有色矿山固态废弃物的应用与治理.pdf

／ 2一， r 2 0 0 0年 7月 第 2 9卷第 4期 有色矿山 No n f e r r s M i n 卷 J u l y， 2 1 0 0 Vo l 2 9 No 4 有 色矿 山 固态废弃 物 的应用 与治 理 王 志 方 ， 吕 ＼ ， 波 ， 李玉亮 7 ， ／上 。 王志方 ，吕 波， 李玉亮 f 。 红 透 山铜矿 ， 辽 宁 抚顺1 1 3 3 2 1 7 一， ／ [ 关 键 词 ] 璧 鏖 亘 ； 三 选 回 蝗 ；遗 理_ ， 料 [ 摘要]指出了我国有色矿 山地表 固态废弃物亟 待治 理的严竣形势与重要 意义 ； 介绍 了有 借鉴价值 的诸方面实例经验 、 做法与相关问题 ， 提出改善环保工作的思路与建议。 [ 中囤分类号]x 7 0 5 [ 文献标识码]A [ 文章编号 ]1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 0 1 N- 0 0 1 2 0 4 Ut i l i z a t i o n a n d c o n t r o l o f s o l i d wa s t e i n n o n f e t r o ll s m i n e s W ANG Zh i f a n g， L n E 5 。． LI Yu ． 1 i an g Ho n g t o u s h a n O o p p e rMi ， s h u n 1 1 3 3 2 1 i n a Ke y wo r d s t a i l i n g； wa s t e r o c k； s e c o n d a r y r e c o v e r y； c o n t r o I Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ． i t i s p o i n t e d O Ut t h a t t h e s t e r n s i t u a t i o n a n d t h e i mpo r t a n c e o f s u r f a c e wast e o o n t r o l i n n o n - f e r r o u s mi n e s a t t h e h o me． s e v e r a l e x a mp l e s t h a t c a n b e u s e d f o r r e f e r e n c e a r e i n t r o d u c e d， an d t hi n k i n g a n d s u g g est i o n s a b o u t i mp r o v i n g e nv i r o n me n t r e p u t f o r wa r d 1 地表废料亟待治 理 我国黑色金属矿山年排废石 3 2亿 t ， 尾 矿 5 0 0 0万 t ， 有色矿 山年排废石 4 0 0 0万 t ， 尾 砂 5 0 0 0万 t 煤矸石 1 0亿 t ， 历年累计 至 1 9 9 8 年黑色、 有色矿 山废石 、 尾砂 总量 1 4 0 亿 t ， 煤矸石 2 0 亿 t ， 占地 1 5 0万亩 ， 而我国耕 地少 ， 人均耕地 1 5亩， 为世界平均数 1 1 3 ， 增 加的排废 ， 将占有更多的土地。 废物堆积地表已造成严重 的环境污染。 