礦業(yè)是經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)文明建設的重要物質(zhì)基礎。為實現(xiàn)本世紀中葉全球凈零排放目標，預計到2040年，礦產(chǎn)品需求量將比2020年增長約6倍。當前，高品位、易開采礦體逐漸消耗殆盡，在先進采選技術的推動下，低品位礦體的高強度開采與利用將成為長期發(fā)展趨勢，這也意味著礦石采選后所產(chǎn)生的尾礦廢棄物體量將長期處于高位。我國尾礦累計堆存量已超過200億噸，現(xiàn)有尾礦庫近5000座，其中上游式尾礦壩和“頭頂庫”數(shù)量眾多，災害防控形勢嚴峻。與此同時，我國尾礦綜合利用率仍不足30%，其資源潛力亟待充分釋放。山東科技大學王昆等以尾礦的基本物理化學特性、排放堆存方式、尾礦庫潰壩災害與環(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域的國內(nèi)外研究進展與發(fā)展態(tài)勢，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內(nèi)

尾礦的特性

尾礦的化學組分以、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、導水率、固結性、壓縮性、液化性等密切相關。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，細粒尾礦在地表河流等介質(zhì)中傳播距離更遠，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，細粒尾礦排水固結能力差，堆存時易引發(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。由于細粒尾礦遷移擴散能力更強、潛在危害更大、利用難度更高，因此已成為尾礦堆存、災害防控與資源利用等多個環(huán)節(jié)的關注熱點

Fig. 2 某黃金礦山尾礦試樣粒徑分布

尾礦排放堆存方法

通過管道將尾礦漿輸送至尾礦庫、經(jīng)自然沉降脫水后堆存的濕式排放，是當前應用最廣泛的尾礦處置方式，具有成本低、管理簡便的優(yōu)點，但也存在潰壩風險高、占地面積大等問題。為提高安全性，多國已禁止使用風險較高的上游式筑壩工藝，轉(zhuǎn)而采用一次筑壩或中線式、下游式筑壩方法。

在諸如地震活躍、土地緊缺和強降水等地區(qū)，尾礦深海排放受到較多關注。有學者指出，將尾礦排放至具備還原環(huán)境的深海是一種更安全的處置方式，有助于避免地表堆存引發(fā)的安全事故，維持尾礦地球化學性質(zhì)穩(wěn)定，從而降低環(huán)境污染風險，尤其適用于含硫化物尾礦。然而，受限于研究樣本和監(jiān)測數(shù)據(jù)不足，其對深海生態(tài)環(huán)境的中長期影響仍需進一步探明。

袋式堆存方式成本較高，尾礦固結堆存難以實現(xiàn)二次利用。膏體堆存與干式堆存技術具有良好的應用前景，其濃縮、脫水與輸送技術裝備已成為該領域的研究熱點。此外，水陸兩用螺旋推進式機械設備原位加速固結技術已在赤泥庫的加速排水固結中得到應用，并在澳大利亞、智利等地的細粒尾礦庫中取得了良好效果。總體而言，尾礦的排放與堆存應系統(tǒng)考慮尾礦庫從規(guī)劃選址、安全運營到閉庫復墾的全生命周期，統(tǒng)籌評估其經(jīng)濟成本、社會成本及生態(tài)環(huán)境成本指標。

Fig. 3 螺旋推進式機械設備及原位加速排水固結試驗效果（Williams D J., Munro L等）

尾礦造成的災害

尾礦庫作為具有高勢能的人造泥石流重大危險源，其安全風險不容忽視。據(jù)對全球18401座尾礦庫的不完全統(tǒng)計，尾礦壩的潰壩事故率約為1.2%，較常規(guī)蓄水壩高出兩個數(shù)量級。有國外學者基于對143起尾礦庫事故發(fā)生時點與礦產(chǎn)品價格周期的相關性分析，指出事故數(shù)量峰值通常滯后于礦產(chǎn)品價格峰值（即礦業(yè)繁榮期）2~2.5 a。推測原因主要包括：（1）礦業(yè)繁榮期礦產(chǎn)開發(fā)強度大，尾礦排放量持續(xù)處于高位；（2）經(jīng)濟利益驅(qū)動企業(yè)在高風險、高難度區(qū)域進行開采；（3）礦產(chǎn)品價格回落期間，企業(yè)為維持經(jīng)營往往擴大生產(chǎn)并壓縮安全管理投入。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）和國際大壩協(xié)會（ICOLD）均指出，尾礦庫在運營管理中缺乏連續(xù)性的資金支持與有效監(jiān)管是導致潰壩事故頻發(fā)的主要原因，而多數(shù)事故本身是可預防的。自2019年以來，金、銅等礦產(chǎn)品價格持續(xù)回升，企業(yè)與監(jiān)管部門需警惕未來因市場波動可能引發(fā)的尾礦庫安全風險。

