矿山固体废物处理与处置技术发展报告1概况环境保护和治理中一个急需解决的重要问题是对固体废物的处置，而固体废物的主要来源是采掘工业所排弃的废石和尾矿，即矿山的固体废物。矿山固体废物概括起来主要分为两类：一类是尾矿，即在选矿加工过程中排放的固体废物，其储存场地称之为尾矿库;另一类是剥离废石，即在开采矿石过程中剥离出的岩土物料，堆放废石地称之为排土场。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石尾矿达1.1亿t，煤矸石约1.3亿t。排放量巨大的矿山废石和尾矿，污染了矿区周边环境;废石的堆积和尾矿坝的构筑侵占了大面积农田和土地，污染了水源和土壤，严重破坏了土地资源的自然生态;若堆放的废石尾矿管理不善，还有可能发生重大事故，如废石堆自燃、尾矿坝或排土场滑坡等。因此，要高度认识矿山固体废物的危害和面临的严峻形势，进一步加强对矿山固体废物的管理，开展对矿山固体废物应用研究及综合治理。2我国矿山固体废弃物的基本情况由于我国矿产资源低品位、难选冶矿多，加上长期以来粗放式经营，采、选技术水平低，导致矿产资源总体利用水平偏低，采矿废石、围岩以及选矿尾矿等矿山固体废弃物排放量大。据不完全统计，1949—2005年底，全国各类矿山产出各类矿废石162.3亿t，其中煤矸石35.6亿t，铁矿废石94亿t，有色金属矿废石25亿t，金矿废石4.6亿t，化工矿废石3亿t;到2005年全国矿山累计堆存尾矿50亿t，其中铁矿尾矿26亿t，有色金属矿尾矿21亿t，金矿尾矿2.7亿t，化工矿尾矿0.3亿t，并以每年排放3亿多t的速度增长。表1我国主要矿山二次资源的堆存量、排放量和利用种类堆存量/亿t年排放量/亿t利用率/%采矿废石162.30选矿尾矿5038.2煤矸石35.61.543.2选矿废水83504.2矿坑水2000煤矿瓦斯194亿m325资料来源：2005年国土资源报《中国矿产资源年》。采矿废石和围岩，是矿山开发中产出最多的矿山废弃物。我国铁矿露天开采平均采矿剥岩比约1∶3.5，坑采矿低一些，全国平均采剥比至少为1∶2.5;有色金属矿全国平均采剥比1986年为1∶3.74，1990年增至1∶9.17。按开采1万t矿石产生0.7万t废石计算，1990—2000年，我国不经治理的矿山废石总量将达1338亿t以上。除了有一些矿山将这些废石用于回填采空区或筑路以外，基本上没有再利用。国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心124我国现有矿山企业12718个，其中在建尾矿库为1526座，占总数的12%，已经闭库的尾矿库1024座，占总数的8%，2005年国土资源报《中国矿产资源年》数据表明，我国12种大宗矿产每年尾矿排放总量约3亿t(表2)。表2我国12种大宗矿产尾矿排放量分析计算结果矿种原矿处理量(万t/a)尾矿产率/%排放量/(万t/a)备注铁矿2300055.4212700金矿4073.192.973786.76铜矿5494.3996.045276.61铅锌矿2223.274.741661.61钨锡矿1430.5595.01359.02钼矿1682.896.51623.9镍矿483.1389.0429.99硫铁矿771.6954.04417.02不计伴生硫铁矿磷矿2072.6748.831012.08以原矿80%入选矿计稀土矿811.8195.94778.85不含包头稀土矿铝土矿42043.3470.0629455.56以平均尾矿率计资料来源：2005年国土资源报《中国矿产资源年》。