东山矿固体废弃物减排与资源综合利用实践.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 东山矿固体废弃物减排与资源综合利用实践① 田林凯，蔡书云，杨志勇 太原钢铁 集团 有限公司矿业分公司东山石灰石矿，山西太原0 3 0 0 0 3 摘要东山矿在石灰石开采加工生产过程中，每年产生约2 3 0 万吨固体废弃物。在绿色转型的形势下，一方面有必要采取措施减 少固体废弃物的排放，另一方面需要对产生的固体废弃物进行回收处理和综合利用。本文从东山矿推行清洁生产的角度出发，阐 述了东山矿固体废弃物减排的实践。同时，对产生的矿山渣土、杂石、石粉、石渣、除尘灰等固体废弃物的资源化综合利用实践进行 了阐述。 关键词矿山；固体废弃物；减排；综合利用 中图分类号T D 9 8 5文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．1 2 4 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 0 4 4 9 0 4 太原钢铁集团东山石灰石矿 简称东山矿 于 1 9 5 8 年9 月建矿以来，至今已有5 0 多年石灰石生产、 加工历史，现已形成年开采2 6 5 万吨石灰石的国内大 型石灰石矿山。随着生产的进行，不可避免地产生矿 山渣土、杂石、石粉、石渣、除尘灰等固体副产品。因为 市场经济条件和开发技术的限制，一般将其作为固体 废弃物排倒。 在绿色转型要求下，东山矿推行清洁生产5 年以 来，通过采取爆破技术改进、原矿分选分采技术、破碎 筛分技术改进、废弃物资源化综合利用等措施，实现了 以最少的资源消耗、最少的废弃物排放、最小的环境代 价换取最大的环境、社会、经济效益等可持续发展，取 得了可喜的成绩，逐步向“零排放”靠近。 1 石灰石矿山固体废弃物的危害 传统的矿山开发模式呈现“资源一矿产品．矿山环 境问题”的线路发展模式。矿山开发增长越快，资源 消耗越大，地质灾害和环境污染等矿山环境问题越多， 主要表现在以下几方面 1 固体废弃物破坏生态环境，包括废石废渣占用 大量土地。由于大规模开采，加快了水土流失，植被破 坏，“青山头”变成“白山头”，造成大量水库、沟壑、河 流等地方泥砂淤积，河床抬高。此外，一些固体废弃物 颗粒极细，经风力携带极易造成扬尘污染。 2 固体废弃物大批量堆放易产生安全隐患。固 体废弃物堆放易产生流动、塌陷和滑坡，尤其是堆放高 度超过1 0 0m 的大型排土场，一旦发生事故，其造成的 破坏是相当巨大的。 3 固体废弃物堆放造成严重的矿产资源浪费。 废弃物是放错地方的资源宝藏。 4 固体废弃物堆存使企业承担经济重负。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，每 年为此要支付一笔巨大的费用。 2 国内外石灰石矿山固体废弃物综合 利用概况 国内外关于石灰石矿山固体废弃物综合利用的报 道很少，综其原因为与粉煤灰、煤矸石、尾矿等固体废 弃物相比，石灰石矿山固体废弃物综合利用经济效益 更低、难度更大、牵涉面广。 我国工业固体废弃物综合利用率在6 0 ％左右，而 石灰石矿固体废弃物的综合利用率平均不到1 0 ％，与 粉煤灰、煤矸石、金属尾矿等相比，石灰石矿固体废弃 物的综合利用大大滞后于其它大宗固体废弃物‘1 tJ 。 石灰石矿山主要利用的废弃物为石粉和杂石。国外情 况跟国内大同小异，主要利用的废弃物仍然为石粉和 杂石。 