矿业废弃物的资源化

矿业废弃物的资源化

煤矸石是在煤炭开采、洗选加工过程中所产生的固体废弃物。目前煤矿的排矸量约占煤炭开采量的8％～20％，平均约为12％；已成为我国累计堆积量和占用场地最多的工业废弃物全国煤矸石的总积存量约45亿t，而且仍在逐年增长，矸石山几乎成为我国煤矿的标志煤矸石中通常含有残煤、碳质泥岩、流铁矿、碎木材等可燃物质，在长期露天堆积后，往往会产生自燃现象，并排放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NO等有害气体，给周边环境带来危害

煤矸石

堆积在地面的煤矸石*4自燃过的煤矸石来源：煤矸石与煤相伴而生，在煤的采掘和洗选过程中，都会排出煤矸石，另外在煤矿的上、中、底层的页岩挖掘煤层间的巷道时排出的砂岩、石灰岩及其他盐类都属于煤矸石主要成分：是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素（镓、钒、钛、钴）

煤矸石的产生量约占我国工业废渣年排放总量的1/4。一般每采1t原煤排矸石0.2t。

煤矸石的来源及组成占用土地：

煤矸石堆场多位于井口附近，大多紧邻居民区，由于排放物侵占大量耕地、林地，使我国人均耕地面积本来就很少的状况更是雪上加霜。根据不完全统计，我国现存的煤矸石已经达到了45亿t之多，占地约3500k㎡以上，据统计，煤矸石每年以0.8×108～1.0×108吨的速度增加。

煤矸石的危害

煤矸石的危害矿业固体废物煤矸石堆积如山，占用大片土地，污染周围环境污染矿山环境：煤矸石中的黄铁矿在空气中易被氧化，放出热量聚集，使煤矸石中所含碳质自燃产生SO2、C02

、CO等有毒有害气体。据有关资料，每平方米矸石山自燃1昼夜可排放CO10.8kg,S026.5kg,H2S和NO22kg等。煤矸石风化淋滤使煤矸石中的有害物质进入土壤河流，造成水土环境直接污染。地质环境改变预测评价和水文地质、工程地质研究，俄罗斯莫斯科近郊煤矿区距矸石堆底部50～60m远的土壤中，每100g土壤中铁含量达146～160mg，铝含量达11～19mg，分别超过允许值的3～4倍和1.5倍，土壤被毒化。煤矸石的危害

煤矸石的危害煤矸石堆积导致河流阻塞煤矸石发电：

对于含碳量较高、热值较高的煤矸石,可直接用于矸石电厂发电。2004年底全国煤矸石或泥煤低热值燃料电厂有230座,装机容量2MkW,年发电量约12GkWh,占矿区用电的30%,减少因堆积矸石占地200ha

。

淮北矿业集团积极调整产业结构，走煤与非煤共同发展之路，在“十五”期间投巨资大力发展煤矸石电厂，每年将综合利用煤矸石160万吨，电厂装机总容量将达到11.4万千瓦，年发电量将达到6.84亿度，每年将减少电费支出8468万元。煤矸石的资源化应用煤矸石的资源化应用煤矸石制建材

：对低发热量的煤矸石可用于制砖，如丰城矿务局先后建成了3个矸石砖厂，总规模达3700万块/a，年耗煤矸石1万t以上，年产值720万元，年利润达150万元。若利用煤矸石代替粘土作生产水泥的熟料，生产普通硅酸盐水泥，对1000t/d熟料水泥生产线，每年可消耗煤矸石7.5万t，若以3000t/d规模建厂，则年耗矸石量可达22万吨以上。

煤矸石的资源化应用煤矸石的资源化应用煤矸石生产肥料

：

以煤矸石为载体可生产无机复合肥和微生物肥料。据不完全统计，全国有微生物化肥厂50余座，年生产能力40多万t，大部分以煤矸石为载体。陕西渭北煤田煤矸石含有大量的炭质页岩和含炭粉砂岩，其有机质含量一般在15～25%之间，并含有植物生长所必需的铜、锌、钾、锰、钴等微量元素和较强的吸收性能，适宜制肥料。西安煤科分院矸制的以煤矸石为主要原料，经粉碎加入改性物质，掺入适量氧、磷、钾和微量元素的全养分矸石肥料和专用矸石肥料，有较好的增产效果。

