昆明市尾礦作業(yè)人員培訓：尾礦的特性、災害及其資源潛力
尾礦是什么？尾礦是金屬或非金屬礦石經(jīng)過選礦廠破碎、篩分、研磨和分選后，提取出有用成分后剩余的固體廢棄物。它們通常以漿狀（尾礦漿）的形式排出，含有大量水分和細顆粒物。
選礦廠為了提高礦石的品位或產(chǎn)品質量，會對礦石進行選礦和洗礦或水冶作業(yè)，把金屬礦石選出后，就會留下這些殘余的脈石、礦砂等固體廢物。
全球礦業(yè)每年產(chǎn)生約130億噸的濕式尾礦漿。截至2024年底，我國尾礦累積堆存量已超過160億噸，并且每年還在以超過14億噸的速度新增，主要堆存在近萬座尾礦庫中。
尾礦的基本特性
要全面認識尾礦，可以從其物理、化學以及資源特性幾個方面來看：
物理與化學特性
粒度細、泥化嚴重：我國多數(shù)礦石嵌布粒度細，共生復雜，為獲得高品位精礦，多數(shù)采用細磨后選別。據(jù)統(tǒng)計，細粒尾礦中粒度小于0.074毫米的占50%以上。例如，西石門鐵礦的細粒尾礦中，-0.074毫米就占70%。由于尾礦是選別后的剩余物，含有大量的礦泥，且礦泥以細粒、微細粒形式存在，這會嚴重影響尾礦中有價礦物的回收。
化學組成復雜：尾礦的主要化學成分包括SiO₂、Fe₂O₃、MgO、Al₂O₃、CaO等。不同成因和類型的礦石產(chǎn)生的尾礦，其化學成分差異很大。例如，鞍山式鐵尾礦中約90%是石英和綠泥石、角閃石、云母等硅酸鹽礦物；而馬鋼所屬礦山的尾礦則以透輝石、陽起石、磷灰石、長石、石膏、高嶺土、黃鐵礦為主，含鋁量較高。
資源與工程特性
資源潛力巨大：尾礦中往往含有少量受目前技術條件限制尚不能回收的貴金屬、稀有元素等，因此尾礦也是一種二次資源。例如，金礦尾礦中含金為0.2~0.6克/噸，鐵礦尾礦的全鐵品位8%~12%，銅礦尾礦含銅0.02%~0.1%，鉛鋅礦尾礦含鉛鋅0.2%~0.5%。隨著技術發(fā)展，這些有價成分的回收利用潛力巨大。
工程性質差異大：根據(jù)基本物理特性，尾礦可分為不同類型，其工程性質也因此各異：
軟巖尾礦：主要由頁巖型礦石產(chǎn)生，包括細煤廢碴、天然堿不溶物等。這些尾礦盡管包含一定數(shù)量的砂質顆粒，但尾礦泥的黏土性質顯著地從總體上影響尾礦的物理性質和狀態(tài)。
硬巖尾礦：主要包括鉛、鋅、銅、金、銀、鉬、鎳、鈷、錫、鎢、鉻、鈦等礦石。尾礦以砂質顆粒為主，雖然尾礦泥占很大比例，但因源于破碎的母巖而非黏土，故在總體上不能對尾礦形態(tài)起到控制性的影響。
細尾礦：其含很少或不含砂質顆粒，包括磷酸鹽黏土、鋁土礦紅泥、鐵細尾礦、瀝青砂尾礦中的礦泥。這些礦泥的特性對這些尾礦的形態(tài)起著支配作用，它們需要非常長的時間沉淀和固結，極為軟弱。
尾礦的主要災害與風險
尾礦庫是一個具有高勢能的人造危險源，其災害風險主要來源于尾礦庫可能發(fā)生的故障或潰壩。
主要事故類型與致災機理
自1915年以來，全球記錄了257起尾礦庫故障事件，共釋放了約2.5億立方米的尾礦，摧毀了高達約5000平方公里的區(qū)域，估計造成2650人死亡，并通過流離失所、財產(chǎn)損失以及對生計和健康的威脅，影響了約31.7萬人。2000年以來，故障的嚴重程度和數(shù)量都有所增加，這主要是由于開采更大、更低品位的礦床導致礦山廢物產(chǎn)生量增加。
