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1、陕西省公路沥青废旧料再生利用研究一 项目摘要1二 项目的意义和必要性22.1 项目的必要性22.1.1我省金属尾矿综合利用现状22.1.2 尾矿堆放带来的危害22.1.3 利用金属尾矿生产新型水泥是水泥工业发展的迫切需要42.2 项目的意义52.2.1 对我省黄金、铅锌和铜矿业的发展起到推动作用52.2.2 有利于水泥行业节约资源能源，降低成本，减少污染52.3 国内外金属尾矿综合利用情况72.3.1 国外金属尾矿综合利用情况72.3.2我国尾矿综合利用情况92.3.3我国尾矿综合利用存在的问题10三 项目基础123.1 前期研究基础123.1.1 金属尾矿的产生、堆放等情况的社会调研123.
2、1.2 金属尾矿的成分分析和物理性能的测试123.1.3 金属尾矿烧制新型水泥的探索性试验133.1.4 国内利用金属尾矿生产水泥的研究153.2 政策支持153.3 人员条件163.4 资金条件163.5 设施条件17四 项目的总体目标与实施方案184.1 总体目标184.2 实施方案18五 项目内容205.1 研究内容205.2 课题设置方案205.3 考核指标21六 项目的技术难点、创新点和技术路线226.1 技术难点226.2 项目的创新点236.3 项目的技术路线24七 知识产权和技术标准现状和预期分析25八 投资预算与资金筹措26九 经济效益、社会效益、技术竞争分析和成果应用前景2
3、79.1 经济效益和社会效益279.2 技术竞争分析279.3 本项目的产业化前景27十 管理机制29十一 项目风险30一 项目摘要本项目的主要研究内容是大掺量利用金属尾矿生产新型水泥，我院于2008年就开始了本项目的研究，经过2年多的探索试验和有关专家的一论证，该方案是确实可行的，但还需做大量的试验工作，为工业试验提供可靠的参数。金尾矿的主要成分是SiO2和CaO；铅锌尾矿的主要成分为SiO2和Al2O3；铜尾矿的主要成分为SiO2和Fe2O3等，而硅酸盐水泥的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等，因此这些尾矿经过处理，完全可以替代部分石灰石、粘土、铁矿石等水泥原料生产水泥。
4、本项目的关键技术是寻求最佳配料方案，重点研究解决如何提高金属尾矿配制时熟料烧成温度范围偏窄、C2S稳定性差和水泥早强偏低等问题。二 项目的意义和必要性2.1 项目的必要性2.1.1我省金属尾矿综合利用现状我省每年金属（黄金、铅锌、铜）尾矿的排放量约1320万吨，综合利用率仅为8.1%左右。金尾矿的利用途径有：作为主要原料，生产硅酸盐砌墙砖、铺地砖、护坡砖、加气混凝土制品等系列新型墙体材料；作为水泥混合材，生产复合水泥。铅锌尾矿的利用方面：作为辅助原料替代粘土生产低碱水泥和从铅锌矿尾矿中回收铁、硫。以铜尾矿为辅助原料生产免烧砖，替代铁矿石生产水泥和做水泥混合材。总体说来铅锌、铜尾矿的利用率略大于
5、黄金尾矿的利用率。为了进一步提高金属尾矿的利用率，我省拟将商洛作为尾矿综合利用示范基地，商洛市尾矿综合利用示范基地建设规划（20102020）目前已进入国家评审阶段。为此，商洛有望成为全国首个国家级尾矿综合利用示范基地，利用尾矿生产各种新型建材产品。由于商洛矿产资源较为丰富，自上世纪90年代起，先后形成尾矿库109座，是中国四大尾矿库聚集区之一。2009年，商洛市各类尾矿和工业废渣排放量730.8万吨，实际利用96万吨。尾矿和工业废渣的大量堆存，带来资源、环境、安全和土地等诸多问题。若将商洛作为全国首个国家级尾矿综合利用示范基地，可为该项目的实施创造有利条件和强有力的支撑。2.1.2 尾矿堆放
