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尾矿处理势在必行!怎处理?行家支高招!

发布时间:2018-10-09 来源:矿材网 浏览:23次

不论金属还是非金属矿,大量尾矿都是堆存放置未进行处理。近年来,随着环保督查和绿色矿山建设规范的实施,尾矿不能再随意堆放,必须进行处理。尾矿怎么处理?广东省碳酸钙镁分会采访了中国地质大学(北京)材料科学与工程学院院长张以河教授、博士生导师,张院长多年来从事地质生态材料与工程及固废资源化利用的领域及产业化,让行家给我们支高招!


刘平:您是非金属矿物与固废资源材料化利用北京市重点实验室主任、非金属矿物与固废资源综合利用全国循环经济工程实验室主任,是地质生态材料与工程及固废资源化利用领域的专家,请问现在国内尾矿处理和资源化利用主要有哪些技术?

张院长:由于开采历史、技术、设备、市场及管理等因素造成了大量的有价元素和有用成分弃存于尾矿当中,致使尾矿具有双重特性,它既是废物又是二次资源,从而构成了尾矿资源材料化利用和无害化处理的巨大潜力。随着现代社会、工业、经济和科技的快速发展,十八大以来生态文明建设和习近平总书记提出的“绿水青山也是金山银山”“两山理论”已深入人心,国家政策和市场需求发生了很大变化,矿产资源的供需矛盾进一步加剧,建设绿色矿山、开展尾矿综合利用已成为矿山企业可持续健康发展的必然选择。目前,回收有价元素、制备新型建材或道路材料、用于充填采空区、制备矿物复合肥料和土壤改良剂、开展地质生态复垦、恢复绿水青山等已成为国内外尾矿综合利用的主要途径。


(1)回收有价元素

在采矿工业发展早期,由于受到冶炼技术条件的限制,许多有价金属或稀有元素残留在矿山尾矿。随着科技的迅速发展,冶炼设备和技术的提高足已逐步对尾矿中的有价元素进行综合回收利用。这样不但能缓解日益紧张的矿产资源的供需矛盾,而且随着市场需求的变化有望获得较好的经济效益,因此,回收有价元素被认为是矿山尾矿综合利用的途径之一。


(2)制备建筑材料或道路材料

基于矿山尾矿成分与建筑或路面基层材料的相关性,通过技术攻关,在尾矿中掺加其它原料,去除或改性有毒有害元素后就可以实现以尾矿为主体原料制备建筑材料或道路基层材料。因此,利用尾矿生产建筑材料或道路基层材料已经受到了国内外研究者的广泛关注,尤其是在利用尾矿制备砖瓦、水泥、微晶玻璃、陶瓷材料、石塑复合材料、路基材料等方面发展很快,并取得一系列成果,已经成为尾矿资源材料化大规模利用的主要途径。


(3)用作充填采空区

矿山资源被大量开采后,会留下大面积的采空区,对矿山采空区的回填是直接利用尾矿的有效途径之一。采用尾矿作为充填料,可就地取材,废物利用,不仅解决因尾矿排放造成环境污染的问题,减轻相关企业的经济负担,还可省去或大大减少尾矿库的建设及其运行费用。目前利用相关设备将膏状的尾矿浆料输送到井下进行采空区回填的做法最为普遍,我国在干式充填、水砂充填、分级尾砂充填、高浓全尾砂充填及膏体充填等尾砂充填技术方面已经达到或接近国际先进水平。尤其是上世纪80年代发展起来的全尾砂膏体充填工艺,具有析水量少、胶结剂用量少、充填体稳定性好、强度高、尾矿用量大、对井下污染少等优势的高浓度膏体充填法在尾矿处理中得到了广泛应用。


(4)尾矿复合肥或土壤改良剂

鉴于尾矿含有大量有效成分并具有粒度较细的特点,有助于植被造田,可以改性后作为矿物复合肥料或改良剂来改善土壤环境,提高农作物的产量。另外尾矿所含的Si、Zn、B、Fe、P等元素,也是维持某些植物生长和发育所需元素。因此,可以针对不同类型的尾矿,采取相应的利用措施。如针对含钙矿物类尾矿,可用作土壤改良剂施于酸性土壤,改性土壤的pH值;针对钙、镁和硅氧化物型的尾矿,可用作矿物复合肥料对酸性土壤进行钙化。此外,针对含有磁铁矿的某些尾矿,其本身具有磁性,若把该类尾矿加入土壤中,可引起磁团粒结构的活化,从而改善土壤的结构、孔隙度及透气性等。


刘平:国外尾矿一般是怎么处理或利用的,有哪些先进经验值得我们借鉴学习?