我國尾礦庫總量龐大，其中防控基礎薄弱的中小型庫占比較高。應重點加強尾礦庫潰壩危害的超前評估、新型智能化監(jiān)測與巡檢裝備研發(fā)、臨災預警決策模型構建、災中應急減災策略優(yōu)化以及災后恢復與治理模式完善等方面的理論探索、技術開發(fā)與工具配套，從而進一步提升在地震、極端天氣等復雜條件下尾礦庫潰壩災害的預防與應急處置能力

Fig. 4 1915—2023年尾礦庫潰壩事故原因統(tǒng)計

尾礦庫的環(huán)境危害主要通過揚塵、滲漏與潰壩泄漏3種途徑擴散：

揚塵污染 干旱季節(jié)，露天堆存的尾礦表層顆粒在風力作用下發(fā)生風化與擴散，其中所含金屬離子（如Pb、Zn）可在中性pH條件下浸出，污染周邊土壤與地表水。例如，納米比亞Rosh Pinah尾礦壩周邊有52%的牧草鉛含量超標，嚴重區(qū)域中鉛的生物有效性甚至超過兒童每日耐受量。

滲漏污染 尾礦中的重金屬與酸性廢水通過壩體滲入地下水，造成水質(zhì)惡化。廣東某鉛鋅尾礦庫周邊，地表徑流是重金屬遷移的主要通道；北方某尾礦庫地下水中的SO?2?、NO??與Zn2?濃度超標，并對大鼠肝、腎細胞造成DNA損傷與生長抑制。

長期殘留 以1998年西班牙Aznalcóllar尾礦庫潰壩為例（泄漏尾礦漿約600萬），盡管事后實施了河道清淤與植物修復，20 a后下游河流中Cu、Zn、Pb的含量仍高于背景濃度。

氣候變化正持續(xù)加劇尾礦庫的環(huán)境風險：在干燥多風地區(qū)，揚塵現(xiàn)象頻發(fā)；而極端降水則顯著增加了滲漏與壩體失穩(wěn)的可能性。為應對此類風險，各國監(jiān)管機構正逐步收緊管控標準，從嚴防范尾礦庫對環(huán)境造成的危害。2020年8月，由ICMM、UNEP等機構聯(lián)合發(fā)布的《全球尾礦管理行業(yè)標準》提出涵蓋尾礦庫全生命周期的15項原則，包括要求在各階段建立并維護氣候變化等跨學科知識體系，以最大限度降低環(huán)境事故風險。2021年12月，我國出臺《尾礦庫環(huán)境監(jiān)管分類分級技術規(guī)程（試行）》，該規(guī)程依據(jù)尾礦類型和庫區(qū)周邊環(huán)境敏感度進行定性分類，結合尾礦庫運行狀態(tài)、啟用時間、環(huán)境風險控制水平及污染防治設施配置等指標進行定量分析，從而指導尾礦庫環(huán)境監(jiān)管等級的科學劃分。目前，針對尾礦庫揚塵、滲漏及其帶來的中長期環(huán)境危害，在監(jiān)測、預防與治理措施方面仍有待進一步深入研究。

尾礦的資源潛力

推進尾礦綜合利用是從源頭上化解其安全與環(huán)境風險的根本途徑。我國尾礦綜合利用率已從“十二五”時期的18.7%提升至“十三五”期間的27.6%，然而受技術裝備水平、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。當前研究熱點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粒尾砂利用率低等。當前該領域的研究重點集中在充填流變力學、充填體支撐機理、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)、細粒尾礦絮凝沉降機理與設備改進、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、外加劑應用及充填體力學性能提升等方面已取得顯著進展，有力推動了尾礦充填理論、技術發(fā)展和工業(yè)應用推廣。

• 尾礦制備材料

尾礦制備材料是緩解原料緊缺、實現(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)尾礦成分波動較大，導致材料配方、生產(chǎn)工藝及相關設備缺乏普適性，難以實現(xiàn)規(guī)模化推廣；（2）多數(shù)礦區(qū)位置偏遠，周邊建材市場需求有限，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性能、化學穩(wěn)定性及環(huán)保指標往往難以滿足目標應用領域的技術標準。

