锰矿资源绿色开采技术展望

1、锰矿资源绿色开采技术展望2009年度教育部人文社会科学研究规划基金项目(09YJAZH108)陈冬梅，徐龙君重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆400044 HYPERLINK mailto:C C摘要：绿色开采的理念针对煤矿所带来的环境问题而提出来的，而对于给环境带来同样压力的锰资源开 采，绿色开采是其发展方向。构建锰资源绿色开采的技术途径主要有保水开采技术、锰资源与其他有价金 属共采技术、锰矿山无废开采技术和提高锰资源回采率。关键词：锰资源；绿色开采；环境保护FORESIGHT OF GREEN MINING ON MANGANESE RESOURCESChen D

2、ongmei， Xu LongjunKey Labory for the Exploitation and Sothwest Resources and Environmental Dissaster Control Engineering ,Minstry of Education,Chongqing University， Chongqing 400044,China HYPERLINK mailto:C CAbstract: The concept of green mining was proposed when respect to the serious environmental

3、 problems of coal mining. The green mining on manganese was necessary when the manganese mining brought the envionmental pressures. The technical ways of green mining on manganese includeed that water-preservation in mining areas, excavation craft of mining manganese together with other valuable met

4、als, the non-waste mining technology of manganese and the improving the extraction ratio on manganese resources.Keywords: manganese resources; green mining; environment protection1引言矿产资源的开发在为社会提供巨大的物质财富的同时，也带来了诸如矿山地质灾害、水 土环境污染和生态环境破坏等非常严重的问题，这些问题已成为矿山发展的瓶颈，并严重影 响矿区人居生态环境安全。矿业开采只有走矿产资源开发与生态环境协调发展的绿色开

5、采之 路，才能从根本上避免或减少这些负面影响。鉴于粗放型煤炭开采引发的严重矿难灾害、资源浪费和环境破坏现象，钱鸣高院士领导 的研究团队率先提出了实现煤炭资源绿色开采的理念，相继发表了一系列旨在建立煤矿绿色 开采基础理论和技术框架的学术论文，并得到了学术界和工业界高度关注和广泛响应。绿 色开采（Green Mining）的理念提出后，已得到国际采矿界认同，如国际著名采矿专家高斯教 授曾在其主编的刊物上发表专论介绍中国的绿色开采，并建议将绿色开采作为现代采矿科 学的新词汇。这在国内也被越来越多的学者、企业家和管理层所接受如矿山绿色开采关键 技术作为一个课题已被列入国家“十一五”科技支撑计划中，淮南

6、、潞安、神东、淮北等矿 区已经开始了绿色开采的实践。绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，努力遵循循环经济的原则，为此就要形成一 种使资源与环境相互协调、不同于传统经济的“高开采、低利用、高排放”，而是实现“低 开采、高利用、低排放”的开采技术。煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术在基本概念 上是从广义资源的角度认识和对待煤、瓦斯、水、土地等一切可以利用的资源基本出发点 是从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响；从而达到矿山 开采过程中资源开发效率最高、对生态环境影响最小、并使企业经济效益与社会效益协调优 化的目的。根据煤矿中土地、地下水、瓦斯及矸石排放等,“绿色开采技术

7、”主要包括以下内容2： （1）保水开采，以保护水资源，（2）离层注浆、充填与条带开采技术，保护土地与建筑物， （3）煤与瓦斯共采，（4）煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术，（5）地下气化技术。这 些内容构成的绿色开采技术体系。对于采矿业来说，绿色开采技术是开采史的一个创新，旨 在减少煤炭开采过程中产生的污染和使已产生得污染得到控制和治理;而且还有绿色产品消 费的创新，如深加工拓宽煤炭产品应用范围、创新技术提高煤炭利用率等，旨在培养绿色消 费意识及减少消费过程中和消费后对环境的破坏。将眼前利益与长远利益相联系，维持生态 大系统的动态平衡，合理利用有限资源，尽可能确保效益的长久性与持续性，达到经济