一 是大气污染 细颗粒废物在风力作用下对 周围环境造成恶劣影响。如西北某尾矿池飞 散尘粒达 8 0 d ； 另外废物在风化过程中会逸 出有害气体直接污染大气。二是水污染 尾 砂或废石风化中形成可溶于水 的化合物或重 金属离子经地表水或地 下水搬运而造成褥 染。如大部分矿山废弃 物中含黄铁矿， 其风 化后产生硫酸 、 硫酸铁 、 硫酸亚铁等溶于水 ， [ 收稿日期】 1 9 9 9 1 1 2 6 [ 修订日期] 2 0 0 0 3 1 c 作者简介] 王志方 1 9 4 3 一 ， 男 ， 高级工程师 危害森林、 农 田、 人类 、 动物的生长。据调查 有色矿山此类实例有 3 0 余家 ， 黑色矿 山则更 严重， 据报道一些矿山直接将尾矿倾人金沙 江 ， 以至在 长江 口到处 可见其尾 矿 的踪迹 。 从矿产资源利用角度看 ， 世界各国矿产 资源都 日趋萎缩 ， 百 年前铜 开采 品位 1 O ％， 贵金属 1 0 g ／ t以上 ， 如今分别 下降到 1 ％～ 3 ％和 1 ～3 g ／ t ， 预测 2 1 世纪世界将采 出已查 明的大部分有色金属含量 的一半 尾砂 、 废 石等废料的二次回收应 引起高度重视 ， 发达 国家 目前从废弃物中回收的金属在 当年金属 产量 的 比例 为 金 1 5 ． 9 ％、 银 4 2 7 ％、 铜 2 8 ％、 铅 5 O ％、 锌 2 8 ％、 锡 2 0 ％等 。 从尾砂和废石占地、 大气与水污染 、 二次 回收角度看 ， 其治理已到亟待解决地步 。 2 尾矿 砂的治理及应用 2 ． 1 从尾 矿中提取 有用成分 选矿技术的进步， 为废弃物二次 回收创 造 了条件 。红透 山矿建 矿后 2 O年 间 排 人尾 砂库 尾 砂 总量 4 3 5万 m3 ， 1 9 6 8年 始 将 其 输 入井下充填空区 ， 1 9 7 8年始在输送管路中间 维普资讯 第 4期 王 志方 等 有 色 矿 山 固态废 弃 物 的应用 与治 理 l 3 建一选硫厂 ， 从管路中间截流 ， 经搅拌制浆加 药浮选 ， 选出硫精矿后尾砂再排至井下充填， 年选精矿量 2 5万 t ， 价值 3 0 0万元 ， 安排就 业 百余人 。 云南 锡业公 司有 2 8个尾矿 库 ， 储 存一亿 余吨尾矿 ， 含 2 O 余 万吨锡、 铁等多种伴生金 属。该公 司尾矿再选 工 作有重 大突破 ， 舯 年 代处理老 尾矿 1 1 0余 万 吨， 回收精 矿含 锡 1 3 0 0余吨， 含铜 4 5 0 t ， 全面完成 了国家科技 攻 关项 目规 定 的指 标 ， 见表 1 。 表 1 尾 矿 回 收 攻关 指标 c 1 9 9 0年 尾矿再 利用勿须 破碎 、 再磨工 艺 ， 有利 于 低成 本生产 。而 且 由于 浮选 、 氰 化新 技 术 的 出现 ， 对 废弃 物 的二 次 回收有 重 大进展 。 2 ． 2尾砂 制造 建筑 材料 尾砂做建材来源广、 成本低、 产品性能特 殊。国内情况黑色系统要先进于有色系统 ， 如北京铁矿利用尾矿制作硅酸盐砖 ， 其质量 性能参数 均符 合建材标 准 ， 尾矿利 用率 达 8 8 ％～9 o ％； 鞍钢等单位用尾砂制平板玻璃 ， 鞍山矿渣砖厂利用尾砂掺加一定量石灰制成 砖坯 ， 然后送人碳化室进行 0 碳 化成砖 ， 抗压强度达 I O MP a ； 尾砂和废石 中的某些石 灰岩、 大理岩 、 页岩等废弃物可制造高标号水 泥， 云南地质队制成了高镁矿渣水泥。 2 ． 