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  • CN 62-1112/TF 
  • ISSN 1005-2518 
  • 创刊于1988年
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黄金科学技术, 2022, 30(3): 470-482 doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2022.03.140

采选技术与矿山管理

黔西南地区金矿尾矿(渣)潜在资源评价及处理建议

孙百川,1,2, 杨瑞东,1,2, 郑禄林1,3, 陈军1,2, 任海利1,4, 高军波1,2, 程伟1,3

1.贵州大学资源与环境工程学院,贵州 贵阳 550025

2.贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室,贵州 贵阳 550025

3.贵州大学矿业学院,贵州 贵阳 550025

4.贵州大学公共管理学院,贵州 贵阳 550025

Potential Resource Evaluation and Treatment Suggestions of Gold Tailings (Slag) in Southwest Guizhou

SUN Baichuan,1,2, YANG Ruidong,1,2, ZHENG Lulin1,3, CHEN Jun1,2, REN Haili1,4, GAO Junbo1,2, CHENG Wei1,3

1.School of Resources and Environmental Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China

2.Key Laboratory of Karst Geological Resources and Environment, Ministry of Education, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China

3.School of Mines, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China

4.School of Management, Guizhou University, Guiyang 550025, Guizhou, China

通讯作者: 杨瑞东(1963-),男,云南大理人,教授,博士生导师,从事矿床学及地球化学研究工作。rdyang@gzu.edu.cn

收稿日期: 2021-09-29   修回日期: 2022-02-21  

基金资助: 国家重点研发计划项目“化工冶金特色产业典型固废特性及其生态环境影响”.  2018YFC1903501
贵州省科技厅项目“贵州省沉积矿床科技创新人才团队”黔科合平台人才.  [2018]5613

Received: 2021-09-29   Revised: 2022-02-21  

作者简介 About authors

孙百川(1996-),男,山东青岛人,硕士研究生,从事矿产资源勘探与开发工作sunbaichuan7@163.com , E-mail:sunbaichuan7@163.com

摘要

黔西南地区是我国卡林型金矿主要产区之一,已有几十年的开采历史,随着金矿的开采,产生了大量的尾矿资源。为了解黔西南金矿尾矿(渣)资源现状,运用地质块段法、矿物学和地球化学等方法对贞丰—晴隆—安龙地区5个典型金矿尾矿(渣)中金含量、赋存状态及周围环境进行了调查。结果表明:卡林型尾矿(渣)中金以包裹金状态赋存在黄铁矿中,红土型尾矿中金以游离态赋存在铁钛氧化物中。水银洞和烂泥沟金矿尾矿中的金品位超过工业品位,具有二次提金的潜力。同时,对紫马和老万场2个尾矿库周边的土壤、植物和水质进行采样测试,发现样品中的Cd、Hg和As严重超标,对环境有一定的危害。因此,对于未达到工业品位且对环境有影响的黄金尾矿,建议进行复垦种植、采矿充填或加工成建材,这样不仅实现了尾矿(渣)的减量化处理,而且减少了其对周围环境的危害。

关键词: 资源潜力 ; 金矿尾矿 ; 赋存状态 ; 尾矿治理 ; 卡林型金矿 ; 黔西南

Abstract

With the rapid development of gold mining technology in China,the number,scale and output of gold mines are increasing day by day,but the ore grade is constantly decreasing.At the same time,with the increase of mining intensity of gold mines,the number of tailings produced also increases dramatically.However,gold tailings are valuable secondary resources with fine particle size,large resource quantity,low price and no need for mining,crushing and grinding operations,which has a high possibility of comprehensive utilization.With the improvement of ore dressing technology and the shortage of gold resources,the gold tailings has a higher recovery value.Southwest Guizhou is one of the main production areas of carlin-type gold deposits in China,which has been mined for several decades.With the mining of gold deposits,a large number of tailing resources have been produced.The gold deposits in southwest Guizhou are mainly accumulated in Zhenfeng-Qinglong-Anlong area.The gold content and occurrence state of five typical gold tailings reservoirs in this area were investigated,and the total amount of gold in the area was estimated by using the geological block method.The results show that most of the gold in the tailings is in the state of gold wrapped in quartz in the fine pyrite,and the potential pile stock of Lannigou carbon leaching gold mine tailings is about 1.2 million tons,the content of Au in the carbon leaching tailings is as high as 2.52×10-6~3.82×10-6,with an average of 3.13×10-6,far higher than the industrial grade of primary gold deposit,the estimated amount of gold metal is 3.75 t.The potential resource of the tailings (slag) of Shuiyindong gold mine is about 4.2 million tons,the gold content is 1.67×10-6,and the estimated Au metal content is 7.01 t.Both of these two tailings resource have the potential of secondary gold extraction.The soil,plants and water quality around the two tailings reservoirs of Zima and Laowanchang were analyzed.It is found that Cd,Hg and As in the samples exceeded the standard seriously,which is harmful to the environment.Therefore,the disposal of gold tailings has become the primary problem to protect the local environment.For these gold tailings that do not reach the industrial grade,they can generally be used in reclamation planting,mining filling or processing into building materials.At present,it has been studied by many scholars at home and abroad,and its application prospect is very broad.

