金属矿山固体废物危害及资源化处理_陈华君

Ser i es N o.394 A pril2009金属矿山M ETAL M I N E总第394期2009年第4期陈华君(1984)),女,昆明理工大学国土资源工程学院,硕士研究生,650093云南省昆明市昆明理工大学莲华校区5栋433室。

金属矿山固体废物危害及资源化处理陈华君刘全军(昆明理工大学)摘要分析了金属矿山固体废物的来源,论述了金属矿山固体废物可产生的危害,介绍了从金属矿山固体废物中回收有价金属、利用金属矿山固体废物制备新材料、将金属矿山固体废物用于井下回填等金属矿山固体废物资源化处理的途径。

关键词金属矿山固体废物危害资源化处理H ar m s and R esource-li k e Treat m ent of t he SolidW ast es from M et a lM i n esChen H ua j u n Liu Quan j u n(Kun m ing University of Science and T ec hno logy)Abstrac t T he paper analyzes the sources of the so li d w astes o f m eta l m i nes,discusses its har m s and presen ts the w ays to trea t t he m as a resource,i nclud i ng recoveri ng valuable m eta ls fro m the m,making new m ater i a ls o f them,and filli ng the unde rground m ined areas w ith them.K eywords M eta lm i ne,So li d w astes,H ar m,R esource-li ke treat m ent金属矿山的固体废物主要是指在采、选、冶生产过程中或生产结束后堆积于地面及井下的废石、废渣、尾矿等固体堆积物。

它们数量巨大,成分复杂,不易处理,回收困难。

一般说来,随着开采深度的增加和矿山品位的不断降低,剥离表土和废石、废渣量将逐年增加。

对露天矿,每采1t矿石将产生5~10 t废石。

美国金矿废石每年为500~1000万t。

矿石采出后,通常都要经过选矿处理,最终得到高品位的精矿粉,而在选矿过程中将产生大量的尾矿。

尾矿的处理就更为复杂。

我国在20世纪90年代初,1年生产约3000万t铁精矿,约排出5000万t尾矿;生产1t铁要产生几十吨废石和尾矿,0.6~0.7t的高炉渣。

近年来,随着金属矿山开发力度的加大,其废石、尾矿等固体废物更进一步大量增加,这些固体废物经过风吹雨淋,在空气、水的综合作用下,发生一系列物理、化学及生化变化,对生态环境造成的影响日趋严重。

因此,无论是从环境保护的角度还是从保护资源的角度来看,都应努力寻求技术上可行、经济上合理的金属矿山固体废物治理和利用措施。

1金属矿山固体废物来源近年来,随着国民经济的发展,矿业固体废物也逐年增长。

据不完全统计,截至2006年,全国矿业开发占用和损坏的土地面积为154.5万hm2,其中尾矿堆放91.5万hm2,露天采坑23.0万hm2,采矿塌陷区33.0万hm2[1]。

2006年,工业固体废物排放量超过100万t的行业为煤炭开采和洗选业、有色金属矿采选业、黑色金属冶炼业、黑色金属矿采选业等4个行业。

这4个行业工业固体废物排放量占统计工业行业固体废物排放总量的69.9%[2]。

具体说来,在金属矿山采矿、选矿和冶炼生产过程中可能产生污染的固体废物有:¹基建及生产时期剥离的覆盖层和岩石;º地面及井下开采过程中产生的表外矿石、岩石,即开采产生的废石;»尾矿、水砂、废石填料,露天及井下装载、运输、卸矿过程中撒下的矿石;¼金属冶炼过程中各种冶金炉(反射炉、电炉、鼓风炉、烟化炉)等产生的炉渣,电解产生的阳极泥等。

其中,产生量较大的一类是矿山采矿产生的废石,另一类是矿山选矿产生的尾矿。

2金属矿山固体废物的危害据统计,全球采掘工业每年排放的工业固体废物总量达数百亿吨,在我国,黑色金属矿山每年排放的废石尾矿约6.2亿,t有色金属矿山每年排出的废# 154 #石尾矿约11500万t。

这些废石、尾矿的大量排放,不仅侵占大量土地,破坏自然景观,而且其成分十分复杂,含有多种有害成分甚至放射性物质,可污染矿区和周围环境,构成严重的社会公害[3]。

2.1破坏生态平衡矿山固体废物的危害,首先突出地表现在对土地的占用和破坏上。

例如美国的哈尔鲁斯特露天矿,25年后将会有350亿t尾矿,这些尾矿可以堆成4.6m高、占地1610km2的尾矿堆。

据统计,在美国,矿山破坏的土地的总面积中,约59%是由于采矿形成采空区而遭到破坏的[4]。

为此,一些国家专门制定了相关的法律、法令及规章条例,对矿山企业占用、破坏土地加以严格控制。

固体污染物占据如此多的地表面积,其后果是不仅大量侵占了农业耕地,直接影响农业生产,而且覆盖大片森林,大批植被被掩埋,造成植物、动物的物种减少。

某些金属矿产区绿山变成了石山、秃山,水土流失逐年加剧。

规模较大的废石堆在风力、水力、重力等自然力的作用下,容易引起滑坡、塌落,雨水量大时易导致泥石流的发生。

可见,矿山固体废物的危害之一就是对生态环境造成难以恢复的破坏。

2.2污染环境长期堆存的矿山地表固体废物,终年暴露于大气中,往往会因风化作用而变成粉状,在干旱季节和风季里,易扬起大量粉尘而污染矿区的大气环境。

对河南几个有色金属矿山的调查实测表明,由废石尾矿扬起的粉尘导致矿区采场和生活福利区空气中的粉尘含量超标10~14倍,矿区的大气污染相当严重。

含硫废石堆在大气供氧充分及雨水冲刷、渗漏的条件下,可能会导致自热和自燃,从而产生大量SO2,H2S等有毒有害气体,污染矿区及周围大气环境,危害矿区植物和附近农作物的生长。

