典型矿山尾矿化学成分研究——以新疆某铜镍尾矿库为例

王昊，李浩，宋伊圩，3 ，王海庆，刘雪

(1.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083；2.中国地质大学(北京)，北京 100083；3.武警黄金第三总队十二支队，四川 成都 611732)

关键字：尾矿；化学含量；统计分析

矿产资源作为储量有限且非可再生资源，天然矿产必将随着持续开采变得更为稀缺而受到严格的政策管制。尾矿作为在特定经济技术条件下形成的具一定规模且(未来)可开发利用的资源，逐渐受到社会各方面的重视[1]。1994年国务院讨论通过的《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境和发展白皮书》中将《尾矿的处置、管理及资源化示范工程》列入优先领域的优先项目计划，标志着尾矿资源的合理开发利用已被提到重要位置[2-3]。

我国对尾矿资源再利用的研究主要集中在两方面：①从管理、经济或技术发展的角度分析尾矿资源的可利用性与可利用方式[4-9]；②以金、铜、铅锌等某一矿种作为研究对象，利用采样、检测和分析等技术手段分析尾矿资源的可利用程度[10-15]。本研究依托中国地质调查局航空物探遥感中心“全国矿产资源开发环境遥感监测”项目，在2012—2013年河北典型矿区进行的尾矿矿物成分研究工作基础上[16]，选取新疆某铜镍尾矿库作为研究对象，通过实地采样和X荧光检测化学含量，分析该尾矿化学成分在表层和深层不同位置间含量差异，探索其化学成分分布特征与变化规律，为今后尾矿资源再利用技术手段选择提供基础研究工作(图1)。

1 尾矿基本情况

该铜镍矿库距城区35 km，其尾矿库位于矿区南侧约2.3 km一处干涸河床内。经多期遥感影像和实地调查发现，该尾矿库正式使用期始于2001—2003年间，目前已处于停用状态。表层尾矿干燥，无明显积水，表面积约0.50 km2。

图1 尾矿实地特征及现场采样情况Fig.1 Field characteristics and sampling of the tailings

2 采样方案部署

实地踏勘中可观测到该尾矿在不同区域呈不同程度的灰白色和黄褐色，且不同区域尾矿颗粒粗细度存在较明显差异(图1)。

据上述实地调查情况，将尾矿不同颜色和颗粒度作为尾矿物理特征、同一水平面距排放口不同位置(一般同一水平面内尾矿年度排放差异不大)作为空间要素差异、同一位置不同深度(不同深度代表不同时期排放的尾矿)作为时间要素差异，部署采样点13处。

3 化学含量检测

所采集尾矿样品委托郑州矿产综合利用研究所进行X荧光检测。检测结果显示，该尾矿含钠、铁、铜等多种金属化合物，氮、磷、钾等非金属化合物及铷、钛、锆、钒等稀有元素所组成的化合物，共31种。其中19种化合物，如SiO2，Fe2O3，MgO，Al2O3和SO3等在样品中普遍存在，占总量的99%以上；8种化合物和元素，Co2O3，Rb2O，ZrO2，PbO，BaO，V2O5，Ga2O3和 N 在部分样品中少量存在；As2O3，Nb2O5，HfO2和 ReO24 种化合物仅在个别样品(≤4个)中存在，且其含量所占比例仅为0.002%～0.007%。部分检测结果见表1。

表1 尾矿样品X荧光检测(部分)化学成分含量表Table 1 Tailings samples of X fluorescence detection(part)chemical composition 单位：%

4 检测结果分析

4.1 尾矿物理特征与目标矿物关系

该尾矿库内不同尾矿物理特征和目标矿物含量并无明显关系，即不能通过尾矿物理特征简单定义其化合物含量和利用价值。但其中2号黄色泥质尾矿中铜、镍含量均明显高于其他样品，且镍元素含量界于边界品位，属于矿石范畴(图2)。

图2 尾矿物理特征与CuO和NiO含量关系示意图Fig.2 Diagram of relationship between the tailings physical characteristics and content of CuO and NiO

4.2 空间分布与目标矿物关系

13处采样点中，2处位于距排放口210 m，2处位于260 m，5处位于320 m，4处位于340 m。通过对该尾矿库4处不同距离的表层样品检测分析，结果表明，仅CuO含量在260 m处较210 m处略高、NiO含量在340 m处较320 m处略高外，CuO和NiO含量随着距排放口距离的增加，总体呈降低趋势(图 3)。

图3 距排放口自近及远CuO与NiO含量变化示意图Fig.3 Variation of CuO and NiO content at the distance from the discharge port

4.3 时间差异与目标矿物关系

对比同一位置点垂直方向0 m(表层)、1 m、2 m和3 m尾矿样品CuO和NiO含量变化，结果表明，CuO含量在3 m位置高于0～2 m位置，自下向上整体呈下降趋势；NiO含量在0 m位置高于1～3 m位置，自下向上整体呈上升趋势(图4)。据上述结论，该尾矿库内某一深度位置会形成矿物含量高低差异的节点，而非随深度增加逐渐递增或递减的线性变化规律。变化除受铜、镍存在形式的自然因素影响外，还受降雨量、尾矿干湿度、原矿石品位、选矿技术及单一矿种经济价值等多种因素影响。

图4 同一位置不同深度CuO和NiO含量变化示意图Fig.4 Diagram of CuO and NiO contents at different depths in the same position

5 结论与问题

(1)尾矿资源若管理不当，会对周围环境造成一定程度的危害，如该尾矿库中存在的三氧化二砷；但同时该尾矿含有农业与工业生产中所需的多种元素，如氮磷钾为农作物生长所需营养元素，铷为稀有轻金属元素，钛、锆和钒为难熔稀有金属元素，钇为稀土元素，经处理和提取后能在多个领域发挥重要作用。

(2)按不同物理特征将尾矿作为单一个体分析，尾矿颜色和质地与化学含量间未发现明显规律特征，而将同一水平面距排放口不同位置(空间要素)和同一位置不同深度(时间要素)尾矿混合样作为个体分析，其在时间和空间上存在一定的变化规律。因此，在尾矿资源再利用的技术实施过程中，可考虑针对不同的目标矿物含量采取不同的技术手段，从而提高回收效率、降低回收成本。

该研究取得了上述初步结论，同时也存在多方面问题，如相同物理特征的尾矿样品数量有限，统计分析所表现的规律性仍不明显；因检测出的化学成分种类较多，未将CuO和NiO以外的其他化合物进行分析研究；该研究同时检测了矿物组成，但矿物组成结果多为区间值，因此未开展化学含量和矿物组成的关联性研究，该问题均需在未来的研究工作中进一步补充和完善，从而建立起一套较丰富的矿物组成-化合物含量差异特征构架。