金尾矿资源化利用研究进展.pdf

金尾矿资源化利用研究进展杨玮1,2,3，常东1,2,3，龙涛1,2,3，邓莎1,2,31.西安建筑科技大学 资源工程学院，陕西 西安 710055；2.陕西省黄金与资源重点实验室，陕西 西安 710055；3.西安建筑科技大学绿色选冶协同技术与装备研究所，陕西 西安 710055中图分类号：TD926.4文献标识码：A文章编号：10010076（2023）03016811DOI：10.13779/ki.issn1001-0076.2023.03.020摘要金尾矿大量堆存不仅占用了宝贵的土地资源，而且存在极大的安全隐患。这些尾矿中部分金属元素和非金属矿物含量较高，具有较大回收价值与资源化利用前景。针对金尾矿的资源化利用，详细阐述了金尾矿回收金、铁、铅等有价金属和石英、长石、绢云母等非金属矿物的技术路径与工艺特点，分析研究了金尾矿活化后作为胶凝材料用于采区充填的技术方案，同时对金尾矿制备混凝土、烧结砖、陶粒、泡沫陶瓷等建筑材料的研究进展进行了综述。最后综合评述了金尾矿资源化利用存在的问题和研究发展方向。关键词金尾矿；资源化利用；有价金属；非金属矿物；采区充填；建筑材料 1引言中国黄金矿产资源丰富，2022 年自然资源部发布的2021 年全国矿产资源储量统计表中金储量为2 964.37 t1。随着黄金矿产资源的开发利用，金尾矿的堆积量也逐年增长，当前全国金尾矿的堆存量为 2 亿 t，并且以年 2 450 万 t 的速度增长，如图 1 所示。然而，我国的金尾矿资源综合利用率较低，仅有 36.9%3。大量的金尾矿堆存于尾矿库中，不仅占用了宝贵的土地资源，还存在极大的安全、环保风险隐患4-7。在雨季尾矿库容易发生山体滑坡、泥石流等次生地质灾害，甚至存在尾矿库溃坝的潜在风险；而且尾矿也是沙尘暴的重要尘源之一8-9。此外，金尾矿中残留的重金属离子、浮选药剂及硫化矿物易产生的酸性废水，在一定条件下通过大气和水土等媒介，以“污染转移”等不同形式造成诸如土壤污染、耕地退化和植被损毁等情况，进而威胁到人和动物的正常生活10-11。同时，2020 年应急管理部等八部委联合印发了防范化解尾矿库安全风险工作方案，提出原则上尾矿库数量只减不增12。这将导致很多黄金企业未来极有可能会面临有矿生产而无库堆存的窘境。综上所述，探寻新的金尾矿利用方式势在必行。2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 20210246810产量/亿t年份/年 铁尾矿 黄金尾矿 铜尾矿 其他有色金属尾矿 其他非金属尾矿图 1全国不同类型尾矿的堆存量2Fig.1 Piles of different types of tailings in China（Photo sourcefrom the Internet）2 金尾矿是指在金矿石选别作业中提取有用组分后排出的固体废弃物。从化学成分上看，金尾矿中主要含有 SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3和 MgO 等熔剂型化合物和少量 Au、Ag、Fe、Cu、Pb 和 Zn 等金属元素；从矿物组成上看，主要包括石英、长石、云母、黏土和残余金属矿物等3。大多金尾矿由 80%以上的硅铝氧化 收稿日期：2023 06 14基金项目：国家自然科学基金项目(52174261)；陕西省重点研发计划项目(2023-YBGY-053)作者简介：杨玮（1971），男，河南灵宝人，教授，博士生导师，从事稀贵金属选冶、资源综合回收及矿业经济研究工作，E-mail：。通信作者：常东（1996），男，陕西西安人，硕士研究生，从事资源综合回收研究工作，E-mail：。第 3 期矿产保护与利用No.32023 年 6 月Conservation and Utilization of Mineral ResourcesJun.2023物组成，与建筑材料成分相似13-15。表现出明显的资源特征，资源化利用潜力巨大。我国对于金尾矿资源化利用的研究始于 20 世纪80 年代末期，起步较晚16。