铅锌尾矿的资源化综合利用研究进展.pdf
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1、第 卷第期 年月有色金属(矿山部分)N o n f e r r o u sM e t a l s(M i n i n gS e c t i o n)V o l ,N o M a y d o i:/j i s s n 铅锌尾矿的资源化综合利用研究进展温龙新,唐培垚,李伟光(南京银茂铅锌矿业有限公司,南京 ;矿冶科技集团有限公司,北京 )摘要:铅锌尾矿是浮选铅、锌过程中的主要固体废弃物,主要分为硅酸盐型尾矿和碳酸盐型尾矿.我国是世界铅锌生产大国,铅锌尾矿堆存总量已达到亿t,综合利用率却不到,大量堆存在尾矿库中不仅占用宝贵的空间土地资源,还会带来严重的安全问题和环境污染隐患,探索铅锌尾矿的综合利用途
2、径已迫在眉睫.近年来,随着我国资源行业发展转型升级,有关铅锌尾矿综合利用的基础研究、技术开发和产业化发展工作日益完善,取得显著成效.本文从铅锌尾矿有价组分回收、铅锌尾矿充填地下采空区和铅锌尾矿建材化综合利用三个方面介绍了近年来有关铅锌尾矿消纳和资源化综合利用的研究成果,以期为铅锌尾矿资源化综合利用的相关研究提供参考.关键词:铅锌尾矿;综合利用;应用领域;研究进展中图分类号:T D 文献标志码:A文章编号:()R e s e a r c hp r o g r e s so nc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no f l e a d z i
3、 n c t a i l i n g sa s r e s o u r c e sWE NL o n g x i n,T ANGP e i y a o,L IW e i g u a n g(N a n j i n gY i n m a oL e a d z i n cM i n eC o,L t d,N a n j i n g ,C h i n a;B G R I MM T e c h n o l o g yG r o u p,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:L e a d z i n ct a i l i n g sa r et h em a
4、 i ns o l i dw a s t e si nt h ep r o c e s so ff l o t a t i o no fl e a da n dz i n c,w h i c ha r em a i n l yd i v i d e d i n t os i l i c a t e t a i l i n g sa n dc a r b o n a t e t a i l i n g s C h i n a i sab i gp r o d u c e ro f l e a da n dz i n c i nt h ew o r l d T h et o t a l s t o
5、 r a g eo f l e a da n dz i n c t a i l i n g sh a s r e a c h e d m i l l i o nt o n s,b u t t h e c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nr a t e i s l e s s t h a n Al a r g en u m b e ro fl e a da n dz i n ct a i l i n g sn o to n l yo c c u p yv a l u a b l es p a c ea n dl a n dr e s o u
6、 r c e sb u ta l s ob r i n gs e r i o u ss a f e t yp r o b l e m sa n dh i d d e nd a n g e r so fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n I t i su r g e n tt oe x p l o r et h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nw a y so fl e a da n dz i n ct a i l i n g s I nr e c e n ty e a r s,w i
