康家湾铅锌矿废石及尾砂综合利用初探

杨朝君，袁洪刚，安冠峰

（1.湖南省水口山有色金属有限公司矿山项目办，湖南 衡阳 421513；2.湖南省水口山有色金属有限公司康家湾矿，湖南 衡阳 421513）

1 研究背景及意义

近年来，随着经济的发展对矿产资源的需求也在不断增大，国内金属矿的开发速度随之得到了迅速的增长。矿产开发过程中，矿山井巷开拓与矿石回采不可避免的要产生大量的废石；在选矿时，还要产生大量的尾砂。有资料表明，目前全国共有尾矿200亿吨以上，并且每年以10亿吨的幅度增长[1]。因此，矿山产生的大量废石和尾砂，如果处理不当，伴随而来的是环境污染及安全的问题[2]。

矿山的废石与尾砂，既是资源，又是污染源。当前，许多矿山都在探索，寻求解决途径[3]。国家也出台了矿山绿色发展的相应政策，并且提出了要合理开发、资源综合利用[4]；要求大量减少废弃物，注重保护环境及绿色高质量发展。因此研究矿山废石和尾砂合理的处理方式是有现实意义的。

本文通过对水口山有色金属有限公司康家湾矿的废石和尾砂处理实践经验进行介绍，希望对同类矿山能有所启发，在未来能对资源综合利用、矿山生产安全、环境保护产生积极影响。

2 康家湾矿概述

水口山有色金属集团有限公司是一个有120余年开采历史，集采、选、冶的大型国有企业，主要生产铅、锌、金、银、锑、铋等有色金属。隶属于中国五矿集团下属的湖南有色金属控股集团。位于湖南省衡阳市水口山镇境内，距衡阳市区39公里，水口山曾被誉为“世界铅都”。

康家湾铅锌金银矿是水口山公司下辖，国内少有的铅锌金银多金属矿，是以生产金、银、铅、锌、硫为主的中型地下开采矿山，保有资源储量丰富、有价元素多，矿石价值高,具有较大的开发利用价值。

2.1 研究问题的由来

水口山斋家冲尾矿库始建于1979年，设计总库容613×104m3，目前已使用库容约570×104m3，限趋于饱和，已接近服务年，扩容的可能性小，因此为降低尾矿库压力，延长尾矿库使用年限，保障矿山持续生产，必须大幅减少或完全停止尾砂输入尾矿库，就要对尾砂综合利用进行研究，本问题是亟待解决的。

2.2 康家湾矿废石与尾砂来源

废石：主要来源为井巷开拓时掘进产生的废石，掘进月进尺1500m，按照平均断面6m2,废石平均密度2.69t/m3计算，每年可产生废石29.05万吨。

尾砂：按照5.0×105t原矿量，抛废率10%，尾砂产率70%计算，预选抛废可产生碎石5.0×104t，选矿产生尾砂31.5×104t。经计算，康家湾矿废石和尾砂年产量可为65.55万吨，结果可见表1。

表1 康家湾矿废石和尾砂年产量

2.3 康家湾废石及尾砂的性质特征

（1）废石：康家湾矿的矿体主要赋存在硅化破碎带（QB）和栖霞组（P1q）、壶天群（C2+3）地层中，矿体的围岩主要为硅化角砾岩或碳酸盐类岩石，因此，废石主要以石炭系中上统壶天群（C2+3）的白云质灰岩、白云岩，二叠系下统栖霞组（P1q）灰岩、泥灰岩含少量燧石结核；硅化破碎带（QB）的硅质角砾岩，及少量的（J1g）灰黑色炭质细砂岩及页岩。

通过酸浸、水浸实验，对康家湾矿井下废石进行毒性检测，结果表明，各项指标均远低于标准值，结果见表2、表3酸浸实验（ND表示未检测出）。

表2 井下废石酸浸毒性鉴别实验结果

表3 井下废石水浸毒性鉴别实验结果

ND mg/L 0.1总铬 ND mg/L 1.5六价铬 ND mg/L 0.5砷 0.0051 mg/L 0.5铅ND mg/L 1镍ND mg/L 1银0.5镉

按照GB6566-2010《建筑材料核放射性核素限量》对康家湾矿的废石做放射性检测检测，结果见表4。

表4 选厂尾砂放射性检测检测

（2）选厂尾砂：用重量法测定尾矿真比重为2.75。采用筛析和激光粒度分析仪测定尾矿颗粒的粒度分布，全尾矿粒径分级：0.074mm（200目）以下占69.63%，0.038mm（400目）以下占53.95%，属较细尾矿，矿石粒度分布结果见表5。