截至2007年，全国尾矿堆积总量为80.46亿t。仅2007年，全国尾矿排量近10亿t。目前对尾矿的利用率仅8.2%。3由矿产固体废弃物引起的重大环境问题工业固体废物中的重要组成部分-矿产固体废弃物，从总体上说，主要集中堆存于尾矿库、废石场、矸石山和部分粉煤灰库。这些堆场的存在，国内外的大量实践都证明是造成矿区及周围环境污染和破坏的直接原因。归结起来，主要表现为以下几方面。3.1浪费资源我国矿产资源80%为共伴生矿，由于我国矿业起步晚，技术发展不平衡，不同时期的选冶技术差距很大，大量有价值资源存留于尾矿之中。例如，我国铁矿尾矿的全铁品位平均为8-12%，有的甚至高达27%。以当前铁尾矿总堆存量100亿t估算，尾矿中相当于存有铁11亿t左右。我国黄金尾矿中含金一般在0.2～0.6g/t，以当前总堆存量5亿t计算，其中尚含有黄金300t左右。尾矿中的非金属矿物不但存量巨大，而且有些已经具备高附加值应用的潜在特性。随着技术的进步其潜在价值将远远超过金属元素的价值。这些尾矿资源如不能综合回收利用，将造成巨大浪费。3.2环境污染3.2.1堆场扬尘造成的空气污染矿区内排弃堆存的物料，或剥离废石、煤矸石或尾矿、粉煤灰，都长期经受风吹、日矿山固体废物处理与处置技术发展报告125晒和水蚀，发生表面风化是必然的。尤其尾矿库之尾砂，因为经过分选的矿物一般颗粒较细。例如，一般含铁矿物的单体分离细度200目的占80%以上，有色金属矿山有的更细。这些细物料大量聚集堆场表面，一旦出现适宜的风速，随风飘移是肯定的。首钢矿业公司所属的一座矿山，其尾砂较细(平均粒径0.07mm)，该地区平均风速大于3m/s的频率为8.94%，其相应的年输砂量可达20354.38t，尤其冬春季节大风频吹对生活区和厂区的空气污染较为严重。西北地区某矿，由于风速较大，某尾矿库风力运搬的尘粒高达80t/d，其中还包含一定量的粗颗粒。扬尘的污染，尤其近年得到较为普遍重视。马钢姑山铁矿依山傍水，地处鱼米之乡。该矿区的粉尘污染较严重，对附近农田、村庄都造成了一定的危害，因此引起了当地民众的不满，提到了政府部门的议事日程。3.2.2酸性水的有害影响据目前已经掌握的资料，大多数金属矿床都包含了可能产生酸性水的矿物，于是矿山生产排放的废弃物也不可避免地包含了酸性物质。这些酸性物质，在其堆存条件下与水、氧气或细菌发生作用，会生成酸性水。这种情况在相当一些有色金属矿山、黑色金属矿山和化工矿山都程度不同地普遍存在着。酸性水一旦生成，其通过对矿区水系(包括地表水和地下水)的污染，从而发生了对所及环境的污染和破坏。况且，酸性水的形成，还可能增加其对某些物质的溶解度，有时甚至包括放射性元素，可见，在有些情况下由酸性水引发的环境污染会非常严重。曾对我国9个选矿厂的情况进行了调查，它们的尾矿库污染了10条河流，从而导致产生绝产田235km2、减产田269km2。马钢南山铁矿酸性水，造成了其附近4条小河的污染，而这4条河的灌溉面积达1万余亩。酸性水对环境的污染，至少还有这样两个明显的特点：一是影响范围广，二是持续时间长。国外的有关资料报导，由于酸性水可能造成对水系的污染，因此其影响范围也有可能扩展到几十，乃至几百公里。含酸性废物的堆场，停止使用后仍具备生成酸性水的条件，这种情况持续几十年，甚至上百年，在实际工程中也是可以找到的。3.3安全隐患矿产固体废弃物的堆场，因各种原因引发的破坏事故，或尾矿库溃坝，或废石场大规模滑坡，或丰水期形成的排土场泥石流等，其造成的后果往往都是灾害性的。