礦業(yè)固體廢物處置與利用

1、礦 業(yè) 固 體 廢 物 處置 與 利 用摘要我國礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)固體廢物產(chǎn)生量較大，是工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的90%本文簡述了礦業(yè)廢物的來源、性質(zhì)、組成和危害；介紹了尾礦、廢石資源 化的方法和工藝流程，以及廢石、尾礦的無害化處理方法；詳細(xì)研究了粉煤灰 和煤砰石的來源、組成及廣泛的應(yīng)用，最后概述了工業(yè)廢物常用的處理方法，并對礦業(yè)固體廢物資源化做了總結(jié)2一、 礦業(yè)固體廢物概述1、來源 礦業(yè)固體廢物是指礦山開采和礦石選冶加工過程中產(chǎn)生的廢石和尾礦。各種金屬和非金屬礦石均與圍巖共同構(gòu)成。在開采礦石過程中，必 須剝離圍巖,排出廢石。采得的礦石通常也需要經(jīng)過選洗以提高品位， 因而排出尾礦。廢石是礦山開采過程

2、中排放出的無工業(yè)價值的礦體圍 巖和夾石包括煤砰石。尾礦是從礦石中分選出目的礦物后，剩余的 含目的礦石很少的廢渣，習(xí)慣上稱為尾砂。2、性質(zhì)a.物理性質(zhì)：光學(xué)性質(zhì)：顏色、光澤、透明度等；力學(xué)性 質(zhì)：硬度、韌性、比重等性能；電學(xué)性質(zhì)：導(dǎo)電性及荷電性；外表性 質(zhì)：白度、亮度、疏水性；b.化學(xué)性質(zhì)：礦物的可溶性、氧化性3、 組成含氧鹽礦物：含氧鹽礦物占礦物總數(shù)的2/3左右，在地殼里的分布極為廣泛。a.硅酸鹽礦物：硅酸鹽是組成巖石的最主要成分，硅酸鹽礦物約800種之多，約占礦物總數(shù)的1/4，占地殼總重量的80%b.碳酸鹽礦物：碳酸鹽礦物在白然界中分布較廣，礦物約80種之多，占地殼總重量的1.7%。其中以C

3、a Mg碳酸鹽礦物最多，其次為Fe、Mn等碳酸鹽礦物。c.硫酸鹽礦物：硫酸鹽礦物在白然界中產(chǎn)出約有260種之多，但僅占地殼總重量的0.1%。其中常見和具工業(yè)意義的礦物不多，主要礦物有石膏、重 晶石。d.其他含氧鹽礦物： 其他含氧鹽礦物較常見的有磷酸鹽、鴇酸鹽和鉗酸鹽，其他不常見的有硼酸鹽、碑酸鹽、機酸鹽、硝酸鹽礦物等。氧化物和氫氧化物礦物氧化物和氫氧化物是地殼的重要組成礦物，它們的化合物有200種左右，約為地殼總重量的17%,其中SiO2石英、石髓、蛋白石分布最廣， 約占12.6%, Fe的氧化物和氫氧化物占3.9%，其次是Al、Mn Ti、Cr的氧 化物或氫氧化物。硫化物及其類似化合物礦物主

4、要為金屬硫化物，亦包括金屬與硒、疏、碑、鐐等的化合物。總數(shù)約350種左右，按重量約占地殼總重量的0.15%,其中以鐵的硫化物為主，有色金屬銅、鉛、鋅、鐐、汞、鐐、鉆等也以硫化物為主要來源，故工業(yè)上 具有重大意義。4、危害 礦業(yè)廢物大量堆存，污染土地，或造成滑坡、泥石流等災(zāi)害。廢石風(fēng)化形成的碎屑和尾礦，或被水沖刷進入水域，或溶解后滲入地下水，或被風(fēng)刮入大氣，以水、氣為媒介污染環(huán)境。這些廢物中，有的含有碑、鎘等劇毒元素， 有的含有放射性元素，都有害于人類健康。礦山廢石和尾砂不僅需要占用大量 的土地，而且會直接污染環(huán)境，威脅人們生命財產(chǎn)的平安。一座中型的尾砂壩一般占地數(shù)百畝或更多，建造尾砂壩所需的投