6、带来的危害1. 占用土地尾矿堆存需要占用大量的土地。截至2005年，我国尾矿堆放占用土地达1300多万亩，随着老的尾矿库闭库，新的尾矿库不断增加，必将占用更多的土地。2. 浪费资源我国矿产资源80为共伴生矿，由于我国矿业起步晚，技术发展不平衡，不同时期的选冶技术差距很大，大量有价值资源存留于尾矿之中。例如，我国铁矿尾矿的全铁品位平均为8-12%，有的甚至高达27%。以当前铁尾矿总堆存量45亿吨计算，尾矿中相当于存有铁5亿吨左右。我国黄金尾矿中含金一般在0.2-0.6克/吨，以当前总堆存量5亿吨计算，其中尚含有黄金100300吨左右。尾矿中的非金属矿物不但存量巨大，而且有些已经具备高附加值应用的
7、潜在特性。随着技术的进步其潜在价值将远远超过金属元素的价值。这些尾矿资源如不能综合回收利用，将造成巨大浪费。3. 环境污染矿石选矿过程中有的需要加入药剂，这些药剂会残留在尾矿中。尾矿所含的重金属离子，甚至砷、汞等污染物质，会随尾矿水流入附近河流或渗入地下，严重污染河流及地下水源。自然干涸后的尾砂，遇大风形成扬尘，吹到周边地区，对环境造成危害。4. 安全隐患很多尾矿库超期或超负荷使用，甚至违规操作，使尾矿库存在极大安全隐患，对周边地区人民财产和生命安全造成严重威胁。建国以来，我国多次发生过尾矿库溃坝事故，造成大量人员伤亡。2008年“98”山西襄汾新塔矿业有限公司尾矿库溃坝，造成270多人死亡，
8、更是一次血的教训。尾矿综合利用不仅有利于提高资源综合利用率，减少占用土地，保护环境，也是消除尾矿库安全隐患的治本之策。2.1.3 利用金属尾矿生产新型水泥是水泥工业发展的迫切需要水泥作为人类社会发展中不可缺少的建筑材料之一，由于其相对较低的生产成本和良好的胶凝性能，已成为当前人类社会最主要的、用量最大的、不可替代的建筑材料。但水泥生产需要消耗大量的矿物资源如石灰石、粘土，同时需要较多的能源（煤炭、电能），还产生大量的粉尘及CO2、SO2及NOX等有害气体。我国水泥用石灰岩基础储量358.54亿吨、查明资源储量643.43亿吨。按现有开采规模最多持续5070年。 到2008年底，我国水泥生产能力
9、已达13.65亿吨/年，超过世界水泥总量的1/2，给资源、能源、环境都带来了极大的压力。因此水泥工业的发展面临着资源、能源和环保的严峻挑战，综合利用各种可用的资源和能源以实现工业废渣资源化，改善生态环境已成为当今水泥工业发展的迫切需要。水泥工业也是消纳金属尾矿和工业废渣的最重要途径，水泥窑焚烧温度高，有良好的高碱性环境，对有害、有毒物质摧毁彻底，对大气污染程度低。金属尾矿和工业废渣在水泥、混凝土中应用在国内外均有丰富的科研成果和使用经验。但目前国内金属尾矿在水泥工业主要是作为水泥混合材，但其用量不多，只占混合材总用量的20%左右。其综合利用目前处于一种缺乏成熟技术、多为自发行为、鲜有行业指导的
10、状况。相对于有限的石灰石资源和有限的煤炭、电力能源而言，中国的水泥工业发展应该拓宽思路，将水泥生产和混凝土使用有机地联系起来，走一条水泥工业的可持续发展道路。应大力扶持和发展利用工业固体废弃物如粉煤灰、煤矸石、钢渣、矿渣、尾矿等工业废渣制备高性能水泥，这既有利于金属尾矿和工业废渣的综合利用，亦可以缓解水泥工业对资源、能源的大量消耗和对环境的污染等问题。近年来我国政府对金属尾矿和工业废渣的综合利用予以高度重视，根据国务院日前印发的发展改革委会同有关部门制定的节能减排综合性工作方案，明确了2010年中国实现节能减排的目标任务和总体要求。2010年国内生产总值能耗要比2005年降低20，主要污染物排
11、放总量减少10，工业固体废物综合利用率达到10以上。根据水泥工业产业发展政策，国家支持企业采取措施，综合利用工业废渣，积极利用低品位原燃材料，提高资源利用率，鼓励水泥企业走资源节约道路。2.2 项目的意义2.2.1 对我省黄金、铅锌和铜矿业的发展起到推动作用“大量利用金属尾矿生产新型水泥”项目开发研制成功后将对我省黄金、铅锌、铜矿的发展产生巨大的影响和积极推动作用，其重大意义在于：消除了黄金、铅锌、铜矿企业的后顾之忧，促进采矿产业的良性发展。由于黄金、铅锌、铜采矿行业采矿时所排出的金属尾矿总量及危害程度相对较大，国家发改委进一步提高了黄金、铅锌、铜矿行业的准入门槛，对现有和新建的黄金、铅锌、铜
