冶金矿山固体废物处理和利用(disposal and utilization of solid wastes from metalmines)

使冶金矿山开采和选洗矿石中所产生的废石、尾矿和其他固体废物变为无公害物和发挥其效能的过程。

种类    冶金矿山固体废物按其来源和组成，可以分为废石、剥离岩石、尾矿、粉尘和其他废物共五类(见表)。

危害    冶金矿山固体废物的危害是多方面的。废石和尾矿的堆存占据了大片土地。美国哈尔鲁斯特矿是世界著名的露天矿，预计采完后，将会留下300亿t的尾矿。这些尾矿如堆成4.6m高，将占地1610km²。假使这些尾矿找不到用途，堆存的方法又不改善，那么将要在明尼苏达北部出现一个新的撒哈拉沙漠。到1988年末，中国63个主要有色冶金矿山已堆存废石和尾矿为主的固体废物4.5亿t，占用土地63km²，自1989年起，每年平均净增2500万t固体废物，新占土地350万m²。铁矿山中，仅大孤山，西果园、南芬、姑山矿的尾矿库就占地810万m²，自1989年起，中国每年还要增加9000万t以上的铁尾矿。固体废物中含有的有害物质还污染土壤和水体。尾矿和粉尘随风飞扬，污染矿区和周围环境。堆存不当的废石和尾矿，暴雨时可能塌方、滑坡、形成泥石流，冲毁下游的村镇，造成人畜伤亡。美国韦尔斯的阿伯芬发生了一次废石滑坡事故，造成一次伤亡800多人的惨案。日本去泽矿山中泽尾矿坝1936年塌陷死伤多人。中国云南锡业公司新冠选矿厂、湖南东波有色金属矿和陕西金堆城钼业公司、安徽黄梅山铁矿等先后发生过尾矿坝决口的严重事故。

无害化处理    堆存是传统的处置方法：废石运至废石场，剥离岩石送入排土场，尾矿输入尾矿库。为了防止污染，20世纪70年代着手固体废物的无害化处理。常用的处理方法有物理法、化学法、植物法和土地复原法。(1)物理法。向废石和尾矿喷水、覆盖石灰、泥土、草根、树皮等。防止受水冲刷和被风吹扬而污染环境。这种方法对铜尾矿最为有效。(2)化学法。利用可与尾矿化合的化学反应剂(水泥、石灰、硅酸钠等)，在尾矿表面形成坚固硬壳，抵抗水和空气的侵蚀。此法成本较高，有的尾矿常同砂层交错，化学反应剂难于选择。(3)植物法。在废石或尾矿堆场上栽种永久性植物，以起到良好的稳定和保护作用。植物法可以和化学法结合起来处理尾矿。在尾矿场播下植物种子后，施加少量化学药品防止尾矿散沙飞扬，保持水分，以利于植物生长。美国伊里矿业公司20世纪50年代在铁燧岩尾矿场试种成功草类和豆科植物；中国鞍山钢铁公司东鞍山选矿厂20世纪80年代在尾矿场试种成功旱快柳、刺槐、白榆、草木樨等草木类植物。国内外的试验证明，铅锌矿的钙质尾矿适合种植牛毛草、铅锌矿的酸性尾矿适于种植苇草。(4)土地复垦法。在开采后被破坏的土地上，回填废石、尾矿、待其沉降稳定后，加以平整，覆盖土壤、栽种植物，或建造房屋。中国某些地区的铁和铝矿废石场等已完成土地复垦，种植植物。发展生产。

资源化利用    废石和尾矿是多组分的矿物。作为二次资源综合利用，是少占土地、控制污染，化害为利的积极处理措施。(1)从尾矿中回收有价组分。云南锡业公司将含锡0.15％～0.18％的老尾矿分级，经过重选、磁选、浮选处理，产生锡精矿和中矿，选矿回收率45％～50％，并且可综合利用铁、铅、铟、铋、铜等伴生金属。英国、美国、玻利维亚、前苏联等国家，都有不少从尾矿中回收金属的实践经验。(2)尾矿作井下采空区填充料。尾矿经水力旋流脱泥后0.074mm以下的粒级不超过50％，与水泥胶结后返回井下采空区充填，以防止地压灾害。中国广东凡口铅锌矿、湖南黄沙坪铅锌矿、湖北铜录山矿、甘肃金川有色金属公司龙首矿等矿山在20世纪70年代相继采用此项工艺。(3)利用尾矿作建筑材料尾矿或去硫尾矿可采用干压缩法制成建筑用砖，制作的砖块的抗压强度达32MPa。中国鞍山矿渣砖厂在尾矿中加入石灰制成砖坯，碳化处理后制成建筑用砖。加拿大魁北克的铁矿石选矿尾矿添加1％的木质磺酸钙为粘结剂。加压成型，于1100～1200℃焙烧成为硅砖；尾矿制作加气混凝土。参考配比为尾矿48％～52％。水渣粉32％～34％，水泥16％～18％，与加气剂按一定比例配制，经蒸汽养护，成为轻质多孔建筑用材(不宜用于潮湿部位)。(4)废石用作石料或混凝土骨料。其利用程度受交通条件和废石性质制约，但是可利用的潜力很大。(5)尾矿作玻璃和陶瓷原料。钨矿、钽铌矿和某些铅锌矿的尾矿含SiO₂ 70％～80％，还含有钾、钠、铝的氧化物，经加工可用作玻璃或陶瓷原料。中国首都钢铁公司大石河铁矿还利用铁选矿尾矿制出日用和美术陶瓷以及微晶玻璃花岗岩。前苏联将铜钼选矿尾砂用来制作玻璃，美国用含石英、长石或硅酸钙等矿物的尾矿砂烧制玻璃效果很好。日本足尾选厂的尾砂含SiO₂ 60％～79％，Al₂O₃ 10％～18％，用尾砂烧制陶管、陶瓦、耐火材料等制品，经济效益也相当可观。仅陶管一项每年可获2亿日元的产值。

管理措施    冶金矿山固体废物具有呆滞性和不可稀释性，一旦造成环境污染往往很难消除，并具有长期的潜在危害，因此对它的管理不同于废水和废气，需要进行长期监测和全过程的管理。(1)污染源管理。在固体废物产生地实行分类、标记、流向登记和建档等。(2)输送管理。主要是防止尾矿输送管道、流槽的阻塞和破裂发生的中途污染。(3)处理和利用。包括无害化处理和资源化利用。(4)监测、统计和规划。包括常规监测、研究性监测、污染事故监测，在监测的基础上完善统计报表，并制定固体废物处理规划。

发展趋势    尽量采取无废或少废生产工艺。最大限度地减少固体废物产生量.是冶金矿山固体废物处、理的主要趋势。其基本措施就是对废石和尾矿实行全面综合和用，建成少废或无废矿山。前苏联科拉半岛某矿矿石只含钛磁铁矿和橄榄石，采用磁选产出两种同名精矿。无尾矿。中国马鞍山钢铁公司姑山铁矿将粗粒尾矿作为碎石出售，细粒尾矿用作混凝土骨料，也实现了无尾矿选矿工艺。利用尾矿场造地复田.种植植物，成为冶金矿山固体废物处理的另一个发展趋势。美国矿业局于1966年就开始在内华达州的铜尾矿场着手植被试验，加拿大安大略省的镍尾矿场、穆斯山铁尾矿场也在20世纪80年代复土植被成功。中国铜陵有色金属公司井边铜尾矿场，郑州铝厂小关铝矿的废石场，芙蓉铜矿、桓仁铅锌矿的尾矿场等也在这方面取得了很好的实践经验。