中国是全球第二大经济体、世界第一产金大国,据《中国黄金年鉴2022》数据显示,近年来我国黄金资源量逐年稳定增长,截至2021年底,全国黄金资源储量合计15750.51t,黄金储量合计2964.37t,年度黄金总产量443.56t,年度黄金尾矿产量1.95亿t。据了解,我国黄金矿山尾矿产量已达15亿t以上,但综合利用率却不足20%,虽然针对尾矿综合利用的尝试一直在进行,利用率在逐年提高,但仍然远低于矿业发达国家62%的平均水平。黄金矿产资源长期高强度开发形成的大量库存尾矿和在线尾矿,存在着严重的环境污染和安全生产隐患,是当前生态文明建设中亟待解决的重大问题。随着技术创新和政策需求的变化,黄金尾矿已成为具有开发利用潜力的优质资源。本文从黄金矿山尾矿特点人手,梳理当前国内黄金尾矿综合利用的主要方式和发展现状,同时结合政策发展需求,论述黄金尾矿综合利用的未来趋势,为黄金行业尾矿资源化高质量发展提供借鉴。
1.黄金尾矿分类及特点
黄金矿山常用选矿工艺有重选、浮选和氰化3种,相对应的黄金尾矿按生产工艺可分为浮选尾矿、氰化渣及冶炼渣(重选尾矿通常会用其他2种工艺进一步处理),氰化渣又可分为全泥氰化渣、金精矿氰化渣和堆浸渣。
不同地域的黄金矿山尾矿的组成和性质有所差异,总体而言黄金尾矿的主要化学成分为Si02,以及少量的Ca0、Al2O3、Mg0、Na20、Fe2O3等,可能含有贵金属(如Au、Pt、Ag)和重金属(如Cu、Pb、Zn);从矿物组成上看,主要以石英、长石、云母、黏土和残余金属矿物为主,物相稳定,在自然条件下难与其他物质进行化学反应。
根据选矿工艺不同,可能存在的有毒有害成分主要有浮选药剂、氰化物、部分重金属等。
2.黄金尾矿综合利用评估与程序
2.1评估依据和条件
2.2利用程序
2.2.1按照属性鉴别分类
按照黄金尾矿的属性鉴别可分为浮选尾矿和氰化尾矿,两者综合利用途径有所不同。
根据统计数据,浮选黄金尾矿多数均为非危险废物,为一般工业固体废物。浮选黄金尾矿综合利用前需先进行一般工业固废I类和Il类鉴别。
2.2.2按照堆存状态分类
按黄金尾矿堆存状态可分为库存尾矿和在线尾矿,两者的综合利用程序存在较大差别。
在线浮选黄金尾矿综合利用所需程序及手续较为简单,鉴别处理后可直接利用。氰化黄金尾矿在回收有价组分后可进行属性鉴别,从而促进下一步综合利用,对于不符合回收条件的氰化黄金尾矿,可采取“点对点”或外售至有资质企业的形式进行利用。
3.黄金尾矿综合利用现状
随着科技水平提高和政策重视引导,黄金尾矿综合利用方式呈现多样化、规模化、复合化,按照发展趋势,先后经历了减量化一资源化一高值化3个阶段。
3.1减量化
黄金尾矿用于地表塌陷或者洼地的回填并进行复垦,也是常规的减量化手段之一。
3.2资源化
3.2.1有价组分回收
由于原先选冶技术和工业经济指标的局限性,残存在黄金尾矿中的有价金属回收潜力巨大,随着技术和设备的升级,原有的黄金尾矿成为可以直接二次开发的宝贵资源,大量的学者和科研机构在这方面进行了研究,取得了一系列成果。国内利用黄金尾矿资源回收利用金、银、铜、铁等有价金属的矿山企业主要有黑龙江乌拉嘎金矿、河南金源金矿、湖南湘西金矿、辽宁五龙金矿等企业,这些金矿企业根据本地黄金尾矿资源的特点,采用不同的选冶工艺回收尾矿中的有价金属,新增经济效益可达数百万元。
除此以外,黄金矿山生产初期,目标矿物以金、银、铜等有价金属为主,硫、长石、石英以及云母等非金属矿物被遗弃,但在选矿过程中,这些伴生矿物得到一定程度的富集,因此早期的黄金尾矿中伴生矿物的品位较高,结合工艺矿物学特性和市场需求,具有一定的回收价值。山东七保山金矿、陕西双王金矿等企业从尾矿中回收硫精矿、钠长石、石英、绢云母、正长石及少量绿泥石等脉石矿物,成功获得了符合行业要求的产品,经济效益显著。
3.2.2制备混凝土类原材料
黄金尾矿中所含主要矿物有硅酸盐、铝硅酸盐、石英、长石等物质,有些黄金尾矿中Si02、Al2O3的占比可达80%以上,是生产硅酸盐产品的主要原料。根据其矿物组成和化学成分,黄金尾矿也可用作制备混凝土骨料、水泥、干粉砂浆、胶凝材料等建筑原材料。