12、矿企业规模、环保、能耗、资源综合利用等各方面都提出了明确的规定和要求。该项目开发成功后，解决了金属尾矿堆放占用土地和污染环境的难题，也为众多的黄金、铅锌、铜矿企业消除了后顾之忧，促进了黄金、铅锌、铜矿产业的良性发展。2.2.2 有利于水泥行业节约资源能源，降低成本，减少污染扩大了水泥生产原材料的来源，加速推动了水泥工业的发展。我国生产水泥的主要原材料为天然石灰石和粘土，全国水泥行业石灰石年消耗量达到16亿吨，粘土年消耗量达到4亿吨。若按此计算，我国探明的石灰石储量使用期不足70年将会枯竭，年吃掉可耕土地约6.6万亩。因而，利用金属尾矿替代石灰石、粘土、铁矿石生产低钙水泥不仅充分利用了金属尾矿、
13、减少了废弃物堆存造成的污染，而且扩大了水泥生产原材料的来源，完全符合当前水泥技术发展潮流和国家相关的产业政策，加速推动了水泥工业的发展。为水泥企业提高经济效益开辟了一条新途径。由于利用金属尾矿生产的水泥产品具有水化热低、干缩小、耐温、抗侵蚀、抗渗和耐久性好的特点，其成本比传统石灰石生产的水泥的成本降低1520元/吨，且企业可享受免税政策，具有显著的经济效益。为水泥企业降低能耗、节约能源闯出一条新路子。大量利用金属尾矿配料生产的水泥熟料比采用石灰石生产的水泥熟料烧成热耗明显降低，由于水泥生料中CaCO3含量少，以C2S代替C3S从而降低CaCO3的配入量。这样碳酸钙分解的能耗低，熟料形成的温度相
14、应降低。当水泥熟料中CaO含量从传统的65%减低到50%时，每千克熟料可节约热耗502 kJ左右。另外，黄金、铅锌、铜尾矿都是分解点、熔点最低的原料，利用其生产水泥可降低水泥烧制过程中的能耗，并完善其固相、液相反应。尾矿的熔点（平均l200），要比粘土、沉积岩（1580）熔点低300左右也即液相提前，液相反应能耗降低；尾矿分解点在450650，（硫化物分解和脱水分解），比粘土、沉积岩（页岩、泥质岩、粉沙岩）（600900）低200300。所以，利用金属尾矿生产水泥可以大大节约煤炭资源。 降低CO2排放，减少温室效应。由于生产1吨熟料需要消耗1.28吨优质石灰石，同时向大气中排放0.57吨CO2
15、，用金尾矿替代石灰石生产水泥熟料，可以减少CO2排放。一个2500t/d规模水泥生产线，利用金尾矿替代石灰石后，每年可向大气中少排CO2约13.2万吨，有利于改善空气质量和大气环境。2.3 国内外金属尾矿综合利用情况2.3.1 国外金属尾矿综合利用情况 通过立法支持对矿产资源的开发和合理利用 前苏、美、日、法等经济发达国家为加强矿产综合利用工作，都已结合本国的具体情况制定了一些规章制度。前苏联制定、颁布了关于加强自然资源保护和改善综合利用、改善自然资源保护和合理利用矿产资源问题和苏联各加盟共和国矿产法。美国制定颁布了美国矿业和矿产条例等都充分说明他们很重视矿产资源综合利用的立法工作。德国199
16、4年公布的循环经济废弃物法，是把废弃物当作可利用资源纳入产品生产过程中的资源循环过程。 为确保国家经济安全的资源供应有些发达国家提供资金建立专门机构支持矿业投资和开发研究。如法国的地质矿产调查局（BRGM）和日本的金属矿业事业团。为吸取“先污染，后治理”的教训，发达国家形成了一套较完备的矿山环境管理和政策法规体系，矿山企业自觉进行环境保护。发达国家实行加强和改善资源综合利用的立法和行动启示我们应该加强矿产资源综合利用的法律法规建设，促进资源综合利用和合理利用。 以技术为先导，提高资源综合利用水平 发达国家矿业发展趋向于管理集约化、科学化；发展矿产资源的高效、低成本、少污染的选冶加工短流程提取技
17、术；低耗高效矿山装备的大型化、系列化；力求采、选、冶设备自动化和智能化，不断提高资源综合利用水平。如在露天采矿工艺方面，广泛采用陡帮开采、高台阶开采、间断-连续运输工艺或陡坡铁路-公路联合运输工艺等集成化技术，以达到大规模、高效率和低成本的目的，露天矿的生产规模一般在1000万吨年以上。地下采矿基本上实现了集中强化开采和规模化经营，以铲运机为核心的无轨采矿设备及工艺、连续出矿设备及工艺成为当今采矿技术发展的主流，基本上实现了设备的大型化、液压化，促进采矿工艺与技术向高阶段、大采场和高效率方向发展。发达国家选矿技术发展致力于攻克加工利用中低品位矿石和难选冶矿石的工艺技术及设备研制的难关。近年来，