7、 t ht h ed e v e l o p m e n t,t r a n s f o r m a t i o n,a n du p g r a d i n go fC h i n a sr e s o u r c ei n d u s t r y,t h eb a s i cr e s e a r c h,t e c h n i c a ld e v e l o p m e n ta n di n d u s t r i a ld e v e l o p m e n to fc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no f l e a da
8、 n dz i n c t a i l i n g sh a v eb e c o m e i n c r e a s i n g l yp e r f e c ta n da c h i e v e dr e m a r k a b l er e s u l t s I nt h i sp a p e r,t h er e s e a r c hr e s u l t so nt h ec o n s u m p t i o na n dc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fl e a d z i n ct a i l i n g
9、si nr e c e n ty e a r sa r ei n t r o d u c e df r o mt h r e ea s p e c t s:t h er e c o v e r yo fv a l u a b l ec o m p o n e n t so f l e a d z i n ct a i l i n g s,t h ef i l l i n go fu n d e r g r o u n dg o a fw i t hl e a d z i n ct a i l i n g s,a n dt h ec o m p r e h e n s i v eu t i l
10、i z a t i o no f l e a d z i n ct a i l i n g sa sb u i l d i n gm a t e r i a l s,t op r o v i d er e f e r e n c e f o r t h er e l a t e dr e s e a r c ho nc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no f l e a d z i n c t a i l i n g s K e yw o r d s:l e a d z i n c t a i l i n g s;c o m p r e
11、h e n s i v eu t i l i z a t i o n;a p p l i c a t i o nf i e l d;r e s e a r c hp r o g r e s s收稿日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目(U A )作者简介:温龙新(),男,高级工程师,硕士,矿物加工工程专业,主要从事复杂多金属难选铅锌选矿技术研究,E m a i l:q q c o m.铅锌是重要的战略发展资源,广泛应用于电气、机械、军事、化工、医药等领域 .我国是世界上铅锌产量最大的国家,年,我国铅产量达到 万t,锌产量达到 万t,均超过 全球产量的 .由于成矿条件近似,铅锌通常以共生的形式
12、存在,铅锌尾矿是铅锌矿石选矿作业中残余的有价组分含量低且目前无法用于工业生产的固体废弃物.由于我国铅锌矿品位较低,铅锌尾矿的产量通常为铅锌精矿的十倍以上.铅锌尾矿以脉石矿物(石英、方解石等)为主,具有相当复杂的矿物组成,主要有色金属(矿山部分)第 卷化学成分为硅、铝、铁、钙、镁等元素的氧化物和硅酸盐,金属含量相对偏低 .因其选矿工艺的特性,铅锌尾矿具有数量大、成本低、粒度细、重金属含量较高等特点,堆存在尾矿库中不仅占用大量土地资源,还会带来严重的环境与安全隐患.随着我国铅锌产量的不断提升,铅锌尾矿的消纳处理成为制约铅锌产业发展的关键问题,铅锌尾矿的资源化综合利用成为当下研究的热点.由于不同矿区
