韋劍寧 蔣林海

（1.廣西河池國投魚峰水泥有限公司，廣西 河池 547000；2.北海魚峰環(huán)?？萍加邢薰?，廣西 北海 536000）

1 概述

2016年12月，國務院印發(fā)了《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》，提出要大力推廣尾礦庫充填開采等技術，建設一批“無尾礦山”（通過有效措施實現(xiàn)無尾礦或僅有少量尾礦占地堆存的礦山）。2020年4月，國務院安委會印發(fā)了《全國安全生產(chǎn)專項整治三年行動計劃》，要求對尾礦庫實施總量控制，原則上數(shù)量只減不增，并對現(xiàn)有尾礦庫提出治理、關停、管控等要求。截至2020年，廣西尚有202個尾礦庫，政府明確提出全區(qū)尾礦庫數(shù)量原則上只減不增。

鑒于中國礦山的基本特征，除少量優(yōu)質煤礦山、非金屬礦外，其余金屬礦要經(jīng)過磨礦分選，才能獲得經(jīng)濟上有價值的礦產(chǎn)；礦山磨選產(chǎn)生的尾礦細度一般在-200目以上占70%，很難直接用于建筑業(yè)。而礦山開采不僅不允許地表塌陷，而且由于開采技術的要求，未來礦山井下開采必須采用充填采礦法。井下充填既是消納磨選尾礦的主要途徑，也是礦山綠色開采與采礦技術自身的必然要求。

采用鉛鋅尾礦作為水泥生產(chǎn)原料或以鉛鋅尾礦為基本材料開發(fā)新型井下充填膠凝材料，是無害化處置鉛鋅尾礦等工業(yè)廢棄物的有效途徑。

2 我公司周邊鉛鋅尾礦現(xiàn)狀

2.1 鉛鋅尾礦產(chǎn)生的工藝過程簡介

鉛鋅尾礦是鉛鋅礦石經(jīng)過破碎、粉磨、攪拌分級等物理加工過程，以及在浮選時加入選礦藥劑的化學加工過程產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物。鉛鋅尾礦產(chǎn)生的工藝過程如下：

2.2 鉛鋅尾礦現(xiàn)狀

河池市南丹縣是中國有色金屬之鄉(xiāng)，華錫集團在河池市金城江區(qū)和南丹縣有河池五吉有限責任公司、高峰礦、銅坑礦三家子公司進行鉛鋅礦的開采和選礦。鉛鋅礦浮選過程中產(chǎn)生的淤泥狀工業(yè)廢棄物是鉛鋅尾礦，這些露天堆放的鉛鋅尾礦不僅占用了大量耕地和農(nóng)田，污染了環(huán)境，甚至發(fā)生過垮壩安全事故，造成人員傷亡。因此，如何妥善處理這些大量堆存的鉛鋅尾礦，使排放鉛鋅尾礦的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營不受影響，是這些企業(yè)迫在眉睫的任務。距離國投魚峰公司30 km處，華錫集團下屬的河池五吉有限責任公司每天處理鉛鋅礦石時會新產(chǎn)生約300～400 t的鉛鋅尾礦，公司將這些新產(chǎn)生的鉛鋅尾礦和部分公司門口尾沙壩里的舊鉛鋅尾礦拉到銅坑礦回填礦道里面采礦虧空部位，但河池五吉有限責任公司門口的尾沙壩里還有80萬t以上歷年生產(chǎn)時產(chǎn)生的鉛鋅尾礦亟待處理。銅坑礦目前回填礦道里面采礦虧空部位是使用自產(chǎn)新產(chǎn)生的鉛鋅尾礦和五吉有限責任公司運過來的鉛鋅尾礦，但銅坑礦在車河鎮(zhèn)尾沙壩里還有1 000萬t以上的舊鉛鋅尾礦還沒有處置方案。高峰礦產(chǎn)生的鉛鋅尾礦可以自行消化，全部用于回填礦道里面采礦虧空部位，沒有產(chǎn)生新的污染，也沒有庫存的鉛鋅尾礦要處理。

2.3 鉛鋅尾礦處置路徑

從國內、國外處置工業(yè)廢棄物的經(jīng)驗看，一是采用回填深埋，二是通過水泥工業(yè)的高溫窯爐進行焚燒或作為水泥生產(chǎn)前、后摻的原料。

3 鉛鋅尾礦在水泥生產(chǎn)中的應用

從2018年10月至2019年2月，為實現(xiàn)鉛鋅尾礦等工業(yè)廢棄物的無害化處置，我公司開展了大量水泥窯前摻鉛鋅尾礦試驗。在采用鉛鋅尾礦作為水泥生產(chǎn)原料工業(yè)化試驗階段，遇到的主要技術難題為：熟料28d抗壓強度下降、停原料磨時不采用窯尾余熱廢氣作為生料烘干的熱源時窯尾二氧化硫排放濃度急劇上升，存在超標風險。因此，如何解決在使用鉛鋅尾礦后熟料28d抗壓強度下降和停原料磨時窯尾二氧化硫排放濃度偏高的問題，是成功應用鉛鋅尾礦作為水泥生產(chǎn)前摻原料的關鍵。