2008年，山西娄烦尖山铁矿“8.1”特别重大排土场垮塌使位于尖山铁矿排土场下面的娄烦县马家庄乡寺沟村部分房屋被埋，此次重大事故造成死亡失踪人口45人，受伤1人，财产损失492.3129万元。2008年山西省襄汾县新塔矿业公司“9.8”特别重大尾矿库溃坝事故造成遇难人数达268人。类似情况还有，它们的发生，无一不说明固废堆场失稳破坏造成的灾害，以及由此造成的环境污染，绝对不可以忽视。3.4占用土地在我国各个工业企业中，矿山占地属于“大户”。据有关部门计算，2000年我国大约8000多个国营矿山和11万余个乡镇集体矿山的尾矿和废石堆场占地将达到1.87万～2.47万km2。而在矿区内，占地最多的是采矿场、废石场和尾矿库，三者占全部矿区占地面积的近60%，仅排土场占地在40%以上。国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心126尾矿堆存需要占用大量土地。截至2005年，我国尾矿堆放占用土地达1300多万亩，随着老的尾矿库闭库，新的尾矿库不断增加，必将占用更多的土地。固废堆场如此大面积占地，尽管多为山坡地，但对植被的破坏仍然是十分严重的。不仅如此，堆场压占土地，还会破坏地貌，造成水土流失和土壤涵养功能的衰减与退化。堆场物料的长期流失也还会游离河谷。这些都可能使生态环境失衡。例如江西永平铜矿原是植物茂密、山清水秀的地方。露天开采多年，不仅占有大量土地，而且形成了岩石裸露，包括两侧排土场都几乎寸草不生的荒凉景象。近年来，它们开始进行了植被工程试验，目前已取得了很好的改善矿区生态环境的效果。4国内矿山固体废物的主要处理与处置技术矿山固体废物处理是指采用合理、有效的工艺对矿山固体废物进行加工利用或直接利用。主要包括：作为二次资源，对含有的有价元素进行综合回收;将其作为一种复合的矿物材料，用以制取建筑材料、土壤改良剂、微量元素肥料;作为地下充填开采方法中采空区的充填料等。矿山固体废物的处置是指采用安全、可靠的方法堆存金属矿山固体废物。主要包括：矿山固体废物合理的堆排工艺，堆场(库)的灾害预警与灾害控制，引发环境污染的防治等。4.1提升尾矿再选技术的研发提高矿山资源综合利用效率尾矿综合利用是世界性的难题，最大着眼点是提取尾矿中的有价金属元素、非金属元素，以提高资源的回收率、提高资源综合利用价值。早在20世纪90年代“矿山固废”中心就对本钢歪头山铁矿、南芬铁矿、马钢南山铁矿的尾矿提供了再选技术，使之每年从铁矿尾矿中选取全铁65.5%～67.0%的铁精矿7000余t，年创经济效益1700余万元。鞍钢弓长岭矿业公司，采用大块矿石预先抛废工艺，既增加了矿石生产能力，降低了能耗，又减少了细粒尾矿的产生量，年实现经济效益5000万元。近年来，山东、陕西等金矿，在回收尾矿中金、银、硫等资源的工作中取得了突破性进展，如山东大柳行金矿2002年建成了尾矿回收有价金属元素生产线，每年可处理含金品位0.81g/t的堆存尾矿16.5万t，回收率达80.94%，年产黄金166.3kg，白银509.9kg，硫精矿4500t，年经济效益615万元。4.2无废或少废的采选技术和地下采矿空区处理技术采选无废(少废)技术是处理与处置矿山固体废物的重要途径和发展方向，利用矿山废弃空间(采空区、塌陷区等)处置尾矿、废石，也是“减量化、资源化和无害化”的重要发展方向之一。“矿山固废”中心以铜都铜业股份有限公司冬瓜山铜矿为工程依托，联合铜陵有色矿山工程设计院，在冬瓜山、狮子山铜矿建立示范矿山，实现废石不出坑、尾矿不入库。该矿是我国“十五”期间建设的大型地下有色矿山，已开采多年，形成了东、西狮子山采空区，东山采空区总容积101.8×104m3，西山采空区由大空区与零星小空区组成，大空区容积236.2×104m3，小空区容积16.0×104m3。