礦業(yè)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)本世紀(jì)中葉全球凈零排放目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2040年，礦產(chǎn)品需求量將比2020年增長(zhǎng)約6倍。當(dāng)前，高品位、易開采礦體逐漸消耗殆盡，在先進(jìn)采選技術(shù)的推動(dòng)下，低品位礦體的高強(qiáng)度開采與利用將成為長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)，這也意味著礦石采選后所產(chǎn)生的尾礦廢棄物體量將長(zhǎng)期處于高位。我國(guó)尾礦累計(jì)堆存量已超過200億噸，現(xiàn)有尾礦庫(kù)近5000座，其中上游式尾礦壩和“頭頂庫(kù)”數(shù)量眾多，災(zāi)害防控形勢(shì)嚴(yán)峻。與此同時(shí)，我國(guó)尾礦綜合利用率仍不足30%，其資源潛力亟待充分釋放。山東科技大學(xué)王昆等以尾礦的基本物理化學(xué)特性、排放堆存方式、尾礦庫(kù)潰壩災(zāi)害與環(huán)境影響、尾礦資源化利用潛力為主線，系統(tǒng)梳理了尾礦廢棄物領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與發(fā)展態(tài)勢(shì)，旨在為研究者和工業(yè)界更系統(tǒng)、全面地重新審視尾礦廢棄物問題、尾礦安全處置及礦產(chǎn)資源可持續(xù)開發(fā)提供啟示。

Fig. 1 尾礦排放堆存至尾礦庫(kù)內(nèi)

尾礦的特性

尾礦的化學(xué)組分以、Al、CaO、MgO、KO、Na等為主，根據(jù)成分含量可將其分為高硅型、鈣鎂質(zhì)、鋁硅質(zhì)、鐵硅質(zhì)等類型。尾礦的物理性質(zhì)，如粒徑和密度，與其滲透性、導(dǎo)水率、固結(jié)性、壓縮性、液化性等密切相關(guān)。尾礦的粒度差異較大，難以統(tǒng)一概括，通常采用曲率系數(shù)、不均勻系數(shù)、分形維數(shù)、形狀因子和表面粗糙度等參數(shù)來描述其顆粒分布及形態(tài)特征。根據(jù)粒度與塑性指數(shù)，尾礦可分為砂性（+74 μm顆粒占比＞50%）、粉性（+74 μm顆粒占比≤50%且塑性指數(shù)≤10）和黏性（塑性指數(shù)＞10）三大類。若發(fā)生潰壩，細(xì)粒尾礦在地表河流等介質(zhì)中傳播距離更遠(yuǎn)，且因其比表面積大、更易被氧化，從而釋放所吸附的污染物元素。此外，細(xì)粒尾礦排水固結(jié)能力差，堆存時(shí)易引發(fā)壩體病害，且濃縮沉降困難，不利于井下充填材料的制備與輸送。由于細(xì)粒尾礦遷移擴(kuò)散能力更強(qiáng)、潛在危害更大、利用難度更高，因此已成為尾礦堆存、災(zāi)害防控與資源利用等多個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)注熱點(diǎn)

Fig. 2 某黃金礦山尾礦試樣粒徑分布

尾礦庫(kù)作為具有高勢(shì)能的人造泥石流重大危險(xiǎn)源，其安全風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。據(jù)對(duì)全球18401座尾礦庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，尾礦壩的潰壩事故率約為1.2%，較常規(guī)蓄水壩高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。有國(guó)外學(xué)者基于對(duì)143起尾礦庫(kù)事故發(fā)生時(shí)點(diǎn)與礦產(chǎn)品價(jià)格周期的相關(guān)性分析，指出事故數(shù)量峰值通常滯后于礦產(chǎn)品價(jià)格峰值（即礦業(yè)繁榮期）2~2.5 a。推測(cè)原因主要包括：（1）礦業(yè)繁榮期礦產(chǎn)開發(fā)強(qiáng)度大，尾礦排放量持續(xù)處于高位；（2）經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)企業(yè)在高風(fēng)險(xiǎn)、高難度區(qū)域進(jìn)行開采；（3）礦產(chǎn)品價(jià)格回落期間，企業(yè)為維持經(jīng)營(yíng)往往擴(kuò)大生產(chǎn)并壓縮安全管理投入。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）和國(guó)際大壩協(xié)會(huì)（ICOLD）均指出，尾礦庫(kù)在運(yùn)營(yíng)管理中缺乏連續(xù)性的資金支持與有效監(jiān)管是導(dǎo)致潰壩事故頻發(fā)的主要原因，而多數(shù)事故本身是可預(yù)防的。自2019年以來，金、銅等礦產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)回升，企業(yè)與監(jiān)管部門需警惕未來因市場(chǎng)波動(dòng)可能引發(fā)的尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)。

