摘 要

铜尾矿是铜矿石选取铜精矿后舍弃掉的一种工业固体废弃物。随着铜矿山的大量开采与利用，矿场排放与堆积的铜尾矿越来越多。对铜尾矿的处理已经成了矿山企业的一个比较严重负担。

本文对湖北某地铜尾矿的基本特性进行了分析，并在此分析的基础上对铜尾矿的综合利用途径进行了探索。具体为铜尾矿制备轻质烧结陶粒。研究内容和实验结果如下：

1）对湖北某地的铜尾矿进行了特性分析，包括化学组成、矿物组成和粒径分布。铜尾矿主要化学组成包括24.16% CaO、19.43% SiO₂、5.55% Al₂O₃、12.6% Fe、2.6% MgO。铜尾矿的主要矿物为方解石、石英、磁铁矿、斜长石等。铜尾矿粒径较细，不需要进一步磨细就可以直接利用。

2）利用铜尾矿制备烧结陶粒，对铜尾矿制备烧结陶粒的工艺进行了探索。用配比为75%的铜尾矿、20%的粉煤灰和5%的高岭土，在1170℃的条件下焙烧45min，得到了满足国标（GBT17431.1-2010）要求的轻集料烧结陶粒。烧结陶粒的抗压强度为6.0Mpa，1h吸水率为18.1%，堆密度为750kg/m³，软化系数为1.0。分别利用XRD和SEM对不同焙烧温度和保温时间下陶粒矿物组成和微观结构进行了分析。烧成陶粒的主要矿物组成为辉石、硅灰石和钙长石。随着焙烧温度的升高，陶粒中液相增多，陶粒的基体结构变得致密对陶粒抗压强度的提高有显著作用。

关键词：铜尾矿；陶粒；综合利用

Abstract

Copper tailings are an industrial solid waste which is copper ore after the selection of copper concentrate. With the extensive exploitation and utilization of copper mines, mine discharge and accumulation of copper tailings are increasing. The treatment of copper tailings has become a more serious burden on mining enterprises.

In this paper, the basic characteristics of a copper tailings in Hubei were analyzed, and the comprehensive utilization of copper tailings were explored on the basis of this analysis. Specific research on the direction of antimicrobial properties of copper tailings and copper tailings to prepare sintered ceramsite. The research contents and experimental results were as follows:

1) The characteristics of copper tailings in Hubei Province were analyzed, including chemical composition, mineral composition, and particle size distribution. The main chemical composition of copper tailings includes 24.16% CaO, 19.43% SiO₂, 5.55% Al₂O₃, 12.6% Fe, and 2.6% MgO. The mineral composition of the copper tailings were mainly calcite, quartz, magnetite, plagioclase and so on. Copper tailings smaller particle size, no further grinding can be used directly.

2) The preparation of sintered ceramsite from copper tailings were explored. The calcined ceramsite was obtained by calcination of 75% copper tailings, 20% fly ash and 5% kaolin at 1170 ° C for 45 minutes. Sintered ceramsite compressive strength was 6.0MPa, 1h water absorption was 18.1%, bulk density was 750kg / m³, softening coefficient was 1.0,and the samples were obtained by the requirements of GBT17431.1-2010.The effects of calcination temperature and holding time on the mineral composition and microstructure of the ceramsite were analyzed by XRD and SEM. The main mineral composition of the calcined ceramsite was pyroxene, wollastonite and anorthite. With the increase of calcination temperature, the liquid phase in the ceramsite increased, and the matrix structure of the ceramsite became dense, which had a significant effect on the compressive strength of the ceramsite.

Key words: copper tailings; comprehensive utilization

目 录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 铜尾矿简介 1

1.1.3 我国铜尾矿的现状与特点 2

1.1.4 铜尾矿综合利用现状 2

1.2陶粒的特点及应用方向 4

1.3研究意义 5

1.4研究内容 5

第二章 实验原料、仪器和实验方法 6

2.1 实验原料 6

2.1.1 铜尾矿基本性质 6

2.1.2 粉煤灰的特性 8

2.1.3 粘土特性 9

2.2 实验设备 11

2.3 实验方法 11

2.3.1 原料的预处理 11

2.3.2 铜尾矿陶粒的工艺流程 11

2.3.3 铜尾矿陶粒的性能表征 12

第三章 铜尾矿陶粒制备工艺试验 15

3.1 铜尾矿陶粒配方的探究 15

3.2 铜尾矿陶粒焙烧温度的影响 16

3.3 铜尾矿陶粒保温时间的影响 18

3.4 小结 19

第四章 铜尾矿陶粒矿物组成和微观结构 20

4.1 不同焙烧温度下铜尾矿陶粒的物相变化 20

4.2 不同保温时间下铜尾矿陶粒的物相变化 21

4.3 不同焙烧温度下铜尾矿陶粒的微观结构的变化 22

4.4 不同保温时间下铜尾矿陶粒的微观结构的变化 24

4.5 小结 25

第五章 结论及展望 26

5.1 结论 26

5.2 展望 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1 选题背景

1.1.1 概述

矿产资源对人类的生存和发展有着重要的支撑作用，是国家安全与经济发展的重要保证，其包括金属矿产、非金属矿产以及能源矿产三大类。随着社会的不断发展,人们生活水平的持续提高，所需要的矿产资源产量也在与日俱增。而且由于矿产资源的逐年开发，矿石的品位越来越低，因此在矿产资源的开采和加工过程中产生了越来越多的废石和尾矿。目前全球年尾矿排放总量在100亿吨以上，其中我国尾矿年排放量高达10亿吨以上。最新统计数据显示：我国尾矿累积堆存量已接近150亿吨[^[1]]。

尾矿的大量堆积会造成很多的问题。具体为：①尾矿堆积会引起的环境污染问题。突出表现在占压土地、破坏自然植被、污染土壤水源、扬尘污染[^[2],[3]]。矿石经过选矿流程作业后，产出的尾矿粒度很细，而且由于长期堆存风化现象严重，容易随风而起产生二次扬尘，污染四周环境，并严重影响居民的身体健康。另外，尾矿中通常含有的重金属离子、浮选药剂等，这些物质会造成严重的水体污染，随着时间的迁移，污染还会发生转移，甚至富集，从而对更大范围内的生态环境造成严重危害[^[4],^[5]]；②尾矿库可能造成地质灾害等问题。选矿厂产生的暂时无法进行综合利用的尾矿一般会堆存在尾矿库。尾矿库由于堆存了大量的尾矿具有很高的势能，存在溃坝危险，是一个巨大的安全隐患，一旦失事，很可能造成重大事故。而且因为尾矿库中的尾矿中含有大量重金属离子和化学药剂，一旦发生事故，会对尾矿库下游居民的生命和财产造成巨大的危害，并对环境产生严重污染，造成难以修复的严重后果。据调查我国已经形成一定规模的尾矿库约有1 500座，其中近30.0％属于危、病库，每年都有溃坝事故发生，造成生命财产的损失，或造成环境的污染[^[6]]；③尾矿的存在是资源的严重浪费。原矿经过选别后，大部分目的组分被选走，但也有可能仍有其他有价组分等待发掘，而且尽管残留在尾矿中的目的组分比例虽然很低，由于尾矿总量巨大，因此其中仍含有大量有待开发的有价组分，如有色金属铜、铁、锌、铅、锡等，另外经过选别后剩余的石英、长石等脉石矿物也有其利用价值。如何合理处置尾矿，废物利用，已成为全球亟待解决的难题。

1.1.2 铜尾矿简介