5、資費用也非常驚人。尾砂具有顆粒細(xì)、體重小、外表積大，具有遇水容易流走、遇風(fēng)容易飛揚等特點， 因此，尾砂對空氣、水體，農(nóng)田和村莊都是一種潛在的危害。二、資源化處理方法及其工藝流程1.尾礦的資源化1) .尾礦中有價組分的提取許多礦山尾礦中具有回收利用價值的有價組分，其品位常常大于相應(yīng)的原生礦品位，充分利用分選技術(shù)回收這些有價金屬對充分利用資源、延緩礦產(chǎn)資源的枯竭具有重要意義(1)銅尾礦美國奧蓋奧選礦廠尾礦平均含CU0.42%,主要有用礦物為黃銅礦、輝銅礦和黃鐵礦。W葬毀葬毀黃藥，甲基戊篇黃藥，甲基戊篇銅尾礦回收銅的工藝流程(2)鉛鋅尾礦中有價組分的提取銀山鉛鋅尾礦中SiO2、A12O3、K2O占總

6、成分的80知上。主要礦物為石英和絹云母，其中石英含量為5154%絹云母含量為2934%且大局部絹云母呈單體形狀，粒度較細(xì)。鉛鋅尾礦浮選提取絹云母工藝流程2)尾礦生產(chǎn)建筑材料尾礦中含有的多種非金屬礦物，如硅石或石英、長石及各類粘土或高嶺土、白云石或石灰石、蛇紋石等，都是較有價值的非金屬礦物資源，可代替天然原料作為生產(chǎn)建筑材料的原料。(1)生產(chǎn)微晶玻璃生產(chǎn)工藝包括：燒結(jié)工藝和熔融工藝燒結(jié)工藝：尾礦尾礦- -配焙焙a水淬-a蘑光一切用晶切用晶熔融工藝：熔融工藝：5尾丹一尾丹一配料料融成成壁壁1，退火晶晶_ _化化磨光切切-割-玻璃京麗一硅酷鹽水濕(2)生產(chǎn)硅酸鹽水泥爵一翳既鮮臥 56尾礦燒制水泥工藝

7、流程(3)生產(chǎn)免燒磚免燒磚是一種新型建筑材料，是由膠凝材料與含硅、 鋁原料按一定顆粒級配均勻摻合，壓制成型，并進行蒸壓或蒸養(yǎng)而成的一種以水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硅鋁酸鈣等多種水化產(chǎn)物為一體的建筑制品生石灰尾礦(4)生產(chǎn)粘土磚以尾礦為原料，用塑性成型或半干壓成型生產(chǎn)粘土磚。(5)生產(chǎn)加氣混凝土水泥.菱苦土.鋁粉、水玻璃 可溶油、瑕液.廢料漿石灰石石灰石鐵期等鐵期等高壓蒸壓 尾礦磚鐺尾礦一尾礦、礦渣加氣混凝土尾礦尾礦生料生料廢氣廢氣石育石育一熟料鄂式粘土磚成型出釜拆模壓坯7(6)生廣耐火材料主要用于熱工設(shè)備中抵抗高溫作用，用作高溫容器或部件的無機非金屬固體材料。(7)生產(chǎn)黑色玻璃水分輔助材料2

8、.廢石的資源化1)提取有價成分江西德興銅礦是我國最大的露采斑巖銅礦，剝采的含銅0.3%以下的廢石和表土堆存在廢石場中。由于廢石中含有硫化銅、黃鐵礦和多種金屬硫化 物，在氧、雨水和鐵硫桿菌作用下，產(chǎn)生出Cu、Fe、S、Al等離子的酸性水，造成水體的污染。尾礦、焦寶石、粘土耐火材料晾干篩分混合玻璃8凡口鉛鋅礦利用廢石加工井下膠結(jié)充填骨料工藝流程3廢石生產(chǎn)硅酸鹽水泥無害化處理方法 廢石堆、尾礦場穩(wěn)定處理法：為防止廢石和尾礦受水沖刷和被風(fēng)吹揚而 擴散污染，可采用以下穩(wěn)定法：有機相有機相m m反莘液反莘液CdSO42廢石生產(chǎn)建筑材料碎石篩上粗會廢石棒度充填材料篩下細(xì)細(xì)泥，至沉淀壩廢石.鐵礦石,重晶石尾礦

9、酸性廢水酸性廢水履石履石合格合格 浸浸出灑出灑有機相有機相萃余相萃余相廢石師上物紅透山銅礦的井下廢石破碎充填系統(tǒng)儲料_ 倉充填材料石膏廢石生產(chǎn)工藝水泥工藝流程9物理法：向細(xì)粒尾礦噴水，覆蓋石灰和泥土，用樹皮、稻草覆蓋頂部。這種方法對銅尾礦最為有效。也可在上風(fēng)向栽植防風(fēng)林，并用石灰石粉和硅酸鈉 混合物覆蓋。植物法：在廢石或尾礦堆場上栽種永久性植物。試驗證明，鉛鋅礦鈣質(zhì)尾礦場適于種植牛毛草， 鉛鋅礦的酸性尾礦場適于種植葦草。英國還發(fā)現(xiàn)礦山地區(qū)白然生長一種禾草， 有抵抗高金屬含量和耐低養(yǎng)分的能力，能起良好的穩(wěn)定和保護作用?；瘜W(xué)法：利用可與尾礦化合的化學(xué)反響劑(水泥、石灰、硅酸鈉等)，在尾礦外表形成固