我國(guó)尾礦庫(kù)總量龐大，其中防控基礎(chǔ)薄弱的中小型庫(kù)占比較高。應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)尾礦庫(kù)潰壩危害的超前評(píng)估、新型智能化監(jiān)測(cè)與巡檢裝備研發(fā)、臨災(zāi)預(yù)警決策模型構(gòu)建、災(zāi)中應(yīng)急減災(zāi)策略優(yōu)化以及災(zāi)后恢復(fù)與治理模式完善等方面的理論探索、技術(shù)開發(fā)與工具配套，從而進(jìn)一步提升在地震、極端天氣等復(fù)雜條件下尾礦庫(kù)潰壩災(zāi)害的預(yù)防與應(yīng)急處置能力

尾礦的資源潛力

推進(jìn)尾礦綜合利用是從源頭上化解其安全與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的根本途徑。我國(guó)尾礦綜合利用率已從“十二五”時(shí)期的18.7%提升至“十三五”期間的27.6%，然而受技術(shù)裝備水平、投入成本高以及處理效率低等因素制約，目前每年仍有約70%的尾礦未能得到有效利用，資源潛力巨大。當(dāng)前研究熱點(diǎn)主要集中在以下方面：

• 尾礦采空區(qū)充填

將尾礦與膠凝劑、水混合制成充填材料，并輸送至井下采空區(qū)，有助于維持圍巖穩(wěn)定、提高資源回收率，并減少地表堆存量，已成為當(dāng)前尾礦利用的主要方式之一。尾礦充填仍面臨諸多挑戰(zhàn)，主要包括充填成本高（尤其膠凝材料成本）、尾砂充填體脫水效率低、深井充填輸送難度大以及細(xì)粒尾砂利用率低等。當(dāng)前該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)集中在充填流變力學(xué)、充填體支撐機(jī)理、充填材料制備工藝和充填漿體輸送等方面。在礦渣基低成本膠凝材料研發(fā)、細(xì)粒尾礦絮凝沉降機(jī)理與設(shè)備改進(jìn)、漿體或膏體流變特性與深井管道輸送理論、充填配比優(yōu)化、外加劑應(yīng)用及充填體力學(xué)性能提升等方面已取得顯著進(jìn)展，有力推動(dòng)了尾礦充填理論、技術(shù)發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用推廣。

• 尾礦制備材料

尾礦制備材料是緩解原料緊缺、實(shí)現(xiàn)固廢資源化利用的有效途徑之一，但目前仍面臨以下主要問題：（1）各礦山所產(chǎn)尾礦成分波動(dòng)較大，導(dǎo)致材料配方、生產(chǎn)工藝及相關(guān)設(shè)備缺乏普適性，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；茝V；（2）多數(shù)礦區(qū)位置偏遠(yuǎn)，周邊建材市場(chǎng)需求有限，致使尾礦原料及其產(chǎn)成品物流成本較高；（3）尾礦制備材料的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性及環(huán)保指標(biāo)往往難以滿足目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

為保障尾礦原料的穩(wěn)定供應(yīng)，建議圍繞尾礦制備各類材料的工藝流程，系統(tǒng)研究并制定基于尾礦粒度、礦物組成、危害程度及化學(xué)穩(wěn)定性等指標(biāo)的原料分類體系，加強(qiáng)尾礦材料化利用的基礎(chǔ)理論研究與成套裝備開發(fā)，提升企業(yè)和社會(huì)認(rèn)可度，激發(fā)礦區(qū)及其周邊市場(chǎng)潛力。此外，尾礦在復(fù)合顏料、分子篩等高附加值產(chǎn)品方面的制備與應(yīng)用，也是當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

• 有價(jià)金屬二次提取

尾礦中伴生的礦物元素含量豐富，其賦存形態(tài)多樣。在礦業(yè)采選與清潔能源技術(shù)革新，以及全球政治經(jīng)濟(jì)格局變化等多重因素驅(qū)動(dòng)下，部分尾礦庫(kù)中堆存的尾礦所含礦物已達(dá)到當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下的工業(yè)品位，使得歷史遺留尾礦的二次開發(fā)利用潛力逐漸受到重視。我國(guó)尾礦堆存具有體量大、時(shí)間跨度長(zhǎng)、礦種類型多等特點(diǎn)，二次資源利用潛力巨大。有必要從頂層設(shè)計(jì)入手，加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃，圍繞不同礦種尾礦的資源勘查、安全回采、二次利用、高效提取以及殘余廢棄物處置等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)開展基礎(chǔ)理論研究與技術(shù)研發(fā)。

• 超積累植物金屬回收

超富集植物能夠通過根系超量吸收重金屬并轉(zhuǎn)運(yùn)至地上部分，同時(shí)實(shí)現(xiàn)修復(fù)與回收的雙重目標(biāo)。其界定標(biāo)準(zhǔn)為：地上部分重金屬含量為普通植物的100倍以上（Zn、Mn≥10 000 mg/kg，Ni、Cu、Pb≥1 000 mg/kg），富集系數(shù)與轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，并具備對(duì)重金屬的耐受性。

