礦山環(huán)境與保護(hù) 第3章 礦山固體廢棄物污染及其防治

第3章

礦山固體廢棄物污染及其防治

3.1礦山固體廢棄物的來源

地下開采是指開鑿一系列巷道由地表進(jìn)入礦體，對礦產(chǎn)資源進(jìn)行回采的一種開采方法。

地下開采有兩大任務(wù)，一是掘進(jìn)巷道，二是開采礦石。兩個任務(wù)和起來簡稱采掘，它是礦井生產(chǎn)的中心任務(wù)。

廢石一部分作為充填料充填在采空區(qū)，另一部分通過提升運輸系統(tǒng)運到地表，形成毛石坡。3.1.1地下采礦產(chǎn)生廢石3.1.2露天采礦排棄巖土

露天開采中，必須剝離礦體上覆的廢石（包括表土）才能開采礦石。因此，廢石排棄工作是露天開采中必不可少的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

由于金屬露天礦的剝采比一般都大于1，廢石的剝離量通常比礦石的采掘量大，所以廢石的排棄工作量與排土場的占地都相當(dāng)大。3.1.3選礦生產(chǎn)尾礦

選礦是利用礦物的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)的差異，借助各種選礦設(shè)備將礦石中的有用礦物和脈石礦物分離，并達(dá)到使用礦物相對富集的過程。

在從礦石中選出有用礦物后剩下的礦渣稱為尾礦。3.2礦山固體廢棄物的危害第3章

礦山固體廢棄物污染及其防治

3.2.1礦山固體廢棄物的產(chǎn)生量

根據(jù)《中國環(huán)境統(tǒng)計年報》數(shù)據(jù)顯示，1999年我國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量為7.84億t，其中尾礦、煤矸石、粉煤灰、爐渣、冶煉廢渣的產(chǎn)生量分別為2.45億t、1.55億t、1.15億t、0.936億t、0.822億t。2001年我國金屬礦山尾礦的產(chǎn)生量分別為：鐵礦山l.62億t、有色金屬礦山O.65億t、黃金礦山O.29億t。到目前為止，我國金屬礦山產(chǎn)生的尾礦堆存量已達(dá)50余億t，并且每年仍在以2～3億t的速度增長。3.2.2礦山固體廢棄物的危害一、占用土地、覆蓋森林、破壞植被二、污染土壤，危及人體健康三、堵塞水體、污染水質(zhì)四、粉塵飛揚、污染空氣五、其他危害3.3礦山固體廢棄物的治理第3章

礦山固體廢棄物污染及其防治

3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)3.3.1.1尾礦庫l.尾礦庫及其特點（1）定義

尾礦庫是指筑壩攔截谷口或圍地構(gòu)成的用以堆存金屬或非金屬礦山礦石分選后排出的尾礦或其他工業(yè)廢渣的場所。

尾礦是指金屬或非金屬礦山開采出的礦石經(jīng)選礦廠選出有價值的精礦后排放的“廢渣”。3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)（2）尾礦庫的基本構(gòu)成

①尾礦堆存系

②尾礦庫排洪系統(tǒng)

③尾礦回水系3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)（3）尾礦庫的作用

①保護(hù)環(huán)境

②充分利用水資源

③保護(hù)礦產(chǎn)資源3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)2.尾礦庫的類型

（1）山谷型尾礦庫

（2）傍山型尾礦庫

（3）平地型尾礦庫

（4）截河（湖）型尾礦庫3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)3.尾礦庫選址基本原則①一個尾礦庫的庫容力求能容納全部生產(chǎn)年限的尾礦量。如確有困難，其服務(wù)年限以不少于五年為宜。②庫址離選礦廠要近，最好位于選廠的下游方向，可使尾礦輸送距離縮短，揚程小，且可減少對選廠的不利影響。③盡量位于大的居民區(qū)、水源地、水產(chǎn)基地及重點保護(hù)的名勝古跡的下游方向。④盡量不占或少占農(nóng)田，不遷或少遷村莊。⑤未經(jīng)技術(shù)論證，不宜位于有開采價值的礦床上部。3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)⑥庫區(qū)匯水面積要小，縱深要長，縱坡要緩，可減小排洪系統(tǒng)的規(guī)模。⑦庫區(qū)口部要小、“肚子”要大，可使初期壩工程量小、庫容大。⑧盡量避免位于有不良地質(zhì)現(xiàn)象的地區(qū)，以減少處理費用。⑨要根據(jù)尾礦性質(zhì)，按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18599－2001）或《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18598—2001）中關(guān)于“填埋場場址選擇要求”的規(guī)定進(jìn)行選址。3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)4.尾礦庫等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)尾礦庫級別全庫容V/萬立方米壩高H/m一二等庫具備提高等級條件者二V≥10000H≥100三1000≤V＜1000060≤H＜100四100≤V＜100030≤H＜60五V＜100H＜303.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)5.尾礦壩及安全要求（l）尾礦壩①尾礦壩