8、效益 最优化。绿色开采的理念针对煤矿所带来的环境问题而提出来的，而对于给环境带来同样压 力的锰资源开采，绿色开采是其发展方向。本文将从锰矿开采对环境的压力等出发，提出锰 资源绿色开采的建议。2、绿色开采锰矿资源的必要性锰在国民经济中具有重要的战略地位，是钢铁生产的重要原料，被广泛用于化工、轻工、 建材、国防等行业。锰在炼钢过程中对钢的性质其重要作用，可用于防止钢在精炼过程中的 氧化，提高钢的脱氧能力和降低硫含量；在热轧过程中防止钢产生裂纹；控制碳化物沉积， 防止脆化。当前，电子工业中最常用和性能最佳的软磁铁氧体是有锰、锌、铁的氧化物按一 定比例混合后烧结形成制备的，故在计算机、电视机等方面有广

9、泛的用途。2.1锰资源现状及分布特点截至2007年底，我国锰矿查明资源储量79293.5万t，其中基础储量22443.7万t，资源 量为56849.8万tU2。我国锰矿查明的资源储量分布在全国23个省、自治区、直辖市，但主 要集中在广西（28125.9万t）、湖南（15845.0万t）、云南（9215.7万t）、贵州（7981.5万t）、辽宁 （4 190.1万t）和重庆（4127.6万t），六省（区）合计资源储量为69485.8万t，占全国锰矿查明资 源储量总量的87.6%。在我国锰矿现有查明资源储量中，碳酸锰矿石约占锰矿查明资源储量总量的56.0%，氧 化锰矿石约占锰矿查明资源储量总量的2

10、5.0%；其它类型锰矿石约占19.0%。我国锰矿以沉 积成因的碳酸锰矿石为主，矿石物质组分复杂、矿物颗粒细而较难选别，锰矿石中磷、硅及 伴生的铁、钻、镍、银、铅、锌等含量高。而且我国锰矿石分布具有以下特点：（1）锰矿资 源地区分布不平衡；（2）锰矿床规模以中、小型为主；（3）矿石有用成分含量低，以贫矿为 主；（4）矿石物质组分复杂，有害成份及伴生金属含量高；（5）矿石结构复杂、有用锰矿物 嵌布粒度细；（6）矿床多属沉积或沉积变质型，开采条件复杂等。我国锰矿资源的这些特点给锰矿特别是低品位锰矿的加工利用带来了很大的困难。为了 高效开发我国现有有限的锰矿资源，必须强化锰矿石工艺矿物学的研究，特别是

11、锰矿石的矿 物组成、化学成分、矿石的结构构造、锰矿物的嵌布特征等，并在此基础之上选择合适的采 矿工艺方法，提高选矿技术、降低选矿成本。2.2锰矿开采现存问题多年来锰业发展由于经营粗放，体制落后，片面追求短期效益，忽视可持续发展能力的 培养，未处理好矿山开采与环境保护的关系，出现私挖乱采、采富弃贫、浪费资源、矿山环 境遭到污染的现象，导致绝大部分矿山生态环境恶化，地质灾害等安全隐患增多，威胁到人 民的生命财产安全，严重制约了锰业的可持续发展。2.2.1资源破坏程度高，采矿技术亟待提高对土地资源的破坏，几十年来锰矿开采主要以地表剥离的形式，土壤层被剥离后，原生 植被被破坏，植物种类减少，生物多样性

12、遭到破坏，而且还会形成露天采坑和外排废矿，造 成对土地的压占问题。锰矿开采及加工产生的废土、石、渣和尾矿也占用并破坏了大量的土 地资源。对水资源的破坏和污染，开采过程中，进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对含 水层的自然疏干，破坏了地下水资源；众多锰加工企业将洗矿废水未经任何处理就直接排入 河流，导致了河流的严重污染；随地堆放的废矿尾矿，遇大雨时冲刷人河，更是加剧了水资 源的破坏。导致锰矿开采区河流锰浓度严重超标，并且通过下渗、溶滤等方式污染地下水资 源。对矿产资源的破坏和浪费，矿点采富弃贫、选矿工艺落后、回收率底，资源浪费及破坏 严重。而且尾矿渣除少量二次利用外，大多未能加以开发，这更加