近年来,随着充填采矿法在矿山应用中的占比越来越高,充填胶凝材料的需求量也越来越大。由于水泥存在价格高、能耗高、细粒固化效果不理想等问题,正在逐步被新型固废胶凝材料替代,利用黄金尾矿协同其他工业固废开发新型低碳的充填胶凝材料逐步成为行业热点,国内外很多学者和企业都已经开展了大量研究,并取得了不错的成果,这种利用方式不仅能够显著降低充填成本,而且为尾矿类固体废弃物综合利用探索出了一条新途径。
3.2.3制备建材
我国在黄金尾矿制砖方面已经具备了相当成熟的技术,黄金尾矿可制备建筑用砖、路面、墙面装饰砖。焦家金矿于1996年就引进国家“双免”砖生产技术,每年消耗尾矿6万t,年新增经济效益逾千万元;丁亚斌、袁善磊等利用黄金尾矿和其他工业固废为主要原料,在添加剂的作用下,经蒸压成型制造成加气混凝土砌块和蒸压砖,与传统建材产品相比,性能优良,是国内外广泛应用的新型节能墙体材料。遗憾的是,受制于矿山地理位置偏远,运输成本高,有些黄金尾矿砖瓦产品的销售渠道不甚理想。
3.3高值化
以往对于黄金尾矿制备工业产品的研究多集中在低科技含量、低成本的原材料方面,近年来,科技和设备的进步推动了尾矿综合利用水平的提高,利用黄金尾矿制造附加值更高的“精致化”产品逐渐走进大众视野。例如利用尾矿制备3D建筑打印材料及应用,尾矿制备陶粒、微晶玻璃、发泡陶瓷、岩板、人造玉建筑板材、矿岩棉、高端装饰材料等环保型绿色建材产品(包括新型自保温墙材、仿石材装饰墙板,多功能板材产品以及保温装饰一体板底板与面板等),类似的研究已取得一定的成果,并逐步形成产业化规模推广应用。
湖北三鑫公司利用金铜尾矿制备多孔烧结陶粒,这种陶粒可以作为人造轻集料来制备混凝土,可提高混凝土的性能。由于陶粒具有质轻、表面粗糙、孔隙率高、化学稳定性好等特点,应用领域包括卫生间回填、无土栽培花卉、滤料、石油压裂支撑剂等,由于用途广泛,市场前景广阔,销售市场良好。张先禹使用以硅质、硅铝质、碱铝硅尾矿为主要原料的纯净黄金尾矿熔制高级饰面玻璃,使制备成本降低,产品附加值提高。王亚婕、张金龙等利用黄金尾矿为原料,加入少量添加剂,采用多种方法研制出了符合国家标准的陶瓷墙地砖制品,同时用尾矿渣辅助其他原料代替黏土、细沙、石子等不可再生资源加工一种轻型钢结构的ASA系列板材,开创了尾矿利用新途径。随着建筑工业化的需求与转变,大块墙材轻质板材和复合板材需求逐渐增大,筑邦建筑科技投资有限公司联合研发了硅晶石类陶瓷新材料,利用建筑垃圾、煤矸石、粉煤灰、尾矿等多种大宗工业固废,通过1000℃高温烧结而成,固废掺人量最高可达85%。利用硅晶石新材料生产的硅晶石复合墙板主要应用于装配式内隔墙市场,打破了传统装配式建筑构件制作依赖模板的行业技术瓶颈,满足了装配式建筑部品部件智能化、柔性化生产需求。
3.4其他应用
除以上应用途径,黄金尾矿成分复杂,含有多种元素,在制备化肥、用作土壤改良剂、废水处理、金属钝化、生态修复、生产涂料、制作饲料添加剂以及用作矿物药材等方面都有研究和应用。鉴于我国黄金尾矿产率高、存量大,加之黄金矿床类型复杂,围岩种类多样,尾矿综合利用时应结合矿山实际和物料性质,首选附加值高的利用方式,在兼顾减量化的同时,最大限度地节省成本或者创造经济效益,从根本上解决黄金尾矿侵占土地、破坏和影响生态环境的问题,是实现黄金矿山可持续发展的必然选择。
4.结论与展望
(1)因地制宜开展黄金尾矿梯级利用,实现不同梯度产品的附加值最大化,不仅仅只是减量化的单一式处理,精细化程度更高的层次化综合利用将成为未来的主要发展趋势。
(2)多种固废协同处置综合利用,增强大宗工业固废流动性,完成集群化和集约化,完善跨区域综合利用协同推进机制。在合理有序的引导下,实现变废为宝,助力矿山无尾排放。
(3)“十四五”期间,黄金行业的尾矿综合利用和尾矿库风险管控领域存在亟待攻克的“卡脖子”专项技术,通过一系列的技术创新和设备升级,拓宽黄金尾矿综合利用途径,提高附加值,降低成本,推进黄金尾矿真正实现“吃干榨净”,实现绿色低碳发展。
(5)加大政策扶持力度,建立黄金固废资源综合利用示范基地,通过多层次全方位的绿色矿山正向激励金融政策,减免税收,提供信贷,充分激发企业的积极性。