鉱物資源の開発と利用においては、選鉱プラントによって生成される尾鉱は「廃棄物」とみなされることがよくあります。それらは尾滓池として重要な土地を占有するだけでなく、環境汚染や安全上のリスクを引き起こす可能性もあります。しかし、鉱物資源の枯渇の増加、環境規制の厳しさ、技術の進歩に伴い、尾鉱を「宝」に変えるという概念は広く受け入れられており、鉱業の持続可能な発展には避けられない選択肢となっています。尾鉱の包括的利用試験は、この野心的な目標を達成するための重要な出発点です。これは単純な技術実験ではなく、理論的な深さ、科学的な厳密さ、実践的な指導を統合した複雑なプロジェクトであり、尾鉱の高価値かつ多様な利用に関する確かな科学的証拠を提供することを目的としています。
01 尾鉱の「再発明」: 廃棄物から潜在資源へ
1. 尾鉱の特性と課題
尾鉱とは、粉砕、粉砕、選鉱などのプロセスを経て鉱石を処理した後に排出される固形廃棄物を指します。有用なミネラルがまったく含まれていない、または最小限しか含まれていない、または有用なミネラルの含有量が現在の経済的および技術的条件下で回収できるグレードを下回っています。その主なコンポーネントは次のとおりです。
- ガンジス鉱物：石英、長石、方解石、ドロマイト、雲母など。
- 少量の未回収有用鉱物: 埋め込まれた粒子サイズと選鉱プロセスの制限により完全には回収できない微粒子または関連する有用鉱物。
- 有害な元素: 硫化物 (黄鉄鉱や亜砒鉄鉱など) および重金属。酸性廃水や重金属の浸出を引き起こす可能性があります。
- 残留選鉱試薬: 微量の浮選試薬および凝集剤。
これらの特徴は、尾鉱が広大な土地を占有するだけでなく、環境リスクを引き起こすことを意味します。統計によると、世界の尾鉱生産量は毎年数百億トンに達しており、保管圧力は膨大です。
2. 尾鉱資源利用の可能性
ただし、尾尾がまったく役に立たないわけではありません。顕微鏡で観察すると、尾鉱粒子は依然として特定の物理的および化学的特性を持つ鉱物の集合体です。巨視的なレベルでは、その膨大な量には膨大な潜在的価値が秘められています。
- 有用な付随鉱物: 多くの尾鉱には依然として低品位の有価金属 (銅、鉄、金、銀、希土類元素、リチウムなど) または非金属鉱物 (蛍石、アパタイト、カリウム長石など) が含まれていますが、現在のプロセスではそれらの効率的な回収が妨げられています。
- 建築材料: 尾鉱に含まれるシリコン、アルミニウム、カルシウムは、セメント、レンガ、タイル、セラミック、コンクリート骨材、気泡コンクリートなどの建築材料の高品質な原料となります。
- 環境修復材料: 一部の尾鉱には吸着特性があり、重金属廃水処理に使用できます。脱硫された尾鉱は土壌改良に使用できます。
- 農業用途: 除染され、組成が調整された尾鉱は、土壌改良剤または肥料担体として使用できます。
- 新しい材料: 超微細尾鉱粉末は、微結晶ガラス、耐火材料、複合材料の製造に使用できます。
尾鉱の「アイデンティティの再形成」は、その本質的価値の新たな理解に基づいており、尾鉱の包括的な利用実験は、この再形成を達成するための科学的基礎となります。
02 尾鉱総合利用パイロットの科学的意味合いと段階
尾鉱総合利用パイロットは、複数の分野と技術を統合する体系的なプロジェクトです。その中心的な目標は、最も経済的に実行可能で、技術的に実現可能で、環境に優しい尾鉱の利用経路を特定することです。
1. パイロット前の基礎研究：包括的な「身体検査」
尾鉱の利用を成功させるには、その物理的および化学的特性を深く理解する必要があります。この段階は、尾鉱の包括的な「物理検査」のようなものです。
★ 尾鉱の組成分析:
- 化学多元素分析: 主要元素、微量元素、微量元素、特に潜在的に有用な元素 (レアメタル、貴金属、関連鉄など) および有害な元素 (硫黄、アスペルギルス、カドミウム、鉛など) の含有量を正確に測定します。これにより、二次選鉱における尾鉱の価値とその後の利用による環境リスクが決まります。
- 相分析: X 線回折 (XRD) は鉱物組成を決定し、各鉱物の含有量を定量的に分析します。これは尾鉱の物理的および化学的特性を理解するための基礎となります。