18、用于处理低品位难选冶矿石的堆浸技术发展迅速，铜、金、铀等金属的地下溶浸和就地浸出亦已实现了工业化，生物浸出技术已成为极具前景的清洁生产工艺，资源得到合理开发和综合利用。发达国家重视科技进步，推动资源合理开发和综合利用启示我们，必须引进和推广先进技术，提高科技含量和效率，从而提高资源综合利用水平。 加强尾矿调查评价和开发利用 随着矿产开采品位的降低过去在选矿时丢弃的尾矿，已经被作为低品位的矿产或“二次资源”在许多国家得到开发利用。世界各国矿业开发所产生的尾矿每年达50亿吨以上，随着矿业开发规模增大和入选矿石品位的降低，这个数字还将逐年增大。至于累计堆存的尾矿数量则更加巨大，仅就有色金属矿山尾矿而
19、言，美国约90亿吨，前苏联约50亿吨，我国约20亿吨。数量如此巨大的尾矿，不仅其存放占用大量土地，并造成矿产资源的严重浪费，而且对环境的污染和破坏也越来越严重。因此，尾矿的合理、充分开发利用已引起世界许多国家的极大注意。国外将尾矿作为“二次资源”进行勘查评价，查明其化学成分、矿物成分、有用组份含量及赋存状态以及其储量等。同时大力开展选冶新工艺、新设备研究，从尾矿中分选和回收有用组分，建立一批二次选矿厂。如乌兹别克斯坦阿尔马雷克斑岩铜矿区从尾矿回收金属；美国一铝矿从合钨（WO3=0.03）的选钼尾矿回收钨，使这一铝矿成为美国第二大钨矿；产金大国南非于1985年兴建了世界上最大的尾矿再处理工程Er
20、go尾矿处理厂，主要处理含金尾矿，从中回收金、铀等多种有用组分；加拿大提敏斯工程处理含金尾矿等。国外尾矿综合利用的经验告诉我们，应开展尾矿“二级资源”勘查评估，对有用组份进行回收利用，这样不仅可以扩大资源量，还可减少环境压力。2.3.2我国尾矿综合利用情况我国尾矿利用主要有以下几种方式： 尾矿再选开展尾矿再选，从尾矿中回收有价成分，是提高资源利用率的重要措施。近几年由于国内外金属矿产品价格快速攀升，我国尾矿再选的规模发展非常迅速。一些特大型矿山企业在尾矿再选技术开发方面已经进行了很多探索，不仅提高了资源回收率，也给企业带来巨大的经济效益。但目前我国尾矿再选整体存在着规模小、技术落后、回收率低、
21、能耗高、成本高等问题。由于缺乏统一的规划和管理，有的甚至造成严重的二次污染，或对尾矿库安全造成危害。 尾矿生产建筑材料尾矿的主要组分是SiO2、Al2O3、CaCO3，可以通过现有的成熟工艺生产一种或若干种建筑材料。目前尾矿生产建筑材料已有一些成熟技术，但主要是借鉴建材行业已有的成熟工艺，原始创新性不足，产品附加值低，销售半径小，没有显示出生产成本、运输成本和产品质量的综合优势，难以大范围推广。一些尾矿高值利用技术，如尾矿制备微晶玻璃、超耐久性尾矿高强混凝土技术等，已经在关键技术和工艺方面取得了突破，有望成为将来大量利用尾矿的有效技术。 尾矿用于制作肥料有些尾矿中含有植物生长所需要的多种微量元
22、素，经过适当处理可制成用于改良土壤的微量元素肥料。上世纪90 年代马鞍山矿山研究院将磁化尾矿加入到化肥中制成磁化尾矿复合肥，并建成一座年产1 万吨的磁化尾矿复合肥厂，起到了变废为宝的效果。但这些只是停留在对少量尾矿的利用上，还无法减少大宗尾矿的堆存。 充填矿山采空区矿山采空区回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一。尤其对于无处设置尾矿库的矿山企业，利用尾矿回填采空区就具有更大的环境和经济意义。胶结充填采矿法目前已属于成熟技术，可以使地下采矿回采率提高2050%，并使原来根本无法开采的位于水体下面、重要交通干线下面和居民区下的矿体能够被开采出来。理想的胶结充填采矿法可完全避免地表塌陷和基本避免破
23、坏地下水平衡造成重大危害。 尾矿库复垦尾矿库复垦是解决尾矿库表面沙化的重要措施。尾矿库复垦不仅防止扬沙，而且美化环境，减少污染，兼具经济效益、社会效益和环境效益。尾矿库复垦为我国矿山企业废弃尾矿库治理探索出了一条经济、可行的新路子。2.3.3我国尾矿综合利用存在的问题 尾矿利用率低目前我国绝大多数尾矿尚未被综合利用，综合利用率不足10%，尤其是铁尾矿和有色金属尾矿的利用率更低。随着我国矿产资源开采力度的不断加大，尾矿排出量会每年不断递增，加快尾矿的综合利用已迫在眉睫。 基础工作薄弱，缺乏数据支撑在我国经济发展统计体系中还没有关于资源综合利用的基础数据统计，更没有关于尾矿综合利用的数据统计。不利
