商南槐树坪钒矿选冶尾矿综合利用研究
摘 要：钒矿原矿品位低，选冶后尾矿量巨大，全部堆存尾矿库的处理方式存在很大的安全隐患，利用尾矿中成分含量的优势，通过多渠道和方法对尾矿进行综合利用，不仅解决了尾矿的堆存问题，还为企业带来了一定的经济效益，为社会也做出了环保贡献。
关键词：钒矿；尾矿；综合利用
矿山尾矿目前已成为我国产出量最大、堆存量最多的固体废弃物。最新的《环保税法》规定排放一吨尾矿要交15元的税。我国尾矿生产量巨大，而尾矿综合利用率仅为18.9%，绝大多数尾矿尚未被综合利用。随着我国矿产资源开采力度的不断加大，尾矿排出量会每年不断递增，加快尾矿的综合利用已经迫在眉睫。尾矿大量堆存不仅造成了有限的土地资源的巨大浪费，而且带来了严重的环境和安全问题。其所含的重金属等污染物，以及矿石选冶过程中加入的各种化学药剂，部分会随尾矿流入附近河流或深入地下，会污染河流及地下水源，自然干涸后的尾砂，遇大风吹到周边地区，对环境造成危害。
建设绿色矿山，不是简单地把矿山环境进行绿化、美化，而是指矿山企业从资源的开采、加工、综合利用到运输全过程，都要贯彻科学发展观和环保理念，遵循循环经济的原则，通过调整生产工艺，优化生产布局，开发与应用新技术、新设备等手段，实现资源效能的最佳化。
为相应国家号召建设绿色矿山，加快矿业转型和绿色发展，推动矿业领域生态文明建设，全面推进绿色矿山建设工作。商南槐树坪钒矿对选冶后的尾矿进行了综合利用研究，使得排入尾矿库的废渣量减小并创造了一定的经济效益。
1 尾矿分析
商南槐树坪钒矿建设的尾矿库地处当地石板沟，该库属山谷型尾矿库，初期坝采用碾压堆石坝，后期坝采用干式堆存尾矿，库前排矿的方式。尾矿输送采用皮带输送的方式。石板沟有效库容为1227.55万m3。选冶厂生产规模为日处理矿石4600t，尾矿堆积干容重为1.5t/m3，年入库尾矿量为101.2万m3，尾矿库服务年限为12.13年。尾矿库建设不仅耗资大、容量小，单位堆存成本高。而且在陕南山区降雨多，尾矿库排洪难度大，一旦溃坝，安全、环保隐患高，解决尾矿的堆排问题迫在眉睫。
对槐树坪钒矿选冶后的尾矿进行多元素分析，其中V2O5为0.18%，SiO2为87.11%，TiO2为0.11%，Al2O3为7.45%。尾矿的主要成分是SiO2，二氧化硅用途很广泛，主要用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、气凝胶毡、硅铁、型砂、单质硅、水泥等，在古代，二氧化硅也用来制作瓷器的釉面和胎体。本次的实验研究主要就是针对尾矿中大量的SiO2来进行研究。
2 综合利用研究方案
2.1 水泥行业混合材
商南槐树坪钒矿年产11600吨五氧化二钒采选冶项目，同时产生尾矿150万吨。结合当地周边水泥企业情况，结合当地资源状况，确定陕南周边及湖北河南等水泥企业作为混合材使用年消耗尾矿约45万吨。
实验表明水泥中掺加钒矿尾矿作为混合材能够提高水泥产量，降低水泥生产成本，调节水泥强度等级，改善水泥性能与质量，综合利用工业废弃物，减少环境污染，实现水泥工业的生态化。尾矿中TiO2含量低，尾矿活性高。添加该钒矿选冶尾矿后与之前混合材搭配相比，掺加量既有所增加，也有利于水泥强度的增长。弥补了矿渣水泥早期强度偏低的缺陷，也扩展了混合材掺加量。
