矿山环境与保护 第3章 矿山固体废弃物污染及其防治

第3章

矿山固体废弃物污染及其防治

3.1矿山固体废弃物的来源

地下开采是指开凿一系列巷道由地表进入矿体，对矿产资源进行回采的一种开采方法。

地下开采有两大任务，一是掘进巷道，二是开采矿石。两个任务和起来简称采掘，它是矿井生产的中心任务。

废石一部分作为充填料充填在采空区，另一部分通过提升运输系统运到地表，形成毛石坡。3.1.1地下采矿产生废石3.1.2露天采矿排弃岩土

露天开采中，必须剥离矿体上覆的废石（包括表土）才能开采矿石。因此，废石排弃工作是露天开采中必不可少的生产环节。

由于金属露天矿的剥采比一般都大于1，废石的剥离量通常比矿石的采掘量大，所以废石的排弃工作量与排土场的占地都相当大。3.1.3选矿生产尾矿

选矿是利用矿物的物理性质或物理化学性质的差异，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物和脉石矿物分离，并达到使用矿物相对富集的过程。

在从矿石中选出有用矿物后剩下的矿渣称为尾矿。3.2矿山固体废弃物的危害第3章

矿山固体废弃物污染及其防治

3.2.1矿山固体废弃物的产生量

根据《中国环境统计年报》数据显示，1999年我国工业固体废物产生量为7.84亿t，其中尾矿、煤矸石、粉煤灰、炉渣、冶炼废渣的产生量分别为2.45亿t、1.55亿t、1.15亿t、0.936亿t、0.822亿t。2001年我国金属矿山尾矿的产生量分别为：铁矿山l.62亿t、有色金属矿山O.65亿t、黄金矿山O.29亿t。到目前为止，我国金属矿山产生的尾矿堆存量已达50余亿t，并且每年仍在以2～3亿t的速度增长。3.2.2矿山固体废弃物的危害一、占用土地、覆盖森林、破坏植被二、污染土壤，危及人体健康三、堵塞水体、污染水质四、粉尘飞扬、污染空气五、其他危害3.3矿山固体废弃物的治理第3章

矿山固体废弃物污染及其防治

3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设3.3.1.1尾矿库l.尾矿库及其特点（1）定义

尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的用以堆存金属或非金属矿山矿石分选后排出的尾矿或其他工业废渣的场所。

尾矿是指金属或非金属矿山开采出的矿石经选矿厂选出有价值的精矿后排放的“废渣”。3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设（2）尾矿库的基本构成

①尾矿堆存系

②尾矿库排洪系统

③尾矿回水系3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设（3）尾矿库的作用

①保护环境

②充分利用水资源

③保护矿产资源3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设2.尾矿库的类型

（1）山谷型尾矿库

（2）傍山型尾矿库

（3）平地型尾矿库

（4）截河（湖）型尾矿库3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设3.尾矿库选址基本原则①一个尾矿库的库容力求能容纳全部生产年限的尾矿量。如确有困难，其服务年限以不少于五年为宜。②库址离选矿厂要近，最好位于选厂的下游方向，可使尾矿输送距离缩短，扬程小，且可减少对选厂的不利影响。③尽量位于大的居民区、水源地、水产基地及重点保护的名胜古迹的下游方向。④尽量不占或少占农田，不迁或少迁村庄。⑤未经技术论证，不宜位于有开采价值的矿床上部。3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设⑥库区汇水面积要小，纵深要长，纵坡要缓，可减小排洪系统的规模。⑦库区口部要小、“肚子”要大，可使初期坝工程量小、库容大。⑧尽量避免位于有不良地质现象的地区，以减少处理费用。⑨要根据尾矿性质，按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599－2001）或《危险废物填埋污染控制标准》（GB18598—2001）中关于“填埋场场址选择要求”的规定进行选址。3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设4.尾矿库等级的划分标准尾矿库级别全库容V/万立方米坝高H/m一二等库具备提高等级条件者二V≥10000H≥100三1000≤V＜1000060≤H＜100四100≤V＜100030≤H＜60五V＜100H＜303.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设5.尾矿坝及安全要求（l）尾矿坝①尾矿坝