张院长:目前,国外矿山尾矿处理主要有化学中和法、物理隔离法、表面固化及植被修复法等处理方法。


(1)化学中和法

化学中和法是利用添加碱性物质(如石灰、碳酸盐岩等)与矿山尾矿混合堆放发生中和反应,从而实现控制酸性矿山废水的产生,其中,将石灰等碱性物质与矿山尾矿混合中和,以提高矿山尾矿的环境pH值,而pH的升高可以有效地降低可能起氧化作用的微生物活性,从而抑制其氧化。另外,添加碱性物质还能与矿物金属离子形成金属沉淀物沉积在矿山尾矿的表面,形成一层有效抑制尾矿氧化溶出产生酸性矿山废水,最终达到处理尾矿的目的。


(2)物理隔离法

所谓物理隔离法就是采用水体、碎石、污泥、木屑废物等材料覆盖在矿山尾矿表面以隔离其与氧气的接触,从而控制其产生酸性矿山废水的方法。如在加拿大魁北克省的某矿山尾矿就被直接排放到一个由土坝围筑的永久性水库中,从而实现水体隔离矿山尾矿的防氧化处理。还有科技人员采用水体隔离的方法处理加拿大的一处铀尾矿,从连续运行两年的监测数据表明,用水体隔离的方法能有效地防止氧气接触尾矿,达到减少酸性矿山废水的产生;在欧洲,有人采用水体隔离的方法处理瑞典一处锌铜矿尾矿,结果也显示出良好的应用效果;另外在南非,有人在尾砂坝斜坡上铺碎石块隔离处理尾砂,经试验发现,两年后仍未发现被风、水卷走石块和残渣的现象,有效地防止了尾砂的氧化,最终减少了酸性废水的产生。


(3)表面固化法

表面固化法是采用有机或无机的药剂(如石灰、磷酸盐、硅酸盐、有机物等)通过物理化学的作用在尾矿或表面形成保护膜,以阻止氧气、水及微生物接触尾矿表面,从而达到抑制尾矿化学氧化和生物氧化,最终实现防止酸性矿山废水产生的目的。如有人采用油酸钠在硫铁矿物上形成一层钝化保护膜,以防止硫铁矿物的氧化,最终达到从源头控制酸性矿山废水的产生。


(4)植被修复法

与其他方法相比,尾矿的植被修复更加环保和廉价。一般而言,尾矿的植被修复法主要有两种方法,一种是在尾矿表面覆盖一层厚度适宜的土壤,然后再种上植物。这一方法虽然有效,但需要移植大量的客土,还要有一系列的后续工艺相配套,较高的运行成本影响了它的大规模推广使用。另一种方法是直接在尾矿上种植耐酸碱耐重金属的植物,但其关键技术难点就是要筛选和培育出适应当地尾矿环境的耐酸碱耐重金属的超富集植物。另外,尾矿含有多种金属元素,能同时吸收多种金属的植物少之又少,因此,基于以上种种因素,该方法未受到大规模的应用。


如有人利用基因工程技术把抗重金属基因片段引入到一种无花白杨植株中,后经无性繁殖培育出了一组对高浓度重金属离子土壤具有良好抗性的试验植株。对比普通杨树植株,转基因植株无论在温室培养中,还是在现场条件下都表现出了对高浓度重金属离子的优良抗性。通过对其根系和芽系的测定认为该植株可以有效吸收土壤中的重金属离子,实验室条件下,两周可使培育基中的Cd离子浓度下降近50%。将此类杨树植株移栽到韩国奉化锦湖区的一个关闭矿区尾矿堆的重金属污染土壤中,发现比之普通植株,转基因植株可以更好的适应该土壤,并且显著降低了土壤中重金属的含量。


对比国外尾矿治理的研究,我们不难发现,国内与国外的尾矿治理思路存在一定的差异。国外的尾矿治理更倾向于环境保护,而我国则更侧重于尾矿的消耗。所以如何学习和借鉴国外尾矿治理的思路与方法,因地制宜,也必将是未来国内尾矿治理的一个重要研究方向。


刘平:您认为尾矿处理和综合利用将来向什么方向发展?矿山开采和加工企业今后怎么做才能跟上形势?

