铜尾矿又称铜尾砂,是指以开采铜矿资源为主的矿山经过选矿工艺处理后,将矿石中有用的成分筛选后剩余的固体废料。随着矿产资源被开发,矿渣、固体废料排放量日益增加,导致大量尾矿堆积。1994—2007年,全国铜尾矿的排放总量约为24亿t,2007—2013年,全国铜尾矿的排放总量达到19.9亿t,且年产出量呈逐年递增的趋势。
铜尾矿的二次利用不仅可以减少由于铜尾矿大量排放带来的环境污染问题,还能有效提高铜尾矿资源化的利用率,最大限度地减少资源浪费,有效降低生产成本、改善生态环境。
由于不同地区的铜尾矿物理性质、矿物组成、化学性质等方面存在差异,分析仪器在铜尾矿再利用中起着关键作用,它们用于监测、控制和优化铜尾矿的处理过程,以提高铜回收率和减少环境影响。以下是分析仪器在铜尾矿再利用中的一些关键应用:
X射线荧光光谱仪(XRF):XRF仪器可以用于分析尾矿中各种元素的含量。通过了解尾矿中其他金属元素的含量,可以更好地决定铜提取的最佳方式。
压力、温度和流量监测:监测处理过程中的压力、温度和流量是确保操作在安全和有效范围内的关键。相应的仪器可以监测这些参数,以确保操作符合规范。
X射线衍射仪(XRD):XRD仪器可用于分析尾矿中的矿物组成,这对于确定适当的浸出和提取方法以及优化过程参数非常重要。
环境监测:分析仪器还用于监测废水、废渣和气体排放,以确保尾矿处理过程对环境的影响得到控制。
总的来说,分析仪器在不同的尾矿再利用领域至关重要,其有助于优化处理过程、提高回收率、降低生产成本、减少环境影响以及确保操作的安全性和合规性。
近年来,随着相关部门加大对尾矿资源化利用的政策扶持力度,铜尾矿在回选有价金属、制备建筑材料及其他新材料等方面已取得较多成果。
(1)铜尾矿用于矿井回选
采矿区回选是目前被认为直接利用铜尾矿最有效的方法之一。该方法具有来源充足、物流快速和就地取材等优点,并且还能省掉增建、扩建尾矿库的费用。我国矿山的土地复垦工作起步较晚,直到1980年后期这项工作才开始加快。目前,欧洲部分发达国家采用无废料生产标准进行采矿作业以及后期加工处理,对尾矿的利用能效可达60%,而我国的尾矿利用能效只有18.9%。除此以外,我国还存在着回选工艺的发展难以跟上铜尾矿的开采需求、低附加值的快速增长、研究成果难以转化为实际应用、存在二次污染等问题。
环境监测
(2)铜尾矿中有价金属回收
对于铜尾矿而言,其二次利用方式有还原剂还原焙烧-磨矿-磁选工艺、浮选和浸出工艺。还原焙烧-磨矿-磁选工艺是通过还原剂将铜尾矿中的铜和铁等金属还原成金属单质,再将其磨细,最后利用磁选进行回收;浮选可通过采用不同工序和药剂实现铜尾矿中有用组分的二次选别;化学浸出工艺可以实现铜尾矿中的多种有价金属的回收利用。
(3)铜尾矿用于生产水泥
铜尾矿具有水泥生产所需的多种矿物成分,且粒度细、类型多,作为水泥生产用原料,因其粒度细小,用于水泥生产可减少破碎、粉磨成本。另外,铜尾矿中含有Fe、Cu、Zn等微量元素,可用作水泥复合矿化剂,这些微量元素不仅可以降低烧成温度,还能改善制品的性能。因此,与黏土等原料相比,具有较大优势。目前,国内已对利用铜尾矿煅烧生产水泥做了大量工作。大部分研究结果表明,在水泥生料中单独掺入或混合掺入铜尾矿时,可有效提高水泥熟料的质量和产量,并且能够降低烧成能耗。
(4)铜尾矿制备微晶玻璃
不同产地的铜尾矿化学组成波动较大,其主要化学成分为SiO2,还含有大量的Al2O3和Fe2O3,除此之外,仍有少量的CaO、K2O以及Na2O等化学成分。根据铜尾矿化学组成的特征,利用铜尾矿制备微晶玻璃通常选择CaO-Fe2O3-SiO2及CaO-Al2O3-SiO2体系作为配料的依据。
(6)铜尾矿生产陶瓷
建筑陶瓷通常为烧结制品,从陶瓷的形成条件看,它对坯料的化学组分要求不高,一般能够满足成型条件,任何成分系统均可能形成陶瓷材料。尾矿中含有大量的硅酸盐矿物,富含SiO2和Al2O3,此外还含有Fe2O3、CaO、Na2O和K2O等低熔点成分,具有作为陶瓷坯体瘠原料和熔剂原料的基础,可生产尾矿釉面砖等陶瓷制品。利用尾矿生产陶瓷制品,不但可以充分利用废弃尾矿,缓解对生态环境的破坏,还可大大改善陶瓷材料的隔音、隔热性能。