近年来，随着资源日益枯竭及环保压力增大，尾矿资源化利用已经成为当前的研究热点。本文从金尾矿资源化利用出发，重点阐述了从金尾矿中回收有价成分、利用金尾矿充填采空区、利用金尾矿制作建筑材料（如混凝土、砖、陶粒和陶瓷）等研究，以期为金尾矿资源化利用提供有益借鉴。2回收有价金属与有用矿物金尾矿中主要含有 Au、Ag、Cu、Zn 和 Fe 等金属元素和大量云母、长石及石英等非金属矿物3。国内矿山一般优先回收金尾矿中的有价金属，其次才会考虑对其他非金属矿物进行回收。2.1有价金属的回收早期开采的金矿石品位较高，受限于当时的技术和经济水平，选金工艺大多只能选别出易于选别的裸露金，对于一些难选的包裹金大多未能选出。另外金尾矿中除金外还常伴生有其他有价金属矿物，早期金矿主要回收其中的贵金属，导致大多数伴生的有价金属未得到充分利用，使得其以尾矿形式堆积在尾矿库中，造成资源浪费17-18，研究人员对相应的有价金属进行了回收研究，不同金尾矿回收工艺及特点如表 1 所示。表 1 不同金尾矿回收工艺及特点Table 1 Different recovery processes and characteristics of gold tailings尾矿来源/回收金属处理工艺实例处理效果特点参考文献硫化物包裹金尾矿/回收金两粗两精浮选金品位：52.31 g/t、回收率：28.59%回收率低23碱浸ZJ-1浸出金浸出率：70.81%采用新药剂浸出率有提升24酸浸预处理浮选预富集浮选中矿再磨氰化浸出浮选精矿：金品位21.65 g/t、回收率21.62%；浸出率58.83%回收率高，但毒性强25氧化物包裹金尾矿/回收金再磨浮选尾矿细磨非氰浸出浮选精矿：金品位38.77 g/t、回收率44.97%；浸出率30.59%选冶联合回收率较高，且药剂毒性小26石英脉型富铁金尾矿/回收铁磁化焙烧磁选反浮选铁精矿：铁品位56.73%、回收率55.57%回收率较低29分散态磁化焙烧磁选铁精矿：铁品位57.15%、回收率为81.43%回收率较高30石英脉型富铜铅氰化尾渣/回收铜铅混合浮选铜铅混合精矿分离铅精矿中铅、金和银品位分别为68.40%、105.90 g/t、2 204.00 g/t，回收率分别为72.05%、55.59%、26.42%；铜精矿中铜、金、银品位分别为20.38%、9.60 g/t、696.60 g/t，回收率分别为98.92%、44.41%、73.58%回收率高，实现了尾矿中金属矿物的综合回收31石英脉型含钨金尾矿/回收钨采用新捕收剂CF-06、一粗三扫一精浮选钨精矿：WO3品位50.71%、回收率71.06%回收率高32 2.1.1金的回收近年来，国内外学者在金尾矿选金工艺方面进行了大量研究，常用工艺主要包括重选法、浮选法、化学水冶法和非氰浸出法等19-22。李日升等23采用重选、浮选、氰化浸出等方法对某金品位约为 0.7 g/t 的金尾矿进行处理，发现尼尔森重选工艺和浮选均能得到金品位超过 50 g/t 的金精矿。段明铭等24对甘肃某金品位 1.53 g/t 的金尾矿采用新型环保浸金剂 ZJ-1，得到浸液中金浸出率为 70.81%。对于易于选别金尾矿使用新型药剂或改良浮选工艺即可实现金尾矿中部分金的回收，但回收率往往较低，仍有部分金残留于尾矿中。针对复杂难选的金尾矿，虽然尾矿中金品位较高，但想要有效回收金往往需要进行针对性的预处理。因此，杨玮等人25针对陕西省某金品位 1.5 g/t 高硫包裹金型金尾矿采用酸浸预处理浮选预富集浮选中矿再磨氰化浸出工艺回收金，通过硫酸预处理后经两次粗选得到的混合粗精矿产品中金品位6.94 g/t、金回收率 87.22%，实现了裸露金和硫化物包裹金的预先富集；粗精矿经一次抑硫精选，获得金品位 21.65 g/t 的金精矿；浮选中矿细磨至-400 目 95%后采用氰化浸出 48 h，精选中矿浸出率 91.48%，实现了包裹金的分离回收，最终得到金的选冶联合总回收率80.45%，实现了高硫包裹型难处理金尾矿资源的高效回收。随着环保压力的增加探索氰化浸出的替代工艺也尤为重要。