根据上述试验结果，实现混合材的优化组合需要不同类别混合材按照酸碱性、活性与惰性的合理搭配，组合的各类混合材性质差别越大，越有利于取其优势，补其不足。如果要提高早期强度需要碱性与惰性混合材；如果期望提高后期强度需要酸性与活性混合材。这样既能够使水泥的早期强度、后期强度均有提高，而钒矿尾矿正是活性高偏酸性的混合材。而且可较多地利用廉价混合材和增加混合材掺量，借以降低成本，节能减排。提高水泥熟料强度可以明显地降低水泥中熟料的掺加量，从而能提高混合材掺加量，所以合理地开发和使用混合材资源已经成为关系水泥企业成本与生存的关键。
2.2 利用尾矿制砖
“十三五”是贯彻落实“青山绿水就是金山银山”理论，推进建设全国生态文明示范区的关键时期，通过采取差别化资源价格、土地复垦、城市城区“禁粘”等综合措施，倒闭关停落后烧结砖墙材企业；另一方面通过规划引领、产业升级、企业重组和充分发挥新型墙材专项基金额市场调节作用，引导企业转型提升。至“十三五”末，全面淘汰关停现存粘土砖瓦窑。面对如此大力度的整改政策，以及陕南地区森林资源丰富，多山少土，黏土资源的稀缺的环境因素，使用钒矿尾矿生产的空心砖，是利用钒矿尾矿为填充料，结合矿山选冶工艺设备，利用大型现代化工业设备模具压机制砖，隧道窑焙烧，充分依托有机和无机材料学科的先进技术，通过配合比优化、高贯通孔基体材料的成型工艺技术、新型成型技术获得具有密度梯度的建材用砖，具有良好的降噪、透气、吸水、吸音等功能，雨水过滤干净，便于雨水回收利用，有效的解决城市内涝，成本低廉，是城市理想的换代产品。
2.3 采空区回填
随着矿山不断的开采，采空区的扩大，会引起地面塌陷、地裂缝，土地、植被资源占压破坏以及疏干排水对含水层的破坏。地下开采矿山则面临地面塌陷、地裂缝以及山体开裂诱发的崩塌、滑坡、含水层破坏等问题。矿山尾矿回填技术是将尾矿废物制备成充填料并将其输送到井下采空區，形成具有一定强度的充填体以支撑围岩或堆存尾矿废料的一种技术。钒矿尾矿回填极大的解决了钒矿矿山精矿品位低导致的尾矿大量堆积问题，不仅能够消除采空区的安全隐患，也同时减少尾矿库的堆存安全，是解决矿山采抛的治本之策。尾矿回填技术对矿山的安全生产具有非常重要的意义：能显著地减少地表尾矿的排放量，可以少排或者零排放到尾矿库，甚至能够取消建设地表尾矿库。采用尾矿回填技术生产的矿山，回填尾砂的量通常可达矿石产量的60%。能有效地消除矿山采空区安全隐患，并且尾矿回填技术可防止地表塌陷，减少地质灾害。
3 结语
通过对钒矿尾矿作为水泥粉磨用混合材、烧结墙体砖、耐火材料转和建筑砂石料项目及矿山回填之用，年尾矿排放量基本可以做到零排放，只在先期建设期堆放至尾矿库后续将推进窑变色釉陶瓷、泡沫陶瓷及泡沫玻璃等高技术项目前期工作，进一步完善尾矿综合利用方案，大幅度提高企业尾矿综合利用规模和水平。以脱水后的钒尾矿为原料，在冶炼厂附近8000万块/年烧结墙体砖、200万块/年耐火材料转、40万吨/年建筑砂石料项目生产线及辅助设施，年利用尾矿量分别为3.5万吨，3万吨和40万吨。其余尾矿作为充填料与矿山开采废石一起回填矿山采空区年需求量近100万吨，极大的降低了尾矿排放，并在环保新政策下节约了费用，降低了开支，并取得显著的环保效益。
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作者简介：
李龙（1984- ），男，汉族，陕西西安，研究生，工程师，陕西秦枫科技有限责任公司。