是用来拦挡尾矿和水的尾矿库围护外围构筑物。

②初期坝

在矿山尾矿库工程基建期间，在尾矿坝址用土、

石等材料修筑成用作支撑后期尾矿堆存体的坝体，初期坝用以容纳选矿厂生产初期0.5～1年排出的尾矿量。③堆积坝

堆积坝是生产过程中在初期坝坝顶以上用尾矿充填堆筑而成的坝。3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设5.尾矿坝及安全要求（2）尾矿库安全设施

直接影响尾矿库安全的设施包括初期坝、堆积坝、副坝、排渗设施、尾矿库排水设施、尾矿库观测设施及其他影响尾矿库安全的设施。（3）尾矿库设计安全要求

在具体设计中主要体现在两个方面：一是要确保设计的尾矿坝具有足够的稳定性，各种运行状态稳定安全系数必须符合设计规范的规定；二是要使洪水位能控制在设计规范规定的范围内，确保防洪的安全。3.3.1矿山固体废弃物处置设施的建设3.3.1.2排土场排土场及类型

（1）定义排土场又称废石场，是指矿山采矿排弃物集中排放的场所。

（2）类型排土场按排土方法可以分为推土机排土场、推土犁排土场、吊斗铲排土场等；按排土工作水平可分为单层排土场、双层排土场和多层排土场；按同一排土台阶铺设排土线可分为单线排土层和双线排土层。

另外，按排土场内各排土线在时间和空间上的发展顺序可以分为平行式、扇形式、曲线式、环形式。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用3.3.2.1矿业固体废物处理与利用的一般原则

①必须选择最佳的技术方案。

②优先开发利用尾砂中的有价组分，提高经济和社会效益。

③先利用后处置的原则。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用3.3.2.2煤矸石的处理与利用1.煤矸石的来源及特性

（l）煤矸石的来源

煤矸石是指煤炭开采、洗选加工过程中产生和被分离出来的固体废物，也是可利用的资源，具有双重性。

（2）煤矸石的化学特性

①煤矸石的化学成分

煤矸石是由有机物（含碳物）和无机物（岩石物质）组成的混合物。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用表3-2煤矸石的主要化学成分

单位：％SO2Al2O3CaOMgOFe2O3R20烧失量40～6515～351～71～42～91～2.52～17②煤矸石的矿物组成

煤矸石的主要矿物成分为高岭土、石英、蒙脱石、长石、伊利石、石灰石、硫化铁、氧化铝硅酸空矿物、碳酸岩矿物，含有少量铁钛矿及碳质，且高岭石含量达68.7％。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用（3）煤矸石的工业特性

①碳念量

按碳含量多少通常将煤矸石分为四类：一类＜4％，二类4％～6％，三类6％～20％，四类＞20％。

②灰分

其含量一般在50％～90％之间。

③发热量

掘进矸石和剥离岩石一般不含有机可燃物，其发热量甚微，可用于充填、铺路，部分可作建材原料，采煤矸石和选煤矸石的发热量一般为4.2～8.4MJ／kg。一般同一矿区的煤矸石其发热量大小与固定碳和挥发分的高低成正比，其中固定碳起决定作用。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用④全硫含量

全硫含量的作用有两个，一是决定煤矸石中的硫是否具有回收价值，二是决定煤矸石的工业利用范围。按硫含量的多少也可将煤矸石分为四类：一类＜0.5％，二类0.5％～3％，三类3％～5％，四类＞5％。⑤铝硅比（Al2O3／SiO2）

铝硅比大于0.5的煤矸石，铝含量高、硅含量较低，其中的矿物成分以高岭石为主，可塑性好，具膨胀现象，可用作制高级陶瓷及分子筛的原料。

铝硅比在0.5～0.3的煤矸石，其铝、硅含量都适中，矿物成分以高岭石、伊利石为主。

铝硅比小于O.3的煤矸石，硅含量比铝含量相对高得多，矿物成分中主要是石英、长石、方解石、菱铁矿等，可塑性差。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用

⑥三氧化二铁

煤矸石中Fe2O3的含量一般小于10％，没有单独提取的价值。

⑦伴生元素

钒、镓、锗等在煤矸石中含量都很低.

