我国铅锌尾矿综合利用研究现状及其开发利用意义

我国铅锌浮选尾矿堆存量大,综合利用率低,存在环境污染风险与安全隐患。为推动铅锌尾矿开发利用的技术进步与实践生产,本文系统梳理我国铅锌尾矿资源化利用的研究进展,概述尾矿再选利用与尾矿再加工利用制备水泥、砖、微晶玻璃和胶凝材料等综合利用方法和途径,并重点比较两种方法的优缺点,尾矿再选利用可对其中有价金属提取富集,但成本较高且工艺复杂,且再选后仍存在大量尾矿。而铅锌尾矿中含有硅(Si)、钙(Ca)、铝(Al)和铁(Fe)等氧化矿物可替代黏土、页岩和水泥等原材料通过再加工制备高附加产值的材料,可实现对铅锌尾矿的大量消纳且成本低廉。提出建议提前做好矿区尾矿经济价值评价,以加强对铅锌尾矿的绿色再加工利用,以期实现对矿山尾矿的资源化、无害化和减量化利用。

铅锌尾矿/电石渣基加气混凝土的组成及结构

为了综合利用固体废弃物,以铅锌尾矿和电石渣为原料制备加气混凝土(AAC)。综合应用宏观与微观的分析方法,研究了铅锌尾矿的细度和掺量对加气混凝土性能的影响,以及不同养护阶段加气混凝土的物相组成、微观结构和蒸压反应机理。结果表明:随着铅锌尾矿细度减小,料浆的流动性提高,水化反应速度加快。但细度过小,易导致料浆过稠,影响加气混凝土良好气孔结构形成和性能;铅锌尾矿掺量过大,体系内未反应的铅锌尾矿残余颗粒堆积增多,颗粒间缝隙减小,影响了水化产物的生长和结晶,导致加气混凝土制品性能下降;当铅锌尾矿比表面积为420 m^(2)/kg、掺量为63%(质量分数)时,加气混凝土的绝干密度和抗压强度分别为590 kg/m^(3)、4.98 MPa,达到了《蒸压加气混凝土砌块》(GB/T 11968-2020)规定的A3.5、B06级加气混凝土合格品的要求。静停养护前加气混凝土坯体内水化产物为C-S-H凝胶和钙矾石(AFt),经静停和蒸压养护后AFt分解,主要水化产物为C-S-H凝胶和托贝莫来石。

铅锌尾矿的资源化综合利用研究进展

铅锌尾矿是浮选铅、锌过程中的主要固体废弃物,主要分为硅酸盐型尾矿和碳酸盐型尾矿。我国是世界铅锌生产大国,铅锌尾矿堆存总量已达到5亿t,综合利用率却不到20%,大量堆存在尾矿库中不仅占用宝贵的空间土地资源,还会带来严重的安全问题和环境污染隐患,探索铅锌尾矿的综合利用途径已迫在眉睫。近年来,随着我国资源行业发展转型升级,有关铅锌尾矿综合利用的基础研究、技术开发和产业化发展工作日益完善,取得显著成效。本文从铅锌尾矿有价组分回收、铅锌尾矿充填地下采空区和铅锌尾矿建材化综合利用三个方面介绍了近年来有关铅锌尾矿消纳和资源化综合利用的研究成果,以期为铅锌尾矿资源化综合利用的相关研究提供参考。

铅锌尾矿固废基胶凝材料固化土壤重金属试验研究

铅锌尾矿是铅锌矿经选矿后产生的固体废弃物,因含有重金属等有害成分,有必要对其进行安全处置。以铅锌尾矿和固废基胶凝材料为固化剂,对某矿区土壤中重金属进行稳定固化。探究了不同尾矿浆质量分数和不同灰砂比条件下固化体的浸出毒性和抗压强度变化规律,通过XRD分析了最佳配比固化体的物相组成和微观形貌特征,进一步探讨了固废基胶凝材料稳定固化土壤中重金属的内在机理,研究结果表明:矿浆质量分数为60%、灰砂比为1∶24时的固化体试块抗压强度最高,固化效果最佳;固化体试块基体中形成了C-S-H凝胶、C-A-S-H凝胶和N-A-S-H凝胶等水化产物,这种非晶相的形成是固化体试块中致密结构形成的主要原因,亦是固化重金属离子的机理所在。研究成果可为铅锌尾矿无害化和资源化利用提供科学依据。