煤矸石的资源化应用煤矸石的资源化应用制取高岭土：煤矸石中SiO2含量约46％，A12O3含量为38％左右，是制取煅烧高岭土的最佳原料。其他煤矿煤矸石经过特殊处理后，质量纯、品位高，也是制取高岭土的优质原料。煤矸石的资源化应用烧制石灰：烧石灰一般是利用煤炭作为燃料，大约每生产1吨石灰需燃煤370kg，用煤矸石烧石灰石，除特别大块的要破碎外，100mm以下的均无需破碎，生产1吨石灰石需燃煤矸石600～700kg。虽然消耗量大些，但使用煤矸石生产成本显著降低，而且石灰质量好，炉窑生产操作稳定。煤矸石的资源化应用制备聚硅酸铝混凝剂煤矸石经粉碎、焙烧、细碎、酸溶、沉降、过滤等一系列工艺处理后，所得滤液为AlCl3，滤渣的主要成份是SiO2,将其与NaOH按一定比例配成料浆送入反应釜，反应完毕后过滤并除去不溶物，所得滤液即为Na2SiO3的水溶液。用一定浓度的工业盐酸对Na2SiO3进行酸化，便可得硅酸，硅酸在一定条件下聚合生成聚硅酸，聚硅酸与AlCl3按一定摩尔比混合，即得聚硅酸铝混凝剂煤矸石的资源化应用矸石山的绿化

：

我国煤矸石利用率仅20%左右，大多数煤矿煤矸石仍需堆积，新的煤矸石仍不断产出。因此绿化是矸石山治理的有效途径之一。西山煤电集团在用黄土覆盖后的土地上造林造田，边缘地带种植防护林，中间地带种植经济草本植物，同时建立蔬菜大棚及养殖业。内蒙平庄矿业公司对矸石山治理主要采取林草复垦，选择乔木松树，灌木沙棘、草木、沙打旺，胡杨柴等立体结构复合混种，矸石山周边地带造防护林带。

煤矸石的资源化应用煤矸石综合利用总体水平不高。主要表现在技术装备落后，企业规模小，发展后劲不足，竞争能力弱等方面。地区发展不平衡。在能源相对短缺的地区，煤矸石综合利用发展较快，在煤炭资源相对丰富的地区，煤矸石综合利用发展较慢。优惠政策落实难。目前，国家已经出台的优惠政策，在某些地区还存在落实难的问题，尤其是对煤矸石发电在上网、电价、调峰等方面的优惠政策。缺乏资金渠道。各地区普遍反映，煤矸石综合利用项目在资金上得不到保证，投入严重不足。煤矸石利用存在的问题

尾矿选矿中分选作业的产品之一，在此作业的产品中，其有用成分的含量最低。在当前的技术经济条件下，不宜再进一步分选的矿，称最终尾矿。

尾矿是有待挖潜的宝藏，我国矿业循环经济当前的任务就是要开发利用长期搁置的大量尾矿。广西南丹的锡多金属矿有61个尾矿库，在总量2522万吨的尾矿中，含有大量的有色金属锡、锑、铅、锌、银、金、铟、镉以及非金属矿砷、硫等，品位都在国家工业品位指标之上，有些已达到大型或特大型，规模初步测算有30亿元人币的资源量。如果借助选矿技术的新发展，将这些金属回收，不亚于建立一个新矿山。四川攀枝花铁矿的尾矿中含有铜、镍、钛、钒等十几种有益组分，相当于一座大型有色金属矿山。而非金属矿如煤矿的煤矸石和其他围岩等也都是有用物质，而且是已经采掘到地面，堆聚到一起的财富。我国是资源大国，每年产生的矿山尾矿达到6.5亿吨，累计库存在70亿吨以上，由于尾矿的来源不同，种类多变，性质各异，综合利用难度大，方向单一，利用率只有10%左右，各地尾矿已经成为重大的污染源。尾矿库尾矿库是指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进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝危险，一旦失事，容易造成重特大事故。矿山尾矿库尾矿库的特点尾矿库是矿山选矿厂生产不可缺少的设施：可以防止任意排放；尾矿库基建投资及运行费用巨大：约占矿山建设总投资的10％以上，占选矿厂投资的20％左右，有的几乎接近甚至超过选矿厂投资。尾矿设施的运行成本占选矿厂生产成本的30％以上。为了减少运行费，有些矿山的选矿厂厂址取决于尾矿库的位置。

