大数据时代下的矿山固废综合治理建设
近些年来随着我国经济的快速发展,环境也受到了极大地破坏,我们要秉持着发展经济不能以牺牲环境为代价的原则,重视环境问题。其中比较重要的一个问题就是对于固体废物的处理,而固体废物的主要来源是采掘工业所排废的废石和尾矿,即矿山的固体废物。矿山固体废物属于工业固体废物,主要是指各类矿山在建设井巷、开采过程、露天采矿过程中所产生的剥离物和废石以及洗冶矿过程中所产生的尾矿或废渣等。
我国矿山开采产生的剥离废石量惊人,且矿山开采的采剥比大,如冶金矿山的采剥比为(2~4);直色矿山采剥比大多在1: (2~8),最高达1: 14;黄金矿山的采剥比最高可达1:(10~14)。我国矿山每年废石排放量超过6亿t,仅露天铁矿山每年剥离废石就达4亿t。我国废石的堆存总量已达数百亿吨,是名副其实的废石排放量第一大国。
固体废物带来的危害也是很巨大的,主要有以下几个方面:
其一是污染矿山周边环境。矿山中的矿物,在未经过处理之前含有大量的未知污染物,其废弃物自然也带有超标的污染物质(如放射性元素、重金属元素等)。在矿山固废堆放的过程中,这些污染物质一方面会渗透到地下,污染周边的土壤和水源;另一方面,也会和地表上的其他物质产生反应,形成新的污染。据了解,在我国矿山破坏土地的总面积中,约59%是由于采矿形成的采空区而遭到破坏的,20%被露天废石堆占据,13%被尾矿库占据,5%被地下采出的废石堆所占用,3%处于塌陷危险区。这其中,尾矿和废石堆占到了总数的38%。
其二实造成水土流失。严重的土壤污染会使矿山地表无法继续生长植被,导致周边土质日益疏松,当雨水冲刷的时候就会形成水土流失。其三是带来安全隐患。矿山固废乱堆放,加上土质因受到破坏而变得疏松,所以随时都有可能会出现坍塌或山体滑坡的现象。近年来,由此引发的灾难时有发生,如排土场滑坡、泥石流、尾矿库溃坝等,不仅破坏了生态环境,也对民众的生命和财产安全产生了严重的威胁。2015年12月20日,广东省深圳市光明新区红坳余泥渣土受纳场就发生了一起特大滑坡事故,造成了73人死亡。经调查后发现,事故发生的主要原因是该受纳场严重超库容、超高堆填,这才引发了这场悲剧。此外,由于堆放的矿山固废造成环境恶化,所以后期的修复成本也会大大提高。
其四是矿山固体废物的大量排放造成资源的严重浪费。矿山固体废物中常含有多种金属元素,如果长期堆放和流失,不及时进行回收和综合利用,不仅污染环境,而且对于国家矿产资源来说也是一种极大的浪费。我国矿产资源利用率很低其总回收率比发达国家低20%,铁锰等黑色金属矿山采选平均回收率仅为65%,我国有色金属矿山采选综合回收率只有60%~70%。以铁矿为例,我国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。因此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,造成每年矿资源开发损失总值约1000亿元。特别是老尾矿,由于受当时条件的限制,损失到尾矿中的有价组分会更大。1997年全国黄金矿采矿量2540万t,金的总回收率86.46%,约18~20t的金损失于尾矿中。
以上就是矿山固废的主要危害,它就像一颗定时炸弹,一旦启动,将对环境造成毁灭性打击。而且这颗“炸弹”远不像表面看起来那么简单,其成分是异常复杂的,因此实际上所造成的后果远不止所列举的那些。因此治理行动刻不容缓。