24、于提出科学的政策措施，更不利于根据实际情况对政策措施做出实时调整。尾矿污染防治技术标准体系不健全，阻碍了相关污染治理工作的有效开展。 尾矿综合利用技术攻关投入不足企业缺少投资开发尾矿综合利用重大关键技术的动力和积极性。同时国家在尾矿综合利用的前瞻性技术开发方面投入不足，导致大多数尾矿综合利用工艺只停留在简单易行的技术上，缺乏能够使尾矿高效利用和大宗高值利用的原创性技术研发。 现有政策支持力度不够尽管与原矿采选相比，尾矿综合利用社会效益好，但资源品位低，利用成本高，经济效益差。现有资源综合利用政策缺乏针对性，支持力度不够，企业利用尾矿的积极性不高。三 项目基础3.1 前期研究基础3.1.1 金属
25、尾矿的产生、堆放等情况的社会调研我省的黄金矿主要分布在渭南、商洛、宝鸡、汉中、安康等地区，年产黄金12.1t左右，年排放的黄金尾矿约1000万吨。其中仅潼关县黄金尾矿排放量达到600万吨/年，洛南、镇安两县黄金尾矿排放量约100万吨/年。铜矿主要分布在商洛、宝鸡、汉中等地区，年产铜约5000t左右，排放的铜尾矿约100万吨/年。铅锌矿主要分布在宝鸡、汉中、商洛、西安等地区，年产锌精矿约11万吨左右，铅精矿1.5万吨左右。其中宝鸡地区年产锌精矿约6万吨，旬阳地区年产锌精矿约4万吨。年排放铅锌尾矿约220万吨。3.1.2 金属尾矿的成分分析和物理性能的测试金尾矿的主要成分是SiO2和CaO、铅锌尾
26、矿的主要成分为SiO2和Al2O3、铜尾矿的主要成分为SiO2和Fe2O3等，而硅酸盐水泥的主要成分是CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等，因此这些尾矿经过处理，是完全可以替代部分石灰石、粘土、铁矿石等水泥原料生产水泥尤其是替代石灰石生产水泥。近年来，我国一些科研机构利用其它工业废渣和石灰石作原料进行了水泥的研究和试验，试验结果表明：利用工业废渣生产的水泥水化热低、干缩小、耐温、抗侵蚀、抗渗性和耐久性好，是一种性能优异的新型硅酸盐水泥，而且变废为宝，有效地节约了石灰石等矿产资源。他们的研究成果为我们利用金属尾矿生产水泥提供了一定的参考依据。我省黄金、铅锌、铜尾矿的化学成分如表1所示。表1
27、 我省黄金、铅锌、铜尾矿的化学成分（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO黄金尾矿30.035.06.08.05.57.025.030.02.53.0铅锌尾矿58.070.010.512.09.011.20.91.52.03.5铜尾矿35.052.08.013.012.518.04.58.02.54.0由上表可以看出黄金、铅锌、铜尾矿的化学成分相对稳定。黄金、铅锌、铜尾矿中的主要成分分别与天然石灰石、粘土、铁矿石的成分比较接近，黄金尾矿中的CaO比石灰石中要低，适用于生产CaO含量低的低钙水泥。3.1.3 金属尾矿烧制新型水泥的探索性试验我院于20082009年开展了大量利用金属尾矿生产
28、水泥的探索性试验：（1） 金属尾矿化学成分、矿物组成、晶相结构测试与分析；（2） 金属尾矿物理性能：水分、密度、比表面积、细度、流动性、塑性试验研究；（3） 金属尾矿的使用安全性：如放射性、氰化物测试研究；并选用了几种金属尾矿进行配料、试烧，取得了一批试验数据，见表2。通过探索性试验，认为大量利用金属尾矿生产水泥是可行的。表2 探索试验数据序号配料%熟料率值细度%凝结时间h:min抗折强度MPa抗压强度MPa煅烧温度石灰石金尾矿1铅锌2钒渣铜尾矿活化剂kHNP初终3天28天3天28天144.041.010.5（1）4.50.782.581.033.502:123:454.26.819.644.
