尾矿堆积问题的解决办法——以九江城门山铜矿为例

刘轩，任莉莉，金海东，刘洋，杨航

（江西科技学院城市建设学院，江西 南昌 330098）

0 引言

江西省位于中国东南部，自然资源丰富，尤其是矿产资源。目前全省共发现各类有益矿产 160 种，有 5000 多个矿区。其中，已核实储量的有 101 种，列入储量表的有 96 种，已有 1106 个矿区。江西省的铜矿主要分布在江西省九江市城门山铜硫铁矿区、江西省瑞昌市乌山铜硫铁矿区、江西省德兴市铜厂铜矿区等多个地区，铜矿储量占全国的五分之一。其中，德兴铜矿是中国大型铜矿之一，城门山铜矿是中国最重要的露天铜工业矿之一。江西铜矿储量巨大，埋藏较浅，开采的同时会回收大量的伴生矿，一矿变多矿，经济效益十分可观。目前，江西已建成亚洲最大的矿山以及全国最大的铜冶炼基地，但尾矿问题正逐步严重，据统计，2015 年中国国内尾矿堆积量为 173 亿吨，尾矿堆积量呈快速攀升趋势，截至 2020 年尾矿堆积量增长到 222.6 亿吨，尾矿问题已逐步演变成亟待解决的突出环境问题之一。

十四五规划指出，要牢固树立和贯彻落实“绿水青山就是金山银山”的理念，促进人与自然和谐相处，加大对矿山生态环境的治理。提高自然资源开发和保护程度，巧妙推进矿区土地节约集约利用和耕地保护，引导形成有效的矿业投资，激发矿山企业开发的内生动力，发展绿色矿业，建设绿色矿山。根据国家最新出台的《防范化解尾矿库安全风险工作方案》和《长江流域保护法》，国家提倡对尾矿进行就地处置。自 2020 年起，对传统的稀缺性、战略性矿产矿山进行确认，保证其正常开发的前提下，理论上全国尾矿库数量只减不增，到 2022 年底，尾矿库安全风险管理责任完全落实，坚决遏制非不可抗力因素造成的溃坝事故。但是，如果企业不能解决堆积问题，不能应对不断增加的尾矿，不能有效防止溃坝事故的发生，就需要停止生产经营。因此，有效解决尾矿问题已成为当前矿山企业最重要的问题。

1 矿山企业现有处理方式

尾矿是指将矿石经破碎、筛分、研磨、分级、再经重选、浮选、氛化等选矿工艺流程，选出有价值的精矿石后的剩余部分。目前国内外对稀有金属的需求量日益增加，因此尾矿处理问题成了重要的研究对象。目前有以下几种处理方式：

1.1 传统尾矿堆存技术

传统尾矿技术是因尾矿一般作为固体废弃物堆积在尾矿库中。尾矿库的建造主要有筑坝拦截谷口的方法或围地的方法。目前，我国绝大部分尾矿库是利用传统水力冲填法，利用管道运输入库。世界级的德兴铜矿也是以这种方法将尾矿堆积在尾矿库内。尾矿库主要可为分为山谷型尾矿库、傍山型尾矿库、平地型尾矿库和截河型尾矿库五个种类[1]。现有的处理办法是将尾矿堆积在尾矿库中，尾矿库不仅耗资大且安全隐患也多，长期的堆积又占用土地资源，且堆积的尾矿在风化、雨水酸化的环境作用下，尾矿颗粒、渗透液会带来严重的大气污染、水体污染、土壤污染、地质灾害等问题，尾矿堆积占用土地面积大，尾矿库溃坝等灾害事故时有发生，溃坝会带来巨大的经济损失。无论是经济效益还是环境效益方面都有巨大的危害，对国家企业和环境来说都是伤害巨大的。

1.2 尾矿干堆技术

随着人们对尾矿库的安全、环保、节能减排越来越重视，尾矿干堆技术应运而生。它以精矿沉降浓缩、过滤脱水的技术为基础，将尾矿砂的含水率降低到 10% 左右后进行干式堆存，有效解决了过去选厂输出的尾矿浆直接排入尾矿库，形成库内大量积水的问题。这种干堆技术的实现，能有效解决存在安全隐患、环境破坏、占用土地等传统尾矿库存在的问题，也提高了回水利用率。通过对尾矿的干滤处理，尾矿的储存容量及其使用寿命在很大程度上延长了，同时也节约了土地资源，减少了多种污染。但是尾矿干堆技术也存在很多的局限性，首先是规模太大、运营成本过高，同时堆积后的尾矿水分虽然会有部分蒸发，但大部分还是会继续渗透到地下，甚至可能进入地下水循环。

1.3 尾矿回填

尾矿回填是通过用尾砂废料来填补已经开采完的区域，尾砂经过处理后重新填回开采完的区域的方法，可以保护地貌、减少尾矿坝成本等。目前用尾砂填充采空区有两种常用的方法，第一种是全尾砂胶结充填技术，将脱水后的尾矿与粉煤灰、水泥等混合使用，形成充填浆料，再利用管道运输将充填浆料送入采充区；第二种是高水固结全尾砂充填技术。与前者有部分相似，前者使用了水泥作为胶凝材料，后者则是使用了高水材料。此方法以铝酸盐、硫铝酸盐为主的甲料和以硬石膏、生石灰、促凝剂为主的乙料，分别制浆输送，先充分混合再进行填充，具有凝结速度快的特点。

2 企业处理尾矿的主要问题

2.1 利用效率低

目前国内外矿产资源经过多年开采，导致大量尾矿产生，现有的处理方式，尾矿资源综合利用不到五分之一。

2.2 缺乏高价值再生产品

尾矿的综合利用缺少高附加值产品，且缺乏市场竞争力。尾矿综合利用始终停留在制备建筑材料或有价组分回收等阶段，没有集聚市场竞争力的产品。目前支持的可制备技术以尾矿制备微晶玻璃为例，由于其制备工艺复杂，研发制备成本较高，与市场需求量大的建筑材料竞争力度不大，因而无法在工业上大规模推广应用.