在阿爾巴尼亞地區(qū)，某超富集植物品種經(jīng)過5 a田間試驗(yàn)，鎳提取量?jī)?yōu)化至105 kg/公頃；墨西哥某尾礦庫(kù)開展的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，施加改良劑促進(jìn)了植物對(duì)金的吸收，葉片、根部和莖部的平均金濃度分別達(dá)到15 mg/kg、16 mg/kg和21 mg/kg，經(jīng)評(píng)估已具備經(jīng)濟(jì)可行性。

超富集植物主要通過生物質(zhì)焚燒（從灰分中回收重金屬）和化學(xué)浸出（采用酸或絡(luò)合劑）實(shí)現(xiàn)金屬回收；高溫厭氧降解過程還可副產(chǎn)生物油與生物氣，從而降低整體環(huán)境影響。該類技術(shù)在尾礦庫(kù)周邊土壤重金屬治理、潰壩泄漏事故的災(zāi)后修復(fù)以及閉庫(kù)復(fù)墾階段的土壤修復(fù)中展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。目前，超富集植物吸收重金屬的生理與分子機(jī)制尚不明確，其在吸收、積累和耐受金屬過程中的生物學(xué)機(jī)制、遺傳特性及影響因素仍需深入解析，以進(jìn)一步篩選和改良植物材料，提高重金屬回收效率并減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，最終滿足工業(yè)化應(yīng)用要求。

• 尾礦固碳

礦物固碳技術(shù)具備長(zhǎng)期穩(wěn)定性與安全性優(yōu)勢(shì)。地表堆存的尾礦顆粒細(xì)、比表面積大、經(jīng)濟(jì)價(jià)值低且存量巨大，其中鐵鎂質(zhì)尾礦可與CO?發(fā)生反應(yīng)，生成性質(zhì)穩(wěn)定的碳酸鹽礦物，形成一種潛力巨大的“以廢治廢”固碳路徑。超鎂鐵質(zhì)尾礦參與固碳反應(yīng)還能增加尾礦孔隙中的膠結(jié)物含量，在實(shí)現(xiàn)CO?封存的同時(shí)提升尾礦庫(kù)的力學(xué)穩(wěn)定性，兼具固碳與增強(qiáng)壩體結(jié)構(gòu)的雙重效益。目前該技術(shù)仍主要處于理論探索與實(shí)驗(yàn)室研究階段，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，仍需進(jìn)一步解決經(jīng)濟(jì)可行性、固碳效率及潛在環(huán)境負(fù)擔(dān)等關(guān)鍵問題。

王 昆

山東科技大學(xué)

副教授

北京科技大學(xué)與?？巳卮髮W(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士，現(xiàn)任山東科技大學(xué)能源與礦業(yè)工程學(xué)院副教授、系副主任、碩士生導(dǎo)師，主要從事尾礦庫(kù)安全、礦山無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)、礦山固廢充填理論與技術(shù)等科研與教學(xué)工作，任《金屬礦山》青年編委。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目18項(xiàng)，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，出版學(xué)術(shù)專著3部，牽頭制定標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。

KAREN A.HUDSON-EDWARDS

?？巳卮髮W(xué)

教授

博士，英國(guó)埃克塞特大學(xué)可持續(xù)采礦教授、博士生導(dǎo)師，地球化學(xué)學(xué)會(huì)Fellow，Goldschmidt 2025會(huì)議聯(lián)合召集人，《Frontiers in Geochemistry》期刊欄目編輯，《Frontiers in Earth Sciences》期刊欄目副主編。主要從事可持續(xù)采礦與循環(huán)經(jīng)濟(jì)、礦山廢棄物污染物循環(huán)機(jī)制、尾礦庫(kù)安全與災(zāi)害防控等研究。主持國(guó)際重大科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇，包括《Science》期刊文章3篇。

張 崢

武漢理工大學(xué)

博士生

武漢理工大學(xué)資源與礦業(yè)工程學(xué)院在讀博士生。主要從事尾礦庫(kù)安全、礦山智能調(diào)度、智能礦山學(xué)科交叉研究。參與國(guó)家重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目4項(xiàng)；在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文7篇。

《金屬礦山》簡(jiǎn)介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國(guó)金屬學(xué)會(huì)主辦，主編為中國(guó)工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國(guó)科技核心期刊）、中國(guó)精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來源期刊）、中國(guó)百?gòu)?qiáng)報(bào)刊、RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國(guó)期刊方陣雙百期刊、國(guó)家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國(guó)化學(xué)文摘（CA）、美國(guó)劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動(dòng)化、安全環(huán)保、礦山測(cè)量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值或工程推廣價(jià)值的研究成果，優(yōu)先報(bào)道受到國(guó)家重大科研項(xiàng)目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國(guó)科技信息研究所發(fā)布的《2024中國(guó)科技期刊引證報(bào)告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國(guó)知網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)》（2024版），《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

供稿：曾文旭

編排：余思晨

審核：王小兵

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