29、21250242.042.010.5（1）4.01.50.752.601.013.472:033:204.88.724.758.61250341.043.310.5（1）4.01.20.732.611.013.502:053:284.68.223.155.81250440.044.510.5（1）4.01.00.712.630.983.522:103:374.57.821.752.81250544.041.010.5（2）4.50.762.611.013.501:554:054.06.719.441.41250642.042.010.5（2）4.01.50.742.630.983.471:50
30、3:524.78.524.258.11250注：1、对试验中物理性能较差的未列入表中。2、表中的（1）表示掺入铅锌尾矿（2）表示掺入钒渣。3.1.4 国内利用金属尾矿生产水泥的研究目前我国在利用金属尾矿或工业废渣生产水泥方面研究单位主要集中在大专院校和科研机构，如武汉理工大学利用粉煤灰、铜尾矿替代粘土生产水泥；西南科技大学利用石灰石、粉煤灰、铜尾矿生产水泥；河北科技大学利用工业废渣赤泥替代部分石灰石生产水泥；中铁隧道集团有限公司研究所利用劣质石灰石和粉煤灰生产水泥；中国建材院研制的高性能低热硅酸盐水泥等。但大多停留在试验室研究和部分小试阶段或在个别立窑厂应用，大规模大生产应用还比较少，特别是将
31、金尾矿替代石灰石作为主要原材料生产水泥还未见到有关报道。3.2 政策支持近年来，由于金属尾矿的排放量呈现出迅猛的增长趋势，加之一些地区采矿厂对尾矿排放的安全设施不够重视，尾矿库坍塌、尾矿坝泄露呈高发态势，导致附近地区居住人群的房屋倒塌、农田毁坏，甚至出现人员伤亡的重大安全事故，并对周围环境带来一定影响。因而金属尾矿的排放问题也引起了国家的高度重视，先后制订了中华人民共和国矿产资源法、中华人民共和国矿山安全法和尾矿库安全技术规程，下发了关于进一步加强尾矿库环境监管的紧急通知，出台了关于开展资源综合利用若干问题的暂行规定、排污费征收使用管理条例、金属尾矿综合利用专项规划（2010-2015年）和相
32、关配套规定，对金属尾矿的排放控制与安全设施提出了更高的要求。主要体现在：一是对尾矿库、尾矿排放与筑坝的设计标准、质量等级提出了更高要求，安全管理制度与措施更加严格和细化。二是对利用金属尾矿和工业废渣的厂矿、企业给予相应的优惠政策。三是对现有采矿企业金属尾矿排放安全设施、环保设施不健全的限期治理整顿，开采规模偏小、开采工艺落后的限期关停。在法规要求不断趋向严格的同时，相关金属尾矿排放控制的约束性和激励性政策相继出台。在约束性方面，实施了排污即收费政策，作为环境保护专项资金管理，用于环境污染防治。在激励性方面，为进一步做好尾矿资源开发利用工作，国家发改委建议采取以下措施：一要制定和落实相关政策，支
33、持企业开展技术攻关和技术改造；同时落实减免资源税费等优惠政策，引导和鼓励社会和企业资金投入尾矿等资源综合利用领域。二要加强尾矿综合利用的技术创新，研发先进技术、先进装备、先进工艺，加快研究成果转化。三是使用好中央财政资金，重点支持大型企业、大型矿区的尾矿和“废渣”的资源化利用工作，发挥引导、示范作用。四是加强开发准入管理，制定和完善矿业开发企业准入和监管的标准，推进企业结构调整，做大做强矿山企业。五是要加强尾矿开发利用中的安全生产管理工作，防止发生安全生产事故。3.3 人员条件为保证本项目的正常进行，我们对项目组成人员作了精心选择和专项安排，项目负责人和主要专业技术人员均为我院工作多年的技术人
34、员，有着丰富的理论知识和实践经验及研发能力，特别是在工业废渣利用方面有独到的研究之处，在电石渣、脱硫石膏等工业废渣的加工处理做了深入的研究，对本项目有着很好的借鉴作用。项目主要人员名单见附件一。3.4 资金条件“大量利用金属尾矿生产新型水泥”项目，由于试验的工作量大，需增加的试验设备多，中试需增加烘干、均化设施等。综合而论，项目研究投入资金预计总额为320万元，计划自筹集资金230万元，申请专项资金90万元。由于项目面对水泥行业，在项目开发经营中，相信能够通过良好的产品性能和社会影响、政策导向打开市场，积累各项资金为大规模开发、生产该产品奠定资金基础。3.5 设施条件“大量利用金属尾矿生产水泥