13、铅锌矿自身性质和选矿工艺的差异,铅锌尾矿的理化性质也存在较大波动,因此综合利用的方式也不尽相同.铅锌尾矿的性质及危害 铅锌尾矿的性质铅锌尾矿一般呈灰黑色粉末状,成分十分复杂,其主要化学组成是C a O、F eO和S O,还有少量的S i O、A lO和M g O等.铅锌尾矿的X射线荧光光谱半定量分析见表,X R D分析图谱见图,其主要矿物组成为方解石()、黄铁矿()、石英()、白云石()和菱铁矿().表铅锌尾矿X射线荧光光谱半定量分析T a b l eS e m i q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fX r a yf l u o r e s c
14、e n c e s p e c t r u mo f l e a d z i n c t a i l i n g s/化学成分S i OA lOC a OM g OKOZ n OF eOS O烧失铅锌尾矿 图铅锌尾矿X R D衍射分析图谱F i g X R Dd i f f r a c t i o na n a l y s i sm a po f l e a d z i n c t a i l i n g s 铅锌尾矿的危害未经处理的铅锌尾矿可能含有P b、Z n、A s等重金属元素,长时间的堆存对环境和人类都有较大的危害.研究表明,铅锌尾矿中的有毒元素会在雨水的冲刷下进入水循环,破坏生态平衡
15、.本着绿色矿山建设的原则,人们采用各种手段对铅锌尾矿加以利用,均取得了不错的效果.例如利用对铅锌尾矿进行有价组分回收、充填井下采空区、生产建筑材料等.但相较于国内日渐增长的尾矿堆存量,这些利用手段对铅锌尾矿的利用量显得杯水车薪,整个行业亟需更高效的方法来应对这种情况.铅锌尾矿的回收利用目前铅锌尾矿的综合利用主要集中在有价组分回收、充填井下采空区以及制备建筑材料三个领域.其中有价组分回收主要是回收铅锌尾矿中铅锌外的其余有价组分,对铅锌尾矿的减量化消纳效果并不明显;利用充填胶凝材料协同铅锌尾矿充填井下采空区不仅可有效消纳铅锌尾矿,还可充分固化铅锌尾矿中的重金属等有害元素,是安全高效的尾矿综合利用手
16、段;其余铅锌尾矿的综合利用主要是投入建筑材料领域,该领域消纳尾矿的手段种类较多,可用于生产各种水泥、加气混凝土砌块、道路材料等,虽然生产的建筑材料存在尾矿掺量低的问题,但该领域前景广阔,是目前解决铅锌尾矿堆存问题的最有效途径.有价组分回收受限于选矿技术落后、装备性能差及工艺不完善等因素,矿石中许多有价组分往往难以全部选出,造成尾矿中有价成分较多,因此可以通过二次浮选、磁选、酸浸、生物浸出等工艺回收尾矿中的有价组分,进而有效提高尾矿的经济价值.由于不同铅锌尾矿的成分各异,可通过再选回收的有价组分也存在差异,就现有研究来看,铅锌尾矿中可回收的主要有价组分有铅、锌、硫、铁、锰、萤石、蛮石、重晶石、绢
17、云母等 .翟旭东 采用先硫后氧的流程回收铅锌尾矿中的锌,以硫酸铜为活化剂,以丁基黄药为捕收剂浮出细磨后铅锌尾矿中的硫化锌,之后进行重选脱泥,并采用浮选的方式对沉砂中的氧化锌进行处理,最终锌品位达到 ,锌回收率达到 ,有效回收了铅锌尾矿中的锌资源;叶岳华等 等针对云南某铅锌尾矿中的金、银、硫展开回收,制定了“铅锌混合浮选尾矿选硫”的工艺流程,采用乙硫氮和B K N的组合,再选得到的精矿中含A u g/t,含A g g/t,A u回收率 ,A g回收率 ;硫精矿品位 ,回收率 .进一步降低了尾矿中的有用组分含量,有效资源得到最大化利用.第期温龙新等:铅锌尾矿的资源化综合利用研究进展综上所述,针对铅
18、锌尾矿中的有价组分进行回收的研究较多,工艺较为成熟,可以得到品位较高的精矿产品,有效避免矿产资源的浪费,实现矿物价值的最大化,为矿山企业带来更大的经济效益,但尾矿再选后依旧会产生较大比例的尾矿,因此有价组分回收这一综合利用方式往往作为铅锌尾矿综合利用过程的第一步,不能彻底解决铅锌尾矿大规模消纳的问题.充填井下采空区在矿产资源开采的过程中人为挖掘形成的地下空洞被称作采空区,由于应力不均,采空区容易发生塌陷等安全事故,是矿山安全生产的主要危害之一,通常采用充填的方式进行解决.尾矿井下充填是指在使用尾矿替代土壤,配加水泥或充填胶固粉等胶凝材料提高固结强度后通过充填站将尾矿送至矿山的采空区进行充填的方
19、式,不仅可以有效降低采空区的安全隐患,还可以大规模消纳尾矿,解决尾矿堆存带来的环境与安全问题.施士虎等 研究了铅锌矿尾矿胶结充填材料的无侧限抗压强度(U C S)发展规律.结果表明,以普通硅酸盐水泥(O P C)为胶凝材料的充填体,无论颗粒大小,在养护后期抗压强度均有所降低.相同条件下,O P C掺量越高,胶结充填体的U C S越高,且养护天数越长,胶结充填体的U C S开始降低.在相同条件下,尾矿越细,各龄期胶结充填体的U C S越低,且在较早的养护龄期,胶结充填体的U C S开始降低;赵泽民 采用由 矿粉 水泥泡花碱所制备的矿渣硅酸盐水泥替代传统硅酸盐水泥来制备铅锌尾矿充填体材料,可以显著