为了消除大采空区对环境及矿山可持续生产带来的重大安全隐患和缓解尾砂堆存场地两个目的，公司决定对东、西狮子山采空区，进行全尾砂充填处理和利用，鉴于对数百万立方米的特大型地下采空区全尾砂处理与利用，在国内尚无矿山固体废物处理与处置技术发展报告127工程实例。为稳妥起见，先在东山采空区进行全尾砂排放工业试验研究以便取得经验，再推广到西山采空区和其他采空区。在东山采空区全尾砂处理与利用工程取得经验的基础上，又开展了西山采空区全尾砂处理与利用工程方案设计。通过了由铜陵有色金属(集团)公司组织的专家审查。目前，东山采空区已填满，西山采空区全尾砂处理与利用工程即将开工，该工程不仅充填方法、充填率上有成功的经验，而且在技术上有新的突破。通过试验研究，确定了合适的尾砂输送浓度(40%～50%)、建立高浓度尾浆制备与输送系统、解决了全尾砂充填工艺中封闭墙跑砂、破碎带泄漏处理、尾砂排放方式、排放周期确定和排放量控制等技术难题;通过研究可获以下成果：①可以使东西狮子山80%的尾砂充入约350.912×104m3的采空区，减少了向尾矿库的排放量，延长尾矿库的生产服务年限;②减少大量尾砂在地表堆置，节约耕地和山坡地的占用;③消除因采空区带来的安全隐患;④本技术可向冶金、煤炭、化工、有色等多种具有地下采空区的同类矿山推广应用。本项目就节约尾矿库建设和维护费用一项，按每排放1t尾矿6元计算，可为示范矿山产生经济效益1800万元，该项目的成功实施，标志着我国地下矿山无(少)废技术生产开采进入到新的阶段，为大中型矿山建设生态矿山树立了样板。4.3尾矿用作建材尾矿用作建材技术有所进展尾矿含有大量可以利用的非金属矿物，对尾矿中的非金属组分进行回收利用，可生产地砖、空心砖块、免烧建筑装饰材料，微晶玻璃等建材产品。科研院所在条件极其艰难的情况下，做了大量研究工作，但距离真正实施工程化、产业化生产还很远。提高研究成果的成熟性、配套性和工程化水平，节能降耗，降低生产成本，被用户接受，被市场接受都非常不容易。南京冶山矿业公司对该技术运用较好。原来的矿山尾矿库库满为患，大量占用农田，污染了环境，同时产生了滑坡、扬尘等潜在危害，严重制约了矿山发展。南钢冶山矿业有限公司地处南京市六合区，选矿后年排放约25万t(干基料)的铁尾矿，目前尾矿库存近1000万t。冶山铁矿尾矿库库容108万m3，可继续多堆积尾矿162万t，预计加高扩容工程费用为400～500万元，按目前的排放量每年的尾矿排放运行费用达90万元，实现零排放后可降至6万元。利用目前所排放的铁尾矿作为主原料，掺入当地部分非耕地黏土(当地无其他更好的替代配料如页岩等)，生产铁尾矿多孔砖是可行的。年生产能力为6000万(折标)铁尾矿模数砖，可消化铁尾矿12.6万t;按现行市场销售价格，年创产值2217.6万元、利润127.9304万元(含税);安排就业168人;减少铁尾矿排放占地;减轻铁尾矿库区压力，保证其安全生产，保护了生态环境。本项目投产后将减少排放尾矿的运行费用，随着砖厂生产能力的扩大和产品延伸，选矿生产将逐步实现尾矿零排放，不仅有效地治理环境而且更好地提高了企业整体的经济效益。4.4矿山工程灾害研究和防治技术矿山工程灾害研究和防治日益受到重视矿山开采弃石会加速水土流失，引发地表塌陷，山体滑坡;矿山抽排水会造成地下水位下降，矿区周围地下水资源枯竭;地下开采会诱发地震、岩爆、冒顶片帮、突水突泥、瓦斯爆炸、地面开裂及沉陷等;矿山剥离堆土、尾矿废渣堆集会引起地表环境污染、尾矿库溃坝、排土场失稳等，造成严重的泥石流。