尾矿库是矿山企业生产最大的危险源：具有高势能的人造泥石流的危险源。在长达十多年甚至数十年的期间里，各种自然的（雨水、地震、鼠洞等）和人为的（管理不善、工农关系不协调等）不利因素时时刻刻或周期性地威胁着它的安全。正在排放的尾矿溃坝事故辽宁海域尾矿溃坝事故2007年11月25日5：50左右，辽宁省鞍山市海城西洋鼎洋矿业有限公司选矿厂5号尾矿库发生溃坝事故，致使约54万m3尾矿下泄，造成该库下游约2公里处的甘泉镇向阳寨村部分房屋被冲毁，13人死亡，3人失踪，39人受伤(其中4人重伤)。

位于山西省临汾市襄汾县陶寺乡的新塔矿业有限公司塔山铁矿尾矿库，总库容约30万立方米，坝高约50米。2008年9月8日8时许，该尾矿库突然发生溃坝，尾砂流失量约20万立方米，沿途带出大量泥沙，流经长度达2公里，最大扇面宽度约300米，过泥面积30.2公顷。事故的伤亡人数在7天之内9次更新，已经从最初的“1死1伤”攀升到9月14日18时的“254死34伤”。那么，在这30.2公顷的面积上，到底有多少人遇难？至今仍然扑朔迷离。尾矿库的构成尾矿堆存系统该系统一般包括坝上放矿管道、尾矿初期坝、尾矿后期坝、浸润线观测、位移观测以及排渗设施等。尾矿库排洪系统该系统一般包括截洪沟、溢洪道、排水井、排水管、排水隧洞等构筑物。尾矿回水系统该系统大多利用库内排洪井、管将澄清水引入下游回水泵站，再扬至高位水池。也有在库内水面边缘设置活动泵站直接抽取澄清水，扬至高位水池。尾矿库设施示意图尾矿的分类按其化学成分不同，可分为：高硅型:（含SiO2＞80%）；钙镁质型:（CaO+MgO＞30%、SiO2＞30%）；铝硅质型:（Al2O3＞15%、SiO2＞60%）；铁硅质型:（Fe2O3+FeO＞20%、SiO2＞60%）；碱铝硅质型:（K2O+Na2O＞10%、Al2O3＞10%、SiO2＞60%）；钙铝硅质型：（CaO＞10%、Al2O3＞10%、SiO2＞

40%）；复成分型：（SiO240~60%）。按其矿物成分不同可分为：石英型:组成矿物以石英为主；石英－长石型:组成矿物以石英和长石为主；碳酸盐矿物型:组成矿物以方解石和白云石为主；粘土矿物型:各类粘土矿物总量达50%以上；复成分型:矿物组成复杂，通常以钙、镁和铁硅酸盐矿物居多。国内外尾矿开发利用现状

国外20世纪60年代以来，多国逐渐建立起“二次原料工业”。（矿业比较发达的国家，如前苏联、美国、加拿大、澳大利亚和南非等，和一些本国资源相对贫乏、而经济技术比较发达的国家，如日本、德国和英国等）。国外尾矿的利用率可达60%以上，德国包括尾矿在内的各种工业废料的利用率已达80%以上，欧洲一些国家已向无废物矿山目标发展。1970年代以来，国际上有关废料利用的技术交流活动也十分活跃。国内1980年代以来我国政府和有关部门陆续颁布了《关于开展资源综合利用若干问题的暂行规定》、《中华人民共和国矿产资源法》、《全国环境保护工作纲要》等文件。

1990年成立了我国首家尾矿利用研究机构——中国地质科学院尾矿利用技术中心。

1992年还在厦门专门召开了全国矿山废渣综合利用技术交流会，总结了我国尾矿利用方面的技术成就，明确了尾矿利用的方向。2010年4月，工业和信息化部、科技部、国土资源部、国家安全监管总局等有关部门组织编制了《金属尾矿综合利用专项规划（2010～2015）》。

取得的成绩：尾矿有价组分再选回收技术：甘肃金川铜镍矿采用氨浸－褐煤吸附法从含铜0.2%、镍0.24%、钴0.013%的铜镍尾矿中再选回收了铜、镍、钴，回收率分别达80%、90%和60%；河南金尾矿，采用再磨—浮选—氰化，重选—内混汞，浮选—再磨—氰化，强磁选—再磨—氰化四种工艺，从尾矿中回收金；江西宜春铌钽矿尾矿经浮选回收锂云母。整体利用：用黄金尾矿生产微晶玻璃，地科院尾矿利用技术中心用迁安铁矿尾矿研制出微晶玻璃花岗石、日用瓷、艺术瓷、墙地砖等；用德兴铜矿等矿山尾矿研制出高标号水泥。无尾矿、少尾矿生产工艺突破：梅山铁矿尾矿再选后，最终尾矿制作墙地砖，基本实现了无尾矿生产；宜春铌矿将尾矿再选后，经脱泥处理的最终尾矿被用作制造玻璃、微晶玻璃原料，实现了少尾矿生产；栾川钼矿再选后的最终尾矿不足原尾矿的30%，也实现了少尾矿生产。再生利用的主要途径和工艺尾矿再选；尾矿生产建材；尾矿生产农用肥料或土壤改良剂；尾矿回填矿山采空区；尾矿库复垦。(1)尾矿再选利用现代多种先进的选矿技术手段从废弃尾矿中进一步回收组分，包括金属矿物组分和非金属矿物组分（萤石、重晶石、长石、云母等）：1、美国犹他州奥盖奥选矿厂的重选尾矿原材料：黄铜矿和黄铁矿