2005年,国家环境保护总局、国土资源部、卫生部发布的《矿生态环境保护与污染防治技术政策》中,针对矿山固体废物提出要大力推广选矿固体废物的综合利用技术,包括: ①尾矿再选和共伴生矿物及有价元素的回收技术; ②利用尾矿加工生产建筑材料及制品技术,如做水泥添加剂、尾矿制砖等; ③推广利用尾矿、废石做充填料,充填采空区或塌陷地的工艺技术; ④利用选煤煤泥开发生物有机肥料技术。
下面就这几个方面具体谈谈:1.回收尾矿有用金属。选矿中分选作业的产物之一,其中有用目标组分含量最低的部分称为尾矿。当前的技术经济条件下,已不宜再进步分选。但随着生产科学技术的发展有用目标组分还可能有进步回收利用的经济价值。尾矿并不是完金无用的质料,往往含有可作其他用途的组分,可以综合利用。实现无废料排放。是矿产资源得到充分利用和保护生态环境的需要。我国东北某地区7个大型铁矿选矿厂的11个尾矿库,年排2700万t尾矿,至2017年5月累计堆存尾矿7.7亿t,含铁8%~16%,建设再选车间后回收铁精矿(含铁54%~65%)和供水泥厂用做添加剂的中矿(含铁35%~40%)。南氛铁矿用磁-重选流程再选尾矿500万t,回收品位达56.71%的铁精矿40.78万t,回收率为42.94%。永平铜矿日处理尾矿2000t,对尾矿采用重一磁一重一浮一重选的联合流程步步抛尾,产白钨精矿399.3t、硫精矿1584t,年产值664.8万元,年利润172.8万元;大治绿铜山多次对尾矿进行回收,在浮铜一磁选铁后尾矿中,采用强磁选工艺选出铁精矿然后用再磨一浮一重一磁选工艺选出含金、银较高的金铜精矿和铁精矿。金铜精矿21.34g/t,银100g/t、铜16.58g/t,回收率分别为64.81%、18.16%和53.66%。以上的一些成功案例我们都可以拿来借鉴学习。
2. 利用尾矿生产建筑材料
(1)利用尾矿制砖.铁尾矿可制成免烧砖、墙、地面装饰砖。马鞍山矿研究院采用齐大山、歪头山铁矿尾矿,成功地制成了免烧砖。江西铜业公司银山铅锌矿,由于该矿的尾矿化学成分比较稳定,利用它来生产蒸压硅酸盐砖。丹东市建材研究所利用金矿矿渣为主要原料,加入部分塑性较好的黏土原料,经烧结而制成一种新型建筑装饰材料--废矿渣饰面砖。利用铜尾矿和钨尾矿制砖目前也已研制成功。
(2)利用尾矿生产水泥。水泥是经过二磨一烧工艺制成的,水泥强度的高低取决于熟料的烧成情况及熟料中的矿物组成。熟料一般由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙组成,其中对水泥早期强度起作用的是硅酸三钙、铝酸三钙;对后期强度起作用的是硅酸二钙、铁铝酸四钙、硅酸三钙;硅酸三钙是水泥熟料中的主要矿物(约占50%)。尾矿用于生产水泥,就是利用尾矿中的某些微量元素影响熟料的形成和矿物的组成。
(3)利用尾矿生产新型玻璃材料。以高铁铝型尾矿为主要原料进行熔制饰面玻的试验研究,制成的饰面玻璃漆黑发亮均匀一致,无气泡,无疵点。 (4)利用尾矿生产建筑微晶玻璃。以大庙铁矿尾矿和废石为主要原料制成了尾矿微晶玻璃花岗岩,其成品抗压强度、抗折强度、光泽度、耐酸碱度等均达到或超过天然花岗岩;以铜矿尾矿为主要原料,经过工业性试验,研制出可代替大理石、花岗岩和陶瓷面砖等具有高强度、耐磨和耐蚀的铜尾矿微晶玻璃材料;另外还有利用钨尾矿研制微晶玻璃。 (5)利用尾矿生产其他建筑材。利用大孤山选矿厂尾矿配入水泥、石灰等原料,制成加气混凝土,其产品质量轻,保湿性能好。此外铁尾矿可大量用做路基的基础材料。