凡此种种，大都是矿山固体废物处理与处置不当所引发的。马鞍山矿山研究院、北京科技大学等国内为数不多的研究院所、高校一直坚持贴近现场、贴近生产、贴近矿山，从事尾矿坝、国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心128排土场安全稳定性研究，成功地处理了东北、西北、华东地区大中型矿山多次重大安全事故隐患，取得一大批重大科技成果。4.5矿山环境保护和生态恢复技术矿产资源的开发应贯彻“污染防治与生态环境保护并重，生态环境保护与生态环境建设并举”，以及“预防为主，防治结合，过程控制，综合治理”的指导方针。为了加快矿山生态环境建设，“矿山固废”中心在马钢集团姑山矿业有限责任公司建立生态环境综合整治技术示范点(区)，通过历时三年的编制矿山生态环境综合整治示范区的建设规划、开展矿山无尾排放工艺技术研究，全面推进加大尾矿利用力度、新老排土场、尾矿库废弃地生态重建、植被恢复技术研究，使矿区矿产资源得到持续有序利用，区域内经济产业的效率和效益趋于稳定，经济结构基本健康，投入产出比例协调，税后利润逐年增长，生态趋于平衡，将有效遏制矿山开发产生的生态破坏，并有利于矿山走可持续发展道路。该项目已经中国冶金矿山协会鉴定，得到专家普遍肯定。该成果提出的探索矿山生态环境综合整治技术的示范模式，充分显示了模式的综合性、针对性和有效性，为老矿山的生态环境指明了道路。该项目已获得2005年中国钢铁工业协会、中国金属学会科学技术二等奖，马鞍山市2006年二等奖。本项目的实施，成功解决了马鞍山市政府多年因尾矿库粉尘污染而引发的群体性上访事件，为稳定一方起到了至关重要的作用。5我国金属矿山开发中存在的主要问题5.1尾矿废石综合利用法律法规不健全①对尾矿、废石属性的界定适用法律范围概念模糊。②尾矿权属不明，尾矿责任主体有待明确规范。③尾矿矿种的界定模糊。5.2尾矿废石基础管理薄弱，投入不足，缺乏市场准入矿山尾矿、废石的利用、治理涉及面广，需要进行大量的探索研究工作，尤其是老矿山累积的问题较多，经费困难，没能力解决长期遗留下的这许多方面的问题。搞综合利用、环境治理需要科技攻关，研究新工艺、新技术和新设备，许多矿山企业也同样缺乏这方面的能力。同时，由于尾矿废石管理环节薄弱，目前在尾矿回收资源市场放开的形势下，有些社会闲散资金和一些不具备条件的企业，也加入了争夺尾矿资源的行列中。由于缺乏开采经验和选矿技术，不熟悉工艺流程，又无先进的设备，再加上监管不力，造成安全隐患和环境的二次污染，而且在一些地区有愈演愈烈的趋势。5.3优惠政策不完善，执行力度不到位我国政府一直鼓励二次资源的综合开发利用并制定了一系列鼓励政策和优惠经济政策，但缺乏针对矿业的特殊规定。如在立法中，把可享受经济优惠政策的综合利用产品界定为“设计规定外产品”，而且，还必须是“以废弃物为主要原料”的生产产品。因此，按照这种规定，许多矿山企业如铁矿选厂从尾矿中再回收铁、铅锌矿选厂从尾矿中再回收铅锌，以及利用部分尾矿作掺和料生产水泥等，均享受不到经济上的优惠。另外在实际操作矿山固体废物处理与处置技术发展报告129中，存在对现有的优惠政策执行不到位的现象。如相当多的地方没有严格按国家规定的时间要求，禁止销售、禁止使用粘土砖，使尾矿、废石建材利用优惠政策难以真正落到实处。5.4科学技术手段落后多年来，综合利用领域由于产、学、研之间的脱节，未形成合力，再加上政府组织科技攻关力度不够，财政支持少，仅靠企业自有资金投入明显不够。