常富强等26针对河南某金品位 1.5 g/t的金尾矿通过再磨浮选尾矿细磨非氰浸出工艺，浮选获得金精矿中金品位 38.77 g/t、回收率 44.97%的选矿指标；浮选尾矿细磨至400 目 90%后采用“金蝉”试剂浸出，尾矿金浸出率 30.59%，最终得到金的选冶联合总回收率 75.56%，该流程工艺成熟，药剂毒性小，有效地减少了金尾矿的再处理成本。金尾矿中难选金大多以硫化物、碲化物、砷化物和炭质物包裹金形式存在27，金尾矿含金品位较低且已经过浮选或浸出作业处理，传统的重选和浮选工艺第 3 期杨玮，等：金尾矿资源化利用研究进展 169 已难以适用，应将预处理与非氰化浸出工艺相结合，形成低成本、高效、环保的回收工艺。2.1.2铁的回收我国的铁矿以贫矿为主，据估计，中国铁矿石平均入选铁品位仅为 25.54%28。部分金尾矿中铁品位已超出铁矿石的入选品位。张胜广等29针对某含铁35.11%的金尾矿，采用磁化焙烧磁选反浮选工艺获得的铁精矿中铁品位 56.73%、回收率 55.57%，实现了含铁金尾矿的资源化利用。陈延信等30针对某含铁 27.26%的金尾矿，采用分散态磁化焙烧磁选工艺获得的铁精矿中铁品位 57.15%、回收率 81.43%，提高了资源利用率。金尾矿中铁通常以褐铁矿或黄铁矿形式存在，由于磁性较弱，通常先将尾矿中的铁先磁化焙烧再磁选或采用强磁选工艺。由于金尾矿中矿物组成的差异，金尾矿回收的铁精矿品位较低、含有杂质较多，后期研究中应进一步降低铁精矿中的有害杂质。2.1.3其他有色金属的回收近年来，伴生有价金属综合回收的研究工作日益广泛。杨振兴等31采用混合浮选铜铅混合精矿分离工艺对金品位 0.90 g/t、银品位 19.29 g/t、铜品位0.34%、铅品位 0.26%的氰化尾渣中铜、铅进行了综合回收，获得的铅精矿中铅、金、银品位分别为 68.40%、105.90 g/t、2 204.00 g/t，回收率分别为 72.05%、55.59%、26.42%；铜精矿中铜、金、银品位分别为 20.38%、9.60g/t、696.60 g/t，回收率分别为 98.92%、44.41%、73.58%，试验指标理想，实现了氰化金尾矿中金属资源的综合回收。周新民等32根据河南灵宝某 WO3品位 0.103%金尾矿特性，采用新捕收剂 CF-06、一次粗选三次扫选一次精选浮选流程，回收金尾矿中的伴生元素钨，最终获得了 WO3品位 50.71%、回收率 71.06%的白钨精矿，实现了对该尾矿中有价元素的回收。金尾矿中的有色金属（如铜、铅和钨）通常采用单一浮选工艺即可回收。然而精矿品位往往较低，回收率不高，因而后期研究中应在尾矿细磨或机械搅拌等预处理基础上优化浮选工艺，提高金尾矿中有价金属的回收效率。2.2非金属矿物的回收金矿床中，石英、长石、绢云母等脉石矿物往往占据着绝大多数。在选金过程中，由于非金属矿物相比含金矿物的价值低，导致大量的非金属矿物废弃在尾矿中，造成了大量的资源浪费33。因此，从金尾矿中回收非金属矿物意义重大。王江飞34针对某含铁矿物 3%、石英 75%的金尾矿采用磁选脱泥硫酸法浮选的工艺流程，获得的铁精矿铁品位 63.06%、回收率 43.40%和石英精矿SiO2品位97.53%、回收率70.54%。魏转花等35针对某金品位 0.77 g/t 的富长石金尾矿，采用摇床重选，获得的金精矿品位 41.15 g/t、回收率46.84%；摇床尾矿经脱泥弱磁选2 段高梯度磁选联合工艺处理，得到的长石精矿产率 57.39%，其中氧化铁含量 0.23%，长石精矿达玻璃级和陶瓷级原料质量标准。黄曼等人36针对某绢云母品位 25%的金尾矿，采用一次粗选两次精选一次扫选的浮选工艺流程，获得了总回收率达到 65.84%的绢云母精矿，其中一级绢云母精矿中氧化钾品位 7.86%、回收率22.40%；二级绢云母精矿中氧化钾品位 6.69%、回收率 14.24%；三级绢云母精矿中氧化钾品位 5.27%、回收率 29.20%。该工艺通过浮选实现了富绢云母金尾矿中的绢云母分级回收，对这类矿石的资源化利用有着重要的参考价值。