- 分光分析 (EDS、XRF): 元素分布の決定に役立ちます。
★物性測定：
- 粒径組成分析: スクリーニング法、レーザー粒径分析装置、およびその他の方法を使用して尾鉱の粒径分布を測定し、粉砕、分級、充填、焼結などのプロセスの基礎を提供します。たとえば、建設資材業界では微細な尾鉱が発生するため、より精密な粉砕が必要になる場合がありますが、充填中のスラリーのレオロジーに影響を与える可能性があります。
- 密度測定: 真密度と嵩密度は、他のパラメータの中でも輸送、保管、混合比の計算に影響します。
- 比表面積測定: BET 法。吸着、反応性、焼結性能に影響します。
- 水分含有量と空隙率: これらの方法は、脱水と圧縮のパフォーマンスに影響します。
★ 構造および形態学的分析:
- 走査電子顕微鏡 (SEM) とエネルギー分散分光法 (EDS) の組み合わせ: 尾鉱粒子の形態、構造、表面特性、および元素分布を観察します。
2. 実験研究段階: 複数の経路の探索と最適化
基礎研究の結果に基づいて、市場の需要と現在の技術力を組み合わせて、ターゲットを絞った利用試験が実施されます。
★ 二次資源回収試験:
- 再粉砕と再選択: 低品位の有用鉱物を含む尾鉱については、再粉砕の経済性と、細粒浮遊選鉱、重力分離、磁気分離による回収の可能性が評価されます。たとえば、銅尾鉱の再研磨と再選択により、残留銅、硫黄濃縮物、さらには付随する金や銀も回収できます。
- 浸出技術: 選択が難しい超微粒子または関連貴金属を含む尾鉱の場合は、シアン化物浸出、酸浸出、バイオ浸出などの湿式冶金技術が考慮されます。
- 典型的なケース: 磁気分離を使用して国内の鉄鉱石尾鉱から一部のマグネタイトを回収し、品位を 60% 以上に高め、経済的利益を達成しました。
★建材活用の試み：
- セメント混和剤: 尾鉱は、セメント クリンカーまたは骨材の一部を置き換えるために使用されます。これらの試験では、活動指数、標準濃度の水の消費量、および硬化時間の測定が必要です。
- 焼結レンガとタイル: 尾鉱は部分的に粘土を置き換えます。試験では、バッチング、成形、焼結温度、焼結時間、圧縮強度、吸水性、耐凍害性などのパラメータの最適化が必要です。
- コンクリート骨材: 川砂の代わりに尾鉱砂が使用されます。等級、破砕値、有害物質の含有量を測定し、コンクリートの配合割合、強度、耐久性試験を実施する必要があります。
- 気泡コンクリート、ガラスセラミック、セラミックスなど: ターゲットを絞った配合設計とプロセスパラメータの最適化が実行されます。
- 典型的なケース: 国家基準を満たす尾滓レンガが、脱水、乾燥、混合を通じて非鉄金属鉱山から生産されることに成功し、大規模な工業生産が可能になりました。
★充填材試験：
- セメント質充填: 尾鉱は骨材として使用され、地下ゴーフを充填するための充填スラリーを調製するためにセメント質材料 (セメント、粉砕スラグなど) と混合されます。試験では、レオロジー特性（スランプ、広がり）、硬化時間、初期強度と後期強度、不浸透性と耐亀裂性を測定する必要があります。
- ペースト埋め戻し：高濃度尾鉱スラリーの調製と輸送性能、および充填強度。
- 典型的なケース: 金鉱山では、完全にセメントで固められた尾鉱埋め戻し技術が採用され、尾鉱の保管問題が解決されただけでなく、採掘の安全性も確保されました。
★環境修復と農業利用実験：
- 重金属吸着: 廃水中の重金属イオンに対する尾鉱の吸着能力を評価します。
- 土壌改良剤: 酸性土壌および肥沃な土壌に対する尾鉱の改善効果を評価します (pH、栄養素含有量、植物生長試験)。
- 典型的なケース: カルシウム、リン、その他の元素が豊富なリン酸鉱山の尾鉱が処理され、農業用リン酸肥料の担体として使用され、生産性と効率の向上が達成されました。
★その他の高価値用途：複合材料、機能性セラミックス、モレキュラーシーブの調製など。この種の研究には通常、より最先端の技術とより高い付加価値が含まれます。
3. 環境への影響と経済的評価: 二重の考慮事項