Keywords: resources potential ; gold tailings ; occurrence state ; tailings treatment ; carlin type gold mine ; southwest Guizhou

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本文引用格式

孙百川, 杨瑞东, 郑禄林, 陈军, 任海利, 高军波, 程伟. 黔西南地区金矿尾矿(渣)潜在资源评价及处理建议[J]. 黄金科学技术, 2022, 30(3): 470-482 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2022.03.140

SUN Baichuan, YANG Ruidong, ZHENG Lulin, CHEN Jun, REN Haili, GAO Junbo, CHENG Wei. Potential Resource Evaluation and Treatment Suggestions of Gold Tailings (Slag) in Southwest Guizhou[J]. Gold Science and Technology, 2022, 30(3): 470-482 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2022.03.140

随着我国金矿提炼技术的迅速发展,黄金矿山的数量、规模及产量也日趋增长,然而矿石入选品位却不断降低。同时,随着黄金矿山开采力度的加大,所产生的尾矿数量也急剧增多。通过查阅资料,2018年我国黄金尾矿排放量约为2.16亿吨,占全国尾矿总生产量的17.84%,而同年全国黄金尾矿利用率只有36.9%。2011年和2013年我国金矿尾矿综合利用水平达到2次高峰,分别为42.2%和42.5%(王海军等,2020),但黄金尾矿堆存量仍然有逐年增加的趋势,这不仅浪费资源和占用土地,还给环境造成一定的危害,所以黄金尾矿的综合利用一直是可持续发展的必然选择,且黄金尾矿粒度细、资源量大,价格便宜、不再需要采矿、破碎和磨矿作业,是宝贵的二次资源,具有极高可综合利用的可能性。伴随着黄金资源的匮乏和选矿技术的提高,目前黄金尾矿具有较高的回收价值。

贵州省金矿资源丰富,其中黔西南地区集中了全省90%以上的黄金资源,在金矿资源开发过程中产生了大量金矿尾矿(吴波等,2012)。由于大多数金矿在早期开采过程中处理不当和技术受限,导致黄金矿山开采过程中产生大量可利用的尾矿资源(程瑜,2015),这些尾矿不仅占用大量的土地资源,对环境而言也是很大的隐患。金矿尾矿经选矿过程后粒度变细,表面积增大,堆存时容易流动,进而引发坍塌事故。我国已发生多起金矿尾矿库溃坝事故,并造成人员伤亡(胡术刚等,2018)。为了吸取尾矿库溃坝事故的教训,有效防范化解我国尾矿库安全风险,国家应急管理部等部门联合印发《防范化解尾矿库安全风险工作方案》,要求自2020年起,在保证紧缺和战略性矿产矿山正常建设开发的前提下,全国尾矿库数量原则上只减不增(中华人民共和国应急管理部,2020),这意味着尾矿处理已成为建设绿色矿山亟待解决的重大问题,实现尾矿资源化利用是解决该问题的关键(陈兰兰等,2020)。因此,本文以黔西南州贞丰—晴隆—安龙地区的部分典型金矿尾矿库为研究对象,对该地区的金矿尾矿(渣)进行调查,估算了金的资源量并分析尾矿库对环境产生的影响,进而对尾矿综合利用提出可行性建议,为矿山企业或政府部门决策提供依据。

1 研究区尾矿(渣)资源基本情况

研究区为贞丰—晴隆—安龙地区金矿尾矿(渣)堆积区,其中贞丰县包含2个典型的大型金矿床,分别为水银洞和烂泥沟金矿;晴隆县包含2个典型的中小型金矿床,分别为老万场和紫马金矿;安龙县仅涉及戈塘金矿(图1)。

图1

图1   研究区金矿尾矿库分布图

Fig.1   Distribution map of gold mine tailings pond in the study area


1.1 各尾矿排放及金矿采冶概况

(1)水银洞金矿。自2001年紫金矿业集团开采该矿山至今,已经堆积大量黄金尾矿(渣),现有尾矿库3个,分别为大烂滩、小烂滩和小厂尾矿库,尾矿(渣)呈黑色、灰黑色粉末状[图2(a)],主要以尾矿坝的形式堆存(陈芳芳等,2011)。其中大烂滩和小烂滩尾矿库已闭库复绿,小厂尾矿库仍在使用中。迄今为止,3个尾矿库共堆积金矿尾矿约420万t。