金尾矿中非金属矿物的主要特点是含有 80%以上的硅铝氧化物等矿物，借助浮选工艺可以有效回收石英、绢云母、长石等。非金属矿物精矿的品位要求高，未来若能通过工艺优化提高非金属矿物精矿的品位和回收率的同时兼顾回收有价金属，必将给尾矿的资源化利用提供一条新的思路。3金尾矿用于采空区充填金矿开采深度加深，出现了大量的采空区。这些采空区的存在，限制了采矿工作的进行，同时也易造成地表沉降、地下水资源流失等各类生产、安全与环境问题。将金尾矿制成充填材料，应用于采空区充填，能够有效降低采空区的地压，预防采空区塌陷沉降，不仅有利于井下作业的安全，降低采矿损失率和贫化率，而且实现了金尾矿资源化利用37-38。采区充填是大规模消纳金尾矿的主要途径之一。从充填材料发展来看，充填先后经历了干式充填、水砂充填和胶结充填，胶结充填先后经历低浓度胶结充填、高浓度胶结充填和膏体胶结充填 3 个发展阶段39。赵英良等40通过碱熔活化提高金尾矿聚合材料的活性，采用碱熔活化后的金尾矿为胶凝材料，未活化的金尾矿为骨料制备出全尾矿膏体胶结充填材料。在灰砂质量比 16、料浆质量浓度 70%时，28 d 抗压强度最高达 4.14 MPa。这一方案减少了一般胶凝材料的用量，降低了井下充填的成本。付万长41采用添加质量分数 1%的复掺化学激发剂（氢氧化钙硅酸钠=31）活化山东招远某金尾矿，用活化后的金尾矿替代部分水泥，制备出满足井下充填需求的最优充填材料，配方为 m（原金尾矿）m（活化金尾矿）m（水泥）=75%20%5%，充填料浆质量浓度为 75%，充填材料 28 d 抗压强度 3.6 MPa，大幅降低了充填成本。赵鑫等人42将辽宁某含氰金尾矿通过低温焙烧进行脱氰处理，除氰达标的金尾矿作为骨料来制备膏体胶 170 矿产保护与利用2023 年结充填材料。研究发现：（1）用于稳定性良好的采空区的配比方案灰砂质量比 110，料浆质量浓度为72%，骨料组成为金尾矿；（2）用于稳定性较差的采空区的配比方案灰砂质量比 19，料浆质量浓度为70.92%，骨料组成为 m（炉底渣）m（粉煤灰）m（金尾矿）=20%10%70%；（3）用于稳定性不良的采空区的配比方案灰砂质量比 19，料浆质量浓度 72.99%，骨 料 组 成为 m（炉 底 渣）m（粉 煤 灰）m（金 尾矿）=60%10%30%。该方法减少了含氰金尾矿的危害，并通过 FLAC3D数值模拟软件建立充填开采模型，确定了不同稳定性采矿区的充填材料配比方案。为其他选金矿山采空区井下充填提供了可靠借鉴。目前金尾矿充填技术主要以膏体充填为主，但是对充填体力学性能及其他性能的影响因素较多，其中包括固化胶结材料（剂）的种类及掺加量、尾砂颗粒的细度、充填料浆的搅拌时间、充填料浆的浓度等。在实际矿山充填中，要对以上因素加以控制，在降低水泥用量的条件下，满足充填对充填体力学性能和其他性能要求。4制备建筑材料金尾矿中含有大量可利用的硅酸盐矿物和碳酸盐矿物43，其成分与广泛应用的建材原料极为相近。因此可作为生产混凝土、砖、陶粒和发泡陶瓷等的原材料，实现对金尾矿的最大化利用。4.1混凝土4.1.1混凝土混凝土是由凝胶材料、骨料和水按适当比例配制，再经过一定时间硬化而成的复合材料。大多金尾矿由产量 80%以上的硅铝氧化物组成，与建筑材料成分相似。因此可以作为石英砂的替代物，或者胶凝材料用于混凝土生产。Ahmed 等44用金尾矿替代 80%质量分数的石英砂来制备超高性能混凝土，发现其性能相当或高于全部用石英砂作为骨料制得的超高性能混凝土的抗压强度，具有显著的环境效益和经济效益。金尾矿粒度小、表面粗糙，尾矿掺量越高则混凝土流动性越低，因而金尾矿直接代替砂子用于制备普通混凝土的应用范围较窄。刘竞怡45采用改性剂 SA 对金尾矿表面涂覆后制备出满足不同强度要求的无粗集料混凝土材料，为实现金尾矿大量应用于混凝土提供了新的发展思路。郜志海等46通过向金尾矿中添加石灰石（m（金尾矿）m（石灰石）=50%50%）来煅烧出富含高贝利特相的改性金尾矿用于混凝土掺合料。结果表明：用该混凝土掺合料配制的 C80 高性能混凝土耐腐蚀性更强；耐久性、抗渗性和抗冻性等性能与普通 C80 混凝土相近。