13、剧了资源的浪费。2.2.2锰矿开采极易诱发地质灾害地表塌陷，地表塌陷是地下开采矿山最普遍、最严重的地质灾害。再加上非法采矿点在 矿窿中未设任何安全设施，绝大部分是矿中有矿，井中有井，洞与洞对掘。随着开采的延伸， 没有任何支护的巷道遇到大暴雨极易造成采空塌陷，进而会毁坏农田、森林，造成巨大的经 济损失，也对人畜的安全带来隐患。滑坡、崩塌、泥石流，锰矿开采过程中会使得裂隙、危岩发育，再在暴雨等外力作用下， 极易发生滑坡崩塌。另外，由于矿山开采作业不规范及管理不完善，大量固态废弃物随意堆 放，既污染环境、占用土地，暴雨时也极易引发泥石流。2.2.3环境污染严重，可持续发展难度大锰业发展过程中产生的“

14、三废”会对环境造成污染，还会通过影响环境各要素导致生态 失衡mi。锰矿开采中释放的大量粉尘及工业废气极易引发呼吸道疾病，对人体健康构成极 大危害。未经处理的矿业废水排入河湖等水体后引起河湖总锰浓度严重超标，从而影响水生 动植物的生长，引起变异，甚至造成鱼虾绝迹，人饮用后可能会引发潜在的地方性疾病。再 加上大量固体废弃物占用、破坏土地，损害、影响植物生长，造成土地沙化，引起水土流失以“锰三角”为例，“锰三角”是指湘黔渝三省市交界的湖南省湘西土家族苗族自治州 花垣县、贵州省铜仁地区松桃苗族自治县和重庆市秀山土家族苗族自治县，这一地区锰资源 丰富。花垣、松桃、秀山三县原本为国家级贫困县，经济十分落后

15、，但随着90年代后期国 内外电解锰产品行情看涨，一句“发锰财，猛发财”的口号响遍“锰三角”9。随之，天变 脸，水变色，环境问题触目惊心，清水河变成了 “黑水河”，严重危害了群众身体健康，影 响了可持续发展，引发了群众的频繁投诉，引起了中央领导的高度关注。湘西州吉首境内和花垣境内的峒河、万溶江与花垣河、兄弟河这4条主要河流周围建很 多家电解锰企业，总锰排放量也大大超过其水环境容量，有的甚至达到100多倍，造成这些 河流污染严重。而锰渣的堆积更是严重，其中在花垣县的一座锰渣山就占地100多亩。“锰 三角”在资源开采过程中，采厚弃薄、采易弃难、采富弃贫，造成的浪费不可估量。湘西州 有证开采的百余家锰

16、选冶加工业的资源综合利用率仅42%，回采率仅51%，大量伴生有价 金属没有回收利用。而无证开采的各类锰矿造成的资源流失和浪费更是不计其数。结合我国锰资源现状及其锰矿开发所引起的一系列问题，需要尽快提出一个能够更有效 地利用资源和保护环境，以尽可能小的资源消耗和环境成本，尽可能大地获得经济效益和社 会效益的开采技术，即走锰资源的绿色开采之路，使锰资源的开采尽快与循环经济接轨，从 而使经济系统与自然生态系统的物质循环过程相互和谐，促进资源永续利用。3锰资源绿色开采技术展望锰资源绿色开采技术就是要遵从循环经济之路，保持经济生产的低消耗、高质量、低废 弃，从而将经济活动对自然环境的影响破坏减少到最低限

17、度。从广义资源的角度上就是充分 利用锰、水、伴生有价金属、废渣等一切可以利用的资源；尽可能减轻锰开采对环境及其他 资源的不利影响，从而达到经济效益与社会效益相协调，取得最大的经济效益和社会效益。 结合锰矿开采情况及开采过程中存在的问题，绿色开采技术主要有以下几个方面：（1）、保 水开采技术；（2）、锰资源与其他有价金属共采技术；（3）、锰矿山无废开采技术，（4）、提 高锰资源回采率。3.1保水开采技术锰矿开采所引起的地下水流失要求开采过程中必须采取可控技术防止地下水的流失，即 保水开采技术。岩层关键层理论是近年为解决开采过程中的矿山压力控制而提出来的。目的 是为了研究覆岩中厚硬岩层对层状矿体开

