摘要：尾礦的綜合利用對于實現(xiàn)大宗固廢高效利用具有重要意義。目前，我國大宗固廢的堆存量不斷增加，但其利用率仍較低，尤其是尾礦的綜合利用率僅為32.5%左右。此外，尾礦的堆積給環(huán)境帶來了污染和安全隱患，而尾礦巨大的儲存量使其具有規(guī)?；C合利用的潛力。本文以尾礦綜合利用為核心，關(guān)注其在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用，針對近年來關(guān)于尾礦的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。
關(guān)鍵詞：尾礦綜合利用；建筑材料；資源可持續(xù)利用
引 言
推進(jìn)大宗固廢的綜合利用是我國高質(zhì)量發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。目前，我國大宗固廢累計堆存量約600億t，年新增堆存量近30億t，年利用率約55%，預(yù)計到2025年，新增大宗固廢綜合利用率可達(dá)到60%。
尾礦是指金屬、非金屬礦山開采出的礦石，經(jīng)選礦廠選出有價值的精礦后產(chǎn)生的固體廢物，是我國7個品類的大宗固廢之一。我國尾礦年產(chǎn)生量約10億t，綜合利用率僅為32.5%左右。尾礦的堆積占用了大量土地，不僅嚴(yán)重污染土壤、水和大氣環(huán)境，危害人類健康，還會造成資源浪費(fèi)。此外，尾礦庫還是具有高勢能的危險源，一旦發(fā)生潰壩，容易導(dǎo)致重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。
目前，我國共有尾礦庫近8000座，總量居世界第一，其中“頭頂庫”991座。自2020年起，在保證緊缺和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)礦山正常建設(shè)開發(fā)的前提下，全國尾礦庫數(shù)量原則上只減不增，不再產(chǎn)生新的“頭頂庫”，嚴(yán)格控制加高擴(kuò)容。這就意味著如果不解決尾礦的綜合利用問題，將影響選礦生產(chǎn)。以上數(shù)據(jù)表明，急需對尾礦進(jìn)行規(guī)?；C合利用。
尾礦的主要綜合利用措施包括：回采提取有價組分、利用尾礦生產(chǎn)建筑材料、充填采空區(qū)等。由于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，我國建筑材料用量長期保持高水平。2022年，我國水泥產(chǎn)量21.3億t，全國砂石產(chǎn)量174.2億t，資源供需矛盾日益突出，而將尾礦用于制備建筑材料則是實現(xiàn)尾礦規(guī)?；玫挠行緩健Ｎ覈嚓P(guān)政策鼓勵使用尾礦生產(chǎn)砂石、水泥原料或其他建筑材料。尾礦用于建筑材料也是我國落實“碳達(dá)峰、碳中和”決策的重要措施。本文綜述了近年來在尾礦綜合利用方面的研究進(jìn)展、方法和應(yīng)用，特別關(guān)注了尾礦在建筑材料制備方面的應(yīng)用。
01 尾礦處理和利用現(xiàn)狀概述
目前，我國主要采用以下方式對尾礦進(jìn)行處理和利用：回收有價組分、充填采空區(qū)、尾礦再選、利用尾礦制備材料，以及對尾礦進(jìn)行無害化處理。
1.1 回收有價組分
尾礦中可能含有有價值的礦物或金屬，通過相應(yīng)的技術(shù)和流程，可以對有價組分進(jìn)行提取和回收。陳蘭蘭等總結(jié)了多種方法，包括焙燒、浸出和浮選等，用于回收黃金尾礦中的金、銀、銅、鋅和鐵等有價元素；冷玲倻等通過浮選分離可行性試驗回收了四川某稀土尾礦中的螢石；葉開凱等采用硫酸浸出工藝浸出鈾鈹浮選尾礦中的鈾；趙強(qiáng)等進(jìn)行磨礦、磁選、正浮選、反浮選試驗，從鎢尾礦中回收SiO2；李俊旺等采用浮選工藝從安徽鐵尾礦中回收云母；劉文麗等采用混合浮選—混合尾礦預(yù)選→高梯度磁選→強(qiáng)磁精選工藝流程回收白云鄂博礦稀土浮選尾礦中的鈮；李紀(jì)等采用逆流浮選柱回收湖北某磁選尾礦中的銅。
1.2 充填采空區(qū)