- 環境影響評価: テスト中および製品使用後の環境安全性の評価。たとえば、放射能、重金属の浸出、尾鉱建設資材からの粉塵放出が評価されます。浸出水検査は尾滓の充填後にも実行されます。
- 経済的評価: 利用計画の商業的実行可能性を確保するために、尾鉱の前処理コスト、利用プロセスのコスト、製品の販売収益、環境利益の換算を含む完全なライフサイクルコスト分析 (LCA) が実施されます。
03 実践的なガイダンス: 試験の成功とプロジェクトの実施の確保
1. トライアルの目的と需要志向の設計を明確にする
試験を開始する前に、主な目的を明確に定義する必要があります。副産物を回収することですか?建材を生産するには？それとも地下埋め戻し用でしょうか？目的が異なれば、テストの重点と評価基準も異なります。同時に、開発製品の競争力を確保するために徹底的な市場調査を行う必要があります。
2. 標準化されたサンプリングと代表性
尾鉱の特性は、鉱石源、選鉱プロセス、保管期間などのさまざまな要因の影響を受け、ある程度のばらつきを示します。したがって、尾鉱の平均的な特性を真に反映する代表的なサンプルを確保するには、標準化されたサンプリングが非常に重要です。マルチポイント、マルチレイヤー、およびマルチサンプリングに加えて、混合および縮小サンプリングが推奨されます。
3. 治験プロセスを厳密に管理し、データを記録する
- 試験パラメータの標準化: すべてのテストは制御された変数の下で実施され、国家または業界の標準に厳密に準拠する必要があります。
- 信頼性の高いデータの確保: データの信頼性と検証可能性を確保するために、各テスト条件、操作手順、生データ、観察の詳細な記録を保存する必要があります。
- 再現性テスト: 結果の精度と安定性を検証するために、主要な実験を複数回繰り返す必要があります。
- パイロットスケールアップ: 実験室での研究が成功した後は、プロセスパラメータ、機器の選択、製品性能の工業的実現可能性を検証し、潜在的な問題を特定するために、継続的にパイロットスケールテストを実施する必要があります。
4. マルチステークホルダーのコラボレーションと産業チェーンの相乗効果を強調する
包括的な尾鉱の利用には、鉱業、建築資材、化学薬品、農業などの複数の産業が関与することが多く、複数のリソースの統合が必要です。
- 技術協力：大学や研究機関と連携し、先進技術や専門人材の導入を行います。
- 政策支援: 資金、土地、税制に関する政府の優遇政策を積極的に求めます。
- 市場接続性: 潜在的なユーザーとの接続を確立し、尾鉱製品を共同開発および宣伝します。
5. 安全と環境保護を優先する
どのような利用方法であっても、安全性と環境保護は最優先されなければなりません。尾鉱利用製品が関連する国家基準を満たしており、環境や人の健康に二次被害を引き起こさないことを確認してください。たとえば、農業で使用される尾鉱は、重金属の浸出、毒性、放射能に関する厳格な試験に合格する必要があります。
04 展望: 尾鉱利用の将来
将来的には、総合的な尾鉱利用が高付加価値、多様化、インテリジェント、ゼロエミッションの開発に向けて発展していきます。
- 高価値開発：建材の多用からレアメタル、貴金属、高純度材料などの高付加価値製品へのシフト。
- 多様化: 学際的なテクノロジーを統合して、より革新的なアプリケーションを開発します。
- インテリジェンス: ビッグデータ、人工知能、ロボティクスを導入して、インテリジェントな尾鉱選別、自動バッチ処理、プロセスの最適化を実現します。
- ゼロエミッション: 最終的な目標は、100% の尾滓利用を達成し、尾滓池を完全になくすか、環境に優しい景観に変えることです。
鉱業がグリーン開発と循環経済を達成するには、総合的な尾鉱利用の試みが不可欠です。それは単に廃棄物を宝物に変えるだけではありません。それは地球資源への深い敬意と効率的な利用を示しています。綿密な科学研究、厳格な実験実践、複数の利害関係者の協力を通じて、私たちはかつては重荷だった尾鉱を、業界の進歩を推進し人類社会に利益をもたらす貴重な資産に変える能力と責任を持っています。これには、技術的なブレークスルーだけでなく、概念的な革新と社会全体の共同の努力も必要です。