图2

图2   黔西南典型金矿尾矿库

(a)水银洞金矿浮选尾矿库;(b)烂泥沟金矿浮选尾矿库;(c)老万场金矿堆浸矿渣堆;(d)紫马金矿堆浸矿渣堆

Fig.2   Typical tailings reservoir of gold mine in southwest Guizhou


(2)烂泥沟金矿。该矿山自2007年3月开始炼金,采用细菌氧化工艺,矿山设计选矿能力120万t/a。该矿山有2个尾矿库,一个为选矿尾矿库,现有浮选金矿尾矿约1 100万t,年排放量约110万t,从2014年开始,约50万t选矿尾矿用于矿山采矿区回填,60万t进入尾矿库;另一个为炭浸尾矿库,现有炭浸金矿尾矿约120万t,每年排放约10万t的炭浸尾矿(齐少烽等,2015)。尾矿(渣)库含水量较高,尾矿(渣)呈灰黑色泥浆状和粉末状[图2(b)]。贵州锦丰矿业公司数据显示,烂泥沟金矿炭浸尾矿坝堆存量约为120万t,目前尚未进行综合利用。

(3)戈塘金矿。该矿山于1990年筹建,1993年生产出第一批金,是黔西南地区第一家国有黄金生产企业。1996年,由国家黄金管理局设计采选能力300 t/d。2004年4月,组建黔西南金龙黄金矿业有限责任公司,设计选矿能力450 t/d(14万t/a),进行了尾矿库二期、炭浸等技术改造,使黄金提取率达92%。目前,戈塘金矿有4个尾矿库,尾矿(渣)为深灰、灰黑色细砂、粉砂和泥状,部分土黄色黏土中夹硅质岩碎块并具褐铁矿化,与水银洞矿渣相似,且堆积方式以干式堆积为主,主要堆积在荒山的青杠林、荒土地和部分耕地。据统计该矿年均排放尾矿(渣)约20万t,堆存量约255万t,尾矿(渣)至今尚未进行综合利用。

(4)老万场金矿。该矿山因前期采矿工艺落后产生金含量较高的尾矿,堆积的尾矿资源较为复杂,后期采取制粒堆浸提金工艺(任明强,2003),尾矿(渣)中金品位一般为0.2×10-6~0.4×10-6。目前,老万场金矿尾矿(渣)共有3个堆积点,尾矿(渣)为黄色及黄褐色较松散的碎渣,其成分为黏土、硅质蚀变碎块和灰岩碎块等混杂物[图2(c)],尾矿(渣)至今尚未进行综合利用,具有二次利用的潜能。

(5)紫马金矿。该矿山成立之前多为民采和盗采,尾矿(渣)处理能力差且没有固定的堆存场所,因此尾矿(渣)堆存具有随意性。1997年经过整治成立紫马金矿黄金公司,现有金矿尾矿(渣)堆积点8个,尾矿(渣)呈黄色、黄褐色的碎渣,其成分为黏土、硅质蚀变碎块和灰岩碎块等混杂物[图2(d)]。目前,紫马金矿尾矿(渣)尚未进行综合利用,潜在资源利用价值较高。

1.2 尾矿库情况

研究区内金矿尾矿库的基底主要为灰岩、白云岩和第四系红黏土。对研究区内典型尾矿库剥土取样后,利用地质块段法对各库尾渣量进行估计,结果见表1

表1   黔西南地区典型尾矿库堆存情况

Table 1  Storage of typical tailings in the southwest Guizhou

尾矿库名称尾矿库数量总占地面积/m2尾渣量/万t
合计19885 1019 411
水银洞金矿尾矿库3211 500420
烂泥沟金矿尾矿库2410 200120
戈塘金矿尾矿库3103 600255
紫马金矿尾矿库8121 00080
老万场金矿尾矿库338 80136

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水银洞金矿共有3个尾矿库,分别为小厂尾矿库(1号)、大烂滩尾矿库(2号)和小烂滩尾矿库(3号)。经卫星影像测算出1号尾矿库面积约为16.30万m2,2号尾矿库面积约为2.64万m2,3号尾矿库面积约为2.21万m2,总占地面积21.15万m2。其中,1号尾矿库为炭浸尾矿库,2号和3号尾矿库已完成矿山环境恢复治理工作,植被覆盖较好。3个尾矿库堆存量约420万t。