20、降低充填成本.同时,采用 细粒度铅锌尾矿粉替代部分粗粒度铅锌尾矿砂制备充填体时,细粒尾矿粉可以改善充填体的粒级配分布,提高料浆流动性,同时可以发挥微集料效应,改善充填体的微观结构;张丹 采用机械活化和化学活化协同处理铅锌尾矿和铅锌冶炼渣,制备了新型矿山充填胶凝材料,减少水泥用量、降低生产成本的同时可以有效解决铅锌尾矿和铅锌冶炼渣的消纳问题.利用铅锌尾矿充填矿山采空区是铅锌尾矿综合利用的重要方式,这种途径成本较低,尾矿消纳量大,且对尾矿的理化性质和原料稳定性的要求较低,充填胶凝材料可对尾矿颗粒进行包裹,固化尾矿中的重金属等有害元素(如图所示),该方法具有较好的普适性,但经济价值有限.制备建筑材料
21、利用铅锌尾矿制备建筑材料具有污染少、经济效益高、可持续发展性强等优点,是目前铅锌尾矿资图铅锌尾矿充填矿山采空区过程示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo f t h ep r o c e s so f f i l l i n gm i n eg o a fw i t hl e a d z i n c t a i l i n g s源化利用的主要方向.铅锌尾矿的主要化学成分与建材原料成分相似,因此可以将尾矿用作建筑原料来实现尾矿的规模化消纳,如水泥、混凝土、建筑用砖、发泡陶瓷、陶粒、微晶玻璃等.水泥原料铅锌尾矿用于水泥产业的途径主要分为两种.一种是作为水
22、泥混合材,直接掺入水泥熟料中替代部分水泥,这种方法简单且成本较低,但由于铅锌尾矿中存在大量非活性物质,大量配入会影响水泥强度,因此配入量十分有限,往往需要采用机械活化或激发剂活化来提高铅锌尾矿的活性.另一种是将铅锌尾矿用作生产水泥熟料的原料,铅锌尾矿中的主要成分为S i O和A lO,与水泥生料中的硅质、铝质材料相近,能够满足生产硅酸盐水泥的组分需求,同时铅锌尾矿中含有的P b、Z n、C u、M n、C r、T i等微量元素还具有助熔、矿化等效果,可以提高水泥生料易烧性,因此可以将尾矿代替部分黏土配料来生产水泥熟料,实现铅锌尾矿的规模化利用.但这种方法存在重金属离子固结程度低、重金属离子易浸
23、出污染环境等问题.王生辉等 将铅锌尾矿、铅锌冶炼渣作为水泥混合材,研究表明,铅锌尾矿中存在一定量的非活性组分,基本不参与前期水化反应,导致前期水化反应产物相对减少,表现为前期强度有所降低,同时铅锌尾矿不能为体系提供足够量参与二次水化反应的有效成分,导致后期强度也出现一定的降低,因此铅锌尾矿单掺时比例不宜超过;李炳良等 在铅锌尾矿作水泥混合材的过程中使用活性激发剂D E来提高铅锌尾矿的活性,进而提高铅锌尾矿的掺量.研究表明,在原料粉磨过程中添加 的活性激发剂D E可 以增加的铅锌尾矿 掺量;高锦 城等 按照铅锌尾矿:石灰石 的比例在 条件下煅烧制备水泥熟料,可以达到 水泥的 d抗压强度指标.养护
24、前期主要水化产物为钙 矾石,随着 养护时间增 长,水化产物C S H含量增多,逐渐填满试块内部空隙,增加浆体密实度,进而提高抗压强度.将铅锌尾矿用于水泥生产工艺简便,成本较低,是铅锌尾矿消纳的重要方法,但也存在一定的局限有色金属(矿山部分)第 卷性.成品水泥的质量受水泥生料的化学成分影响,这也限制了铅锌尾矿掺入量的提高,且不同来源的铅锌尾矿成分不同,甚至同一种尾矿也存在成分波动的问题,因此在同一生产过程中难以控制成品水泥的性能稳定不变.同时,还需要关注铅锌尾矿在焙烧过程中潜在的污染问题.多孔陶瓷发泡陶瓷是一种新型建筑材料,具有轻质、保温、隔热、变形系数小、强度高、使用寿命长等优势,通常以陶土尾
25、矿、陶瓷碎片、河道淤泥、陶瓷固体废料为主要原料,并添加特殊发泡剂,经布料成型、窑炉高温焙烧而制成.尾矿中的化学组分类似于发泡陶瓷原料中使用的黏土,因此将尾矿替代黏土用于制备发泡陶瓷,可实现尾矿的高附加值利用.刘娥等 以铅锌尾矿为主要原料,配加黏土、长石、石英、玻璃粉、陶瓷废料和发泡剂,在 左右焙烧制备了性能良好的发泡陶瓷保温板,铅锌尾矿的利用率超过.区雪连等 以铅锌尾矿、废玻璃、废陶瓷浆为主要原料,以S i C为发泡剂,经多段焙烧工艺后制备了平均显微硬度为 G P a、密度达到 k g/m、导热系数为 W/(mK)、吸水率为 、试样抗折强度为 M P a、抗压强度为 M P a、耐酸碱腐蚀性良
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