矿山固体废物处理与利用

矿山固体废弃物处理与再利用摘要:我国冶金工业快速发展,促使矿山的开发力度加大,随之产生大量矿山固体废弃物。

通过浅析我国矿山固体废弃物的现状,以及矿山固体废弃物的危害,我们了解了矿山固体废弃物的处理与再利用所具有重要的意义,并提出了有效治理矿山废物和资源再利用的有效方法。

关键词:矿山;固体废弃物;处理;再利用1,我国矿山固体废弃物的现状我国是世界采矿大国,现有各类矿山企业约15.3万个,其中国有矿山7650个,集体企业6.9万个,私营及个体企业5.8万个,余为其他经济类型企业,开采矿产143种。

伴随各类矿产资源的开发利用,产出了大量的固体废弃物。

这些固体废弃物的存量既是我国千百年矿业开发的历史积累,也是矿产资源利用不合理的结果,其主要的四种物质来源为:尾矿、废石、煤矸石和粉煤灰,尤以废石为多。

我国矿山废弃物的累计数量也相当巨大,且逐年增多,一个省份的矿山尾矿和固废物总量可达几亿至几十亿吨。

可以预见的是,随着矿石开采量的上升和品位的下降,每年矿山固废物的排放量还将不断增加。

矿产是人类生存的重要生产资料之一 ,目前我国已发现矿种171个。

可分为能源矿产(如煤、石油、地热)、金属矿产(如铁、锰、铜)、非金属矿产(如金刚石、石灰岩、粘土)和水气矿产(如地下水、矿泉水、二氧化碳气)四大类，开发建立了8000多座矿山,累计尾矿量达5917亿吨,大量尾矿不仅占用了土地和造成了资源的浪费,而且也给人类生活环境带来了严重污染和危害,恶化了环境。

如何把这些沉睡多年、数量惊人的尾矿进行开发利用，真正实现“无尾、无废、无污染”的现代化生产，达到推进矿山环境的综合治理是落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的客观要求，也是我国及世界各国共同关心的重要课题2，矿山固体废弃物的危害1、固体废弃物直接造成环境污染。

固体废弃物对地面环境的污染表现是多方面的：其一，原矿直接携带超标污染物质，如放射性元素及其他有害组分；其二，选矿过程中使用的化学药剂残存于固体废弃物并与其中某些组分反应，产生新的污染源；其三，在地表堆放条件下，固体废弃物发生氧化、水解和风化等表生变化，使原本无污染的组分转变为污染组分，如有色金属矿山普遍存在的某些重硫化物；其四，流经固体废弃物堆放场所的地表水，通过与固体废弃物相互作用，溶解某些有害组分并携带转移，造成大范围污染；其五，由于某些金属矿山固体废弃物颗粒极细，排出的固体废弃物干涸后经风力携带极易扬尘造成污染；其六，某些矿山固体废弃物直接排泄于湖泊、河流，污染水体，堵塞河道，引发大灾害。

2、固体废弃物矿破坏生态环境。

据了解，这些固体废弃物包括废石废渣占用大量土地，由于大规模开采锰矿、金矿、钛砂矿、花岗岩、石灰岩、大理石，加快了水土流失，植物破坏，造成大量山塘、水库泥砂淤积，河床抬高，“青山头”变成“白山头”。

3、固体废弃物易安全隐患。

固体废弃物堆放易产生流动、塌陷和滑坡，尤其是坝高超过l00米的大型尾矿库．一日发生事故，其造成的破坏是相当巨大的。

4固体废弃物推存造成严重的矿产资源浪费。

特别是贫穷的一些地区大多数矿山的矿石品位低，大多呈多组分共生，矿物嵌布粒度细，再加上选矿技术设备落后，管理水平低，选矿回收率低，其结果必然将大量的可选有用组分长期丢弃在废弃物里，因此，浪费于废弃物中的有用资源是相当可观的，特别是一些尾矿，由于受到当时条件的限制，更是变成“尾富矿”。

5、固体废弃物堆存使国家个企业造成经济重负。

由于固体废弃物堆存，需要维护固体废弃物堆放库，进行日常管理，加上突发性原因造成毁坏农田或造成环境破坏需要赔偿等，给国家和企业造成沉重的经济负担，有关专家估算，若按每1吨固体废弃物堆放费用和治理费用各3元以上计算，每年为此要支付一笔巨大的费用。