某铅锌尾矿综合回收重晶石

铅锌尾矿矿样中主要有价矿物为黄铁矿和重晶石,含少量闪锌矿、方铅矿、灰硫砷铅矿、维硫锑铅矿、针硫锑铅矿等金属硫化物;脉石矿物主要为白云石,少量石英、云母、长石等。主要矿物组成:重晶石约占15%、白云石66%、黄铁矿16%、闪锌矿0.4%、方铅矿0.1%。矿样中BaSO_(4)含量为13.84%,CaCO_(3)、MgCO_(3)含量较高,分别为31.16%、23.69%,白云石可浮性与重晶石相似,因此该矿样为低品位难选重晶石矿。针对该矿石,采用浮选方案进行了实验室小型闭路试验和半工业试验,针对BaSO_(4)品位为16.65%的铅锌尾矿矿样,小型闭路试验获得了产率为10.73%、BaSO_(4)品位为91.27%、作业回收率为70.25%的重晶石精矿;针对含BaSO_(4)16.89%的矿样,半工业试验获得了产率为8.72%、BaSO_(4)品位为95.31%、作业回收率为49.20%的重晶石精矿1和产率为3.59%、BaSO_(4)品位为84.22%、作业回收率为17.90%重晶石精矿2,重晶石总精矿产率为12.31%,BaSO_(4)品位为92.08%、作业回收率为67.10%。半工业试验技术指标和小型试验指标基本吻合,半工业试验结果很好地验证了小型试验结果的可靠性和稳定性,为下一步工业试验及生产打下了基础。

花垣铅锌尾矿废弃地地枇杷斑块不同演替阶段土壤微生物群落变化

本研究以花垣铅锌尾矿废弃地的裸尾矿地为对照CK,地枇杷斑块不同演替阶段(地枇杷斑块Y、地枇杷 + 草本植物斑块M和地枇杷 + 草本 + 木本植物斑块O)为研究对象,测定不同演替阶段地枇杷斑块的土壤理化性质,采用土壤细菌16S rDNA和真菌ITS高通量测序方法分析了不同演替斑块的土壤细菌和真菌群落多样性和结构变化,探讨了细菌和真菌群落结构和多样性与土壤养分的相关性。结果表明:与裸尾矿(CK)相比,随地枇杷斑块演替的正向进行,1) 尾矿的总磷(TP)、有效磷(AP)、总氮(TN)、氨态氮(AN)、有机质(OM)和含水量均显著增加,土壤容重则表现为先增后降;2) 尾矿废弃地土壤细菌和真菌群落多样性逐渐增加,但不同演替阶段之间无显著差异;3) 土壤细菌优势门主要为变形菌门、蓝细菌门、放线菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、芽单胞菌门、Saccharibacteria、栖热菌门(相对丰度 > 10%),真菌优势门为子囊菌门和担子菌门,酸杆菌门和变形菌门相对丰度增加,蓝细菌门和疣微菌门相对丰度逐渐降低,子囊菌门虽然呈现先降后升趋势,但不同演替阶段之间并无显著差异。4) Pearson相关性分析表明,细菌群落多样性和真菌群落物种数是影响尾矿土壤养分累积的主要因素,变形菌门尤其是α-变形菌纲以及被孢霉门是尾矿土壤养分累积的关键类群。结论:随着地枇杷斑块的正向演替,尾矿土壤微生物群落结构产生了显著变化,蓝细菌门和疣微菌门相对丰度逐渐降低,变形菌门相对丰度增加,在演替后期产生了新的真菌类群球囊菌门和壶菌门,从而有效地促进了尾矿废弃地土壤养分的累积。本研究结果可进一步为利用地枇杷进行铅锌尾矿废弃地的生态恢复提供实验数据支持。