18、采中节理裂隙的分布及其保水开采以及对开采沉 陷控制等的影响5。矿山开采后，由于关键层的破断，地下水将形成下降漏斗，地下水位能否恢复，主要取 决于上覆岩层中是否有软弱岩层（事实上它是研究地下水渗漏的关键层）经重新压实导致裂 隙闭合而形成隔水带。若有隔水带，则随着雨水的再次补给，下降漏斗也将随之消失，地下 水位可以得到恢复。水作为重要的资源，特别是在我国干西北地区就必须形成保水开采技术，而且要进一步 研究底板承压水的防治，及水位变化对地表植被的影响。3.2锰资源与其他有价金属共采技术我国锰矿石类型以碳酸锰矿石为主，约占总储量的56.0%，其次为氧化锰矿石和铁锰矿 石。锰矿石的特点是贫、杂、细。绝大

19、部分为贫锰矿，富锰矿石仅占总储量的6.4%，而 且一些富锰矿石在工业生产利用时仍须工业加工。全国锰矿石平均品位约为21.4%，仅为目 前国际商品锰矿石品位的50%左右；碳酸锰矿石平均品位18%左右，氧化锰矿石平均含锰 24%。矿石结构构造复杂，磷细粒或微细粒嵌布，铁锰胶结，矿石中P、S、Si等偏高，高 磷、高铁锰矿石占46%，热液层控铁锰矿床、风化淋滤型锰矿床产出的锰矿石多伴生共生 Fe、Pb、Zn、Ag等多金属有益元素。在采矿（分采）与选矿过程中要最大的限度地将不同类型锰矿石分别选出。这样可以增 加高品位锰矿石的产量和改善选矿的技术经济指标；提高锰精矿质量，增加优质产品的出量 和精矿的锰回收

20、率。在一些锰矿中经常伴生一些有用金属，如银、铅、锌、钻等。因此在选 择选矿工艺时应同时考虑这些伴生资源的回收。目前，我国这方面的技术主要集中在铁锰矿石中对锰、铁的回收。我国铁锰矿石中铁、 锰矿物嵌布粒度微细，铁锰胶结，磷微粒浸染，用一般的选矿方法难于使之分离回收。目前， 中国对于铁锰矿石成熟、适用、实用、经济和有效的方法就是火法富集，即富锰渣法。锰矿 石的火法富集，是处理高磷、高铁难选铁锰矿石一种分选方法。其实质是利用锰、磷、铁的 不同还原温度，在高炉或电炉中控制其温度进行选择性分离锰、磷、铁的一种高温分选方法。 富锰渣法目的主要是分离铁锰矿石中的锰、铁及其它可回收的有用元素，产出富锰渣，附产

21、 生铁或含银粗铅，实现资源节约和综合利用，提高资源利用效率，充分回收铁锰矿石。此外，锰矿湿法浸出技术也是现在应用较为广泛的一项技术，浸出是用化学试剂（如酸、 碱、盐的水溶液相有机溶剂）将矿石或精矿中的有用组份转化为可溶性化合物，并选择性的 溶解出来，得到含有金属的溶液，最终达到回收有价金属的目的。这种技术主要适合于处理 金属品味低、细分散、组成复杂的矿石，以及精矿、表外矿、废矿石和矿渣等；方法操作简 单，金属回收率较高。3.3锰矿山无废开采技术锰矿山无废技术就是减少废土、石、渣的排放量，消除锰渣在地表的堆积，做到废土、 渣不上井，进行井下综合利用。锰矿开采留下的尾矿坝占地面积大、对周边环境影响