由于我國地下礦山采空區(qū)數(shù)量龐大，這對礦山的安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。對礦山采空區(qū)進(jìn)行回填是一種常用的治理手段，旨在降低地面塌陷、地震活動、水體滲漏等地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險，維護(hù)礦山周邊環(huán)境的穩(wěn)定性和安全性。在實際應(yīng)用中，董曉舟采用將干尾砂與膠凝材料攪拌制成料漿的方法，通過地表鉆孔對河南省某金礦的采空區(qū)進(jìn)行了充填。歐任澤等針對某銅礦存在的因尾礦庫容不足、采礦損失而導(dǎo)致礦石貧化嚴(yán)重以及充填輸送距離過長等難題，通過全尾砂充填材料試驗，確定了最優(yōu)的絮凝劑類型和最佳料漿濃度，并綜合比較技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性，選定了將高濃度尾砂一級加壓輸送至3200m建站充填料漿泵送膠結(jié)的充填方案，同時使用將高濃度尾砂輸送至充填站的方案。礦山已按照該方案進(jìn)行了系統(tǒng)建設(shè)，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到要求。
2020年，我國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會還發(fā)布了協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)T/CECS10091—2020《尾礦充填固化劑》，該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了尾礦充填固化劑的組成與材料、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸與儲存等方面的內(nèi)容。
1.3 尾礦再選
尾礦再選是一種通過物理或化學(xué)方法處理尾礦的方式來提高礦石品位和回收率的方法。林錦等通過生命周期評價對比分析了不同的工藝方案，優(yōu)化了回收精鎢礦的方法，降低了環(huán)境影響。陳小艷等在選礦試驗中引入了較高磁場強(qiáng)度的自卸式盤式尾礦回收機(jī)，提高了鐵礦物的回收效果。陶恒暢等采用預(yù)先分級→粗粒再磨→浮選工藝，有效回收了銅尾礦中的銅。付金濤等通過尾礦再選試驗方法，發(fā)現(xiàn)混合浮選工藝可高效回收錫鐵山鉛鋅礦浮選尾礦中的硫、金、銀，大幅提高了綜合回收率。上述研究表明，尾礦再選對于優(yōu)化回收方案、提高回收率和降低環(huán)境影響具有重要意義。
1.4 利用尾礦制備材料
1.4.1 利用尾礦制備微晶玻璃
通過燒結(jié)法，利用鐵尾礦、螢石尾礦、煤矸石、石棉尾礦等尾礦制備微晶玻璃。此外，楊博宇等以包頭鐵尾礦、金礦尾礦為主要原料，以白云鄂博礦尾礦中含有的Fe2O3和CaF2為形核劑，采用玻璃熔制?微波熱處理方法制備微晶玻璃。
1.4.2 利用尾礦制備陶瓷
余超等利用石灰?guī)r尾礦，通過高溫?zé)崽幚矸椒ㄖ苽涠嗫滋沾伞Ｍ鮿P文等以鎢尾礦為原料，以高嶺土和氧化鈣為輔料，通過添加造孔劑聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制備多孔陶瓷。汪勁剛等以江西宜春鉭鈮尾礦為主要原料，以碳化硅為發(fā)泡劑，輔以鈉長石、高嶺土等原料，制備了發(fā)泡陶瓷試樣。李澤華等以高爐礦渣、鐵尾礦、硅藻土、方解石和高嶺土為原料，同樣以碳化硅為發(fā)泡劑，通過二階段高溫?zé)Y(jié)方法制備了開孔發(fā)泡陶瓷。趙慶朝等以斑巖型銅礦尾礦、高嶺土、玻璃粉為主要原料，采用高溫熔融黏結(jié)工藝制備連通孔陶瓷透水材料。代衛(wèi)麗等以鐵尾礦和Al2O3為主要原料，采用常壓燒結(jié)方法制備莫來石?石英復(fù)相陶瓷。吳冀等利用鋰尾礦為主要原料，并添加高嶺土、長石、方解石等陶瓷原料，制備了發(fā)泡陶瓷。吳浩等以鋁礬土尾礦、低品位長石為主要原料，添加輕燒鎂粉、SiC，制備了發(fā)泡陶瓷。此外，還可利用尾礦制備路基材料、保溫墻板材、高強(qiáng)輕集料、造紙?zhí)盍霞壐邘X土、微晶發(fā)泡墻材、免燒磚、混凝土骨料、水泥、砂漿及其他材料。