為保障尾礦原料的穩(wěn)定供應，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、危害程度及化學穩(wěn)定性等指標的原料分類體系，加強尾礦材料化利用的基礎理論研究與成套裝備開發(fā)，提升企業(yè)和社會認可度，激發(fā)礦區(qū)及其周邊市場潛力。此外，尾礦在復合顏料、分子篩等高附加值產(chǎn)品方面的制備與應用，也是當前該領域的研究熱點之一。

• 有價金屬二次提取

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革新，以及全球政治經(jīng)濟格局變化等多重因素驅(qū)動下，部分尾礦庫中堆存的尾礦所含礦物已達到當前技術經(jīng)濟條件下的工業(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。我國尾礦堆存具有體量大、時間跨度長、礦種類型多等特點，二次資源利用潛力巨大。有必要從頂層設計入手，加強統(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鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)開展基礎理論研究與技術研發(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)運至地上部分，同時實現(xiàn)修復與回收的雙重目標。其界定標準為：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，鎳提取量優(yōu)化至105 kg/公頃；墨西哥某尾礦庫開展的現(xiàn)場試驗中，施加改良劑促進了植物對金的吸收，葉片、根部和莖部的平均金濃度分別達到15 mg/kg、16 mg/kg和21 mg/kg，經(jīng)評估已具備經(jīng)濟可行性。

超富集植物主要通過生物質(zhì)焚燒（從灰分中回收重金屬）和化學浸出（采用酸或絡合劑）實現(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。該類技術在尾礦庫周邊土壤重金屬治理、潰壩泄漏事故的災后修復以及閉庫復墾階段的土壤修復中展現(xiàn)出良好應用前景。目前，超富集植物吸收重金屬的生理與分子機制尚不明確，其在吸收、積累和耐受金屬過程中的生物學機制、遺傳特性及影響因素仍需深入解析，以進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)境風險，最終滿足工業(yè)化應用要求。

• 尾礦固碳

礦物固碳技術具備長期穩(wěn)定性與安全性優(yōu)勢。地表堆存的尾礦顆粒細、比表面積大、經(jīng)濟價值低且存量巨大，其中鐵鎂質(zhì)尾礦可與CO?發(fā)生反應，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)尾礦參與固碳反應還能增加尾礦孔隙中的膠結物含量，在實現(xiàn)CO?封存的同時提升尾礦庫的力學穩(wěn)定性，兼具固碳與增強壩體結構的雙重效益。目前該技術仍主要處于理論探索與實驗室研究階段，要實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用，仍需進一步解決經(jīng)濟可行性、固碳效率及潛在環(huán)境負擔等關鍵問題。

王 昆

山東科技大學

副教授

北京科技大學與?？巳卮髮W聯(lián)合培養(yǎng)博士，現(xiàn)任山東科技大學能源與礦業(yè)工程學院副教授、系副主任、碩士生導師，主要從事尾礦庫安全、礦山無人機遙感技術、礦山固廢充填理論與技術等科研與教學工作，任《金屬礦山》青年編委。主持國家自然科學基金、山東省自然科學基金等項目18項，在國內(nèi)外學術期刊上發(fā)表學術論文30余篇，出版學術專著3部，牽頭制定標準2項。

KAREN A.HUDSON-EDWARDS

?？巳卮髮W

教授

博士，英國?？巳卮髮W可持續(xù)采礦教授、博士生導師，地球化學學會Fellow，Goldschmidt 2025會議聯(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、礦山廢棄物污染物循環(huán)機制、尾礦庫安全與災害防控等研究。主持國際重大科研項目10余項，發(fā)表學術論文120余篇，包括《Science》期刊文章3篇。

張 崢

武漢理工大學

博士生

武漢理工大學資源與礦業(yè)工程學院在讀博士生。主要從事尾礦庫安全、礦山智能調(diào)度、智能礦山學科交叉研究。參與國家重大專項、國家自然科學基金、山東省自然科學基金等項目4項；在國內(nèi)外學術期刊上發(fā)表學術論文7篇。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學術論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學術期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學文摘（CA）、美國劍橋科學文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學技術振興機構數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領域具有重大學術價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國科技信息研究所發(fā)布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術學科核心期刊第1位；根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學術期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學科影響力位居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

利用提供參考依據(jù)。

供稿：曾文旭

編排：余思晨

審核：王小兵

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