鉛鋅尾礦由于其物理和化學性質與煤矸石相似，在水泥后摻中可作為混合材替代煤矸石或部分粉煤灰，改善水泥顏色和水泥的和易性，降低水泥的生產(chǎn)成本。

由于鉛鋅尾礦是鉛鋅礦經(jīng)過物理加工處理后產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物，鉛鋅礦的載體與煤矸石相似，鉛鋅尾礦全分析數(shù)據(jù)與低硅黏土相近，但有害成分硫、堿、鎂含量略高于黏土，經(jīng)配料計算，可部分替代低硅黏土1.0%～5.0%作為硅質原料，且滿足我公司熟料率值的設計要求。因此，可將鉛鋅尾礦用作水泥生產(chǎn)中的前摻硅質原料。另外，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，鉛鋅尾礦的活性指數(shù)比煤矸石略低，可考慮在水泥生產(chǎn)中使用鉛鋅尾礦作為后摻混合材。

3.1 鉛鋅尾礦在水泥生產(chǎn)中前摻和后摻試驗研究

根據(jù)鉛鋅尾礦的物理、化學性能，我公司于2018年4月、10月和2019年2月對鉛鋅尾礦進行了三次鉛鋅尾礦前摻工業(yè)化試驗，2018年10月中旬同時進行了一次鉛鋅尾礦后摻試驗。由于后摻試驗進行得比較順利，從2018年10月中旬開始，我公司穩(wěn)定地在后摻使用鉛鋅尾礦作為水泥混合材，現(xiàn)水泥綜合后摻鉛鋅尾礦的摻量穩(wěn)定在3.5%以上，取得了良好的經(jīng)濟效益。

從數(shù)據(jù)對比可知，使用鈣質原料和硅質原料礦點不變，入窯煤均為灰分23.59%、揮發(fā)分27.31%、空氣干燥基5 812kcal/kg（收到基5 393kcal/kg）的澳洲煙煤，而將1.0%的鉛鋅尾礦用于生料配料后，熟料強度比以前降低1.9MPa。我公司熟料的正常鋁率為1.60±0.10，1月和2月由于客戶要求降低熟料中鋁酸三鈣的含量，因此，熟料鋁率降低至1.45左右。

試驗中，2019年生料輥壓機正常開機時窯尾廢氣排放濃度見表1，2019年生料輥壓機停機時窯尾廢氣排放濃度見表2，鉛鋅尾礦多次用于前摻工業(yè)化試驗數(shù)據(jù)見表3。

表1 2019年生料輥壓機正常開機時窯尾廢氣排放濃度

如表1所示，在原料磨開機抽取窯尾廢氣作為烘干熱源時，不論前摻是否摻鉛鋅尾礦，窯尾排放二氧化硫和氮氧化物的濃度均正常。

表2 2019年生料輥壓機停機時窯尾廢氣排放濃度

根據(jù)表3的試驗數(shù)據(jù)以及我公司2個月實際使用的原材料情況，發(fā)現(xiàn)2019年1月和2月使用的原材料與入窯煤質相近，而且2月份是全月前摻1.0%鉛鋅尾礦工業(yè)化試驗。所以，2月份數(shù)據(jù)較有代表性。根據(jù)2月份的試驗數(shù)據(jù)，初步得出結論：使用鉛鋅尾礦配料對熟料28d的抗壓強度降低1.9MPa，并將試驗熟料送至廣西大學進行巖相等相關檢驗，廣西大學檢測發(fā)現(xiàn)，采用鉛鋅尾礦配料煅燒熟料A礦和B礦晶體發(fā)育比正常熟料晶體發(fā)育稍有缺陷，晶體有侵蝕現(xiàn)象。但我公司自2018年11月開始使用優(yōu)質澳洲煙煤，因此，使用鉛鋅尾礦前摻配料熟料28d的抗壓強度仍可達到61.0MPa，窯操作參數(shù)及窯臺時產(chǎn)量在使用鉛鋅尾礦配料時變化不大。