烂泥沟金矿尾矿堆存采取坝前排放方式,共有2个炭浸尾矿库,均依山而堆,占地面积分别为9.55万m2和31.47万m2。据矿区相关资料,烂泥沟金矿现存浮选尾矿的堆存量约为1 100万t,炭浸尾矿库堆存量为120万t。

戈塘金矿共有3个尾矿库,占地面积分别为3 000 m2、1 600 m2和99 000 m2,对应的平均厚度为10 m、10 m和18 m,推算出3个尾矿库的体积分别为30 000 m3、16 000 m3和1 782 000 m3。经实地测量,戈塘金矿的尾矿密度为1.4 t/m3,进而得出3个尾矿库的堆存量分别为4万t、2万t和249万t,总堆存量达255万t。

紫马金矿共有8个尾矿库,分布较为分散。8个尾矿库总占地面积为121 000 m2,总体积为567 400 m3,总尾渣量为80万t,其中面积最大的是5号尾矿库(面积为70 000 m2),厚度最大的是8号尾矿库(厚度为17 m),实地测量尾矿密度为1.4 t/m3。各尾矿库的规模较小,堆存量介于5万t~14万t,共计80万t。

老万场金矿尾矿(堆)由3个堆场组成。经卫星影像测算出3个堆场的面积分别为21 884 m2、8 930 m2和7 987 m2,矿堆厚度分别为4 m、10 m和10 m,进而推算出3个堆场的体积分别为87 537 m3、89 300 m3和79 871 m3。经实地测量,老万场金矿的尾矿(渣)密度为1.4 t/m3,进而得出尾渣量分别为12万t、13万t和11万t。3个尾矿库总占地面积为38 801 m2,总尾矿量为36万t。

黔西南地区典型金矿尾矿库堆存量估算结果详见表2

表2   黔西南地区典型金矿尾矿库堆存量估算结果

Table 2  Estimation results of stockpile of typical tailings reservoir of gold mine in southwest Guizhou

尾矿库名称尾矿库编号占地面积/m2平均厚度/m尾渣体积/m3尾渣密度/(t·m-3尾渣量/万t尾渣量合计/万t
戈塘金矿尾矿库13 0001030 0001.44255
21 6001016 0001.42
399 000181 782 0001.4249
紫马金矿尾矿库14 800733 6001.4580
210 00010100 0001.414
37 000856 0001.48
48 400537 8001.45
570 0001070 0001.410
68 80012105 6001.415
76 6001172 6001.410
854001791 8001.413
老万场金矿尾矿库121 884487 5371.41236
28 9301089 3001.413
37 9871079 8711.411
水银洞金矿尾矿库小厂尾矿库(1号)163 000----420
大烂滩尾矿库(2号)26 400----
小烂滩尾矿库(3号)22 100----
烂泥沟金矿尾矿库195 500----1 100
2314 700----

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1.3 尾矿中Au元素含量

在调查研究区金矿尾矿分布、土地占用情况、综合利用现状和远景堆存量的基础上,对尾矿进行野外取样测试。在采样过程中主要采取探槽、剥土工程进行连续刻槽取样,其次采用网格法对尾矿库进行取样,每4个小网格点的样品现场混合成1个样。对所采集样品,视尾矿的堆放情况,按自然类型分段进行系统取样,样长一般为0.60~1.50 m,样槽断面规格为10 cm×3 cm,样槽一般沿尾矿库矿层铅垂布置。

对所取金矿尾矿样品进行Au元素测试,测试工作在贵州省地质矿产中心实验室完成。按照中华人民共和国地质矿产行业标准《地质矿产实验室测试质量管理规范》(DZ/T 0130.4-2006)的要求,并结合各个尾矿库堆存场量调查结果,得出尾矿中金的潜在资源量见表3

表3   黔西南金矿尾矿库金资源量计算结果

Table 3  Calculation results of gold resources in tailings reservoir of gold mine in southwest Guizhou

尾矿库名称样品编号金含量/(×10-6金含量平均值/(×10-6堆存量/万t金资源量/t
烂泥沟金矿尾矿库LNGTJ1-13.823.131203.75
LNGTJ1-22.52
LNGTJ1-33.06
水银洞金矿尾矿库SYD01(组合样)1.671.674207.01
紫马金矿尾矿库ZMD201(组合样)0.340.45790.36
ZMD202(组合样)0.40
ZMD203(组合样)0.55
ZMD204(组合样)0.51
戈塘金矿尾矿库GTD2ZY1-10.390.382560.97
GTD2ZY1-20.28
GTD2010.32
GTD5010.53
老万场金矿尾矿库LWCD301(组合样)0.380.4436.000.16
LWCD302(组合样)0.34
LWCD303(组合样)0.36
LWCD304(组合样)0.66