金属矿山的废石、尾矿等固体废物是造成矿山水体污染酸化,使水体含大量金属和重金属离子的主要的一次及二次污染源。

由于矿山废石及尾矿量逐年增加,堆场越来越大,每逢雨季,大量的堆场固体废物流失,造成水溪、河流堵塞,使水体受到严重污染。

如广东某露天矿,在开采初期,将每年排放的100多万t尾矿和3000多万m3泥浆水全部灌入附近农田与河道,致使良田严重砂化,河水泥沙含量急剧增高,最后导致河流淤塞,河床升高,水体严重污染。

金属矿山固体废物中含有多种有毒有害物质,如重金属元素及一些放射性元素等,这些有毒有害物质随着雨水流失,与废石中的含硫矿物引发的酸性废水一起污染水体(包括地表水和地下水)和土壤,并被植物的根部所吸收,影响农作物生长,造成农业减产。

如江苏某硫铁矿,由于废石堆中含有硫化物,在空气、水以及细菌的综合作用下生成硫酸,每逢降雨,酸性废水便流入附近的农田和太湖中,致使农业减产,湖鱼死亡。

更可怕的是,这些有毒有害物质会通过食物链进入人体,从而危及人体健康。

此外,金属矿山固体废物中的重金属元素由于各种作用渗入到土壤中,会导致土壤毒化,造成使土壤中大量微生物死亡,土壤逐渐失去腐解能力,最终砂化变成/死土0。

不少金属矿山的固体废物中还含有放射性物质。

据实测资料统计,在非铀金属矿山当中,有30%以上矿山的矿岩中含有放射性物质。

含放射性物质的金属矿山固体废物不但不宜作建筑材料使用,而且还必须进行严格的处理,否则会使矿区及周围环境的污染范围扩大,引起严重后果。

2.3造成严重的资源浪费及经济损失金属矿山固体废物的排放给环境增加了严重的压力,打破了原始的生态平衡,对地球环境、生态平衡、人类健康及生命财产安全造成了极大危害和潜在威胁,给国民经济带来的直接和间接损失十分巨大。

这些固体废物中常含有多种金属元素,有价金属数量还不少,若不加以利用,对于国家金属矿产资源来说也是一种极大的浪费。

目前,我国金属矿产资源利用率很低,铁锰等黑色金属矿山采选平均回收率仅为65%,国有有色金属矿山采选综合回收率只有60%~70%。

以铁矿为例,我国铁矿资源共伴生组分很丰富,大约有30余种,但目前能够回收的仅有20余种。

大量有价金属元素及可利用的非金属矿物遗留在固体废物中,造成每年矿产资源开发损失总值约1000亿元[5]。

2.4引发地质与工程灾害金属矿山固体废物长期堆放,不仅在经济上造成巨大的损失,还会诱发重大的地质与工程灾害,如排土场滑坡、泥石流、尾矿库溃坝等,给国家及社会带来极大的损害。

对我国规模较大的2000多座排土场和1500多座尾矿库的统计表明,20世纪80年代以来,发生泥石流和溃坝事故近百起。

如1986年4月黄梅山铁矿尾矿库溃坝,冲倒了尾矿库下游3#155#陈华君等:金属矿山固体废物危害及资源化处理2009年第4期k m 2的所有建筑,尾矿掩埋了大片土地,19人在事故中死亡,95人受伤;2000年广西南丹县大厂镇鸿图选矿厂发生尾矿坝溃坝,殃及附近住宅区,造成70人伤亡,其中28人死亡,几十人失踪[6]。

金属矿山地质灾害频频,治理难度又大,而且代价高昂,有时甚至超出了开采矿产品的价值。

3 金属矿山固体废物资源化处理3.1 金属矿山固体废物的资源化和资源化系统对金属矿山的尾矿(渣)及废石的资源化处理,首先要遵循/减量化、资源化、无害化0原则,主要要考虑的是就地消化,尽可能地合理利用,化害为利,同时能采取防护措施,减少它们对环境的污染。

对待需要资源化处理的金属矿山固体废物,不仅要考虑回收矿物的效果(损失与贫化)及其经济利益,而且要考虑环境效益和社会效益。

不少国家都通过经济杠杆和行政性强制政策来鼓励和支持矿山固体废物资源化技术的开发和应用,从消极的污染治理转为回收利用,向废物索取资源。

与其他固体废物资源化相似,金属矿山固体废物资源化也是由一些基本过程所组成,由这些基本过程所组成的系统就称之为金属固体废物资源化系统(如图1所示)。

图1 金属矿山固体废物资源化系统3.2 尾矿、废石的综合利用3.2.1 回收有用金属金属矿山的尾矿、废石等固体废物中往往含有多种有价金属。

在选矿技术水平落后的条件下,会有5%~40%的有价组分留在尾矿中。

另外矿石中还有一些重要的伴生组分,当初选矿时就没有进行回收。

随着选矿技术的不断发展和综合回收、综合利用观念的增强,过去不能或不容易回收的共生组分,现在可以或相对容易回收,金属矿山的尾矿、废石的综合回收利用,不仅可使尾矿和废石的产生量、堆存量减少,资源的利用率有所提高,还可减少尾矿坝的建设和维护费用。

目前,尾矿、废石再选已经在铁、铜、铅锌、锡、钨、钼、金、铌钽、铀等方面取得了进展,收到了明显的经济、环境及资源保护效益。