1.5 尾礦無害化
1.5.1 清除有害物質(zhì)
HJ943—2018《黃金行業(yè)氰渣污染控制技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定了黃金行業(yè)在儲存、運(yùn)輸、脫氰處理、利用和處理等過程中有關(guān)污染控制及監(jiān)測的制度要求，以控制和監(jiān)測氰渣污染。吳為榮等比較了直接處理和調(diào)漿后處理2種工藝，結(jié)果表明調(diào)漿后處理能更有效地處理氰化尾礦漿中的總氰化物和總砷元素。夏洪波等利用鐵尾礦進(jìn)行加工、精準(zhǔn)分離和無害化處理，將約80%的鐵尾礦制成建筑用材料，剩余約20%的無害化尾渣可用于生產(chǎn)納米生態(tài)緩釋肥料和納米?亞微米生態(tài)修復(fù)材料。
1.5.2 利用尾礦庫造林復(fù)墾
自20世紀(jì)90年代起，首鋼開始利用尾礦庫進(jìn)行造林復(fù)墾，目前已有53.3公頃的尾礦庫被綠樹覆蓋。張慶欣等在楊家杖子尾礦庫壩體植被恢復(fù)工作中，采用了營養(yǎng)杯育苗造林方法，顯著提高了尾礦庫造林的成活率。王博文總結(jié)了一系列處理措施和造林方法，進(jìn)一步鞏固了遼西北地區(qū)礦山3大區(qū)域植被恢復(fù)工程的成果，并為其他地區(qū)提供了經(jīng)驗和方法。
02 尾礦用于建筑材料的進(jìn)展
2.1 利用尾礦制備混凝土
2.1.1 尾礦砂再生混凝土制備
杜顏勝等采用尾礦砂作為細(xì)骨料，制作矩形截面尾礦砂再生混凝土柱，其具有良好的抗震性能和變形能力。何兆芳等利用細(xì)度模數(shù)為1.7左右的馬鋼鐵礦的尾礦，取代部分天然砂細(xì)骨料來生產(chǎn)預(yù)拌混凝土，其力學(xué)性能和耐久性能優(yōu)于天然砂混凝土。孫書武等采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為30%、70%的鐵尾礦砂和天然粗砂混合制作混凝土，提高了混凝土的物理力學(xué)性能及耐久性能。陶亞平等利用鐵尾礦砂替代天然砂制備再生混凝土，發(fā)現(xiàn)鐵尾礦砂最佳取代率為50%，其在抗壓、抗折和劈裂抗拉強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)致密性和抗碳化等性能方面表現(xiàn)最佳。
2.1.2 新型塑性混凝土防滲材料
黃杰等采用尾礦砂配置的新型塑性混凝土防滲材料滿足工程要求，其抗壓強(qiáng)度和彈性模量隨砂率和水泥摻量的變化而改變。
2.1.3 綠色混凝土的制備
張海霞等使用機(jī)制砂和鐵尾礦砂制備綠色混凝土。機(jī)制砂與鐵尾礦砂最佳質(zhì)量比為8∶2，其工作性能、力學(xué)性能以及耐久性能均滿足設(shè)計要求。該技術(shù)自2013年9月已大范圍應(yīng)用于我國建筑工程中。
2.1.4 尾礦砂聚合物鋼纖維混凝土
黃志強(qiáng)等研究了尾礦砂聚合物鋼纖維混凝土的基本力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)最佳配比如下：尾礦砂替代率為50%，鋼纖維摻量為1.5%，聚灰比為10%。
2.2 利用尾礦制備免燒磚
李峰等利用鉬尾礦、水泥和粉煤灰通過壓制成型法制備免燒磚。李燕怡等利用商洛本地的鐵尾礦、河砂、水泥和添加劑制備免燒磚。周鑫等將焙燒后的石棉尾礦與水泥混合，采用壓制成型法制備免燒磚。周龍等以鉛鋅尾礦、石膏、石粉和水泥通過壓制成型法制備免燒磚。汪宗文等利用K1膠結(jié)材料與某金礦尾礦復(fù)合制作干壓免燒磚。
2.3 利用尾礦制備墻體材料
張叢香等以鐵尾礦泡沫混凝土為基體材料，輔以纖維、網(wǎng)格布等增強(qiáng)材料，制備輕質(zhì)保溫墻板材，該板材達(dá)到建筑使用要求，具有優(yōu)良的性能指標(biāo)。胡明玉等［69］以銅尾礦為主要原料，制備高物理力學(xué)性能的銅尾礦免燒墻體材料，其具有較高的強(qiáng)度和耐水性。鄒智秀等以紅土鎳尾礦與頁巖制備燒結(jié)墻體材料，其符合國家標(biāo)準(zhǔn)，紅土鎳尾礦的最佳摻量為40%。喻振賢等利用鐵尾礦、聚苯乙烯(polystyrene，PS))泡沫和激發(fā)劑制備阻燃型輕質(zhì)保溫墻體材料，具有較高的活性和抗壓強(qiáng)度。