王晓东47通过向金尾矿中添加质量分数为 2%的钢纤维制备的活性粉末混凝土，其抗压强度为 182 MPa，抗折强度大于 30.5 MPa，不仅可以大量应用于工程建设，而且降低了活性粉末混凝土的成本。虽然金尾矿可替代部分水泥作为混凝土的辅助胶凝材料，但由于金尾矿结晶度高，反应活性低，导致混凝土活性不足，因此对其进行处理以激发其火山灰活性，对提升混凝土性能尤为关键48。常见的活化方法有高温活化、化学活化、机械活化和复合活化等技术49-50。付万长等41通过对金尾矿进行化学激发和热激发，以提高其活性。发现当复掺激发剂即氢氧化钙与硅酸钠复掺总量占金尾矿质量 1%2%，热处理温度 450 时，可形成较多活性指数达 92%93%的无定形矿物。陈烈51对某金尾矿采用机械活化和热活化的方式进行活化，得出活化后金尾矿胶凝材料最佳的质量配比为活化 m（金尾矿）m（水泥熟料）m（矿渣）m（脱硫石膏）=27%37%27%9%，该配比制备满足工程应用要求的 C40 混凝土材料，其工作性能和耐久性卓越。陈炳江52采用机械化学热耦合活化的方法，通过正交试验和响应面优化试验来确定金尾矿的最佳活化工艺，金尾矿中添加质量分数为8%的氧化钙混合研磨 60 min 后在 600 高温下煅烧 60 min。采用活化后的金尾矿粉作为混凝土的辅助胶凝材料，在 C40 混凝土中掺加质量分数 40%以内的耦合活化的金尾矿和 C60 混凝土中掺加质量分数60%以内的耦合活化的金尾矿的复掺的胶凝材料均可提高混凝土的抗冻性和抗侵蚀性，且混凝土耐久性良好。大部分金尾矿粒度偏小，虽然无法大量替代石英砂作为混凝土细集料，但通过活化替代部分水泥作为胶凝材料，制备不同强度的混凝土，从而实现金尾矿的二次资源化利用，潜在利用价值巨大。金尾矿制备混凝土的关键是对其进行活化，活化后的金尾矿的“微集料效应”与“火山灰效应”可以在一定程度上增强混凝土强度48。4.1.2加气混凝土加气混凝土是以水泥、石灰、砂、粉煤灰、矿渣、发气剂、气泡稳定剂和调节剂等为主要原料制造的多孔混凝土制品。相比于普通混凝土，具有轻质、保温、隔热等特点53-54，且能耗低。作为一种节能建筑材料，加气混凝土可以加工成板材、砌块和保温制品等墙体材料，发展前景广阔。由于沂南金矿尾矿的 SiO2含量较低，杜辉55用磨细天然砂和粉煤灰粉取代部分沂南低硅金矿尾矿来提高加气混凝土的性能，发现：用磨细天然砂部分取代低硅尾矿时，可生产出干密度等级为 B07、抗压强度达 4.8 MPa 的低硅尾矿加气混凝土；用粉煤灰部分第 3 期杨玮，等：金尾矿资源化利用研究进展 171 取代低硅尾矿时，可生产出干密度等级为 B06、抗压强度达 3.3 MPa 的低硅尾矿加气混凝土。该方法利废率高，成本低，有巨大的经济效益和环境效益，且为低硅金尾矿资源化利用提供了新思路。陈鳌聪等56通过利用脱硫后的金尾矿为原料，在单因素试验的基础上获得制备加气混凝土的最优质量配合比为 m（脱硫金 尾 矿）m（水 泥）m（石 灰）m（石 膏）=5515273；水料比 0.57，发现所制备的加气混凝土性能符合国家标准 GB/T 119682020 规定的A5.0 B06 级的技术要求。陈伟等人57以山东招远金矿的金尾矿为主要原料，通过添加石膏调节加气混凝土的凝结时间、提高坯体前期强度，发现当钙硅比为0.7 时有利于托贝莫来石晶体的形成，加气混凝土制品强度高。许辉58采用压缩空气物理发泡和涡轮搅拌混泡的方法对混凝土加气，用金尾矿取代硅酸盐水泥用量的 15%时制出的加气混凝土 28 d 抗压强度为1.4 MPa，导热系数为 0.119 W/（mK），强度和导热系数均满足干密度为 A05 级的要求，提出了金尾矿轻质加气混凝土实际应用于填充层的新思路。利用金尾矿制备加气混凝土技术逐渐成熟，它的发展将为解决金尾矿堆积提供了一种新途径。但加气混凝土制品的生产和应用问题以及加气混凝土砌体裂纹等问题仍制约着加气混凝土制品的发展。4.2砖4.2.1烧结砖烧结砖是指坯体成型后经高温焙烧而制得的具有一定颜色、致密坚硬的砖。由于具有价格便宜、建筑成本低、综合性能好等优点，烧结砖在建材领域被广泛应用59。