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1.4 资源量估算结果

浮选渣是研究区金矿尾矿的主要类型,其堆存量较大,即使经过选冶后,尾矿(渣)中金含量仍然较高,具有较大的资源潜力。研究区内还包含部分堆浸渣,主要为黔西南红土型金矿NaCN循环提金后的尾矿(渣),因受当时技术设备的影响,尾矿(渣)中也具有一定含量的金。

通过研究区金矿尾矿中金资源量估算(表3)可以看出,研究区金矿尾矿中金资源量达到12.25 t,其中,水银洞金矿尾矿中金资源量达7.01 t,烂泥沟金矿尾矿中金资源量为3.75 t,而老万场、紫马和戈塘金矿尾矿中金资源量分别为0.16 t、0.36 t和0.97 t。

2 尾矿资源赋存特征

2.1 尾矿元素分布特征

尾矿样品分析测试数据(表4)显示,黔西南贞丰—晴隆—安龙一带金矿尾矿(渣)中除Au元素外还赋存有As、Sb和Hg等元素,其中贞丰县烂泥沟金矿中金平均含量达3.13×10-6、As平均含量达7 687.67×10-6、Sb平均含量达504.33×10-6、Hg平均含量达0.20×10-6;水银洞金矿中金平均含量达1.67×10-6、As平均含量达1 714×10-6、Sb平均含量达15×10-6、Hg平均含量达3.29×10-6;紫马金矿中金平均含量达0.45×10-6、As平均含量达1 373.25×10-6、Sb平均含量达153.25×10-6、Hg平均含量达3.89×10-6;晴隆老万场金矿中金平均含量达0.435×10-6、As平均含量达2 111.5×10-6、Sb平均含量达187.25×10-6、Hg平均含量达17.14×10-6;戈塘金矿中金平均含量达0.38×10-6、As平均含量达723.25×10-6、Sb平均含量达851.75×10-6、Hg平均含量达16.11×10-6 图3)。

表4   黔西南金矿尾矿元素分析测试结果

Table 4  Element analysis and test results of the tailings of gold mine in southwest Guizhou

采样位置样品编号w(Au)/(×10-6w(As)/(×10-6w(Sb)/(×10-6w(Hg)/(×10-6TS/%w(TiO2)/%
烂泥沟金矿LNGTJ1-13.829 4245230.2424.161.04
LNGTJ1-22.525 0175330.1623.711.04
LNGTJ1-33.068 6224570.2034.211.03
水银洞金矿SYD011.671 714153.29-1.49
紫马金矿ZMD2010.341 2401072.84-1.06
ZMD2020.41 4502206.1-0.83
ZMD2030.551 5161433.74-1.49
ZMD2040.511 2871432.88-1.55
老万场金矿LWCD3010.381 94617727.270.1181.76
LWCD3020.341 31817222.050.0631.63
LWCD3030.362 48619310.090.0741.50
LWCD3040.662 6962079.150.0641.84
戈塘金矿GTD2ZY1-10.3976072920.290.201.29
GTD2ZY1-20.2882153016.070.141.31
GTD2010.325884489.95-0.86
GTD5010.537241 70018.14-0.81

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图3

图3   黔西南典型金矿尾矿(渣)元素含量直方图

Fig.3   Histogram of the element content of typical gold tailings (slag) in southwest Guizhou


2.2 尾矿(渣)中Au的赋存状态及资源潜力评估

尾矿中金的赋存状态是影响尾矿综合利用程度的关键因素。通过研究发现,烂泥沟、水银洞和戈塘金矿属于卡林型金矿,其主要特征是Au在微米—亚微米尺度下是不可见的(郑禄林,2017),从背散射电子图像[图4(a)]可知该类型尾矿的主要矿物为石英和黄铁矿,而黄铁矿为卡林型金矿的主要载金矿物,Au大部分以包裹金的形式存在于黄铁矿中(刘建中,2003)。老万场和紫马金矿属于红土型金矿,原矿中金主要为吸附金状态,其中游离金占金总含量的95%,且粒径均小于1 μm(任明强,2003)。从电子探针图像和X射线能谱图(图4)中发现,红土型金矿尾矿中的金以游离金状态赋存在石英包裹的铁钛氧化物中。

图4

图4   研究区黄金尾矿(渣)扫描电镜分析结果

(a)石英包裹的微细黄铁矿颗粒,黄铁矿为主要载金矿物;(b)老万场金矿尾矿(渣)电子探针图像,Au以微细颗粒赋存在氧化物中;

