废石尾矿的各种可能应用领域

矿山废石和尾矿的50种可能应用领域

矿山废石和尾矿的50种可能应用领域

(不包括有用金属及稀有元素选、冶回收方面) (也不包括用于水泥和混凝土方面) 2005-8-25

北京科技大学 陈希廉

一、引言

我国现有矿山企业15.5万多个，各类中小矿山14.5多万个。至于全国矿山已堆积的废石和尾矿及其继续排放量究竟有多少，目前说法不一，例如，有人说：“各类矿山2000年的年排放尾矿约6亿吨[1]（尚未计排放的废石）”；也有人说：“金属矿山堆存的尾矿超过50亿吨[2](尚不包括化工等非金属矿的尾矿)”；还有人说：“煤矸石年排放1.4亿吨，煤矸石的堆放量已达70亿吨[3]，占地约70km2。”；但是，刘宝珺院士今年刚发表的文章[4]中提到：“从全国来看，我国每年矿石采掘量有50多亿吨，矿业固体废弃物已经积存了65亿吨，每年还要净增6亿吨”。从2004年发表的参考文献[3]来看，仅仅煤矸石的堆放量就已达到70亿吨，那么矿业固体废弃物的积存量何只65亿吨？！。笔者认为这是由于还没有进行过全国范围有组织的详细调查统计的缘故；如果进行详尽的调查统计，各类矿山总的废石和尾矿的堆存量，肯定还要大大超过现有不同学者的统计量。由上述可见，汇总上述不同学者的不完整统计，如果说金属矿山、非金属矿山和煤矿现有固体废弃物的总堆放量已超过150亿吨亦不为过；因为光是尾矿加煤矸石已达到120亿吨。何况许多大露天矿的废石量往往还超过其尾矿量！

这些矿山排放的废弃物，不仅占用堆放土地，而且污染土壤及江、河、湖、海等水体，影响农、林、牧、副、渔等生产，乃至影响人类的健康。但是，如果能加以利用，却可能化废为宝，化害为利，而有利于生产建设的持续发展；特别是将废石或尾矿当作原料用，还可节省开采乃至破碎、细磨等成本；可惜目前我国尾矿的利用率仅8.2%左右[2]，煤矸石接近20％，而废石的堆放及利用率尚未见统计。这些矿山废弃物的利用率，较之粉煤灰利用率45％，冶金渣利用率50％低得多，因此怎样尽快解决尾矿和废石的利用问题是当务之急，不仅是国民经济持续发展的需要，更是老矿业基地振兴的需要。

尾矿和废石的利用率为什么这样低？除了某些矿山不够重视的因素外，主要是由于这些废弃物的利用牵涉到其它非地质或采选专业的知识，因而还不知其有何用途，而没有将其利用起来。为此，笔者收集了有关资料，写出本文以供参考。目前，对于尾矿中存在的金属或稀有元素等有用组份的选、冶回收利用，多数矿山已经较重视，所以这里仅阐述其它方面的用途；而不涉及共生或伴生金属或稀有元素等的回收利用问题。同时，考虑到废石及尾矿用于水泥和混凝土领域的前景更远大，将另文说明。

二、废石尾矿的各种可能用途

1.用作生产矿物聚合物的原料[5][6][7]：矿物聚合物(Mineral Polymer)又名地质聚合物

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矿山废石和尾矿的50种可能应用领域

(Geopolymer)，是近年来新发展起来的碱激发胶凝材料，它在许多场合可代替水泥；较之生产水泥，能耗可减少70%，排放污染物可减少约90％；同时，它具有高抗折强度、耐腐蚀、耐高温、隔热以及更好的体积稳定性，特别是阻止重金属从构筑物中溶出方面性能优异。但是，与水泥相比较价格优势不明显，因而尚难以完全取代水泥；目前还主要用于对强污染废弃物的固化等方面。但是，现在已经有人开始研究利用尾矿来制造这种材料，并获得初步成功。例如，以中国地质大学马鸿文教授为首的实验室，已经利用福建沙县田口钾长石尾矿和北京平谷县将军关金矿尾矿试制这种材料，试验结果都表明是可行的。由于原料中以尾矿为主(平谷金矿尾矿的配加量可达80％)，所以降低了生产成本，而且可以享受减免税费的优惠，使其与水泥有了一定竞争力。

能用作矿物聚合材料的尾矿要求是成份中以铝硅酸盐为主，并含有一定量的碱金属；而且希望其中非晶质物质含量较高。

2.用作污水处理时直接降解重金属的材料：最早利用矿山尾矿用于污水处理的是瑞典，早在30多年前瑞典已经在利用波立登和克里斯廷贝两座选矿厂的尾矿来净化酸性污水和城市污水[8]。尾矿净化污水的原理是：用尾矿泥加入城市污水，矿泥能将重金属离子吸附于尾矿的表面，形成沉淀物从水中分离，而且比一般的氢氧化物吸附分离要充分。研究表明，如果吸附是纯表面的结合，那么每吨尾矿可吸附几磅金属；如果能兼起化学反应，例如像磁黄铁矿对于汞离子起化学作用那样，那么每吨尾矿可吸收数百磅金属。据我国www.biox.cn互联网2004年10月13日的报导：“天然磁黄铁矿,已有的研究表明,它具有极好的处理含六价铬废水的能力。”这又是一个例证，而且说明磁黄铁矿不仅可以用于处理含汞废水，还可以处理含铬废水。