然而，制备烧结砖消耗了大量的黏土，不符合节约土地资源与环保的要求。因而，研究人员开始研究黏土的替代产物，以金尾矿为原料来制备烧结砖不仅有利于保护环境，而且节约土地资源，具有显著的经济效益60，具体如表 2 所示。表 2 金尾矿制砖特点Table 2 Characteristics of bricks prepared from gold tailings产品名称原料配比（质量比）最优生产条件强度等级特点参考文献烧结普通砖m（金尾矿）m（泥炭质页岩）=75%25%成型水分16%；成型压力2.5 MPa；烧成温度1 050；烧成周期26 hMU10塑性指数好、烧成线收缩小61烧结空心砖m（金尾矿）m（页岩）=40%60%成型水分17%；成型压力3.0 MPa；烧成温度980；烧成周期30 hMU15质量轻、产品抗压强度好、合格率高62烧结普通砖金尾矿100%成型水分21%；烧成温度1 050；烧成周期/MU30尾矿利用率高、强度高63烧结普通砖m（金尾矿）m（页岩）=90%10%成型水分10%；烧成温度1 050 MU30尾矿利用率较高、强度高64烧结普通砖金尾矿100%成型水分9%；成型压力15 MPa；烧成温度1 050；烧成周期1 hMU10尾矿利用率高、产品合格率高65烧结普通砖m（金尾矿）m（黏土）=65.91%34.09%成型水分24.56%；烧成温度1 030；烧成周期1.75 hMU20尾矿利用率较高、强度较高66 20 世纪 90 年代，邵力等人61探索了金尾矿制备普通烧结砖的可能性，发现当金尾矿与泥炭质页岩质量比例为 75%25%时，可制得烧结普通砖，为我国金尾矿资源化生产提供了新思路。在此基础上，晏拥华等62以山东省某金矿的金尾矿作为研究对象，发现金尾矿用量 40%时，所制烧结砖的抗压强度 25 MPa、饱和系数 0.7、吸水率小于 16%。彭建军等63以白云石质金尾矿，在 1 0001 050 烧结温度下制备出抗压强度大于 30 MPa、吸水率约 20%的烧结砖。贺深阳等64在金尾矿质量掺量为 60%90%范围内，分析了烧结温度 9001 050 对烧结砖性能的影响。杨永刚等65以沂南某金尾矿为研究对象，认为单独用细金尾矿制备烧结砖的最佳工艺为：成型压力 15 MPa，成型水分 9%，干燥后坯体含水率 1%，烧结温度 1 050，保温时间 1 h，且该产品可满足金尾矿完全资源化利用，符合国家的环保和可持续发展战略要求。庄孙宁等66以云南某金尾矿与黏土为原料，借助响应面法来确定最佳焙烧参数：即 m（金尾矿）m（黏土）=65.91%34.09%；在 1 030 焙烧 105 min。烧制的金尾矿烧结砖的抗压强度为 22.73 MPa，吸水率为 13.52%。金尾矿制备烧结砖以尾矿为主要原料掺加黏土或页岩制成砖坯，在 1 000 左右高温下烧结使其内部生成一系列物理化学反应，形成致密的烧结砖。该过程需要在烧结窑中完成，生产过程的能耗较高，因此探索能耗低的烧结工艺是后期研究重点。4.2.2免烧砖与烧结砖不同，免烧砖是以粉煤灰、煤渣、煤矸石等为原料，不经高温焙烧，而按照成品的要求和标准添加一定的助凝剂或化学药剂使其湿度和粒度达 172 矿产保护与利用2023 年标，力学性质和强化程度达到一定要求的成型熟料67。袁健博68以金尾矿和围岩为主要原料 m（金尾矿）m（围岩）=45%30%通过干法养护制备出 28 d 抗压强度为 25.63 MPa 的免烧砖。该配比大量使用了金尾矿和围岩，减少了水泥用量，具有显著的经济效益。汪宗文等69以金尾矿为主要原料来制备免烧砖，发现当 K1 胶结材料与金尾矿质量比例为 16，拌合料用水质量占 10%，在 10 MPa 下液压成型免烧砖 28 d 抗压强度最高。烧结砖需要高能耗、热耗的烧结窑，成本较高且环境不友好。与之相比，免烧砖原料经过搅拌后只需自然养护，工艺简单易行，流水作业，一次压制成型，免烧免蒸，节约大量能源。因此，免烧砖的规模化生产是建材产品绿色可持续发展的重要方向之一。4.3陶粒陶粒是主要是以黏土、页岩、污泥、工业废料等为原料，搀和少量外加剂，经造粒成球在高温下焙烧所制得的颗粒状陶质物70。