大规模回收利用矿山废石和尾矿资源的新工艺、新技术，没有实质性的突破，不够成熟，同时缺少与之相配套的高效分选设备。5.5资金短缺，融资渠道不畅目前，国家没有专项资金扶助，原有的矸石综合利用专项资金已被取消，而新的融资渠道还没有形成，特别是商业银行对废石资源利用贷款条件苛刻，企业筹集资金困难，严重影响了尾矿废石资源的利用。6解决思路为落实科学发展观，推动矿产资源领域循环经济的发展，实现绿色矿业，通过“开源、节流”，实现矿产资源的合理开发、综合利用和循环利用，已成为全社会共识。因此，如何开发和高效利用尾矿、废石资源就成了关注的焦点。结合当前尾矿、废石综合利用实践中存在的主要问题，通过深入矿山企业进行实地调查研究，应从以下几个方面入手推动尾矿废石资源化进程。6.1健全完善尾矿、废石开发利用相关法律法规目前对尾矿、废石的资源地位有两种认识，一种观点认为尾矿围岩不属于矿产资源范畴，根据《中华人民共和国矿产资源法》中对矿产资源的定义，认为围岩、尾矿不是地质作用形成的，不是自然资源，因此它不适用于现行的《矿产资源法》。另一种观点是尾矿废石是矿产资源开发过程中形成的，是矿产资源开发利用过程中的衍生品，属于没有利用干净的资源，在开发利用和监督管理上，与矿产资源有着较强的关联性和趋同性。为此，建议补充《矿产资源法》的有关条款，并制定《尾矿废石管理办法》，确定各级管理部门对矿山尾矿、废石的管理职能、权利和义务;明确尾矿的权属;制定市场准入条件。6.2体制创新，科技攻关政府出面组织产、学、研联动，将尾矿废石的综合利用和研发列入矿产资源领域的基础性项目，并与新材料应用的研究相结合，进行全面的科技攻关，一旦突破成效显著，能迅速将废弃物转化为经济优势。6.3将尾矿废石的综合利用纳入经济社会发展规划自2006年起，国家已将“节能、减排”工作纳入到经济社会发展规划，并作为一项重要指标调控宏观经济。因此，将尾矿废石的综合利用纳入国民经济社会发展规划，一方面有利于缓解资源瓶颈，推动国家节能减排目标的实现;另一方面有利于节约并保护土地资源，为实现国家18亿亩耕地红线提供保障。国家环境保护矿山固体废物处理与处置工程技术中心1306.4加大相关法律法规、产业政策及标准的制定在矿产资源合理开采、综合回收、合利用的指导思想，走矿业循环经济之路。要从头做起，开展资源综合利用，减少尾矿的产生量。靠科技进步，提高矿山固废的综合利用和减排的水平。因地制宜，循序渐进，建立示范工程，以点带面推动矿综合利用和减排进程。此外，要建立、健全符合国国情的矿山固废综合利用和减排法律、标准和政策持体系，促进尾矿综合利用和减排的良性发展。6.5制定并完善鼓励企业开展资源综合利用的产业政策和经济政策对于产生的矿山固体废弃物，应遵循“减量化、资源化、无害化”原则，顺序处理。即先提取有价金属组分或作为能源使用，再选择用于建材或其他相关产业，最后进行无害化处置。对于暂时不能综合开采或者必须同时采出而暂时还不能综合利用的矿产，以及含有有用组分的尾矿、废石，应当采取有效保护措施，防止损失浪费;对于无法利用的尾矿、废石资源，国家应制订强制性的措施，要求企业进行覆土造田、绿化植被，同时给予相应的优惠政策。7结语总的说来，我国对于解决矿业固体废弃物处置过程中出现的环境问题，起步较晚、积累较少，办法不多，许多尚处在较低的层次上，这与当今社会对环境要求的标准不断提高形成了明显的反差。这就要求各科研院所、高等院校加大开发工业固体废弃物处理处置与资源化综合利用的力度，着眼于解决矿山固体废物处理与处置行业中的重大工程技术难题，开发出大批高水平、高质量且符合市场要求的新技术、新工艺，以提高金属矿山固体废物的综合利用水平。