3.用尾矿回填矿山采空区。尾矿粒度细而均匀,用做矿山地下采空场的充填料具有输送方便、无需加工、易于胶结等优点。尾矿的回填可以大大减少占地。传统的水力充填(包括高浓度充填)均选用分级粗尾砂。作为充填料;近年来发展起来的全尾砂膏体充填工艺,在减轻或消除尾矿对地表或井下环境污染方面,效果非常显著。废石用做井下充填料:一种是直接回填,将上部中段的废石直接倒入下部中段的采空区,大部分的矿山都采用了这种回填坊法;另一种方法则是将废石提升到地表后,进行适当的破碎加工,用尾矿和水泥拌和后回填采空区,这种方法安全性好,但处理成本较高。我国山东的招远金矿和焦家金矿就是采用拌和水泥回填采空区方法的。
4.尾矿的其他用途。尾矿中有一些植物所需的微量元素,将尾矿直接加工即可当做微肥使用,或用做土壤改良剂。如尾砂中的钾、锰、磷、锌、锡等组分,常常可能是植物的微量营养组分。门尾砂中含有方解石、长石或者矾类盐,可生产工业污水絮凝剂、捕收剂等;用花岗闪长岩类尾砂生产絮凝剂或水玻璃,在工业中具有广泛用途。另外,尾砂还可做杀虫剂等用于农业生产。
5.从源头做起,开展资源综合利用,减少固体废物的产生量。从源头做起,开展一次资源的综合利用减少固体废物的产生量特别是细粒尾矿的产生量。是既有效、又经济的方法。为此,在工艺设计和生产实际中,除了要提高矿石中主元素的回收率外,还要考虑伴生共生的金属元素、非金元素的综合回收尽量避免主流程后面的尾巴工程。对于综合回收技术还不太成熟的复合多金属矿,可以采取资源储备方式待条件成熟时才开采利用以避免资源的浪费。
其实矿山固体废物的综合治理不是企业一方面就可以完成的,还需要各方面的努力。一是要坚持实施矿产资源在保护中开发,在开发中保护的原则,提高全民的资源意思和环境意识,将环境保护贯穿于资源开发利用的全过程;二是要将矿山固体废物的污染防治纳入矿山生态环境综合整治的整体规划中,以生态学和生态经济学原理为指导,以协调资源开发、固体废物的综合利用与污染防治,以经济社会发展和矿区环境保护与建设为对象,通过统一规划、综合建设,达到生态建设、环境建设和矿区经济建设协调发展;三是要因地制宜,根据各个矿山的实际情况,采用合理的方式对固体废物引发的环境污染进行综合治理,如固体废物堆场的复垦绿化、尾矿库扬尘的抑制、固体废物排放酸性水的治理等。总之,我相信通过各方的努力的矿山固体废物可以得到很好地治理。
多年来,特别是近些年来,人们已经意识到尾矿处理与处置技术乃是世界性的难题,目前全尾整体利用技术有所进展,无废或少废开采技术的矿山不断涌现,利用尾矿制作建材的生产产品日益得到社会承认,成为新生产力的亮点,矿山非矿产业的发展日趋困绕矿山固废产生的特点,结合市场需要开发新产品,高附加值产品正成为大家追求的热点,我国矿山固体废物的综合利用已具有一定的技术基础,我们要按照固体废物资源产业化的重点,选择废弃物复合材料、尾矿微晶玻璃、新型轻质建材以及有用矿物与金属提取等产品的技术,建立-批有代表性的、技术起点高、综合效益显著并能达到一定规模的产业化示范工程,逐步形成适用、先进的资源化成套设备及工艺,同时要建立完整的管理办法和技术标准;按资源化、最小量化和无害化管理的要求建立矿山尾矿整体利用的管理系统,脚踏实地去推进矿山固体废物整体利用的产业化。矿山企业也要进一步解放思想,建立与市场经济接轨的固体废物管理与运行机制,多方筹集资金,实现企业化经营,走产业化道路,努力实践“三个代表”,发展我国的矿山经济,改善我们的矿山环境。
(文:中科核能集团 执行董事 总裁 丁明)