表5 矿石粒度分布

尾矿的主要组分是富含SiO2、CaCO3、Al2O3等资源矿物，通过X荧光分析对尾砂组分检测[5]，检测结果见表6。

康家湾矿选厂尾砂，按照工业废弃物标准进行毒性浸出实验，实验结果见表7。

表6 尾砂成分分析

表7 康家湾矿尾砂毒性鉴别实验结果

按照GB6566-2010《建筑材料核放射性核素限量》对选厂尾砂放射性检测检测，结果见表8。

表8 选厂尾砂放射性检测检测

3 康家湾矿废石及尾砂的处理方式

康家湾矿废石、尾砂经过毒性、放射性实验检测，为Ⅰ类一般固体废弃物。为将废石和尾砂资源化综合利用，把开拓和回采过程产生的废石出售给附近建材企业[6]；选厂预选抛废产生的碎石与压滤后的尾砂，全部出售给衡阳市内的建材企业，制作建筑材料。剩余的废石与选厂多余尾砂全部充填到井下采空区。通过以上方式可将矿山采、选过程中产生的废石及尾砂全部综合利用，实现采、选废石与尾砂零排放。

3.1 将尾砂充填至井下采空区

正常生产过程中，每年有5.0×105t/a的矿石产出，所产生的采空区需要进行充填，因此，年平均可充填采空区体积为：

图1 废石和尾砂平衡图

式中：Vn—年平均可充填采空区体积，m³/a；Vk—年回采的矿石量，t/a；

Z—充采比，Z=1；γK—矿石体重，3.03t/m³。

则年井下平均可充填量Qt=Vn×γt=45.38×104t/a。

γt—尾砂体重，2.75t/m³

充填能力验算：

康家湾矿目前对井下空区采用全尾砂胶结充填，矿山已建有一座充填站，站内有2座立式砂仓和1座水泥仓，每座砂仓有效容积为750m3，水泥仓的有效容积为110m3[7]。充填料浆浓度约为45%，充填站内制浆量为68.14m3/h，造浆能力约54万m3/a，因低浓度料浆泌水率高，充填体的体积沉缩率经实验测定为36.14%。该充填系统工作制度为330天/年，每天2班，每班8小时。

因此，充填系统，可完成的充填实际体积为68.14×(1-36.14%)=43.5m3/h，考虑系统出勤率80%，年实际充填能力约为18.37×104m3/a。

充填系统的能力Q’=18.37×104m3/a×γt=50.53×104t/a，大于每年井下平均需要的同天梁，是满足生产需求的。

因此，井下每年充填量取45.38×104t/a。

3.2 将废石与部分尾砂外销制建材

尾矿的主要组分是SiO2、Al2O3、CaCO3等资源矿物，目前尾砂生产建筑材料已有一些成熟技术，可以通过现有的成熟工艺生产若干种建筑材料。

且康家湾矿的废石与尾砂，通过毒性与辐射性实验，结果表明，可满足建材行业要求。因尾砂与废石制作的建材产品附加值低，销售半径小，所以康家湾矿决定就地销售给附近建材制造企业。

3.3 废石与尾砂平衡

目前康家湾矿年产废石与尾砂约65.55万吨，目前我公司已与附近建材企业签订合同，可年外销井下废石15万吨、预选抛废碎石5万吨、尾砂20万吨。将剩余14.05万吨废石和11.5万吨的尾砂充填到井下采空区，井下充填能力为45.38万吨。

因此，康家湾矿通过尾砂综合利用，尾砂与废石的整体消化能力大于年产量，满足生产需求，解决了未来尾砂堆存的现实问题。

4 结论

（1）实现了对采、选过程产生的废石与尾砂的综合利用，将废物资源化，用于制作建材，节省了矿产资源，有较好的社会效益。

（2）不需新增尾矿库，减少了对土地的占用，以及因此带来的环境与安全问题；接近了矿山无废开采的目标，助力矿山绿色高质量发展，有良好的生态环境效益。

（3）通过废物资源再利用，将尾砂和废石变废为宝实现资源综合利用，提高了资源利用率，实现资源效益最佳化，经测算，每年可增加821.5万销售收入，有一定的经济效益。

（4）通过对采空区尾砂充填与尾砂压滤后出售，实现了尾砂零排放，解决了康家湾尾砂堆存的现实问题，保障矿山持续发展。

（5）不足，康家湾矿部分尾砂含金品位仍在0.5g/t以上,未做相关的研究。未来，可通过尾砂再选金等问题的研究，提高金及其它有价金属的回收和利用率。