3 尾矿 中某些成 分作 肥料 或土壤 改 良剂 含钙尾矿可作土壤改 良剂 ． 可与酸性土 壤中的酸中和以改良土壤 。有些尾矿含有改 良土壤成分可作微量元素肥料或做土壤改 良 剂。例如锰矿床 中的废石和尾砂是极好的锰 肥 ， 其 中的 Mn O z 进入土壤 中可使土壤中有 机体迅速 氧 化 ， 而 使有 机 体 所含 营养 物 质迅 速析 出变 成 易被 吸 收状 态 ， 南 方很 多 地 方用 其做肥料 ， 建议在科 学试验基础上建立正规 生产线 ， 形成正 式 的锰肥产 品 。 2 ． 4 尾 砂 回填 井下 尾砂 充 填 采 空 区 已有 几 十年 历 史 。6 O 年代后我 国矿 山才 应 用 推 广 尾 砂 胶 结 充 填 法 ， 至 目前有色 系统有 几 十家 ， 较著名 的有 凡 口 、 金川 、 锡 矿 山 、 凤凰 山、 四平 银 矿 、 三 山 岛 金 矿 、 焦 家金矿 、 新 城金 矿 、 河 西 及 乳 山 等大 型 金 矿 。 发达国家做法是首先强调废弃物的二次 回收 ， 随后 是复 田造地与环保 ， 一 些 国家二次 回收的金属量占资源 消费量的 2 0 ％～5 0 ％， 预测不久我 国在废弃物 回收上 将有 重大进 展 ， 故以尾矿为井下充填料应有长远观点 ， 一 旦充人井下将很难回收 二是尾砂输入井下 的技术设施问题。我国早期建设的砂仓多以 半球状底立式型较多 ， 这些年实践表明这种 对胶结 矿山存 在充 填 浓度 低 又 不稳 定 ， 以及 造浆喷嘴易堵塞的问题 ， 尤其在北方地区造 浆水管 必须 设 在混 凝 土砂 仓 内部 ， 变 换 喷 嘴 时须放 出砂 仓 内存砂 难度 很大 。 东北大学与红透 山铜矿进行的井下卧式 砂仓 ， 全尾充填 明管溢流脱水新工艺为 9 8 中色总公司科技进步获奖项 目， 其优越性是 供砂量稳定 ， 保证 了充填体强度 ， 全尾充填扩 大砂 源 3 O ％， 开 凿 于井 下勿 须 采 暖 与 维修 ， 制浆和脱水工艺简单效果可靠 ， 值得借鉴。 2 ． 5地表尾 砂与废石 的就 地治理 地表尾砂与废石就地 治理优越性在于 将来随时可 以二次 回收， 治理工艺简单及成 本低 。治理形 式一是造 田 ， 二是绿 化 。英 国 、 美国、 加拿大、 澳大利亚 、 罗得西亚 、 巴布亚新 几 内亚 等国 ， 有 色 矿 山尾 矿 区绿 化 工 程都 收 到很好的社会效益并带来显著经济效益 。我 国这方 面做得 较差 。 尾矿砂 就地 复垦 造 田 红 透 山 矿 地形 狭 窄场地不足 ， 该矿平整历史上废石渣堆 ， 表石 敷以炉 渣 、 黄 土碾 压 后做 工 业 场 地 、 运 动 场 所 、 厂房 用地 等 5 O余 亩 ， 几 十 年使 用 结 果 不 仅无下沉坍塌现象， 还长出野生植被； 芙蓉的 维普资讯 1 4 有色矿山 复垦造 田结果证 明 ， 废石造 田后 ， 初期地 力差 水肥易 流失 ， 五 年 后废 石 间 隙被充 满 与 一 般 农 田相差 无几 ， 说 明废 石 堆 复垦造 田是 有 希 望 的 。 尾砂 就地 绿 化 典 型 实例 见清 原 金 铜矿 尾砂库 治理 。该 库建 于 1 9 3 7年 ， 废 弃物平地 堆放 占地 5 8万 n f， 容积 4 3万 ， 建 国后 新建 围墙 筑 坝 形 成 正 规 尾 砂 库 ， 面 积 2 2万 ，堆积 尾砂 2 4 0万 m 。后 因城建 发展 形成 县城包 围尾砂库 之势 。 