2.4 利用尾礦制備膠凝材料
李建剛等通過機(jī)械研磨法活化鐵尾礦，制備了水泥?鐵尾礦膠凝材料，并研究了各因素對膠凝材料強(qiáng)度的影響，得到最佳配合比。張豪等通過煅燒法將高鎂磷尾礦中的白云石煅燒成氧化鎂和碳酸鈣，利用氧化鎂和硫酸鎂等原料制備硫氧鎂膠凝材料，研究了原料比例和檸檬酸摻量對材料強(qiáng)度的影響，確定了最佳配比。李峰等利用鉬尾礦制備地聚物膠凝材料，并研究了各因素對材料性能的影響，確定了最佳制備條件。王浩等以銻尾礦微粉為原料，制備銻尾礦粉基復(fù)合膠凝材料，并研究了配合比和活化劑對材料性能的影響。
2.5 利用尾礦制備水泥
許寧源利用銅礦尾礦替代砂巖制備水泥熟料，并研究了銅礦尾礦對水泥熟料性能的影響，結(jié)果顯示在較高溫度下替代更易燒成，但熟料強(qiáng)度較低。高錦城等利用鉛鋅尾礦替代黏土配料煅燒水泥熟料，結(jié)果表明采用鉛鋅尾礦制備的水泥熟料強(qiáng)度低，但符合標(biāo)準(zhǔn)，重金屬浸出濃度遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)。
2.6 利用尾礦制備砂漿
李青霄等利用鐵尾礦砂作為骨料，以α、β石膏為基料，添加適量外加劑，制備了石膏基自流平砂漿，并研究了不同因素對其性能的影響以及最優(yōu)配合比。畢軍軍等利用尾礦砂替代天然河砂制備普通干混砂漿，并研究了尾礦砂石粉含量和人工砂中亞甲藍(lán)（MB）測定值對砂漿性能的影響，結(jié)果顯示石粉含量為15%時砂漿性能最佳。劉洪波等利用石墨尾礦替代部分砂，摻入粉煤灰和鋼纖維制備砂漿，結(jié)果顯示摻入10%的石墨尾礦和鋼纖維后砂漿的力學(xué)性能得到提高。李鵬飛等利用低硅鐵尾礦制備抹面砂漿，并研究了不同因素對其性能的影響，確定了最佳配合比和試驗最優(yōu)條件。馬軍濤等利用螢石尾礦替代細(xì)砂制備水泥砂漿，結(jié)果表明螢石尾礦的摻入可以改善水泥砂漿的流動性，并提高其強(qiáng)度。螢石尾礦在水泥砂漿中的作用主要是顆粒堆積和填充。謝紅波等利用錫尾礦替代河砂制備水泥砂漿，研究了錫尾礦摻量對其性能的影響，發(fā)現(xiàn)錫尾礦適宜替代量為20%。
03 存在的問題
作為一種工業(yè)副產(chǎn)物，雖然在對尾礦的實際利用方面取得了一些進(jìn)展，但仍存在許多問題需要解決。首先，尾礦的整體開發(fā)價值尚未得到充分挖掘，其潛在的經(jīng)濟(jì)效益尚未明確體現(xiàn)。這可能與尾礦的特性和利用方法等因素有關(guān)。其次，尾礦的利用率相對較低，尤其是在尾礦再選回收方面的效率較低，同時尾礦的消耗量也相對較小。尾礦種類繁多且混雜，在不同領(lǐng)域針對不同種類尾礦的利用方式需要進(jìn)行深入研究和創(chuàng)新。這需要跨學(xué)科的合作和全方位的思考，以找到更有效的尾礦利用途徑。此外，尾礦的開采活動往往伴隨著大面積的環(huán)境破壞，尤其是一些中小型企業(yè)的環(huán)保意識不足。尾礦開采所造成的環(huán)境問題需要得到解決，需采取有效的環(huán)保措施來降低環(huán)境影響。
04 結(jié)束語
尾礦的儲存量巨大，這賦予了尾礦規(guī)?；玫木薮鬂摿?。特殊的物化性質(zhì)使得尾礦能夠在一定程度上替代傳統(tǒng)的原材料，從而實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。尾礦的種類繁多，且來源復(fù)雜，其化學(xué)和物理性質(zhì)各異。因此，在尾礦的利用過程中需要針對不同的尾礦種類制定相應(yīng)的處理和利用方案，充分考慮其特點(diǎn)和適用性。尾礦綜合利用需要不斷的技術(shù)創(chuàng)新和方法探索。各種分析、測試和加工技術(shù)的發(fā)展將有助于更好地開發(fā)出尾礦的潛力，提高其在建筑材料中的應(yīng)用價值。此外，需要深入研究尾礦的綜合利用對環(huán)境的影響。在開采和利用過程中，要注意降低對環(huán)境的不良影響，確保資源的可持續(xù)利用以及環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。