(c)老万场金矿尾矿(渣)扫描电镜点分析位置;(d)老万场尾矿(渣)EDS扫描电镜能谱分析结果

Fig.4   SEM analysis results of gold tailings (slag) in the study area


水银洞金矿尾矿中金品位平均值为1.67×10-6,烂泥沟金矿尾矿中金品位平均值为3.13×10-6,均存在潜在金资源量,具有二次提取价值。随着黄金选矿和冶炼技术的提高,金矿尾矿二次选冶成为可能,国内已有许多成功案例,如河南金源黄金矿业有限责任公司采用重选工艺处理浮选尾矿,其品位降至0.17×10-6,尾矿中金的总回收率达到93%以上;辽宁五龙金矿对尾矿进行直接氰化提金,金的浸出率在70%以上,年经济效益超过200万元(李杨等,2019);贵州紫金矿业股份有限公司研发出卡林型金矿加压预氧化碱煮提金工艺,利用此工艺,炭浸氰化尾渣金品位降至2×10-6以下,金回收率提高至93%~96%(杨叶艳等,2019)。也有不少学者正在研究金矿尾矿二次提炼的新方法,邱洋等(2021)用相应浓度的Na2S2O3、乙二胺、Cu2+、Na2SO3,pH值为9.5的溶液,在室温条件下浸出4 h,金的浸出率最高可达75.56%,浸出过程反应迅速、低毒高效且对环境友好;许晓阳(2020)针对嵌布于硫化物的高硫高砷金矿石,采用加压氧化—氰化工艺进行处理,小型试验金浸出率提高至94.0%以上;卢松(2019)通过一系列工艺调整,使氰化渣金品位降低0.76×10-6,金浸出率提高约5%;杨叶艳(2019)对贵州某难选冶的卡林型金矿原矿进行浮选,所产生的金精矿进行加压预处理,再将其载金硫化矿和砷硫化矿等破坏,暴露金后进行炭浆氰化,金的回收率可达到92.75%;夏国进(2019)通过工艺矿物学和实验室优化试验研究,得到金总回收率为90.18%,尾矿金品位降至0.57×10-6罗星等(2019)发现矿石在磨矿细度为-0.074 mm含量占85%的情况下,采用CuSO4作为主要载金矿物黄铁矿的活化剂,丁基黄药和丁铵黑药组合作为金矿物和载金矿物的捕收剂,经一粗二精三扫的闭路浮选流程处理,可获得金品位为31.50×10-6、金回收率为86.57%的金精矿;孙言鹏(2018)采用重浮结合综合选别方法得到金精矿品位为50.05×10-6、金回收率为86.03%的优良指标,相比单一浮选方法在提高回收指标方面效果明显,金精矿采用碱预处理—两段焙烧—再磨—氰化浸出工艺,金的浸出率为90.23%,浮选尾矿全泥氰化浸出率为56.25%,即原矿综合回收率为85.48%。廖璐等(2019)采用新型环保无氰药剂(碳化三聚氰酸钠)作为浸金剂进行黄金尾矿选矿,在矿浆质量浓度为33%、pH=11、浸出剂用量为2.0 kg/t和浸出时间为24 h的条件下,金浸出率达52%,该方法具有基建时间短、生产环节少、易于操作、生产成本低及环境污染小等优点。综上所述,金矿尾矿的二次选矿具有重要意义。

老万场和紫马金矿的尾矿主要为红土型金矿尾渣。红土型金矿源于卡林型金矿体或矿化母岩体,在一定的气候、地形地貌(一般为喀斯特地貌)和水文地质条件下,经过红土化作用而形成的矿床。矿石矿物组分比较简单,以黏土矿物为主,其中金主要以微细浸染状赋存于红色黏土层中(杨竹森等,2000),还含有部分褐铁矿、石英类矿物,有时也存在一些高岭石、绿泥石、白云母和微量长石。因此,黔西南水银洞、烂泥沟和安龙戈塘等地区金矿尾矿渣中除了Au元素外,还产出有大量伴生副矿物,具有一定的应用前景。

3 黄金尾矿(渣)环境特征及综合利用

3.1 黄金尾矿(渣)对环境的影响

氰化法具有生产成本低、工艺简单和回收率高等优点(邢相栋等,2008),所以研究区金矿的提炼方法大多为氰化法,但使用的NaCN可能混染地下水和土壤水。李冰等(2008)在贞丰—晴隆—安龙地区对植物中所含重金属元素含量的研究发现,该区域苔藓植物及其基质中含有大量的重金属元素,表明该区域生态系统已经遭到严重破坏,尤其是采用堆浸提金工艺的红土型金矿,其尾矿(渣)的堆积方式基本为淋积、湿积,尾矿(渣)中含有较多硫化物和重金属元素。老万场和紫马金矿属于红土型金矿,可见这2个金矿尾矿不具有二次选矿的潜力,加之尾矿库建设和管理不规范,尾矿(渣)乱堆放,势必会对环境产生一定的影响。因此对这2个尾矿库的尾矿(渣)、渗滤液、周围的土壤地表水、地下水和植物等进行取样分析,参考《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)、《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)、《地下水环境质量标准》(GB/T14848-1993)和《尾矿库环境风险评估技术导则(试行)》(HJ740-2015)等标准,分析尾矿渣堆存对环境的影响。