3 东山矿固体废弃物减排实践 3 ．1 提高石灰石原矿利用率 东山矿经过5 年来的石灰石原矿利用率攻关，通 过改进型的爆破技术和爆破孔优化布置，减少了渣土 的形成；通过原矿分选分采技术，分层铲装，剔除三角 矿体上部盖层，及时送检化验，减少了杂石中夹杂的合 ①收稿日期2 0 1 4 0 4 2 1 作者简介田林凯 1 9 6 8 一 ，男，山西平遥人，工程师，主要从事矿山企业生产及技术管理工作。 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 格品量。整个项目攻关后，原矿利用率从6 5 ％逐步提 高到7 2 ％，同样的年成品矿2 6 5 万吨的条件下，减少产 生渣土和废石3 9 ．6 4 万吨，即年减少开采量约9 ．7 2 ％， 大大的延长矿山使用寿命。 3 ．2 提高破碎筛分后合格石灰石的输出率 3 ．2 ．1 提高破碎成品率 通过破碎原理改变，破碎系统全部选用M M D 系 列破碎机替代鄂式破碎机，利用剪切力实现对物料的 剪切，对物料进行有选择性的破碎，因而能够有效控制 破碎矿石中片、条状矿块的产出率，解决了鄂式破碎机 粉率高、片状、条状多、成品率低等问题。粉率从 1 3 ．6 l ％降低到1 0 ．8 1 ％，片状、条状矿比率从2 9 ％降低 到1 5 ％以下，块矿产率由6 1 ．8 3 ％提高到6 7 ．0 5 ％。年 减少2 l 万吨副产品的产生。 3 ．2 ．2 提高筛分成品率 调整流料角度、调大筛子有效面积、减少矿块自撞 与被撞强度、组合筛板布置等应用，既提高了筛分效 率，又降低了粉率，l O 一4 0m m 成品块矿日产量提高 1 5 0 ～2 0 0t ，年减少固体废弃物排放量约6 万吨，创造 效益约4 0 0 万元。 3 ．3 采场扬尘的控制 东山矿由于离太原市区较近，在春秋季扬尘较大 的季节，采场扬尘极易对市区造成环境污染。为了不 影响城市空气质量，专门配备有两台矿用洒水车，进行 2 4h 采场道路洒水抑尘。同时，东山矿加大研发投 入，自主研发出一种无毒害、易自然降解、无二次污染 的绿色生态高效抑尘剂D S - F I 。该抑尘剂具有水溶 性，可通过洒水车喷洒，操作方便简单，抑尘效果显著， 可延长抑尘有效周期，从普通洒水一天四回延长为两 天一回，降低了水的消耗，既符合环境友好的要求，又 实现了节能环保的目的。 3 ．4 除尘灰的收集 东山矿破碎系统、石灰回转窑系统、管带运输系统 共设置了4 9 台全封闭、防爆、高档次覆膜滤料脉冲布 袋除尘器。对产尘点全部进行了封闭除尘处理。实行 除尘设备1 0 0 ％运行率，实现了9 9 ．5 ％以上的除尘效 率，粉尘排放浓度小于3 0m g ／m 3 ，达到太钢内控标准， 远远低于国家标准限值5 0m g ／m 3 。经过除尘器集中 收集后的除尘灰，作为外销成品和深加工利用原料。 4 东山矿固体废弃物资源化综合利用 实践 4 ．1 采场渣土和杂石的开发利用 采场渣土和杂石的经济利用价值极低，一直以来 都作为排倒产品。东山矿开展清洁生产以来，群思对 策，制定了采场副产品综合利用方案 见图1 ，分采分 选，资源分级利用，取得了一定的成绩。利用地质资料 和现场推进揭露的矿层，通过原矿分选分采技术，分层 铲装，剔除三角矿体上部盖层，一二级品用于石灰焙 烧，三级品和夹层石灰石集中存放，加工成建材用石 料，矿脉表皮用于构筑排土场5 1 0n l 厚的渗水层、截 水沟、挡石坝、石笼坝等内部矿山工程用料，渣土用于 复垦、蔬菜大棚等建设，同时开展深加工技术。 