是用來攔擋尾礦和水的尾礦庫圍護(hù)外圍構(gòu)筑物。

②初期壩

在礦山尾礦庫工程基建期間，在尾礦壩址用土、

石等材料修筑成用作支撐后期尾礦堆存體的壩體，初期壩用以容納選礦廠生產(chǎn)初期0.5～1年排出的尾礦量。③堆積壩

堆積壩是生產(chǎn)過程中在初期壩壩頂以上用尾礦充填堆筑而成的壩。3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)5.尾礦壩及安全要求（2）尾礦庫安全設(shè)施

直接影響尾礦庫安全的設(shè)施包括初期壩、堆積壩、副壩、排滲設(shè)施、尾礦庫排水設(shè)施、尾礦庫觀測設(shè)施及其他影響尾礦庫安全的設(shè)施。（3）尾礦庫設(shè)計安全要求

在具體設(shè)計中主要體現(xiàn)在兩個方面：一是要確保設(shè)計的尾礦壩具有足夠的穩(wěn)定性，各種運行狀態(tài)穩(wěn)定安全系數(shù)必須符合設(shè)計規(guī)范的規(guī)定；二是要使洪水位能控制在設(shè)計規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，確保防洪的安全。3.3.1礦山固體廢棄物處置設(shè)施的建設(shè)3.3.1.2排土場排土場及類型

（1）定義排土場又稱廢石場，是指礦山采礦排棄物集中排放的場所。

（2）類型排土場按排土方法可以分為推土機(jī)排土場、推土犁排土場、吊斗鏟排土場等；按排土工作水平可分為單層排土場、雙層排土場和多層排土場；按同一排土臺階鋪設(shè)排土線可分為單線排土層和雙線排土層。

另外，按排土場內(nèi)各排土線在時間和空間上的發(fā)展順序可以分為平行式、扇形式、曲線式、環(huán)形式。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用3.3.2.1礦業(yè)固體廢物處理與利用的一般原則

①必須選擇最佳的技術(shù)方案。

②優(yōu)先開發(fā)利用尾砂中的有價組分，提高經(jīng)濟(jì)和社會效益。

③先利用后處置的原則。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用3.3.2.2煤矸石的處理與利用1.煤矸石的來源及特性

（l）煤矸石的來源

煤矸石是指煤炭開采、洗選加工過程中產(chǎn)生和被分離出來的固體廢物，也是可利用的資源，具有雙重性。

（2）煤矸石的化學(xué)特性

①煤矸石的化學(xué)成分

煤矸石是由有機(jī)物（含碳物）和無機(jī)物（巖石物質(zhì)）組成的混合物。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用表3-2煤矸石的主要化學(xué)成分

單位：％SO2Al2O3CaOMgOFe2O3R20燒失量40～6515～351～71～42～91～2.52～17②煤矸石的礦物組成

煤矸石的主要礦物成分為高嶺土、石英、蒙脫石、長石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁硅酸空礦物、碳酸巖礦物，含有少量鐵鈦礦及碳質(zhì)，且高嶺石含量達(dá)68.7％。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用（3）煤矸石的工業(yè)特性

①碳念量

按碳含量多少通常將煤矸石分為四類：一類＜4％，二類4％～6％，三類6％～20％，四類＞20％。

②灰分

其含量一般在50％～90％之間。

③發(fā)熱量

掘進(jìn)矸石和剝離巖石一般不含有機(jī)可燃物，其發(fā)熱量甚微，可用于充填、鋪路，部分可作建材原料，采煤矸石和選煤矸石的發(fā)熱量一般為4.2～8.4MJ／kg。一般同一礦區(qū)的煤矸石其發(fā)熱量大小與固定碳和揮發(fā)分的高低成正比，其中固定碳起決定作用。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用④全硫含量

全硫含量的作用有兩個，一是決定煤矸石中的硫是否具有回收價值，二是決定煤矸石的工業(yè)利用范圍。按硫含量的多少也可將煤矸石分為四類：一類＜0.5％，二類0.5％～3％，三類3％～5％，四類＞5％。⑤鋁硅比（Al2O3／SiO2）

鋁硅比大于0.5的煤矸石，鋁含量高、硅含量較低，其中的礦物成分以高嶺石為主，可塑性好，具膨脹現(xiàn)象，可用作制高級陶瓷及分子篩的原料。

鋁硅比在0.5～0.3的煤矸石，其鋁、硅含量都適中，礦物成分以高嶺石、伊利石為主。

鋁硅比小于O.3的煤矸石，硅含量比鋁含量相對高得多，礦物成分中主要是石英、長石、方解石、菱鐵礦等，可塑性差。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用

⑥三氧化二鐵

煤矸石中Fe2O3的含量一般小于10％，沒有單獨提取的價值。

⑦伴生元素

釩、鎵、鍺等在煤矸石中含量都很低.