老万场金矿原厂区的位置现已种植烟叶,共采集环境样11件,其中包括土样3件、水样2件和植物6件。所有采样点均位于原老万场金矿堆场上方。样品检测结果表明,LWC-Au-S-2和LWC-Au-S-3表层土中Cd、Hg和As超标,超标倍数分别为2.2~2.4倍、2~5.6倍和82.1~172.1倍。地表水中As超标,超标倍数为1.1倍(表5)。

表5   老万场和紫马金矿周边表层土和地表水样品超标情况

Table 5  Exceeding standard of surface soil and surface water samples around Laowanchang and Zima gold mines

样品编号样品名称尾矿类型超标倍数
CdHgAs
LWC-Au-S-2表层土金矿2.45.6172.1
LWC-Au-S-3表层土金矿2.2282.1
LWC-Au-SW-1地表水金矿尾矿(渣)--1.1
ZM-Au-S-1表层土金矿--23.1
ZM-Au-S-2烟叶根系土金矿1.41.426.5
ZM-Au-S-3表层土金矿--6.9

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紫马金矿尾矿库堆场大且尾矿资源多,属于露天开采尾矿(渣),地势环境比较复杂。在堆场周边共采集环境样品29件,其中包括土样11件、水样10件和植物8件。样品检测结果表明,ZM-Au-S-1、ZM-Au-S-2和ZM-Au-S-3的表层土样品中的重金属Cd、Hg和As超标,其中As超标较为严重,为6.9~26.5倍(表5)。地表水和农作物并未受到尾矿(渣)的影响,未出现指标超标现象。

因此,黄金尾矿的堆积会对周边的表层土、地表水或农作物产生一定的影响,且研究区地形起伏大、类型多样,以山地为主,尾矿(渣)一般沿沟岭堆积,因雨水充沛,存在引发地质灾害等隐患。

3.2 尾矿综合利用建议

研究区内金矿尾矿不仅对环境产生一定危害,而且占用大量土地,因此黄金尾矿(渣)的二次利用显得尤为重要,而对未达到回收再选品位要求的尾矿资源,建议进行采空区回填、复垦种植农作物或加工成建筑材料。

(1)充填采空区

充填采空区是尾矿综合利用最直接的方式,也是尾矿减量化极为有效的手段,常用的回填技术为胶结充填,该技术是将细粒尾矿和适量凝胶材料加水混合制成充填材料,再将充填材料回填至矿山采空区。如Chu et al.(2018)利用疏浚河底泥、铁尾矿渣和电石渣等回填采空区,该方法降低了建设成本,减少尾渣储存需求,保护了环境;Liu et al.(2020)利用矿山固体废弃物制备超细尾砂—矿渣充填体来充填采空区;Zheng et al.(2019)发现活性氧化镁活化磨粒高炉矿渣作为富硫化物尾砂胶结膏体充填体的粘结剂极具潜力,该方法不但节约了矿山企业的成本,同时也保护了土地资源。

(2)尾矿复垦

尾矿复垦是农业生产中较重要的应用,常采用生物法和微生物法进行复垦,目的是降低土壤中可溶性重金属含量(易龙生等,2020)。国外尾矿复垦技术很成熟,最高复垦率可达80%。我国早期对尾矿处理的重视不够,直到20世纪后期,国家有关部门发布尾矿处理相关规定,我国尾矿复垦快速发展(王晶,2020)。当前对尾矿复垦的研究也有很多,如甘德清等(1996)对唐山中小型铁矿进行为期3年的复垦,复垦面积为90 hm2,产生经济效益1 550万元;Zhang et al.(2018)发现碱蓬和拟南芥的微生物群落可以改进黄金尾矿物化性能,对尾矿大规模利用和经济修复具有重要意义;Li et al.(2019)通过植物、微生物和改良剂进行田间正交试验来修复尾矿库,弥补了单一植物修复尾矿的不足,达到最佳修复效果。但在实际应用中尾矿复垦需要大量良好土壤,而且运输成本较高,目前难以推广应用。