某铅锌尾矿回收氧化锌选矿试验研究

云南某铅锌尾矿锌含量为6.89%,其中硫化锌占17.28%,氧化锌占82.72%,硫化锌矿物主要为闪锌矿,氧化锌矿物大部分为菱锌矿,少量为异极矿。为了回收该尾矿中的锌,进行了大量的试验研究。结果表明,该尾矿适宜采用“先硫后氧(氧化锌浮选前采用重浮联合作业脱泥)”流程回收锌,闭路试验最终可获得锌品位30.87%的硫化锌精矿、锌品位25.96%的氧化锌精矿和锌品位13.94%的浮选矿泥,三者合计锌品位为23.43%,锌总回收率为81.68%。重浮联合脱泥实现了矿泥的高效稳定脱除,为氧化锌的浮选回收创造了良好的矿浆环境,可以保证获得较高品位的硫化锌精矿和氧化锌精矿,同时得到较低品位的浮选矿泥,较大限度地回收了氧化锌矿石中的锌资源,对难选氧化锌资源开发利用具有重要的实际意义。

花垣铅锌尾矿废弃地地枇杷根际土壤细菌群落演替及功能预测

看护植物介导的微斑块变化是尾矿废弃地等退化生态系统恢复过程中的活跃成分。以铅锌尾矿废弃地裸地为对照(CK),不同演替阶段的地枇杷斑块(初期Y、中期M和后期O)为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对不同演替过程中地枇杷根际土壤细菌数据进行数据挖掘和分析,运用PISCRUSt2功能预测分析探讨了铅锌尾矿废弃地上不同演替过程中地枇杷根际细菌群落变化及碳、氮和磷代谢特征。结果表明:1) 根际细菌优势门主要为变形菌门、蓝细菌门、绿弯菌门和放线菌门等,随着演替正向进行,蓝细菌门和绿弯菌门相对丰度逐渐降低,变形菌门和放线菌门相对丰度增加。优势属类群中鞘脂单胞菌属、Gaiella属、硫杆菌属和短波单胞菌属等的相对丰度逐渐降低,与之相反,红杆菌属、假单胞菌属、木洞菌属、慢生根瘤菌属和玫瑰单胞菌属的相对丰度则逐渐增加,典型对应分析(CCA)结果显示,有效磷(AP)和总磷(TP)与根际细菌物种分布的决定系数R2分别为0.8507 (P = 0.001)和0.9373 (P = 0.001);2) 参与碳固定的6条途径中,以3-羟基丙酸双循环的总关键基因丰度最高,其次为卡尔文循环,随演替正向进行,根际细菌固碳潜力逐渐增加;3) 参与固氮反应的功能酶基因丰度以Y阶段最高,硝化反应的功能酶基因丰度随演替正向进行而逐渐增加,参与N代谢的所有功能基因中异化性硝酸盐还原反应(DNRA)的基因丰度最高,并在O阶段达到最大;4) 有机磷矿化与无机磷溶解的基因丰度均随演替正向进行而逐渐增加,有机磷运输基因丰度随演替正向进行而增加,但无机磷酸盐运输的基因总丰度却显著高于前者。综上所述,随着地枇杷斑块演替的正向进行,地枇杷根际土壤细菌的群落结构与组成发生了显著变化,TP和AP是这种变化的关键环境因子,根际土壤细菌群落以3-羟基丙酸双循环途径为主要的固碳方式,硝态氮还原以DNRA为主,使尾矿废弃地的土壤质量得到明显改善,然而以无机磷酸盐同化为主要方式的P代谢特征表明尾矿废弃地以地枇杷为主的斑块演替仍处于生态演替的初级阶段。

