礦作為原材料制備納米二氧化硅，變廢為寶，可實現(xiàn)尾礦的資源化利用，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，對提高尾礦的經(jīng)濟(jì)附加值具有重要的現(xiàn)實意義。

3.5 制備礦物聚合材料

利用堿化活化法從金礦廢渣中制備無機聚合物（地質(zhì)聚合物），經(jīng)初步研究，金尾礦的物理化學(xué)特性表明，它們作為硅酸鹽聚合物的基礎(chǔ)物質(zhì)，展現(xiàn)出在地質(zhì)領(lǐng)域中的巨大應(yīng)用前景，被認(rèn)為是制備堿性激活的環(huán)保型粘結(jié)材料的一種適宜的原料。

在1985年，法國研究者Davidovits首次提出了關(guān)于地質(zhì)聚合物材質(zhì)的理念[20]。這類聚合物主要是以硅鋁酸鹽礦物為基材，采用堿性溶液作為激發(fā)劑，制成的一種新型堿性無機建筑材料。它具備陶瓷的屬性，能在較低溫度和強堿性環(huán)境中處理礦業(yè)廢料及廢棄物質(zhì)，成為一種創(chuàng)新的環(huán)境友好型材料。JenniKiventer等[21]利用NaOH溶液對金尾礦進(jìn)行活化處理，加入?；郀t礦渣（GGBFS）作為粘結(jié)劑。結(jié)果表明，通過氫氧化鈉濃度和GGBFS的雙重作用，堿活化的金尾礦地質(zhì)聚合物具有足夠的抗壓強度，可作為礦山場地回填材料或建筑業(yè)原材料。Walter Par-davé等[22]以金尾礦渣為原料，并加入純高嶺土和礬土在600 ℃預(yù)燒，再加入氫氧化鈉和硅酸鈉混合溶液做為活化劑，經(jīng)機械攪拌制成膠凝性地聚物。研究發(fā)現(xiàn)，該類聚合物的彎曲強度能夠與硅酸鹽水泥的彎曲強度相媲美。此類地質(zhì)聚合物不僅能夠作為傳統(tǒng)水泥的替代品，有效降低水泥生產(chǎn)過程中對環(huán)境的影響，同時還能減輕金屬尾礦渣對環(huán)境的污染負(fù)擔(dān)。陳烈[23]利用陜西商洛地區(qū)金尾礦采用熱活化和機械活化的方式對金尾礦進(jìn)行活化處理，研究了以金尾礦膠凝材料制備的C30、C40混凝土的工作性能和耐久性能。結(jié)果表明，金尾礦膠凝材料3d、28d膠凝砂體的抗壓強度為18.2 MPa和 37.4 MPa，符合GB/175-2007《普通硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)，并且C30、C40混凝土工作性能良好，收縮率較低，具有優(yōu)良的耐久性能。

金尾礦渣是地聚合物的理想材料，具備環(huán)保優(yōu)勢，且在制造過程中成本較低，展現(xiàn)出較高的抗壓能力，優(yōu)良的性能以及持久的使用壽命。不僅為生產(chǎn)地質(zhì)聚合物找到了新的原料，增加礦業(yè)副產(chǎn)品的價值，還解決了礦物廢渣對環(huán)境的污染問題。

3.6 植物富集法回收金

利用植物提取黃金是一個全新研究領(lǐng)域，涉及到利用植物從低品位礦石和廢料中提取黃金。自20世紀(jì)初開始，國外的一些礦業(yè)公司就開始采用植物富集的方法回收金礦尾渣中的貴金屬金，并且使用植物物種作為土壤中金存在的生物指標(biāo)，因此植物富集法是從尾礦中提取金的一種可行方法[24-25]。在我國，礦山開發(fā)中的污染場地大多采用植物復(fù)墾的方法進(jìn)行修復(fù)。植物富集法回收金尚處于研究階段，需要進(jìn)一步的探索和試驗。植物富集法適用于非傳統(tǒng)金礦區(qū)，尤其適用于尾礦庫地區(qū)的黃金回收利用。

在自然條件下，金的溶性非常低，這降低了其生物利用度，從而限制了植物提取的潛力;生物利用度是植物吸收金屬的重要因素之一[26]?？茖W(xué)家們提出了一種方法，通過在生長植物的基質(zhì)上添加化合物，提高金屬的溶解度，從而迫使植物過度積累。該技術(shù)被稱為誘導(dǎo)超積累，為植物提取技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，是一種從土壤中提取貴金屬資源的新技術(shù)。Gardea-Torresdey等[27]利用紫花苜蓿，設(shè)置了從水培溶液中提取金的實驗。使用硫脲來誘導(dǎo)紫花苜蓿吸收金，以達(dá)到過度積累。結(jié)果表明，該植物可用于水培溶液中金離子的提??；為了測試不同種植物對于金的積累程度，Wilson-Corral[28]等利用莧菜，約翰遜草，向日葵，芝麻，棉花，印度芥菜，測試了植物從含金沙中提取黃金的能力。使用硫氰酸銨作為金超積累的誘導(dǎo)劑，結(jié)果為其干物質(zhì)中的金濃度可達(dá)到304mg/kg以上；Piccinin等[29]利用藍(lán)色小桉樹、黑荊樹、高粱、白色三葉草、紅草、袋鼠草、哭泣草在含有金礦尾渣的土壤中進(jìn)行培養(yǎng)，并使用氰化鈉作為誘導(dǎo)劑，結(jié)果為其干物質(zhì)中的金濃度可達(dá)到27mg/kg。

研究結(jié)果表明，利用植物提取金是可行的技術(shù)手段，確定了植物從低品位礦石和廢料中提取和濃縮金的潛力，當(dāng)加入氰化物作為植物對于金的過度積累的誘導(dǎo)劑是可行且高效的。此技術(shù)具有低成本和高效率的優(yōu)點，它不僅能夠有效遏制金屬采礦期間有色金屬的環(huán)境污染問題，同時也為堆積物中貴金屬的回收提供了有效的解決策略。植物萃取技術(shù)正逐步成為公認(rèn)的兼具經(jīng)濟(jì)效益、實際操作性和環(huán)保可持續(xù)性的技術(shù)[29]，為黃金尾礦的重金屬提取指明了一條全新的道路。

4" 結(jié)" 語

金尾儲量巨大，含有多種有用元素，具有很大的開發(fā)利用潛力。對比國外在金尾礦的綜合利用方面，不論是技術(shù)還是規(guī)模都有較大的差距。隨著我國固廢利用的意識不斷加強，金尾礦的大規(guī)模資源化利用勢必會不斷推進(jìn)，故應(yīng)利用其特點加大開發(fā)高附加值利用的新技術(shù)和新產(chǎn)品，此外，國家政策的落實與扶持以及礦山企業(yè)對尾礦資源意義與環(huán)境意識的提高也至關(guān)重要。

總之，尾礦資源的有效利用關(guān)系到我國礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略發(fā)展進(jìn)程，對生態(tài)環(huán)境和社會效益具有重要影響。在新時代的發(fā)展背景下，我國工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，企業(yè)的自主參與和國家政策的正確引導(dǎo)可以保證和幫助礦產(chǎn)資源得到最大化利用，為社會的和諧發(fā)展提供穩(wěn)定和長久的能源保障。

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