(3)用于加工建筑材料

由于尾矿(渣)粒度细、数量大且价格便宜,在传统建筑材料方面,黄金尾矿可作为制砖、生产水泥及制备混凝土的原材料。如:江彬轩等(2021)利用黄金尾矿废渣为原料,通过正交试验确定了最佳发泡剂的含量及最佳烧成制度,并采用直接发泡法制备高温闭孔墙体建材;段旭晨等(2021)以细粒黄金尾矿为主要原料,添加15%膨润土和10%粉煤灰在一定条件下制成符合国标《烧结普通砖》(GB/T5101-2017)中抗压强度MU30的烧结砖。朱敏聪等(2008)将黄金尾矿与一定比例的石灰和石膏混合,采用高温蒸压养护工艺制备了符合国家标准MU15级蒸压砖;Malatse et al.(2015)将不同比例的黄金尾矿、水和水泥混合制砖,将砖坯置于24 h的水环境下进行养护,所制的双免砖最高抗压强度达530 kN/m;由于黄金尾矿的组成与水泥原料的组成相似,桑义敏等(2013)使用黄金尾矿(渣)替代部分水泥原料,并在450 ℃条件下去除90%黄金尾矿中的氰化物,且处理后尾矿中剩余氰化物浓度满足《展览会用地土壤环境质量评价标准》(HJ350-2007)要求;许辉(2017)使用干燥后的黄金尾矿替代部分硅酸盐水泥,可配制出满足抗压强度要求的M5、M10、M20砌筑砂浆和满足强度、导热系数要求的干密度为A05级的泡沫混凝土;Parthasarathi et al.(2016)使用30%处理后的黄金尾矿替代天然河沙进行混凝土的制备,改进后的混凝土强度明显增高,这在消耗固体废物的基础上保护了天然资源,产生了较高的经济效益。

在绿色新型建材方面,黄金尾矿还可用于微晶玻璃、陶粒和泡沫陶瓷的制作。氰化黄金尾渣的化学成分与陶瓷坯相近,且粒度较细,因此刘振华等(2018)利用氰化黄金尾矿,添加莱阳土,经高温烧结制备绿色建筑陶瓷,发现高温使氰化物脱氰,重金属被烧结固化,是一种处理危险污染矿渣的有效途径。张圣斌(2016)使用55%金渣和30%赤泥作为原料,加入一定量的添加剂,在一定条件下制备成抗压强度为167 MPa的微晶玻璃。张其勇等(2018)以火山灰和黄金尾矿作为原料,在一定条件下,制备出满足GB/T17431.1-2010中对于人造轻集料要求的轻质陶粒。

因此,与尾矿的复垦和回填相比,以黄金尾矿作为原材料替代部分传统材料用于加工建材,不仅可以减少大量的固体废物,而且在保护环境的前提下降低了产品成本,具有非常好的发展前景。

4 结论与建议

(1)烂泥沟炭浸金矿尾矿远景堆存量约为120万t,炭浸尾矿中金含量高达2.52×10-6~3.82×10-6,平均品位为3.13×10-6,远高于原生金矿床工业品位,估算金金属量为3.75 t;水银洞金矿尾矿(渣)远景资源量约为420万t,金含量为1.67×10-6,估算金金属量为7.01 t,金含量介于0.29×10-6~6.91×10-6,部分高于原生金矿床工业品位,具有二次提取金的潜力,值得进一步开发利用。老万场、紫马和戈塘金矿尾矿(渣)中金金属量分别为0.16 t、0.36 t和0.97 t。

(2)氰化法提金所产生的尾矿会严重污染生态环境,间接危害人类的身体健康。对研究区2个典型尾矿库进行采样,发现Cd、Hg和As超标严重。黔西南地区地形险峻,黄金尾矿长期堆积不仅占用大量土地资源,而且存在崩塌滑坡泥石流等地质灾害的安全隐患,黄金尾矿(渣)处理势在必行。

(3)尾矿(渣)长时间堆积会造成环境污染且存在较大的潜在风险。随着选矿和提金技术的发展,金矿尾矿的二次利用成为可能,对达到回收再选品位要求的金矿尾矿可进行资源二次回收,对尚未达到回收再选品位要求的金矿尾矿资源则进行采空区回填、复垦种植农作物和加工成建筑材料。目前最有效的尾矿处理方法是将其加工成建筑材料,已有许多学者进行研究,如进行制砖、生产微晶玻璃,或作为生产水泥、混凝土、制备陶瓷和陶粒的原料,取得了良好的效果。研究区金矿尾矿所处地区交通便利,运输成本较低,市场竞争力较大,应用前景广阔。

http://www.goldsci.ac.cn/article/2022/1005-2518/1005-2518-2022-30-3-470.shtml

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