由于库面干 燥砂 粒太 细 一0． 0 3 7 mm 占 4 0％ ， 砂尘对县 区污 染严 莺 依 据植 被理 论 ， 化验 有 害 物 低 于规 定 标 准 ， 属一 般废 物 表 2 ， 故 在其 表 面复 土可 改 变尾砂 组分 ， 形成栽种 植物基本 条件 ， 尾矿 浸 出液呈 酸性 ， 为 种植 植物 的种类 选 择 提 供 了 依据 。1 9 8 6年春 种植 榆 树 、 刺 槐 ， 但 至 1 9 8 7 年有 9 5 ％干枯 ， 分析余生者根部全扎在敷土 层 内 ． 人尾砂 层 则死 。后 经 考察 决 定 种植 沙 打 旺草 ， 这种植 物根 系伸 人 尾砂 后 非但 不死 反而很强壮 ， 从 1 9 8 7 ～1 9 9 0年 已全部 完成植 被绿化工作 ， 现已成为休闲娱乐好场所 治理 情 况及效果 见表 3 。 表 2滑 原尾砂 化验 情况 撞槛弛堇 夏 复厚度 0 3 m． 面积 1 7 万 m 二 4 7 3 0 1 7 1 9 9 0 1 0 部 门验收台裆 3 废石 的治理与应用 3 ． 1 做棒磨砂充填材料 大部分水砂充填矿山都有充填料不足问 题 ， 而 以废石经磨细后做充填料有很多优点 ， 不仅 可就地 取材 来 源 广 泛 ， 更 主要 的是 渗水 性能好 ， 强度高 ， 南京一带矿山均有实例。 凡 口铅 锌矿将井 下掘进 、 采矿废石 ， 提升 至地表后运到磨砂厂， 磨成 0 0 3 2 m m粒级用 于 井 下 胶 结 充 填 ， 其 沉 降 速 度为 0 ． 0 2 6 ～ 0 0 5 9 c s ， 年处 理 1 7 ～2 O万 t ， 减少 了废 料外 排。 3． 2 废 石做肢 结 充填 骨料 近十几 年来废 石胶结 充填在 国内外有很 大发 展 ， 其优 越 性 在 于 物 料 来 源 充 足 成 本 低 ， 废 石 与其它 胶结 物 一起 可形 成 坚 固的充 填体骨架提高其强度 ； 节约水泥用量等。国 内应用实 例见 红透 山、 柏坊 、 安庆铜矿 等 。 红 透山用掘进废石 加入全尾 砂 、 河砂 、 水 泥制备 胶结 充 填 料 【 4 2 5号水 泥 与 尾 砂 加 入 比例 l 7 ， 废 石 加入 量 5 0 ％ ， 矿房 的嗣 后 充 填 ， 胶结 剂强度 2 O MP a ， 充 填体 侧 帮揭 露 高 度 4 0 m， 面积 1 2 0 0 ～1 6 0 0 。 安庆 铜 矿 用 废 石 做 胶 结 骨 料 ， 加 入 量 4 0 ％--5 0 ％， 灰砂 比 1 8 ～1 9 ， 尾砂胶结体 抗 压 强 度 O ． 5～ 3 ． O MP a ， 矿 柱 自立 高 度 1 2 0 m． 自立 面 积 5 0 0 0 m2 ， 应 用 效 果 很 好 ， 废 石做胶结充填骨料是今后发展趋势。 3 ． 3废石做 采场或 空区的充填 料 3 3 ． 1 废石充填作用验证 废石 充填矿 房 可使 围岩 欠 稳 条 件下 的 矿产资源 得到较好 回收 。下面两 例是在 原 留 矿法发生围岩坍塌无法开采后 ， 改成干式充 填法 。 黄 沙坪铅 锌矿 的“ 水平 分层 充填法 ” 特 点 是干式充 填料层厚 1 ． 5 m， 上复 1 5 0号强度 的 维普资讯 第 4 期 王志方等 有色矿山固态废弃物 的应用与治理 l 5 砼 垫板 厚 0 ． 