西南地区铅锌尾矿重金属与残留选矿药剂污染特征

铅锌矿是我国西南地区重要的矿产资源,伴随着铅锌矿山的开采,越来越多的尾矿排入尾矿库进入外环境,重金属和选矿药剂在尾矿库内逐渐累积,容易对周边环境产生威胁。通过分析西南地区三个不同类型尾矿中的重金属含量、重金属形态分布和选矿药剂含量差异,探究不同类型的铅锌尾矿库中重金属与选矿药剂污染特征。结果表明,硫化矿尾矿库与氧化矿尾矿库中重金属形态分布存在差异,尾矿库停用后,选矿药剂有深层迁移的趋势。铅锌尾矿库内重金属和选矿药剂的复合污染需要引起人们重视,本研究可为铅锌尾矿库污染防治提供参考。

铅锌尾矿中砷的迁移转化特征对比分析

对三铅锌尾矿中砷的含量、形态、环境风险进行分析评价,并结合产酸试验和静态浸出试验研究砷在各铅锌尾矿中的迁移转化特征和影响因素差异。结果表明:1)调查尾矿中砷含量较高,同时砷的形态有明显差异,其中SXD尾矿99%以上为残渣态,而MY尾矿中砷的非残渣态占到54%以上,TD尾矿中虽然残渣态砷占到88%,但由于尾矿中砷含量很高,故其非残渣态总量也较高。2)调查各铅锌尾矿中的砷具有中-重度生态危害,对此类尾矿库后期利用不能直接进行用于农用地用途的开荒复垦,将对农产品带来严重风险。3)结合砷的总量、生物有效性形态、产酸特性和砷的浸出率综合分析,MY尾矿在各尾矿中砷的含量高、活性最高、生物可利用性强,同时该尾矿含硫高,极易产酸,在酸性条件下尾矿中砷的可移动性加强,因而其砷的潜在生态环境风险最高;SXD尾矿砷含量最低,且尾矿中活性砷含量最低、生物可利用性不强,但由于其易产酸特性,在AMD作用下尾矿中砷的可移动性增强,生态环境风险加剧;TD尾矿砷含量最高,同时也具备相当高占比的活性态砷,但是由于其含硫低,酸缓冲能力强,属于不易产酸的尾矿,因而在一定程度上抑制了尾矿中活性砷的迁移转化,但在强碱性条件下,会促进尾矿中相对稳定的硫化砷溶解、解吸,从而向外环境迁移。4)对于不同类型铅锌尾矿中砷污染的防控或生态修复要结合尾矿产酸特性和赋存砷的生物有效性,采取不同的抑酸或固化/稳定化措施;同时考虑到在西南地区地表径流和垂直入渗是砷污染迁移的主要途径,因而必须加强尾矿库的规范设计、建设与管理,必要时采取阻隔措施。

铅锌尾矿微粉在干混砂浆中的应用研究

江西某铅锌尾矿经球磨后形成不同比表面的铅锌尾矿微粉,文中通过掺入一定量的化学激发剂,制成改性后的铅锌尾矿微粉,替代粉煤灰应用于M7.5干混抹灰砂浆中。试验结果表明,铅锌尾矿微粉的适宜粉磨时间为8 min,通过加入1.0%的硅酸盐激发剂改性后,可提高铅锌尾矿微粉的化学活性和需水比。铅锌尾矿微粉掺入砂浆中,对干混砂浆的稠度、保水率几乎没有影响,当铅锌尾矿微粉掺量在50%以上时,小幅降低砂浆的凝结时间和强度并降低砂浆的粘聚性,但仍满足砂浆的性能要求。

利用铅锌尾矿制备低碳混凝土试验研究

基于黄氏致密配比理论与火山灰材料应用的双重设计理念,旨在利用铅锌尾矿制备低碳混凝土。为评估混凝土性能,进行了抗压强度试验、冻融试验、抗硫酸盐侵蚀试验及有毒物浸出检测。结果显示,通过调整火山灰材料掺量,铅锌尾矿的耐久性得以满足,并使混凝土无害化。本研究不仅达到节约资源的目的,还满足了混凝土的安全性、耐久性、工作性、经济性和生态性要求。