35、”项目试验室试验阶段，借助我院研发中心研发基地的设备、试验场地、水、电等基础设施进行小型试验。四 项目的总体目标与实施方案4.1 总体目标于2012年12月前，完成整个项目试验的研究，找出金属尾矿生产新型水泥的最佳配合比方案、烧成温度、生产工艺及工艺参数，使各项指标能够达到工业化试验的要求。4.2 实施方案已完成的基础工作：我院于2010年6月就“大量利用金属尾矿生产水泥”成立项目组，项目组成员共7名，其中，高级工程师4名。现已完成金属尾矿的社会调研、项目研发的探索试验，论证了该项目实施的可行性。需展开的研究课题内容实施进度安排：（按照2年时间）2011年8月-2012年2月（1） 稳定金属尾
36、矿主要成分研究：因为金属尾矿化学成分波动大，会引起生料成分产生较大波动，给水泥熟料烧成与质量带来一定影响；（2） 金属尾矿水分烘干技术研究；（3） 水泥熟料最佳配料与率值的试验研究；2012年3月-2012年8月（4） 水泥活化剂对水泥强度影响研究试验；（5） 稳定-C2S矿物晶型试验研究；（6） 水泥物理性能的研究；（8） 水泥配置的混凝土物理性能检验；2012年9月（9）编制项目总结报告；2012年10月2012年12月（10）项目鉴定。五 项目内容5.1 研究内容（1） 研究解决该种水泥早强低、烧成温度范围偏窄的缺陷；（2） 研究解决水泥熟料中-C2S晶型转变问题；（3） 研究解决金属尾
37、矿的烘干与均化。5.2 课题设置方案大量利用金属尾矿生产水泥要针对水泥早强低、烧成温度范围窄的缺陷的研究方案： 在试验室试验阶段根据金属尾矿的化学成分寻求最佳的配料方案、熟料率值本项目根据金属尾矿的化学成分，拟采用（石灰石、黄金尾矿、铅锌尾矿、铜尾矿、活化剂）五组分配料，熟料率值拟选在（KH=0.680.75，N=2.602.80，P=0.901.05）之间，水泥熟料中主要矿物C2S控制在4060%。 选用合适的活化剂拟分别选用重晶石尾矿、磷石膏等废渣作为活化剂改变矿物中C2S晶体结构特征，活化C2S，加速水化，以提高水泥早期强度。 针对由于水泥熟料中-C2S容易转化为-C2S，使得体积膨胀且
38、活性极大降低，容易引起熟料出现粉化等为题，制定适当的研究方案：在分别加入重晶石尾矿、磷石膏等活化剂的同时，拟采用快速冷却的方式使-C2S快速越过500C的转变温度而保留下来。 金属尾矿自然含水率的大小和化学成分波动的解决方案：设计合理的烘干、除尘、均化工艺，并调整其工艺参数，保证为生产优质水泥提供成分稳定、含水率小的水泥原料。5.3 考核指标 水泥孰料28d抗压强度达到58 MPa以上； 水泥熟料的烧成温度在1300； 金尾矿用量占CaO材料用量的50%以上； 全部尾矿的用量占原料总量的40%以上。六 项目的技术难点、创新点和技术路线该项目所涉及的水泥生产行业的共性技术有：原材料的预均化处理；
39、硅钙质材料的配料方案；烧成温度的确定等。该项目研究的主要内容就是用尾矿烧制水泥，其尾矿用量可占总原材料的40%以上，该技术属国内首创，具有很好的公益意义。6.1 技术难点金属尾矿是金属矿生产过程中，对金属矿石进行细磨，并采用浮选、磁选等工艺精选之后排放的工业固体废弃物，一般采用大量的水与之混合后，通过管道输送到尾矿渣坝进行沉淀，这一过程与电厂的湿法排放粉煤灰很相似。金属尾矿一般呈细粉状，细度在30200目之间，自然含水率为1030%。根据地质条件的不同，金属尾矿的化学成分可能还会有较大的波动。其利用过程中的技术难点如下：（1） 金属尾矿的烘干问题由于金属尾矿的自然含水率比较高、比表面积大，用于
40、水泥生产均存在着烘干和扬尘问题，烘干设备的选择及如何解决烘干过程中扬尘较大的问题是研究工作必须考虑的。 （2） 金属尾矿的均化问题由于金属尾矿的地质条件的不同，金属尾矿的化学成分有较大的波动，将会直接影响生料成分的稳定性，也给配料带来一定困难。（3） 水泥早强偏低问题尽管该水泥具有水化热低，干缩小，耐温、抗侵蚀、抗冻、抗渗、耐久性好、后期强度高的优点，但由于水泥的主要矿物是C2S，与C3S相比，C2S早期水化速度比较慢，水泥3天、7天之间的强度增进率低，因而与常规的硅酸盐水泥相比存在着早强偏低的问题。（4） 金属尾矿煅烧水泥熟料烧成范围较窄的问题由于本项目利用的金属尾矿都是分解点、熔点最低的原