其表面粗糙而坚硬，外壳呈陶质或致密的釉质，内部具有封闭式细蜂窝状微孔结构71。作为一种优质的轻集料，可以部分或全部取代普通砂石配制陶粒混凝土，在建筑、环保、冶金、化工、石油、农业等部门有着广泛用途72。随着天然砂石资源约束的日益趋紧以及大宗固体废弃物处理压力的增大，陶粒等轻骨料因具有环保利废、轻质高强等优势而重新引起了人们的重视73，其生产原料也由天然黏土、页岩等不可再生资源转向工业尾矿、冶炼尾渣、建筑渣土等固体废弃物74-75。目前尾矿制陶粒的方法通常有烧结陶粒和免烧陶粒 2 种（见表 3）。李岩76以金尾矿、黄河淤沙、氧化铝为基础配料，研究 Co2O3、Cr2O3、Cr2O3-SnO2三种显色元素氧化物制出天蓝色、铬绿色、暗紫红色三种彩色陶粒的最优方案。Park 等77以金尾矿、赤泥和石灰石为原料，采用高温工艺制备陶粒，而后借助 SEM、XRD 等方法，分析了样品的物相组成和微观形貌变化。张大龙等78通过添加水泥发泡剂和水泥泡沫剂来制备金尾矿免烧轻质陶粒，其堆积密度 490 kg/m3、筒压强度 1.55 MPa、1 h 吸水率 1.97%，为金尾矿制备免烧陶粒提供了一定的参考价值。在此基础上，段美学等79发现当m（金尾矿）m（粉煤灰）m（煤粉）=60%40%10%；原料在 450 预热 1 h 后升温至 1 150 焙烧 2 h制得的陶粒综合性能最好。闫传霖80在 1 155 焙烧 2 h 制备得到符合轻集料国家标准的金尾矿烧结陶粒。孙旭东等81以高温氯化挥发法处理后的氰化金尾矿为主要原料，制备出氰化金尾矿利用率为 75%的烧结陶粒。试验的最佳工艺条件为 m（氰化金尾矿）m（膨润土）m（钠长石）m（煤粉）m（氯化钙）=63%7%11%14%5%；原料在 450 预热 30 min 后升温至 1 170 焙烧 40 min。烧制得到的陶粒堆积密度 表 3 金尾矿制备陶粒Table 3 Preparation of ceramide from gold tailings产品名称原料配比（质量比）最优生产条件产品性能产品特点参考文献彩色陶粒金尾矿黄河淤沙氧化铝=73.86%3.99%22.15%天蓝色陶粒的最佳配比为：m（Co2O3）m（MgO）m（ZnO）=386，煤粉添加量为2%预热温度500，预热时间15 min，焙烧温度1 270，焙烧时间25 min堆积密度704 kg/m3，表观密度1421 kg/m3，1 h吸水率7.5%，筒压强度17.8 MPa尾矿利用率高、陶粒强度高76铬绿色陶粒的最佳配比为：m（Cr2O3）m（MgO）m（ZnO）=580，煤粉添加量为2%预热温度500，预热时间15 min，焙烧温度1 150，焙烧时间25 min堆积密度714 kg/m3，表观密度1451 kg/m3，1 h吸水率4.5%，筒压强度13.4 MPa暗紫红色陶粒的最佳配比为：m（Cr2O3）m（SnO2）m（CaCO3）m（H3BO3）=1:15123，煤粉添加量为2%预热温度500，预热时间15 min，焙烧温度1 140，焙烧时间20 min堆积密度934 kg/m3，表观密度1954 kg/m3，1 h吸水率8.5%，筒压强度14.6 MPa免烧轻质陶粒m（金尾矿）m（42.5水泥）m（水泥发泡剂与）m（水泥泡沫剂）=49.5%49.5%1%压力浇注成球，自然环境下喷水养护1 d，在80的蒸汽中养护20 h，丙烯酸防水涂料中浸渍堆积密度512 kg/m3，表观密度931 kg/m3，1 h吸水率2.35%，筒压强度2.184 MPa产品密度低、生产低碳低能耗78烧结陶粒m（金尾矿）m（粉煤灰）m（煤粉）=55.55%39.39%5.05%预热温度450，预热时间60 min，焙烧温度1 155，焙烧时间120 min，堆积密度856 kg/m3，表观密度1632 kg/m3，1 h吸水率5.2%，筒压强度5.95 MPa尾矿利用率较高、陶粒强度较高80烧结陶粒m（金氰化尾矿）m（膨润土）m（钠长石）m（煤粉）m（CaCl2）=63%7%11%145%预热温度450，预热时间30 min，在焙烧温度1 170，焙烧时间40 min堆积密度642.93 kg/m3，1 h吸水率9.45%产品密度低、吸水率高81第 3 期杨玮，等：金尾矿资源化利用研究进展 173 为 642.93 kg/m3、1 h 吸水率为 9.45%，金、银、铜、铅和锌等金属挥发率分别达到 83.02%、65.13%、75.89%、90.65%和 85.34%。