2 5 m， 矿块 沿走 向划 分 ， 留 8 m 房 问矿柱 ； 金 州石 棉矿 特 点 是废 石 尾砂 混 合倒 人采 场后用 电耙耙 成 倒 V 型 ， 表 面无砼 垫板 层 ， 采场两 端随充 随长 隔墙 用 充填料 中石块 砌 筑 。两 矿实 践结 果 均 起 到较 好 控制 围岩 稳定性 作用 。 废石充填空区作用是控制较大范围的地 压活 动。历史 上急倾斜 矿床典 型实例见 盘石 山钨矿 ， 该 矿于 1 9 6 6 --I 9 6 7年 两次大规模空 区垮落后 ， 矿井基本报废 ， 处于半停产或停产 状态 ， 后经 4年废石充填处理后于 1 9 7 1年恢 复生产； 缓倾斜矿床实例见锡矿山南矿， 该矿 于 1 9 6 4 ～1 9 6 5年东部 、 1 9 6 6年 中部 、 1 9 7 1年 西部 分别发 生地 压 活 动后 ， 使东 、 中 、 西 部 井 下 冒落和地 表 下沉 区 连 成一 片 ， 采 矿 回收率 仅为 5 0 ％， 后用废石充填为主 ， 配合其它手 段恢复矿井 ， 数年后正常生产至今。 实践证 明用 废 石充 填 空 区， 必 须考 虑矿 井 范 围实空 比 ， 且应 考 虑 留天 然矿 柱及 胶 结 矿 柱 等 手 段 。 6 0 年 代 石 咀 子 铜 矿 采 深 9 5 0 m， 废石充 填 实空 比 7 0 ％ ， 结果 发 生 大规 模地压活动矿井报废 闭坑 。 3 3 2 获较大经济效益的废石输送系统 红透 山 的废 石 不 出 坑 系 统一 次 性 投 人 3 7万元， 后逐年获效益 3 0 0余 万元 ， 社会效 益明显 ， 获 9 8 中色总公司科技进步三等奖。 3 3 ． 3 地表废 石充 填老 空区 的新工艺 对 已关闭中段的老空区进行充填难度很 大， 因井巷坍塌提运功能失掉 ， 风、 水 、 电系统 拆 出无 法再 行生产 。辽 宁五龙金 矿 的地表 下 向大孔碎石充填空区新工艺较好地解决了这 类问题 ， 曾获冶金部科技进步四等奖 。 该矿是 开采 急倾 斜 薄 矿 脉 的老 矿 山 ， 采 矿方法 为泼 孔 留矿 法 ， 设 计 开 采 方 寨 留顶 、 底 、 间柱 ， 到 后 来 围 岩 发 生 活 动 引起 地表 崩 落 ， 危及井 上井下设施 安全 ， 必须对 老空 区进 行处理 才能维持 生产 。 大孔 充填废石 是用 S P J一3 0 0型钻机 ， 钻 下向垂 直 , 3 2 5 mm 大 孔 ， 取 地表 废 石 场碎 石 做充填料 ， 通过 大 孔 向空 区 自溜输 送 具 体 做法是 地表废石用电耙装人 5 t自卸汽车运 输 。山坡 地面 大孔 充 填设 控 制格 筛 、 贮 料仓 振动给矿 机 向大 孔直 接输 送 ； 平 地 孔 充填 设 控制格筛、 受料斗 、 皮带输送机向大孔送料。 要求 物料 块 径 ≯ 1 ／ 3孔 径， 湿 度 ≯ 1 0 ％ ～ l 3 ％ ， 以免 堵孔 ， 技经指标 见表 4 。 下 向钻 孔 布置 具 有较 大 的灵 活性 ， 适 合 对失去井下运输条件的老空区进行充填 ， 对 充填料要求 亦不严格 ， 必要 时可先行 粉碎 。 4结 语 几 十年来有 色矿 山出现 了许 多有借 鉴 价 筐的治理地表固态废料的经验与做法 ， 但总 的进展 不大 ， 上 山乱 开坑 口现 象未能制止 ， 国 家应出台二次矿产资源回收与治理法规和固 态废物排放标准 ； 今后凡新建矿山原则上不 批废弃物占地 ， 不得不 占的要限制使用期限 到期后复地 ， 老矿山废弃物一要尽量回收 ， 二 要超标者尽快治理 ， 三要复地。 维普资讯