表3 鉛鋅尾礦多次用于前摻工業(yè)化試驗數(shù)據(jù)匯總表

3.2 鉛鋅尾礦作為后摻混合材使用情況

使用鉛鋅尾礦作為后摻混合材的出廠水泥物檢數(shù)據(jù)見表4。

表4 使用鉛鋅尾礦作為后摻混合材的出廠水泥物檢數(shù)據(jù)表

由表4可知，非活性的鉛鋅尾礦作為水泥生產(chǎn)后摻混合材，除標準稠度略有提高外，其余水泥性能指標基本保持不變。

4 鉛鋅尾礦長期穩(wěn)定使用的技術措施

針對在水泥生產(chǎn)前摻生料中采用鉛鋅尾礦配料后的生料入窯煅燒后熟料強度降低的問題和停生料磨不再抽取窯尾廢氣余熱作為生料磨烘干熱源時窯尾廢氣中二氧化硫排放濃度偏高的問題，我們采取了如下技術措施。

4.1 防止熟料強度下降

4.1.1 優(yōu)化熟料率值設計

我公司未使用鉛鋅尾礦時的熟料率值為：KH:0.910±0.02、SM:2.30±0.10、IM:1.60±0.10。使用鉛鋅尾礦后熟料率值優(yōu)化為：KH:0.915±0.02、SM:2.35±0.10、IM:1.60±0.10。

4.1.2 降低熟料的堿含量

以前我公司熟料中的堿含量為0.70%～0.80%，使用鉛鋅尾礦后熟料的堿含量基本保持不變，但熟料強度下降幅度為1.0～2.0MPa。使用鉛鋅尾礦作為前摻原料替代部分硅質原料后，通過控制進廠硅質原料的堿含量不超過1.3%，現(xiàn)已基本達到0.50%左右。

4.2 控制窯尾廢氣中二氧化硫排放濃度

為了控制窯尾廢氣中二氧化硫排放濃度，我們在窯尾新增了一套遠程控制的在線高效脫硫裝置。通過該裝置，脫硫劑和入窯生料一起從2級預熱器上升風道至1級預熱器入口風道，喂入回轉窯預熱器系統(tǒng)，脫硫劑在預熱器系統(tǒng)內與二氧化硫氣體發(fā)生化學反應，保證窯尾廢氣排放到大氣中的二氧化硫含量低于200mg/m3的國家排放標準。

5 鉛鋅尾礦的經(jīng)濟效益與社會效益

5.1 鉛鋅尾礦的日消耗量

目前，我公司鉛鋅尾礦在水泥后摻的綜合摻量達到2.5%，按窯日產(chǎn)量2 850t/d熟料、水泥綜合熟料耗76.0%計算，現(xiàn)在每天的后摻量：2 850t/d÷0.76×2.5%=93.8t/d。按1.0%鉛鋅尾礦前摻，窯日產(chǎn)量按2 850t/d熟料、生料料耗按1.53計算，則鉛鋅尾礦每天的前摻量：2 850t/d×1.53×1.0%=43.6t/d。鉛鋅尾礦前、后摻每天消耗量為：93.8t/d+43.6t/d=137.4t/d。按一年300t計算，每年鉛鋅尾礦的使用量為：137.4t/d×300t=41 220t/a。

5.2 鉛鋅尾礦年產(chǎn)經(jīng)濟效益測算

現(xiàn)主要計算后摻量帶來的經(jīng)濟效益，我公司的鉛鋅尾礦在水泥后摻的綜合摻量為2.5%（干基），按窯日產(chǎn)量2 850t/d熟料、水泥綜合熟料耗76.0%、窯運轉天數(shù)300d/a計算，則每一年使用鉛鋅尾礦的數(shù)量為：2 850t/d×300d÷0.76×2.5%=28 125t/a。

鉛鋅尾礦的活性為 61.3%，由排放單位免費提供給我公司使用；我公司目前使用的干粉煤灰活性為75%，到廠價格為150元/t，按使用性能折算，每年在后摻使用免費的鉛鋅尾礦所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為：28 125t/d×61.3%÷75%×150元/t=345萬元/a。

5.3 使用鉛鋅尾礦的社會效益

目前，我公司每年可消耗鉛鋅尾礦等工業(yè)廢棄物41 220t/a以上，極大地緩解了鉛鋅尾礦排放廠家的生產(chǎn)壓力，同時也為解決工業(yè)廢棄物侵占土地、污染環(huán)境提供了新的思路和方向。

6 結語

綜上所述，通過對鉛鋅尾礦水泥生產(chǎn)前摻和后摻的試驗，提出了一些需要解決的技術措施，闡述了使用鉛鋅尾礦所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，證實了使用鉛鋅尾礦作為水泥生產(chǎn)原料是無害化處置鉛鋅尾礦等工業(yè)廢棄物的有效途徑，極大地緩解鉛鋅尾礦排放廠家的生產(chǎn)壓力，為解決工業(yè)廢棄物侵占土地、污染環(huán)境提供新的思路和方向。