华南铅锌尾矿生态恢复的理论与实践

介绍了近年来有关华南地区 5个铅锌尾矿生态恢复研究领域的主要研究成果。内容包括 :铅锌尾矿的理化性质和影响植物定居的限制因子 ;尾矿酸化的预测与控制 ;尾矿的基质改良 ;尾矿自然定居植物的生态对策 ;重金属耐性植物的筛选与耐性机理 ;豆科植物在废弃地植被恢复中的作用 ;尾矿湿地系统的重建及其废水处理效率 ;土壤种子库在尾矿生态恢复中的作用 ;尾矿植被恢复的野外中试研究等。同时 ,也讨论了尾矿废弃地生态恢复的未来研究方向。

不同改良剂对铅锌尾矿污染土壤中灯心草生长及重金属积累特性的影响

通过盆栽试验研究了铅锌尾矿污染土壤上施用钙镁磷肥、海泡石、碳酸钙和有机肥等4种改良剂对灯心草生长发育和产量以及重金属元素Cu、Cd、Pb、Zn积累特性的影响,并分析了施用改良剂后土壤pH值和土壤中有效态重金属含量的变化。结果表明,与对照比较,不同改良剂及其不同施用水平均能不同程度地提高土壤pH值,降低土壤中有效态重金属含量,从而显著地抑制了Cu、Cd、Pb向灯心草地上部的转移,降低了重金属在灯心草地上部植株中的积累,改善了灯心草的生长和发育,增产效果达到极显著水平(P<0.01)。改良剂的施用显著地抑制了灯心草地下部对Cd、Pb、Zn的积累,但对Cu则表现出促进作用。改良剂的不同处理间存在显著差异。总体来看,当土壤中钙镁磷肥、碳酸钙、海泡石和有机肥施用量分别为80、40、40、80g·kg-1时改良效果最佳。

引入土壤种子库对铅锌尾矿废弃地植被恢复的作用

检测了丢荒旱作地土壤种子库，其种子含量为（６８５０±３７７）·ｍ－２，共有４１种植物。其中９２．７％的种和 ７５． ８％的种子是分布在 ０～２ ｃｍ的表层中。从丢荒旱作地采挖 １０ ｃｍ深的表层土壤，以 １ｃｍ， ２ ｃｍ， ４ ｃｍ和 ８ ｃｍ 等４种不同厚度分别铺放在铅锌矿尾矿废弃地试验小区上。尽管由于铺土厚度不同，各小区所含有的土壤种子库 中的种子数量也不同，但４种铺土处理试验，其幼苗平均数量分别为每平方米８８３± ４３４，９９５± １５８，１２４２± ３２７ 和８０３±３１株，经检验差异不显著，而不铺放表土的对照区则没有幼苗生长。可见，如果仅仅是作为提供种子资源 而引入土壤种子库，则铺放 １ｃｍ的表土就已足够。然而，经过１年以后，在铺放表土厚度为１ｃｍ， ２ ｃｍ和 ４ ｃｍ处 理上的幼苗全部死亡，只有铺放 ８ ｃｍ厚度表土的小区上实现了植被恢复，共有 １５种植物成功定居，其中有 １１种开 花结果，盖度达１００％。这说明了较薄的表土不足以有效阻隔尾矿与大气的接触，减缓酸化，以及缓冲尾矿酸化的影 响，此外较薄的表土也无法提供植物根系足够的生长空间。因此，如能预先铺放一层阻隔层，如底土、馀坭、垃圾之 类。

EDTA调控下灯心草和龙须草对铅锌尾矿污染土壤的修复潜力

采用盆栽试验，研究了不同质量摩尔浓度EDTA（b（EDTA））调控下灯心草和龙须草对铅锌尾矿污染土壤的修复潜力．结果表明：当b（EDTA）为0．125-2．000mmol／kg时能显著促进生长在铅锌尾矿污染土壤中灯心草和龙须草地上部生物量的增产，分别在0．500和1．000mmol／kg时达到最大值．EDTA对2种草地上部生物量的影响大于地下部，分别通过影响株高和分蘖数实现，且对灯心草的影响程度大于龙须草．添加EDTA可以显著提高2种草对各重金属的富集能力，尤其以Pb，Cu最为明显．同时发现，EDTA对植物积累重金属能力的促进作用存在植物种类和重金属元素种类之间的差异．灯心草和龙须草分别在重金属积累、转运和生物量上存在优势，在EDTA调控下将2种植物合理搭配种植在铅锌尾矿污染土壤中能取得良好的重金属去除效果。