就笔者所知，有的矿山如福建尤溪某多金属矿，由于当地不让用硫铁矿提取硫磺(怕污染环境)，尾矿中磁黄铁矿含量高达30％多，理应可利用于这个领域。

3.用作物理法处理污水的滤料[9]：“物理法处理污水常用于一级处理，是为了去除污水中的悬浮物或乳浊物。物理法有多种，其中过滤法常用的滤料是石英砂、石榴石粒、磁铁矿粒、白云石粒、花岗岩粒等，国外还有用钛矿砂者。”这些物质是尾矿中所常见的。但是，能用作这种滤料对粒度有一定要求；例如，对石英砂的粒度要求是0.5～1.2mm，对石榴石砂的要求是0.2～0.5mm。某些钨矿山的尾矿中常以石英粒或花岗岩粒为主，故有可能从其跳汰粗选尾矿中筛选出符合粒度要求的这种滤料。

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4.用作化学法处理酸性污水的碱性滤料[9]：化学处理常用于工业废水的处理。有多种方法，其中过滤中和法(适用于酸的浓度不太大时)的滤料有三种：石灰石、大理石和白云石。这三种岩石在矿山废石中是常见的，但由于其量少而块度又不大，既不能用作建筑饰材，也不能用作烧石灰或用作冶炼熔剂，而附近如果有工厂需要进行酸性污水处理，则挑选出来用作滤料却不失为物尽其用。

5.用作曝气生物滤池(BAF)的滤料[10][11]：目前尾矿或废石用于污水处理的最大量用途，却可能是先进的曝气生物滤池污水处理的滤料。其中专业名称为“Arlita”的滤料，经笔者研究，完全可以用粘土矿物含量高的尾矿或废石中的页岩(包括煤矸石)，并添加少量辅料来制造。符合这种原料要求的是必须含有较多的伊利石或蒙脱石等粘土矿物，这些矿物的特点是当高温焙烧时，熔化与膨胀基本同步。根据笔者的研究，某沉积铁矿的顶板围岩，配加少量辅料后，不仅可用于制造这种滤料，而且还可以同时提取钾肥。

6.用于生产膨胀珍珠岩[8]：膨胀珍珠岩是一种轻质、保温、隔热、吸音材料。该材料已广泛用于建筑、化工、电力、深冷工程等领域，以及作为食品、制药工业的过滤辅助原料等。膨胀珍珠岩主要利用珍珠岩为原料,但也可以利用玻璃质含量高的各种火山岩为原料。近年来发现与火山岩有关的矿床很多，矿山废石中如有这些岩石，当然可以加以利用。

7.用于制造微晶玻璃饰材[2][12]：微晶玻璃饰材是高档建筑饰材之一，它具有高强、耐磨、光泽度高、无色差、可以任意着色等特点。地质科学院原尾矿利用中心主任李章大教授最早开展利用尾矿制造微晶玻璃的研究；笔者所在的北京科技大学也进行了此项研究，并都已获得成功。为了适应尾矿成分复杂多变的特点，笔者还编制了微晶玻璃计算机优化配料系统，已经过大量试验的验证，并已通过专家的鉴定。

适合于制造微晶玻璃的尾矿是高硅低铁的尾矿，最好能含有一定量的碱金属，例如某些高岭土矿山、黄金矿山、钨矿山的尾矿等。目前利用正规原料烧制的微晶玻璃多是单晶相的，北科大在研制某钒钛铁矿的尾矿用于制造微晶玻璃时，由于尾矿成分复杂，出现了双晶相(硅灰石和透辉石)的微晶玻璃，其效果也不错，说明当原料成分复杂时也可制成微晶玻璃。近年还发展出制造微晶玻璃陶瓷复合板的技术，这种板材由于在晶化时可以不用莫来石的模具，可大大降低成本，相应可大大降低售价，因而有可能让此产品进入千家万户，这就大大拓宽了其市场。

值得注意的是，微晶玻璃由于其高绝缘性还可用作绝缘材料。

8.用于制造泡沫微晶玻璃[13][14]：泡沫玻璃是一种保温、隔热、吸声的轻质新型建筑材料。这种新材料对原料的要求与微晶玻璃相近，所以也可以用一些与微晶玻璃相近似的废石或尾矿来生产，但要求添加一些发泡剂。

9.利用煤矸石发电[31]：煤矸石是煤矿的废石，截至2002年底，我国已有综合利用

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