3，矿山固体废物可利用的价值1、主体矿物在尾矿中尚有可观的存储。

比如某家金矿选厂每年排出的尾矿，含金品位达0．8～1．2克／吨，如此算来，每年损失黄金达2．3吨以上。

2、伴生矿物存量大，价值高。

我国金属矿产一个重大特点就是“单一矿少，综合矿多”。

天然矿石基本上都是多种矿物共生、伴生在一起的。

过去，由于“单一开发，丢弃其他”的开采利用方式，大量共、伴生矿物资源未能回收，囤居在固体废弃物之中，所需矿种选出后，其余排出地表形成砂状堆积体，而剩下的金属矿物组合相对富集，含矿品位有所提高，故称为“人工矿床”，是一笔宝贵的财富。

如果借助选矿技术的新发展，将这些金属回收，不亚于建立一个新矿山。

3、固体废弃物中脉石矿物的价值不可低估。

金属矿尾矿中的大量岩屑及非金属矿物，是不是废物呢？可以肯定地说：不是。

非金属矿和煤的尾矿、煤矸石及其他围岩等也都是有用物质，而且是已经采掘到地面、堆积到一起的财富。

如，北京科技大学用一家铁矿细粒尾矿制作免烧砖、建筑装饰材料，已制成机压及浇注表面金属化及涂化饰面砖、墙体砌块及铺路砖，并用于有关工程。

4，矿山固体废弃物的处理堆置处理堆置就是将固体废弃物直接堆放到预先划定并作好准备的场地上。

选择场地应遵循:①保护地下水质,防止地下水因受废石堆排放的浸滤水的影响而变质;②保护地表水,防止地表水因废石堆风化淋蚀而增加泥沙负荷和溶解固体负荷;③防止风蚀;④保证人类安全,防止洪水或地震造成灾害。

因此选择场地必需对地形、水文地质情况、地震情况、水文情况、大气情况等进行综合考虑。

尾矿堆存要求更特殊,尾矿坝基础材料要有足够的强度,还应具有良好的不透水性。

目前尾矿坝堆放有两种较好的方法:①尾矿半干堆垛;②粗细残渣的共处置。

把固体废物堆放在堆放场后,可向固体废物堆表层覆盖石块、泥土,种植植物或对其表层进行化学处理,以使固体废物堆稳定,减少二次污染。

3.2 复垦处理复垦处理一般步骤如下: 固体废弃物→表土采掘→表土储存→回填整平→铺垫表土→复垦种植现在较为先进的复垦技术是开采与复垦紧密结合。

如德国弗兰格尼亚石膏矿床开采过程中就采用大型轮胎式装岩机处理粘土质覆盖物,其运距较短,并能将剥离物及母土就近回填。

复垦后的土地可用于农、林、牧、渔及修建公共设施等。

3.3 填埋处理填埋处理较为典型的例子是用煤矸石填充采空区。

把尾矿砂与水泥混合,作井下胶填充物也是一种好方法。

对有毒固体废物的填埋要采取安全填埋法,要考虑废物的预处理、地下水保护系统、场地及地表水控制管理等。

5，矿固体废弃物的再利用对于矿山固废物问题来说,科技创新是解决问题的重要的内在动力。

提高我国现有的采选矿技术,减少采剥比,提高采矿效率,采用先进、合理的矿山资源综合利用技术,减少固废物的产生,从源头上解决矿山废弃物问题。

应该提到矿产资源勘查、矿山设计和矿产开发规划等先期工作中。

而将矿山固体废弃物作为"二次资源"加以利用,实现从摇篮到摇篮的最佳资源利用,则是矿山废物产生后处理的最佳途径。

1.用作生产矿物聚合物的原料[5][6][7]：矿物聚合物(Mineral Polymer)又名地质聚合物(Geopolymer)，是近年来新发展起来的碱激发胶凝材料，它在许多场合可代替水泥；较之生产水泥，能耗可减少70%，排放污染物可减少约90％；同时，它具有高抗折强度、耐腐蚀、耐高温、隔热以及更好的体积稳定性，特别是阻止重金属从构筑物中溶出方面性能优异。