该研究为金尾矿的建材化应用提供了重要的参考。烧结陶粒性能优异，但需要对其工艺进行改进，以降低成本与能耗。与烧结陶粒相比，免烧陶粒的工艺能耗低、投资小，但强度低，膨胀系数小，其研究刚刚起步。4.4发泡陶瓷发泡陶瓷以尾矿、长石、石英和黏土等非金属矿物为主要原料，添加特殊的发泡剂，经高温焙烧而成的高气孔率硅酸盐陶瓷材料82。发泡陶瓷具有轻质高强、防火阻燃、保温隔热、防水防潮、隔音降噪等优良性能，兼具施工快速整洁、可循环利用的特点。发泡陶瓷作为一种新型绿色环保建筑材料主要应用于建筑物保温墙体、内外墙装饰等领域83。王亚婕84以金尾矿、铝矾土、煤矸石、轻烧镁粉及炭为原料，在 1 990 保温 1 h 烧制出综合性能优良的发泡陶瓷，为金尾矿的高附加值利用提供了新途径。在此基础上，在发泡温度 1 050 时，朱建平等85烧制出真气孔率 75%、容重 725 kg/m3、强度 4.75 MPa的发泡陶瓷。王志明等86以金尾矿和碱渣为主要原料制备出满足JGT 5062016 尾砂微晶发泡板材及砌块中 Md产品性能指标要求的保温发泡陶瓷。金尾矿生产发泡陶瓷的工艺过程中，烧结温度对其性能具有重要影响，温度过低时 SiC 分解生成气体量不足，气孔较小且分布紧密，真气孔率低，温度过高则会导致坯体内部生成大气孔。除此之外，尾矿掺量及粒径也对发泡陶瓷性能有一定影响。5结语金尾矿具有较大的资源化利用价值，包括综合回收其中有价金属元素与非金属矿物，金尾矿制备充填材料、混凝土、烧结砖、陶粒、泡沫陶瓷等建筑材料，应用前景十分广阔。（1）金尾矿中金属元素的回收大多需要经过预处理，选金中浸出药剂毒性较大，宜关注环保药剂使用相关研究，其他金属和非金属矿物回收中应增强选择性更强的捕收剂研究，提高精矿的品位和回收率。（2）金尾矿用于采区充填是大规模消纳金尾矿的主要途径之一，由于高浓度尾矿浆体黏度大、输送困难、极易堵管，制约了充填工艺的应用和推广。后期应增强外加剂在膏体充填中应用的适应性研究，提高膏体充填的应用范围。（3）金尾矿的成分与广泛应用的建材原料极为相近。在用于混凝土材料生产上应增强其活化技术的研究，提高混凝土强度。加气混凝土的生产上应关注解决其砌体裂纹的问题。制备烧结砖和烧结陶粒由于能耗高制约了其发展，探索低能耗的工艺成为重点。目前免烧砖和免烧陶粒的相关研究较少，后期应成为金尾矿制备建筑材料的研究重点。（4）金尾矿生产泡沫陶瓷等高附加值利用是当前的研究热点。重点在于确保产品性能的同时，通过降低成本，节约能耗，加深理论研究和实验，加快实际生产投入，并在实践中不断进行工艺的简化和原料的优化。同时，应加强选金尾矿综合利用相关标准和规范的完善，推动产品的市场化和规模化应用。（5）相比于其他金属矿种，金矿生产存在尾矿产率高的特性，如何实现其高附加值且大规模消纳必是其资源化利用的关键研究方向。参考文献：佚名.全国矿产资源储量统计表R.北京：自然资源部,2021.YI M.Statistical table of national mineral resources reservesR.Beijing:Ministry of Natural Resources,2021.1 佚名.2022年中国尾矿综合利用行业全景分析Z.智研咨询(.),2022.ANONYMITY.Panoramic analysis of the comprehensive utilization ofChinese tailings industry in 2022Z.Zhiyan Consulting(.),2022.2 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