工艺：酸浸—浮选联合流程浸出时间为25～30min；硫酸用量为2.3～2.7kg/t，pH值控制在4.6左右原矿浸出后的矿浆中含铜0.45g/L浮选药剂：米涅列克、甲基戊醇、黄药浮选矿浆铜回收率可达80%2、湖北程潮铁矿选矿回收铁原材料：程潮铁矿选矿后的尾矿年排放量近50万吨，铁品位在8.0%以上工艺：磁选机粗选+细筛闭路；一次磁选粗粒矿品位为30.63%；二次磁选铁精矿品位可达66.5%；（2）尾矿生产建筑材料尾矿的主要组分是富含SiO2、Al2O3、CaCO3等资源的非金属矿物，可以通过现有的成熟工艺生产一种或若干种建筑材料。目前尾矿生产建筑材料已有一些成熟技术，但主要是借鉴建材行业已有的成熟工艺，原始创新性不足，产品附加值低，销售半径小，没有显示出生产成本、运输成本和产品质量的综合优势，难以大范围推广。一些尾矿高值利用技术，如尾矿制备微晶玻璃、超耐久性尾矿高强混凝土技术等，已经在关键技术和工艺方面取得了突破，有望成为将来大量利用尾矿的有效技术。以石英为主的高硅型尾矿，其矿物成分主要是石英，二氧化硅含量大于80%，这类尾砂可直接用来作为建筑材料，如作混凝土的掺和料生产硅酸盐水泥和硅酸盐制品等。当二氧化硅超过90%时还可直接生产玻璃。以长石、石英为主的富硅型尾砂，其矿物成分主要是长石、石英，二氧化硅含量为60～80%，Na2O+K2O的量可达4～9%，这类尾砂可作为生产玻璃的配料，也可用于生产其他普通玻璃制品。尾矿制砖机各种成型砖块制砖流程图实例1、用尾砂制普通水泥工艺：一烧二磨水泥标号可达到500某尾砂生产水泥工艺流程图

2、生产微晶玻璃（CaO-Al2O3-SiO2系统）

工艺：

成型玻璃晶化法工艺流程

碎渣烧结法工艺流程

微晶玻璃特点：反光细致，视感精巧悦目，对太阳辐射吸收率低，没有热炸裂危险，抗酸性优于天然花岗岩，能长期抵抗风化作用而不减光泽，其硬度比天然石材更硬，耐冲击及韧性比普通平板玻璃强得多，可加工成弧形或异形，而便于建筑施工，使建筑物外观更加柔和轻巧。微晶玻璃板材首都机场专线微晶玻璃装饰效果3、烧制陶瓷制品

（3）尾矿用于制作肥料

尾矿中含有植物生长所需要的多种微量元素，经过适当处理可制成用于改良土壤的微量元素肥料。上世纪90年代马鞍山矿山研究院将磁化尾矿加入到化肥中制成磁化尾矿复合肥，并建成一座年产1万吨的磁化尾矿复合肥厂，起到了变废为宝的效果。但这些只是停留在对少量尾矿的利用上，还无法减少大宗尾矿的堆存。

(4)尾矿回填矿山采空区矿山采空区回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一。尤其对于无处设置尾矿库的矿山企业，利用尾矿回填采空区就具有更大的环境和经济意义。胶结充填采矿法目前已属于成熟技术，可以使地下采矿回采率提高20－50%，并使原来根本无法开采的位于水体下面、重要交通干线下面和居民区下的矿体能够被开采出来。理想的胶结充填采矿法可完全避免地表塌陷和基本避免破坏地下水平衡造成重大危害。铁矿采空塌陷区（5）尾矿库复垦尾矿库复垦是解决尾矿库表面沙化的重要措施。尾矿库复垦不仅防止扬沙，而且美化环境，减少污染，兼具经济效益