图1采场渣土和杂石的综合利用方案 4 ．1 。1 复垦及绿色产业建设 首先，渣土的主要成分为粘土和石屑。粘土可以 作为植被生长的土壤基质。根据绿色转型需求，东山 矿制定了综合利用方案，采取边开采边复垦的措施，复 垦方案为矿体一表土采掘_ 表土储存一回填整平一铺 垫表土一复垦种植，完成开采一个平台复垦一个平台， 就近转运取材，在安全平台和清扫平台上铺设0 ．5 ～ 1 ．0m 厚的含粘土高的渣土，挖坑种植柏树和藤类植 物，植物根苗带一大坨黑土，同时加强浇水管理。本方 案的实施既保证了柏树和藤类植物的成活率，大大的 减轻了取粘土的费用，又减少了单位面积复垦开支。 本方案实施后，年利用渣土1 2 万吨，节省排倒费用 1 0 8 万元，取土费用1 2 0 万元，同时加快矿山复垦绿化 进程，减少了突发性事故造成毁坏农田或造成环境破 坏需要赔偿等，减轻了企业经济负担。自2 0 0 6 年以 来，东山矿已对4 0 万平方米采空平台进行系统的土地 整理、覆土绿化、生化改良、土壤改良等措施，恢复提高 矿山开采后的生态环境。现代化的生产线掩映在绿荫 中，厂区建筑间隔空地为草坪，培育出成片的小树林， 更有在道路边上，绿树成林。 其次，2 0 1 0 年底洪子峪一期排土场受土结束。原 来两条高度落差7 0 余米的荒山沟形成平整的4 0 0 亩 土地。排土结束，经过资质机构稳定性评价，符合安全 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月田林凯等东山矿固体废弃物减排与资源综合利用实践 4 5 l 性要求。经与周边村集体协商，东山矿配合组织覆土 造地，村集体开发绿色产业，投资建设蔬菜暖棚。该项 目首期投资约10 0 0 万元，2 0 1 1 年底建成大棚2 0 座。 采用现代化高科技技术，利用山区日照充足优势，装设 太阳能取暖设施，配合锅炉供暖；自动灌溉设施；全过 程恒温自动控制。通过这种合作模式，提高原有土地 等级，还地于民，增加了农民经济效益；恢复、提高周边 生态环境水平。 4 ．1 ．2 深加工技术的开发应用 渣土受成土地质条件影响，局部区域富集了优质 粘土。经过与某三家耐火材料厂联合开发，渣土经过 调质后，可作为耐火材料的铝矾土材质来源，生产出来 的粘土质耐火材料，客户使用后反应性能良好。年开 发使用情况见表1 。 表1渣土提质制备耐火材料情况 时间使用量／t 2 0 1 0 年 2 0 1 1 正 2 0 1 2 年上半年 3 6 2 13 5 8 30 4 5 氧化钙含量大于4 3 ％的杂石，经过加工后，作为 煅烧水泥原料外销。氧化钙含量低于4 3 ％的杂石外 销给建筑企业或者个人，作为筑路、地基、护坡等建筑 用料。经过综合利用规划以后，东山矿杂石完成了零 排倒综合利用，年利用杂石约2 1 万吨，其中外销杂石 约1 0 万吨，为单位创造年收入1 1 0 ～1 2 5 万形年，节 省排倒费用8 1 ～1 0 0 万形年。 联营制砖工程项目已经进入施工建设中，预计年 底投产，以部分石渣和杂石为原料，投产后能够提高渣 土和杂石附加值分别约2 0 形吨和1 2 元，预计年消化 5 万吨，提高杂石附加值约1 0 0 万元。下一步深加工 计划是发展渣土洗沙和杂石分级分选制砂。 4 ．2 破碎筛分后的石粉石渣开发利用 4 ．2 ．1 石粉的开发利用 东山石灰石矿石粉主要来源于中破破碎，经过筛 分后，粒度小于1 0I T l l “ 1 1 _ 的石灰石颗粒是良好的水泥厂 原料和建筑石子，主要理化指标见表2 。