矿业固体废物处置与利用

矿业固体废物处置与利用

摘要

我国矿产资源丰富，矿产固体废物产生量较大，是工业固体废物产生量的90%。本文简述了矿业废物的来源、性质、组成和危害；介绍了尾矿、废石资源化的方法和工艺流程，以及废石、尾矿的无害化处理方法；详细研究了粉煤灰和煤矸石的来源、组成及广泛的应用，最后概述了工业废物常用的处理方法，并对矿业固体废物资源化做了总结。

一、矿业固体废物概述

1、来源矿业固体废物是指矿山开采和矿石选冶加工过程中产生的废石和尾矿。各种金属和非金属矿石均与围岩共同构成。在开采矿石过程中,必须剥离围岩,排出废石。采得的矿石通常也需要经过选洗以提高品位，因而排出尾矿。废石是矿山开采过程中排放出的无工业价值的矿体围岩和夹石（包括煤矸石）。尾矿是从矿石中分选出目的矿物后，剩余的含目的矿石很少的废渣，习惯上称为尾砂。

2、性质 a.物理性质：光学性质：颜色、光泽、透明度等；力学性质：硬度、韧性、比重等性能；电学性质：导电性及荷电性；表面性质：白度、亮度、疏水性；b.化学性质：矿物的可溶性、氧化性

3、组成

⑴含氧盐矿物：含氧盐矿物占已知矿物总数的2/3左右，在地壳里的分布极为广泛。

a.硅酸盐矿物：硅酸盐是组成岩石的最主要成分，已知硅酸盐矿物约800种之多，约占矿物总数的1/4，占地壳总重量的80%。

b.碳酸盐矿物：碳酸盐矿物在自然界中分布较广，已知矿物约80种之多，占地壳总重量的1.7%。其中以Ca、Mg碳酸盐矿物最多，其次为Fe、Mn等碳酸盐矿物。

c.硫酸盐矿物：硫酸盐矿物在自然界中产出约有260种之多，但仅占地壳总重量的0.1%。其中常见和具工业意义的矿物不多，主要矿物有石膏、重晶石。

d.其他含氧盐矿物：其他含氧盐矿物较常见的有磷酸盐、钨酸盐和钼酸盐，

其他不常见的有硼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、硝酸盐矿物等。

⑵氧化物和氢氧化物矿物

氧化物和氢氧化物是地壳的重要组成矿物，它们的化合物有200种左右，约为地壳总重量的17%，其中SiO2（石英、石髓、蛋白石）分布最广，约占12.6%，Fe的氧化物和氢氧化物占3.9%，其次是Al、Mn、Ti、Cr的氧化物或氢氧化物。

⑶硫化物及其类似化合物矿物

主要为金属硫化物，亦包括金属与硒、碲、砷、锑等的化合物。总数约350种左右，按重量约占地壳总重量的0.15%，其中以铁的硫化物为主，有色金属铜、铅、锌、锑、汞、镍、钴等也以硫化物为主要来源，故工业上具有重大意义。

4、危害矿业废物大量堆存，污染土地，或造成滑坡、泥石流等灾害。废石风化形成的碎屑和尾矿，或被水冲刷进入水域，或溶解后渗入地下水,或被风刮入大气,以水、气为媒介污染环境。这些废物中，有的含有砷、镉等剧毒元素，有的含有放射性元素，都有害于人类健康。矿山废石和尾砂不仅需要占用大量的土地，而且会直接污染环境，威胁人们生命财产的安全。一座中型的尾砂坝一般占地数百亩或更多，建造尾砂坝所需的投资费用也非常惊人。尾砂具有颗粒细、体重小、表面积大，具有遇水容易流走、遇风容易飞扬等特点，因此，尾砂对空气、水体，农田和村庄都是一种潜在的危害。

二、资源化处理方法及其工艺流程

1.尾矿的资源化

1).尾矿中有价组分的提取

许多矿山尾矿中具有回收利用价值的有价组分，其品位常常大于相应

的原生矿品位，充分利用分选技术回收这些有价金属对充分利用资源、延缓矿产资源的枯竭具有重要意义

（1）铜尾矿美国奥盖奥选矿厂尾矿平均含Cu0.42%，主要有用矿物为黄铜矿、辉铜矿和黄铁矿。

铜尾矿回收铜的工艺流程

（2）铅锌尾矿中有价组分的提取

银山铅锌尾矿中SiO2、Al2O3、K2O占总成分的80%以上。主要矿物为石英和绢云母，其中石英含量为51～54%，绢云母含量为29～34%。且大部分绢云母呈单体形状，粒度较细。

铅锌尾矿浮选提取绢云母工艺流程

2）尾矿生产建筑材料

尾矿中含有的多种非金属矿物，如硅石或石英、长石及各类粘土或高岭土、白云石或石灰石、蛇纹石等，都是较有价值的非金属矿物资源，可代替天然原料作为生产建筑材料的原料。

（1）生产微晶玻璃生产工艺包括：烧结工艺和熔融工艺

烧结工艺：

熔融工艺：

（2）生产硅酸盐水泥

尾矿烧制水泥工艺流程

（3）生产免烧砖

免烧砖是一种新型建筑材料，是由胶凝材料与含硅、铝原料按一定颗粒级配均匀掺合，压制成型，并进行蒸压或蒸养而成的一种以水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙等多种水化产物为一体的建筑制品。

（4）生产粘土砖

以尾矿为原料，用塑性成型或半干压成型生产粘土砖。

（5）生产加气混凝土

（6）生产耐火材料

主要用于热工设备中抵抗高温作用，用作高温容器或部件的无机非金属固体材料。

（7）生产黑色玻璃

2.废石的资源化

1）提取有价成分

江西德兴铜矿是我国最大的露采斑岩铜矿，剥采的含铜0.3%以下的废石和表土堆存在废石场中。由于废石中含有硫化铜、黄铁矿和多种金属硫化物，在氧、雨水和铁硫杆菌作用下，产生出Cu、Fe、S、Al等离子的酸性水，造成水体的污染。

2）废石生产建筑材料

凡口铅锌矿利用废石加工井下胶结充填骨料工艺流程

红透山铜矿的井下废石破碎充填系统

3）废石生产硅酸盐水泥

废石生产工艺水泥工艺流程

无害化处理方法：

①废石堆、尾矿场稳定处理法：为防止废石和尾矿受水冲刷和被风吹扬而扩散污染，可采用下列稳定法：

物理法：向细粒尾矿喷水，覆盖石灰和泥土，用树皮、稻草覆盖顶部。这种方法对铜尾矿最为有效。也可在上风向栽植防风林，并用石灰石粉和硅酸钠混合物覆盖。

植物法：在废石或尾矿堆场上栽种永久性植物。试验证明，铅锌矿钙质尾矿场适于种植牛毛草，铅锌矿的酸性尾矿场适于种植苇草。英国还发现矿山地区自然生长一种禾草，有抵抗高金属含量和耐低养分的能力，能起良好的稳定和保护作用。

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），在尾矿表面形成固结硬壳。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。化学法可以同植物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场散砂飞扬,保持水分，以利于植物生长。美国的科罗拉多、密歇根、密苏里、内华达等州已有效地采用了这种方法。

②土地复原法：在开采后被破坏的土地上，回填废石、尾矿，沉降稳定后，加以平整，覆盖土壤，栽种植物，或建造房屋。中国某些地区的粉煤灰贮灰场、铁和铝矿废石场等已完成土地复原，种植植物，发展生产。