但是，与水泥相比较成本不具优势，因而尚难以完全取代水泥；目前还主要用于对强污染废弃物的固化等方面。

但是，现在已经有人开始研究利用尾矿来制造这种材料，并获得初步成功。

例如，以中国地质大学马鸿文教授为首的实验室，已经利用福建沙县田口钾长石尾矿和北京平谷县将军关金矿尾矿试制这种材料，试验结果都表明是可行的。

由于原料中以尾矿为主(平谷金矿尾矿的配加量可达80％)，所以降低了生产成本，而且可以享受减免税费的优惠，使其与水泥有了一定竞争力。

能用作矿物聚合材料的尾矿要求是：成份中以铝硅酸盐为主，并含有一定量的碱金属；而且希望其中非晶质物质含量较高。

2.用作污水处理时直接降解重金属的材料：最早利用矿山尾矿用于污水处理的是瑞典，早在30多年前瑞典已经在利用波立登和克里斯廷贝两座选矿厂的尾矿来净化酸性污水和城市污水[8]。

尾矿净化污水的原理是：用尾矿泥加入城市污水，矿泥能将重金属离子吸附于尾矿的表面，形成沉淀物从水中分离，而且比一般的氢氧化物吸附分离要充分。

研究表明，如果吸附是纯表面的结合，那么每吨尾矿可吸附几磅金属；如果能兼起化学反应，例如，像磁黄铁矿对于汞离子起化学作用那样，那么每吨尾矿可吸收数百磅金属。

据我国 互联网2004年10月13日的报导：“天然磁黄铁矿,已有的研究表明,它具有极好的处理含六价铬废水的能力。

”这又是一个例证，而且说明磁黄铁矿不仅可以用于处理含汞废水，还可以处理含铬废水。

就笔者所知，有的矿山如福建尤溪某多金属矿，由于当地不让用硫铁矿提取硫磺(怕污染环境)，尾矿中磁黄铁矿含量高达30％多，理应可利用于这个领域。

此外，据檀竹红等的研究，石棉尾矿酸浸渣对铬离子的吸附性能很强也可以用于处理污水中的铬污染。

3.用作物理法处理污水的滤料[9]：“物理法处理污水常用于一级处理，是为了去除污水中的悬浮物或乳浊物。

物理法有多种，其中过滤法常用的滤料是石英砂、石榴石粒、磁铁矿粒、白云石粒、花岗岩粒等，国外还有用钛矿砂者。

”这些物质是尾矿中所常见的。

但是，能用作这种滤料对粒度有一定要求；例如，对石英砂的粒度要求是0.5～1.2mm，对石榴石砂的要求是0.2～0.5mm。

某些钨矿山的尾矿中常以石英粒或花岗岩粒为主，故有可能从其跳汰粗选尾矿中筛选出符合粒度要求的这种滤料。

4.用作化学法处理酸性污水的碱性滤料[9]：化学处理常用于工业废水的处理。

有多种方法，其中过滤中和法(适用于酸的浓度不太大时)的滤料有三种：石灰石、大理石和白云石。

这三种岩石在矿山废石中是常见的，但由于其量少而块度又不大，既不能用作建筑饰材，也不能用作烧石灰或用作冶炼熔剂，而附近如果有工厂需要进行酸性污水处理，则挑选出来用作滤料却不失为物尽其用。

5.用作曝气生物滤池(BAF)的滤料[10][11]：这是笔者正在进行的研究。

目前尾矿或废石用于污水处理的最大量用途，很可能将是先进的曝气生物滤池污水处理的滤料。

其中专业名称为“Arlita”的滤料。

经笔者研究，完全可以用粘土矿物含量高的尾矿或废石中的页岩(包括煤矸石)，并添加少量辅料来制造。

符合这种原料要求的是必须含有较多的伊利石或蒙脱石等粘土矿物，这些矿物的特点是当高温焙烧时，熔化与膨胀基本同步。

根据笔者的研究，北京的煤矸石及煤矸石发电厂的炉渣都可以用于制造这种滤料；河北宣化某沉积铁矿的顶板围岩，配加少量辅料轻烧后，可先提浸取钾肥，而后其残渣可用于制造这种滤料。

6.用于生产碳化砖或碳化板：北京大灰厂石灰石矿，原来生产石灰及冶炼熔剂石灰石，而其岩屑因粒径小不能用作烧石灰或用作熔剂。