22、大，而 且由于锰渣成分复杂，它含有的有机质和氮、磷、钾等元素，及锌、铅、铜、砷等危险物质 污染地表水、地下水及土壤，已造成了严重的环境污染。锰资源开采由以前的任意开采变成现在的控制开采，严格控制剥采比，减少所剥土方。 结合其他一些挖潜措施，研发高效支护技术，大大降低了产废土、渣率；废渣在井下处理就 是通过建立井下废渣转运，储存和充填系统，将废渣充填到采空区或进行井下废弃巷道充填 或矸石柱充填代替井下矿柱等，提高地下开采方法主要技术经济指标，达到开采工效提高， 采准工作量小，坑木消耗低，采矿成本较低。还可以通过预留下一次可以用到的废石块垛和 混凝土垛，从而减少矿石矿柱和废石的外排。支护上广泛采用

23、锚杆，提高围岩的自身支撑能 力，有效地加固顶板，这样即保证了采场安全，也可少留矿柱，扩大矿房宽度，减少了矿石 损失。对于业已排出的废渣要综合利用，采空区充填、复垦区充填或者做建筑材料使用7。 3.4提高锰资源回采率目前我国锰矿山采矿回收率和选矿回收率均不高，采矿回收率为84%，选矿回收率为 74%，而国外先进国家锰矿资源采选回收率为90%以上，我国锰矿资源采选回收率只有国外 先进国家的68.9%。而且我国能够露天开采的锰矿及风化堆积和淋滤锰矿床，采矿损失率 5%-23%，风化率5%-14%，资源浪费严重。大多数锰矿石只能坑采，由于矿层薄，缓倾斜 分布范围广，埋深后等采矿条件的限制，矿山产量不高

24、，经济效益差，矿山质量贫、杂、细 等。在我国锰矿现有查明资源储量中，碳酸锰矿石约占锰矿查明资源储量总量的56.0%，氧 化锰矿石约占锰矿查明资源储量总量的25.0% ；其它类型锰矿石约占19.0%。因此，提高开 采锰矿石回采率，尤其是富锰矿山的矿石回采率，将有很大的经济效益和社会效益。在采矿 分采与选矿过程中要最大限度地将不同类型锰矿石分别选出。这样可以增加高品位氧化锰矿 石的产量和改善选矿的技术经济指标、提高锰精矿质量、增加优质产品的出量和精矿的锰回 收率。由于我国锰矿大多为地下开采，对于地下开采可以从开采锰矿山的采准工程与切割工程 布置，采矿方法，回采工艺等方面进行分析，进行改进开采工艺，

25、进一步提高矿石的回采率。 首先采用合适的采矿方法，根据锰矿矿体分布情况和矿体的厚度来决定。目前地下开采根据 不同采矿条件主要采用了空场采矿法、充填采矿法和崩落采矿法6。空场采矿法采矿成本低， 应用最为普遍，但由于要在空场内遗留一些矿柱，回采率一般不会高于85%；相对来说充 填采矿法回采率比较高，但要研究解决二步回采一即回采间柱、顶柱和底柱问题，而且需要 整套的充填系统，开采成本高。综合其特点，可以在开采区部分使用充填技术，仅对采空区 的一部分进行充填，充填体和部分矿柱共同支撑覆岩防治开采沉陷，提高锰矿回采率。然后 合理布置矿石放矿和运输的巷道，从而减少巷道中矿石矿柱的损失，甚至可以用人工矿柱取

26、 代矿石矿柱，从而提高矿石回采率。矿区在开采之前与周围环境是协调一致的，但进行开采后，引起了很多环境问题和安全 问题。这些都与开采所引起的岩层破坏有关，因此在开采之前要对开发区域环境容量或承载 力评价，及矿山环境扰动量评价，制定绿色开采规划，因此锰资源绿色开采的主要基础理论 有：(1)矿区岩层内的节理裂隙及岩石应力场分布规律；(2)开采对岩层和地表移动的影响 规律；(3)其他有价金属在锰矿中的赋存情况及规律；(4)开采中岩体压力分布及岩层控制 技术。4结束语我国锰矿开采不仅造成了环境资源的巨大破坏；而且由于锰矿开采中的私挖乱挖、采富 弃贫，造成了锰资源的大量浪费。锰矿中开采和加工过程中的“三废”的排放又加剧了环境 的污