目前已经实 现以产定销。年外销4 8 万吨，创造收入9 1 2 万元。 表2 石粉主要理化指标 东山矿在开拓石粉外销水泥厂和建筑石子外销市场的 同时，努力开拓石粉高附加值市场。如图2 ，首先，与 太钢炼铁厂沟通试验，使用石粉顶替部分石灰配料，在 保证烧结矿质量指标的前提下，尽量多使用石粉。根 据长时间的摸索应用，目前日供应烧结石粉约2 6 0 ～ 3 0 0t ，年开发使用约1 0 ．8 万吨，差价增值3 3 4 ．8 万元。 其次，开发出太钢发电厂用石粉脱硫剂，经过磨选后， 产品符合发电脱硫用，目前日使用约1 5 0t ，年开发使 用约5 万吨，差价增值1 8 0 万元。 1 ．1 一I l I l．I I I ～l I l I ～I 图2 石粉的综合利用方案 目前，联营制砖工程项目已经进入施工建设中，预 计年底投产。项目投产后，预计能够提高石粉附加值 8 形吨，年预计消化8 万吨，增值6 4 万元。下一步计 划是发展制砂和重钙粉，发展制砂预计能够提高石粉 附加值1 2 形吨，利用现有闲置雷蒙磨为特定的客户 加工重钙粉，预计能够提高石粉附加值2 5 ～4 0 元／吨。 4 ．2 ．2 石渣的开发利用 石渣来源于粗破，规格小于1 0m m ，主要成分为石 灰石屑、粘土等。东山矿与某水泥厂联合进行综合分 离利用，全部实现以产定销，年销售石渣7 4 万吨，创造 收入1 1 1 万元，减少排倒费用10 7 3 万元。初破筛分后 的石渣经过二次筛选后，分离出小颗粒石灰石屑作为 水泥原料C a O 来源，筛分出的渣土部分作为水泥厂原 料调质用，其余部分运往排土场，作为复垦土壤基质 见图3 。 图3 石渣的综合利用方案 万方数据 4 5 2 矿冶工程 第3 4 卷 4 ．3 除尘灰的开发利用 除尘灰主要成分不稳定，用途有限，客户难寻，长 期以来作为废弃物排倒。从2 0 0 9 年成立经营开发科 以来，通过技术攻关，与粉煤灰综合利用公司联合研制 加气砖，月消化除尘灰约6 0 0 ～10 0 0t 。同时开发出电 厂用石灰石除尘灰质脱硫剂，应用于二电厂，效果 良好。 5 结语 近年来，东山矿在固体废弃物减排和资源化综合 利用实践上取得了一定的成绩。一方面从推行清洁生 产的角度出发，通过爆破技术改进、原矿分选分采技术 应用、破碎筛分技术改善等技术性改进，实现了以最少 的资源消耗、最少的废物排放、最小的环境代价换取最 大的环境、社会、经济效益的可持续发展。另一方面， 对已经产生的矿山渣土、杂石、石粉、石渣、除尘灰等固 体废弃物进行多渠道资源化综合利用的同时，也获得 不错的经济效益。自2 0 0 9 年以来，年减少固体废弃物 排放量约2 0 0 万吨，年综合利用固体废弃物约1 6 0 万 吨，创造直接收入约2 4 4 6 万元，减少排倒费用约l2 7 1 万元，节省其他关联支出约11 2 0 万元。当然，减排和 综合利用工作任重而道远，还必须借鉴国内外成功经 验，进一步明确减排和综合利用产业的发展思路、产业 定位和发展目标，以减排和综合利用技术开发为抓手， 以效益 经济、社会、环保 为导向，实现综合利用的跨 越式发展。 参考文献 [ 1 ]顾文飞．宝钢冶金固体废弃物在建筑等领域中的循环利用[ c ] ∥ 冶金循环经济发展论坛，2 0 0 5 1 - 2 ． [ 2 ]梁凯．我国矿产资源综合利用的现状及对策[ J ] ．中国矿业， 2 0 0 4 1 2 卜2 ． 万方数据