⑧有害元素

根據(jù)資料統(tǒng)計，煤矸石中有害元素的含量一般為Hg:O.1～0.5mg／kg、As:O.5～12.Omg／kg、Cd:0.1～O.7mg／kg、Cr6＋:6～34mg／kg、Pb:6．0～28．Omg／kg、F:28～40mg／kg。

⑨放射性

根據(jù)有關(guān)資料，部分礦區(qū)煤矸石天然放射性核素238U、232Th、226Ra、40K的含量低于或接近于部分省區(qū)土壤中的核素含量。因此，煤矸石一般不屬于放射性廢物。

⑩煤矸石中多數(shù)礦物的晶格質(zhì)點常以離子鍵或共價鍵結(jié)合，具有一定的化學(xué)反應(yīng)能力即活性。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用2.煤矸石的處理與資源化利用

（1）國外煤矸石的處理與資源化

國外對煤矸石的資源化利用研究比較重視，煤矸石利用率（不含用于充填、鋪路材料等）一般在20％～30％，高者可達(dá)60％～80％，主要用于生產(chǎn)建材產(chǎn)品，如制矸石磚、生產(chǎn)水泥和混凝土的輕質(zhì)多孔材料。此外，選煤矸石用于發(fā)電、供熱和生產(chǎn)有機(jī)礦質(zhì)肥料等。

（2）國內(nèi)煤矸石的處理與資源化利用

我國煤矸石資源化利用已有二三十年的歷史，煤矸石的利用率l995年已達(dá)到23.5％，主要用于發(fā)電、供熱、制磚、水泥摻和料、制肥等。此外，還用煤矸石充填復(fù)墾、鋪路以及回收矸石中高嶺巖（土）和硫鐵礦加工化工產(chǎn)品等。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用3.煤矸石井下減排與處理技術(shù)

傳統(tǒng)的煤矸石處理方法是將煤矸石提升出井，集中堆放或進(jìn)行再處理利用。目前，國內(nèi)外的煤礦工作者經(jīng)過長期實踐和研究，在井下煤炭開采過程中，盡量不出矸或少出矸是可行的。

主要技術(shù)工藝包括以下幾種：

（1）少開巖巷、多掘煤巷或全煤巷布置

（2）井下應(yīng)用機(jī)械煤倉

（3）井下硐室移至地

（4）利用井下矸石充填采空

（5）井下選煤

3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用

3.3.2.3選礦尾礦的處理與利用1.尾礦中有價組分的提取

（1）銅尾礦中有價組分的提取

銅尾礦中含有大量有價組分，如銅、硫、鎢、鐵、鉛、鋅等，都有回收利用價值。

①回收銅美國奧蓋奧選礦廠尾礦平均含Cu0.42％，其中31％的銅溶于水，主要有用礦物為黃銅礦、輝銅礦和黃鐵礦。如圖3－5所示為該廠回收銅的工藝流程。圖3-5銅尾礦回收銅的工藝流程3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用②回收硫精礦

白銀有色金屬公司選礦廠選銅尾礦中含硫大于9％，主要含硫礦物為黃鐵礦。其分選回收工藝流程為含硫尾礦水槍沖砂造漿（濃度為20％）、濃密機(jī)脫泥（產(chǎn)率為15％）、濃密機(jī)底流（濃度為50％）擦洗后浮選（礦漿濃度為22％），浮選產(chǎn)品為硫精礦。浮選作業(yè)添加捕收劑為丁基黃藥，起泡劑為2號浮選油，其用童分別控制在l50g／t和50g／t。（2）浮選鎳尾礦浸出－沉淀回收鎳

浸出－沉淀法是從鎳尾礦中回收鎳的一條重要途徑。圖3-6鎳尾礦浸出－沉淀回收鎳工藝流程3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用（3）從黃金尾礦中回收銅黑龍江省老柞山金礦從氰化尾礦中回收銅，粒度為—O.074mm95％的氰化尾礦中銅品位為O.305％、砷品位為2.08％，采用浮選工藝從尾礦中直接抑砷選銅，獲得含銅18.32％、金9.69g／t、銀99．20g／t、硫33.60％、砷0.07％的合格銅精礦，銅回收率89.07％。此技術(shù)在內(nèi)蒙古額拉沁旗的大水清金礦與廣東高要河臺金礦也先后得到應(yīng)用。2.尾礦生產(chǎn)建筑材料

尾礦生產(chǎn)建筑材料是尾礦利用量最大、最容易利用、環(huán)境保護(hù)效益最顯著的利用途徑。許多尾礦中含多種非金屬礦物，如硅石或石英、長石及各類熟土或高嶺土、白云石或石灰石、蛇紋石等，這些都是較有價值的非金屬礦物資源，可代替天然原料作為生產(chǎn)建筑材料的原料，例如：玻璃制品的生產(chǎn)、免燒磚的生產(chǎn)等。3.3.2礦山固體廢棄物的綜合利用

3.尾礦生產(chǎn)化工產(chǎn)品

川南硫鐵礦在選出黃鐵礦后的尾礦中，主要礦物為高嶺石，其次為迪開石及多水高嶺石，其中含有大量的鐵和鋁，可作為制備鐵鋁混合凈水劑的原料。圖3