⑧有害元素

根据资料统计，煤矸石中有害元素的含量一般为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

根据有关资料，部分矿区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区土壤中的核素含量。因此，煤矸石一般不属于放射性废物。

⑩煤矸石中多数矿物的晶格质点常以离子键或共价键结合，具有一定的化学反应能力即活性。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用2.煤矸石的处理与资源化利用

（1）国外煤矸石的处理与资源化

国外对煤矸石的资源化利用研究比较重视，煤矸石利用率（不含用于充填、铺路材料等）一般在20％～30％，高者可达60％～80％，主要用于生产建材产品，如制矸石砖、生产水泥和混凝土的轻质多孔材料。此外，选煤矸石用于发电、供热和生产有机矿质肥料等。

（2）国内煤矸石的处理与资源化利用

我国煤矸石资源化利用已有二三十年的历史，煤矸石的利用率l995年已达到23.5％，主要用于发电、供热、制砖、水泥掺和料、制肥等。此外，还用煤矸石充填复垦、铺路以及回收矸石中高岭岩（土）和硫铁矿加工化工产品等。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用3.煤矸石井下减排与处理技术

传统的煤矸石处理方法是将煤矸石提升出井，集中堆放或进行再处理利用。目前，国内外的煤矿工作者经过长期实践和研究，在井下煤炭开采过程中，尽量不出矸或少出矸是可行的。

主要技术工艺包括以下几种：

（1）少开岩巷、多掘煤巷或全煤巷布置

（2）井下应用机械煤仓

（3）井下硐室移至地

（4）利用井下矸石充填采空

（5）井下选煤

3.3.2矿山固体废弃物的综合利用

3.3.2.3选矿尾矿的处理与利用1.尾矿中有价组分的提取

（1）铜尾矿中有价组分的提取

铜尾矿中含有大量有价组分，如铜、硫、钨、铁、铅、锌等，都有回收利用价值。

①回收铜美国奥盖奥选矿厂尾矿平均含Cu0.42％，其中31％的铜溶于水，主要有用矿物为黄铜矿、辉铜矿和黄铁矿。如图3－5所示为该厂回收铜的工艺流程。图3-5铜尾矿回收铜的工艺流程3.3.2矿山固体废弃物的综合利用②回收硫精矿

白银有色金属公司选矿厂选铜尾矿中含硫大于9％，主要含硫矿物为黄铁矿。其分选回收工艺流程为含硫尾矿水枪冲砂造浆（浓度为20％）、浓密机脱泥（产率为15％）、浓密机底流（浓度为50％）擦洗后浮选（矿浆浓度为22％），浮选产品为硫精矿。浮选作业添加捕收剂为丁基黄药，起泡剂为2号浮选油，其用童分别控制在l50g／t和50g／t。（2）浮选镍尾矿浸出－沉淀回收镍

浸出－沉淀法是从镍尾矿中回收镍的一条重要途径。图3-6镍尾矿浸出－沉淀回收镍工艺流程3.3.2矿山固体废弃物的综合利用（3）从黄金尾矿中回收铜黑龙江省老柞山金矿从氰化尾矿中回收铜，粒度为—O.074mm95％的氰化尾矿中铜品位为O.305％、砷品位为2.08％，采用浮选工艺从尾矿中直接抑砷选铜，获得含铜18.32％、金9.69g／t、银99．20g／t、硫33.60％、砷0.07％的合格铜精矿，铜回收率89.07％。此技术在内蒙古额拉沁旗的大水清金矿与广东高要河台金矿也先后得到应用。2.尾矿生产建筑材料

尾矿生产建筑材料是尾矿利用量最大、最容易利用、环境保护效益最显著的利用途径。许多尾矿中含多种非金属矿物，如硅石或石英、长石及各类熟土或高岭土、白云石或石灰石、蛇纹石等，这些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，例如：玻璃制品的生产、免烧砖的生产等。3.3.2矿山固体废弃物的综合利用

3.尾矿生产化工产品

川南硫铁矿在选出黄铁矿后的尾矿中，主要矿物为高岭石，其次为迪开石及多水高岭石，其中含有大量的铁和铝，可作为制备铁铝混合净水剂的原料。图3