张院长:虽然在过去的几十年里,我国在尾矿处理及综合利用方面取得了不少的进步,但是还存在严竣的挑战和很多问题,比如尾矿处理效率低、整体综合利用水平低、矿山乱采滥挖严重、选矿技术与设备的相对落后及矿山所引起的严重环境问题等等,这些因素都将严重地制约着我国矿山行业的尾矿处理及综合利用方面的可持续发展。因此,必须以资源、环境、材料、经济协调发展为前提,树立科学的发展观念,大力发展矿业循环经济和材料化利用产业;加大科技投入,提高采、选、冶、综合利用等方面的技术水平;依靠科技进步,在保护生态环境的同时,提高资源利用率,实现尾矿综合利用和减排;完善企业废弃物综合利用及治理方面的相关法律、法规,加速推进尾矿综合治理的进程;加强政府政策引导和扶持的力度,推动我国经济增长方式的转变,最终实现资源、环境、经济的平衡发展。


在当前生态文明建设的大前提下,只有结合地质生态材料与工程做绿色矿山,才能在行业竞争中存活下来并得到发展。现在绿色矿山建设不是做或不做的问题,而是做得快或慢的问题了,因为这符合未来我们国家生态文明建设重要抓手的大方向。首先要认真学习和研读绿色矿山要求。绿色矿山开采和加工有很多刚性要求,很多矿山企业负责人没有认真研读标准和要求,矿山没有按照基本标准如开发利用方案、水土保持方案、环评等要求去做,或是以前的要求提的比较模糊,矿山是为了办采矿证而做的方案,相信以后申请采矿权证会更加严格;二是建议增加绿色矿山建设部门或专人。矿山除了安全管理部门或专人还要增加绿色矿山建设部门或专人,现在矿山企业对安全生产都很重视,都有专职的安全员,但是没有配置绿色矿山建设的职能机构,所以以后矿山企业要有专门的部门和人员,通过产学研合作来落实绿色矿山建设方案。只有严格按照方案做,矿山和加工企业才能达到绿色矿山建设要求。绿色矿山建设不是空口号,不是够不着的,而是可执行可操作的。绿色矿山建设和地质生态材料及工程是必要的,一定要响应习总书记提出的“绿水青山就是金山银山”方针,认真做好相关工作,促进矿山企业的可持续发展。


刘平:您认为做绿色矿山有哪些好处?不做有哪些影响?

张院长:做绿色矿山有一个很直接的好处,就是全社会的生态环境受益。近年来环保督查和国土、环保部门日常收到大量有关矿山和尾矿的投诉,包括固废、粉尘、噪音、污水等一系列问题。现阶段而言,特别在生态文明建设的关键阶段,建设绿色矿山对于矿产资源开采和加工过程的生态环境保护是非常必要的其次就是对矿山本身的可持续发展有利,如果在矿产资源开发中不注意保护绿水青山,特别是开采后的矿山裸露大面积的开采面以及大量堆存尾矿,将严重影响矿山的形象。政府部门按照环保和绿色矿山的要求进行督查,要求矿山整改,如果整改不到位,肯定是关停,什么时候整改合格以及什么时候才可能让你开采都是未知数,那矿山企业还谈什么效益?如果没整改好没有效益,肯定影响企业发展和员工的稳定性。员工不稳定,矿山没利润,也不可能回馈政府和当地老百姓。如果矿山环境脏乱差,周边的老百姓怎么会支持企业开矿?所以不做绿色矿山迟早被淘汰。