以下是尾礦庫幾種主要的事故類型及其致災機理：
洪水漫頂：這是造成尾礦庫潰壩的重要原因。由于排洪設施的設計、施工或管理不能滿足要求，往往會造成尾礦庫排洪能力不足、排洪設施出現(xiàn)堵塞垮塌。汛期時大量雨水涌入庫內(nèi)，極有可能導致洪水漫頂，使壩體潰決。
滲透破壞：正常穩(wěn)定的滲流可以加速尾礦庫干灘的形成和尾砂的固結，提高壩體的穩(wěn)定安全性。但若壩體沒有進行合理的設計及施工，未根據(jù)穩(wěn)定運行要求設置壩體排滲層，將會造成壩體浸潤線偏高，有可能引發(fā)潰壩事故。滲透破壞是尾礦庫需要重點關注的事故原因之一。
壩體失穩(wěn)：壩體的某些細小裂縫有可能成為壩體集中滲漏的通道，裂縫的出現(xiàn)也可能是壩體滑塌的預兆。裂縫產(chǎn)生的主要原因有：壩基承載力不足導致局部壩體坍塌開裂、壩體邊坡及斷面尺寸設計不當、壩體施工質量差等。有些壩體滑坡是突發(fā)性的，有些則是先由細小裂縫開始，然后裂縫慢慢擴大，最終導致滑坡，發(fā)生潰壩事故。
地震災害：地震荷載可能引起尾礦壩的振動液化，尤其是飽和的細粒尾礦，導致壩體失穩(wěn)和潰決。
災害防范措施
尾礦庫的安全運行至關重要，需要采取綜合性的防范措施：
強化排洪與排滲設施：必須確保排洪、排滲設施設計規(guī)范、運行可靠。排洪設施是尾礦庫必備的安全設施，它的安全性直接關系到尾礦庫防洪安全。排滲設施可及時降低庫內(nèi)水位和浸潤線埋深，有效防范滲流破壞。
落實汛期安全措施：汛期前必須對排洪設施進行檢查、維修和疏浚，確保排洪設施暢通。強降雨后要及時了解本地尾礦庫受損情況，根據(jù)各尾礦庫受損程度，抓緊利用停雨間隙對損毀設施進行修復。嚴格執(zhí)行"四個一律"：在用尾礦庫汛期前一律降低庫內(nèi)水位；履行閉庫程序的尾礦庫以及停產(chǎn)、停用的尾礦庫一律將庫內(nèi)存水排盡；降雨期間及之后一段時間內(nèi)一律禁止向庫內(nèi)排放尾礦；安排專人一律24小時巡查。
加強監(jiān)測與應急準備：尾礦庫汛期應加大監(jiān)測力度：檢查尾礦庫干灘是否已經(jīng)形成，干灘長度是否與設計要求相符合，排水構筑物是否完好通暢，庫區(qū)周邊有無引發(fā)地質災害的不利條件等。同時，配齊應急物資，評估應急預案，加強演練，與地方政府、當?shù)鼐用窠甭?lián)動機制。
尾礦的資源潛力與利用途徑
尾礦具有雙重屬性，處理不當是"環(huán)境負擔"和"安全隱患"，但利用好了就是一座"資源寶庫"。
資源潛力評估
有價金屬回收：過去因為技術、工藝所限，許多金屬礦的選礦回收率不高，尤其是一些品位低、難選冶的共伴生稀有元素，很多都沒有得到充分利用而殘留在尾礦中。例如，科羅拉多礦業(yè)學院的研究發(fā)現(xiàn)，美國大多數(shù)關鍵礦產(chǎn)需求可以通過從目前尾礦中回收來滿足。采選后進入到尾礦中的鈷回收10%就足以供應美國整個電池市場需求�，F(xiàn)有鋅和鉬礦尾礦中的鍺回收不到1%就可替代所有進口。