凡口铅锌尾矿影响植物定居的主要因素分析

通过温室栽培和野外调查 ,分析了凡口铅锌尾矿影响植物定居的主要因素 .结果表明 ,铅锌尾矿的Pb、Zn、Cu和Cd的总量分别达 3430 0、3650 0、2 1 5和 82 .6mg·kg- 1 ;有效态的Pb、Zn、Cu和Cd分别为 1 .5、1 963、0 .71和 8.0 3mg·kg- 1 .在栽培试验中 ,重金属毒性严重抑制格拉姆柱花草 (Stylosanthesguianensis)根系的活力 ,使得植物无法利用无机养分 ,并可导致明显的白化症状 ,从而严重影响格拉姆柱花草的生长 ,无论在野外或在室内实验条件下 ,有效态Zn和Cd都与植物的生长呈显著负相关 ,重金属毒性 ,尤其是有效态Zn和Cd的毒性是凡口铅锌尾矿影响植物定居的限制因子 .

乐昌铅锌尾矿的酸化及重金属溶出的淋溶实验研究

利用淋溶实验，研究了乐昌铅锌尾矿的酸化及其对重金属溶出的影响。结果表明：高硫和中硫尾矿因含很高的有效硫（分别为２０．４％和１５．９％），在尾矿的堆放过程中会发生酸化，发生酸化的时间在第５１周左右，低硫尾矿（有效硫为７．２％）在短期内不会发生酸化。尾矿发生酸化后，将促进其中盐份的溶解，从而使得Ｐｂ、Ｚｎ和Ｃｕ等重金属的溶出增高。

蘑菇渣作为改良剂对铅锌尾矿改良效果研究

采用盆栽试验,在铅锌尾矿中分别加入0、1%、5%、10%和20%的蘑菇渣,研究不同比例蘑菇渣对黑麦草(Lolium perenne L.)生长及铅锌尾矿基质改良效果的影响。结果表明,添加蘑菇渣改良处理后,尾矿基质中铵态氮、速效磷和有机质分别增加了0.4～5.1、0.3～3.4和0.4～4.7倍;尾矿重金属DTPA-Cd、DTPA-Pb和DTPA-Zn分别下降了52.6%～81.6%、25.5%～35.4%和25.4%～60.2%;土壤脱氢酶活性增长了1.2～8.0倍,β-葡萄糖苷酶活性增长了2.7～5.6倍,脲酶活性增长了1.1～2.2倍,磷酸酶活性增长了0～0.8倍。尾矿理化性质的改善促进了黑麦草的生长,与对照相比,黑麦草总生物量分别增长了0.8、2.3、2.6、2.7倍。统计分析表明,蘑菇渣添加量为5%～10%(相当于30～60 t·hm-2)时尾矿改良效果较好、植物生物量大,可作为蘑菇渣改良铅锌尾矿基质的配比模式。总体来看,将蘑菇渣作为改良剂用于尾矿废弃地的生态恢复,不仅降低了尾矿治理修复成本,而且实现了固体废弃物的资源化利用,应用前景广阔。

柴河铅锌尾矿耐性植物与优势植物的重金属含量研究

通过实地调查取样,分析了辽宁省铁岭柴河铅锌尾矿库内受尾矿污染的土壤重金属含量,以及生长于其上的9种植物对Cu、Cd、Pb和Zn的吸收和富集能力。结果表明,Zn在小叶杨和刺玫蔷薇体内的含量较高;Cd在小叶杨和白莲蒿体内积累较多;而Pb在绣球绣线菊和华北蓝盆花中积累较多。但各种植物对重金属的富集能力均未达到超富集植物的要求,需采取综合农艺措施进行铅锌尾矿库污染土壤的植物修复重建工作。