如果不做绿色矿山,主要影响有四点。


(1)形成环境污染源

未能有效处理的尾矿被暂时存放在尾矿区自然环境,这些尾矿有可能发生氧化作用从而产生大量的矿山废水或粉尘,形成尾矿带给自然环境严重的污染源,有的尾矿废水不但酸碱性强,还可能含有毒性的重金属离子。这些有毒有害的重金属离子在环境中都能很稳定的存在,自然生物体往往很难把它们全部降解而消除,反而非常容易富集到土壤和农作物里面,并通过食物链的转移传递进入人体,最终危害人类的健康安全。此外,因选矿而存在于尾矿中的有毒的残留药剂也对人体直接产生危害,酸或碱性矿山废水通过地表径流的方式污染宝贵的耕地土壤,直接破坏农作物生长环境,致使农作物受到污染、甚至减产;还会使地面水体或地下水源受到污染,毒害环境水体的水生生物。


(2)诱发自然灾害

随着矿山资源的大规模开发,尾矿存放占用土地面积也越来越大,从而使尾矿库的坝体高度也随之增加,存在的安全隐患日益增大,大量的尾矿堆存,一旦发生尾矿库溃坝事故,非常容易诱发山体滑坡、泥石流等重大自然灾害。据了解,我国有三分之一左右的尾矿库存在严重的安全隐患,并且我国大部分尾矿库都呈现超期服务、超库容使用的现象,因此每年都有尾矿库溃坝的事故发生,造成重大人员伤亡和财产损失。自从上世纪50年代以来,我国已发生过很多次重大尾矿库溃坝事故。如云南锡业公司尾矿库溃坝事故,导致200多人伤亡和数千公顷农田被淹没。在国外也不例外,罗马尼亚的尾矿坝发生泄露事故,导致10万多升含有氰化物、铜、铅等有害废水流入多瑙河支流蒂萨河,给河流周边地区的生态环境造成了非常恶劣的影响。


(3)破坏土地植被

大规模开发矿产资源,引起了大面积的矿山地表植被受到破坏,产生的尾矿数量也越来越多。目前除了极少部分尾矿能通过一定的技术得到综合利用外,相当大规模的尾矿都堆存在自然环境里,所占用土地面积数量相当巨大,致使越来越多的耕作土地被占用。众所周知,我国是个人口众多、人均耕地面积非常少的农业大国,本来可用的耕地土地面积就非常有限,再加上大量的尾矿占用的巨大数量的宝贵耕地,就更加剧了我国土地资源紧张的局面,因此尾矿破坏植被和侵占土地的现状给我国的生态环境及农业的发展带来了巨大的负担和压力。


(4)浪费矿产资源

我国,矿山资源的品位普遍较低,对共生、伴生矿进行综合开发的利用率仅为20%左右,据报道每年因矿产资源开发而浪费的损失总值就高达上千亿元。尤其是一些开采较早的矿产资源,基于当时的生产技术及选矿工艺的落后,只能把容易开采的或高品位的部分高值矿物提取出来,而一些低品位的矿产资源却排放到尾矿中,从而使大量有价金属、稀有元素及非金属矿物流失,造成我国矿山资源的严重浪费。


刘平:您如何理解绿色矿山建设和资源综合利用?

张院长:通过认真学习习近平总书记系列讲话和十九大报告精神,绿水青山就是金山银山已经成为社会共识,与生态文明相关的建设绿色矿山和大力发展地质生态材料及工程是当前乃至今后一段时间的国内外大趋势。过去数十年的矿山粗放式开采,规划的不够好,对生态环境损害比较大。习总书记提出的“两山论”,我觉得非常具有远见卓识,矿山开采的同时必须考虑保护当地的地质生态环境。绿色只是描述生态的一个形容词,生态包括植被、水土、矿山及矿物开采、加工及后续材料行业等,涵盖范围非常广,绿色矿山过去一般被理解为绿化矿山,但它不仅是简单的绿化,绿化矿山只是最基础的一个环节。过去开采矿产主要考虑经济效益,满足市场需要,现在矿产企业除了开采矿产资源外,矿山生态保护和尾矿材料化综合利用应该重视起来,按照从中央到地方各级政府要求的绿色矿山规范和指导意见来做。这不止是自然资源管理一个部门关心的问题,肯定是包括自然资源、生态环境、农业和林业等部门一起参与建设的系统工程。按照目前的机构改革和管理体制,未来绿色矿山建设是自然资源部门主导,生态环境部门加强监管。众所周知,矿山历史遗留污染问题多,也不可避免;随着社会的发展尤其在生态文明建设的大形势下,绿色矿山建设势在必行。因此绿色矿山一定要做,而且早做早受益

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