非金屬材料利用：尾礦中大量的硅、鈣、鋁等氧化物成分，使其可以作為建筑材料、陶瓷原料、玻璃原料等加以利用。
綜合利用途徑
當前，我國已經(jīng)形成了包括尾礦再選、制備建筑材料、農(nóng)業(yè)應用、充填采空區(qū)等在內(nèi)的尾礦梯度綜合利用全產(chǎn)業(yè)鏈：
有價組分再回收：通過技術進步，現(xiàn)在可以從尾礦中進一步回收有價金屬。例如，鐵尾礦可通過預富集-磁選-反浮選和磁化焙燒-磁選兩種工藝進行再利用；銅尾礦可通過還原劑還原焙燒-磨礦-磁選工藝、浮選和浸出工藝來實現(xiàn)；鉛鋅尾礦通過引入磁化焙燒-磁選、離心重介質分離、化學浸出和微生物浸出等新技術新工藝，在實現(xiàn)鉛鋅高效回收的同時，還可回收其他有用金屬。
建筑材料生產(chǎn)：尾礦可以用于生產(chǎn)建筑用砂、磚、板材等綠色建材。這些技術已十分成熟并成功推廣，既實現(xiàn)了尾礦的減量化，又為建筑行業(yè)提供了新的原材料來源。
農(nóng)業(yè)領域應用：主要包括制備化肥、作為土壤改良劑以及尾礦復墾三個方面。尾礦中富含的微量元素如Zn、Mn、Cu、Mo、V、B、Fe和P等，經(jīng)過適當處理后，可制成富含這些元素的化肥，改善土壤結構，提高土壤肥力。
采空區(qū)充填：尾礦回填是一種高效的尾礦減量化利用技術。常用的膠結充填技術是將細砂等惰性材料與適量凝膠材料混合，加水制成充填材料，用于回填礦山采空區(qū)或其他地下空區(qū)。這種技術不僅能大量消納尾礦，還能提高地采回采率。
資源化政策與國際實踐
我國政策支持：黨的十八大以來，生態(tài)文明建設被納入"五位一體"總體布局，尾礦等大宗固體廢物治理和綜合利用迎來全新發(fā)展階段。尤其是隨著一系列法律法規(guī)和激勵扶持政策的相繼出臺，為尾礦綜合利用提供了明確的方向指引和堅實的政策支撐。
國際經(jīng)驗借鑒：美國政府近期正積極推動從尾礦及廢棄礦山中提取高價值關鍵礦產(chǎn)，涵蓋稀土、鋰、鈷、鈾等戰(zhàn)略資源。這一舉措旨在通過盤活存量資源，構建更具韌性的國內(nèi)供應鏈。美國內(nèi)務部長道格·伯古姆已簽署行政指令，要求全面改革聯(lián)邦監(jiān)管框架，重點簡化煤炭再生利用、尾礦綜合開發(fā)及廢棄鈾礦修復等項目的審批流程。
總結與展望
總體而言，尾礦作為一種產(chǎn)量巨大的礦業(yè)固體廢棄物，具有粒度細、化學組成復雜、資源潛力大但處理不當易引發(fā)災害的特點。
其災害風險主要集中在尾礦庫的潰壩，主要由洪水漫頂、滲透破壞、壩體失穩(wěn)和地震等因素引發(fā)，需要通過工程措施和嚴格管理來防范。
同時，尾礦也是一座巨大的"資源寶庫"，通過有價組分再回收、建筑材料生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)應用和采空區(qū)充填等途徑，可以實現(xiàn)變廢為寶。
未來，隨著技術的進步和政策的支持，尾礦的資源化利用將會更加高效和廣泛，為保障資源安全、保護生態(tài)環(huán)境和消除安全隱患提供多重效益。