41、料，这就决定了尾矿配制的生料易烧性好，烧成中可以大大降低热耗，节约能源。但在旋窑生产中有可能存在着烧成范围窄的问题，容易导致水泥熟料在窑内结大球，从而给0.烧成操作和正常生产带来问题。（5） 水泥熟料中C2S稳定问题由于水泥的主要矿物是C2S，一般情况下C2S存在几种晶型，晶型之间可以互相转化，加热时：；冷却时：。在上述晶型中，没有水硬性，水硬性最好。但是容易转化为密度较小且无活性的，体积膨胀且活性极大降低，熟料出现粉化，强度降低。6.2 项目的创新点 利用金属尾矿生产水泥的研究是国内首创； 金属尾矿掺量大，其尾矿总用量占原材料用量的40%以上； 本项目共涉及了三种尾矿的应用（金尾矿、铅锌尾矿
42、和铜尾矿）。 其烧成温度为1300以下，较传统水泥的烧成温度低150左右，降低了水泥生产的能耗。6.3 项目的技术路线项目技术路线见图1粉 磨活化剂掺量的调整各种尾矿的预均化处理配料方案的确定尾矿中的各成分含量测定调整配料方案试 烧熟料强度测试烧成温度的调整总结分析，得出最优配方、烧成温度的图1 技术路线图七 知识产权和技术标准现状和预期分析经过我院有关专家的一致论证，本项目研究完成后，可申请专利2项以上，发表学术论文4篇以上。该水泥的检验标准可按国家现行的普通硅酸盐水泥标准。八 投资预算与资金筹措不填。本次项目研发的资金利用明细表见表3，资金来源见表4。表3 投资预算明细表单位：万元项目投资
43、总额自筹申请人员费用设备购置材料试验和能源（试验、检测、水电、燃料等）租赁差旅（调研、试验等）其他（期初运行费等）合计表4 资金来源表单位：万元来源预算合计承担单位自筹资金申请专项资金九 经济效益、社会效益、技术竞争分析和成果应用前景9.1 经济效益和社会效益大量利用金属尾矿生产节能水泥不仅充分利用了固体废弃物、节约了石灰石与粘土资源，在一定程度上解决了金属尾矿带来的安全和环境问题；而且会带来巨大的经济和社会效益。以4000t/d新型干法水泥生产线为例，年产水泥熟料124万吨，每年消耗石灰石158.72万吨、粘土37.2万吨、铁矿石5.5万吨。采用金尾矿代替天然石灰石（60%）、铅锌尾矿代替粘
44、土、铜尾矿代替铁矿石后，每年仅原材料节约成本约2800万元，同时每年可节约开采费、电费、人工费和装载费用约300万元，减少金属尾矿堆放、污染排放等费用500万元，与传统的水泥生产相比每年可新增3600万元的经济效益。我省目前有新型干法水泥生产线近20条，而每年黄金、铅锌、铜尾矿的年排放量1320万吨，可满足六条4000t/d新型干法水泥生产线所需的原料，假如都能利用金属尾矿生产低钙节能水泥，每年可新增2.16亿元的经济效益。所以说，该项目具有巨大的经济和社会经济效益。9.2 技术竞争分析该研究课题属国内首创，不存在技术竞争。9.3 本项目的产业化前景随着我国经济的飞速发展，金属矿的产量也越来越
45、大。据有关资料统计，2009年我国黄金产量达到了313.98t，同比增长11.34%，再创历史新高；铅锌产量分别达到了370.79万吨和370万吨平均增长10%；铜产量达到了400万吨，同比增长6%。黄金、铅锌、铜尾矿的年排放量也连年增大，陕西省黄金、铅锌、铜尾矿的年排放量已经达到了1320万吨以上，这些金属尾矿如果处置不当将给环境带来沉重的压力，对数量如此庞大的副产物，寻求其综合利用的途径，实现废物资源化利用已迫在眉睫。我国是水泥生产的大国，产量连续几年居世界首位，2009年全国水泥产量达到了16亿吨，这就需要大量的石灰石、粘土作为水泥生产原料。使用金属尾矿代替天然石灰石、粘土作为水泥生产原
46、料，不仅使固体废弃物得到资源化利用、缓解环境压力，节约天然石灰石与粘土资源，而且能大大降低水泥的生产成本，有着广阔的发展前景。十 管理机制用。十一 项目风险本项目在大生产中的风险主要有几下几点： 金属尾矿与天然石灰石、粘土相比，具有附着水质高，湿度大，粘性强等不利因素，若直接使用于水泥生产中的话，造成频繁堵料，影响配料。因此需要研究金属尾矿的烘干处理，需选用烘干效率高、生产能力大的烘干设备，否则难以实施。（2） 大量利用金属尾矿配料生产水泥，原料品种由原先的三种增加到五种，要求计量设施精确度提高，岗位工的责任心加强，否则会影响生产和水泥质量。（3） 大量利用金属尾矿配料生产水泥的生产工艺有别于原有的传统生产工艺，岗位工及生产技术人员必须有一个学习、熟悉和适应过程。刚开始生产有可能由于操作要领不掌握，容易引起水泥质量出现波动。