2.3 尾矿库不能再增加

现在最常用的、绝大多数企业处理尾矿的方式是将产生的铜尾矿通过堆积的方式储存在尾矿库中，但是在关于印发防范化解尾矿库安全风险工作方案的通知中，《防范化解尾矿库安全风险工作方案》明确指出严格控制尾矿库的数量，强化综合施策，切实减少尾矿库存量。此方案中提出的要求使得一些无法处理尾矿的企业可能要面临停产停业的风险。尾矿的堆积不仅会占用大量的土地资源，长时间的累积还会带来一定的环境污染，引发多类灾害问题，如尾矿库溃坝等。无论是从短期利益还是长期利益来讲，企业对于生产的尾矿处理迫在眉睫。

2.4 对铜尾矿进行二次回收

对尾矿内的有用金属和非金属进行进一步的回收利用，通过化学提取的方法将一些比较珍贵、有较高可利用价值的元素取出来，以此达到对尾矿的再次利用。但是针对不同的尾矿含有的元素不尽相同，提取物质的方法无法适用于全部尾矿，具有一定的特殊性。处理大量尾矿成本过高，且目前的技术也还很难继续二次提取二级尾矿，所以这不是一个很好的解决方案。

2.5 新型建筑材料强度不高

对于铜尾矿制作建筑材料目前都还处于试验室阶段，没有一体化的工艺流程，不能够规模化生产，对于铜尾矿没有做激发，不能让铜尾矿颗粒很好的参与到水化反应当中，会影响硅酸凝胶的产生，从而影响材料的强度。

2.6 尾矿回填危害大

对于尾矿的处理，很多企业还会选择尾矿回填的方法以到达到处理尾矿的目的，但是在实际中尾矿回填还存在着不少问题。在矿区回填的过程中，对回填的技术和回填的材料都有一定的要求，并不是生产出的尾矿都能直接填充到采矿区中。张琳琳[2]等在填充采矿技术应用发展及存在问题研究中提到，盲目选择废石进行矿山回填，导致矿区的生产效率降低了很多。在实际的矿区的回填中，还需要专业的技术人员进行实地勘探，寻找出合适的回填方式。许多企业未将材料进行处理，而采用直接回填的方式，这可能会造成严重的环境污染。因此，在回填技术和回填材料方面不仅要考虑技术运用，还要进行回填材料的处理，目前的技术水平还有待进一步的提高。对于矿区回填只能最大限度来防止回填带来的污染。尾矿回填只能解决少量的尾矿的堆积问题，存在着一定的局限性。

3 城门山铜矿处理方式

3.1 矿山大小以及尾矿库情况具有示范性

九江城门山铜矿的年产尾矿量在国内的矿山中比较适中，且城门山铜矿的尾矿库的使用年限已经达到了极限，如果不能处理掉尾矿的堆积问题，企业就要停产停业，加之城门山铜矿地靠长江，水运十分方便，为出货提供了便利的条件，因此九江城门山铜矿是一个非常好的试点，在城门山铜矿已经建立了一条设计处理尾矿量 250 万吨/年的生产线。

3.2 已拥有成熟的生产线

城门山铜矿有着一整套的工艺流程，首先分级筛选库中的铜尾矿，压滤浓缩后，送至脱水车间进行真空负压脱水，控制含水量在 8% 以下。将脱水后的铜尾矿进行高效碾磨，制备成具有高活性的铜尾矿超细粉。采用废弃铜尾矿主要制备出两类产品，一类产品是制备成铜尾矿砂，可作为原材料进行出售，也可以制成透水砖、加气砌块等混凝土制品进行销售，产品价格较普通同种产品便宜 25%～37.5%，性能提升 12% 左右；第二类产品是制备成铜尾矿超细粉，可替代水泥、粉煤灰等掺合料制备商品混凝土，跟市面上的Ⅱ级粉煤灰相比其价格便宜 40% 左右性能提升 10% 左右。可以很好的消纳铜尾矿。

3.3 粗、中、细砂的解决

粗砂可用于搅拌站中，可以代替很大部分的机制砂或是天然河砂；中砂可用于加气砖厂，将铜尾矿粉代替粉煤灰；细砂的用量很小，并且也可用建筑垃圾等其他更便宜以及从更方便运输的地方去取材料进行替代，且用细砂做出的成品的性能与其他建筑垃圾等对比并没有明显的提升，所以对于细砂的处理目前还是以干堆为主，对于细砂的处理还是一个急需解决的问题。

4 结论

江西作为矿产大省也有着非常严重的尾矿堆积问题，随着国家对环保对绿色矿山的重视，不能增加尾矿库以及减少尾矿库成为了最为关键的问题，从问题的缘由出发也就是要解决大量尾矿。目前，九江城门山对铜矿的处理方法为全省全国的矿山企业做出了一个很好的示范，虽然还并不能完全地解决尾矿堆积问题，但是也已经在尾矿处理上迈出了极大的一步。