10、結(jié)硬殼。此法本錢較高，有的尾礦常同砂層交錯，化學(xué)反響劑難于選擇。化學(xué)法可以同植物法結(jié)合起來處理尾礦。在尾礦場播下植物種子后,施加少量化學(xué)藥品防止尾礦場散砂飛揚，保持水分，以利于植物生長。美國的科羅拉多、密歇根、密蘇里、內(nèi)華達等州已有效地采用了這種方法。 土地復(fù)原法：在開采后被破壞的土地上，回填廢石、尾礦，沉降穩(wěn)定后，加以平整，覆蓋土壤，栽種植物，或建造房屋。中國某些地區(qū)的粉煤灰貯灰 場、鐵和鋁礦廢石場等已完成土地復(fù)原，種植植物，開展生產(chǎn)。三、主要礦業(yè)固體廢物資源化工藝1.粉煤灰的綜合利用1)概述(1)來源粉煤灰是煤粉經(jīng)高溫燃燒后形成的一種似火山灰質(zhì)混合材料。(2)組成化學(xué)組成與粘土質(zhì)相似，主要

11、成分為SiO2、A12O3、Fe2O3CaO和未燃煤，其余為少量K、P、S、Mg等化合物和As、Cu、Zn等微量元素。(3)資源化應(yīng)用10。在水泥工業(yè)和混凝土工程中的應(yīng)用a.代替粘土原料生產(chǎn)水泥：硅酸鹽水泥熟料+粉煤灰+適量石膏-粉煤灰水泥b.做水泥的混合材c.生產(chǎn)低溫合成水泥d.制作無熟料水泥e.作砂漿或混凝土的摻合料O在建筑制品中的應(yīng)用a.蒸制粉煤灰磚b.燒結(jié)粉煤灰磚c.蒸壓生產(chǎn)泡沫粉煤灰保溫灰d.粉煤灰硅酸鹽砌塊e.粉煤灰加氣混凝土f.粉煤灰陶粒g.粉煤灰輕質(zhì)耐熱保溫磚。作農(nóng)業(yè)肥料和土壤改進劑a.作土壤改進劑主要作用機理：改善土壤的可耕性；改善酸性土和鹽堿土；提高土壤溫度；提高土壤保水能

12、力；增加土壤的有效成分，提高土壤肥力。b.作農(nóng)業(yè)肥料含有大量可溶性硅、鎂、鈣、磷等農(nóng)作物所必需的營養(yǎng)元素?？勺鞴桠}肥、鈣鎂肥、各種復(fù)合肥、鈣鎂磷肥等?；厥展I(yè)原料粉煤灰含F(xiàn)e2O3一般在4%20%最高達43%當(dāng)Fe2O3含量大于5%寸，即11可回收。Fe2O3經(jīng)高溫燃燒后，局部被復(fù)原成Fe3O4和鐵粒，可通過磁選回收。AL2O3是粉煤灰的主要成分，一般含17%35%可作珍貴的鋁資源。用氟化物助熔法，能增強粉煤灰中的AL2O3活性，酸溶出率可達36%50%粉煤灰與石灰石混合加水成型，常壓蒸汽養(yǎng)護，然后低溫燧燒脫水和低溫液相反應(yīng)，最后用純堿溶液提取氧化鋁，這種方法的氧化鋁溶出率為85%92%AL2

13、O3達一級品標(biāo)準(zhǔn)。3.煤砰石的綜合利用1)概述(1)來源 煤砰石是多種礦物混合組成的沉積巖，主要由高嶺土、石英、蒙 脫石、長石、伊利石、石灰石、硫化鐵、氧化鋁和少量的稀有金屬氧化物 組成。主要的巖石種類由黏土巖類、砂巖類、碳酸鹽類和鋁質(zhì)巖類，在不 同地域的煤砰石還含其他鹽類及重金屬鹽類。(2)性質(zhì) 煤砰石中的局部鹽類可溶于水。煤砰石的化學(xué)成分復(fù)雜，主要成分 為氧化硅、氧化鋁、硫化鐵。煤砰石經(jīng)過高溫燧燒可具有外表活性。(3)污染途徑大量的煤砰石露天堆放形成砰石山，其中的有害成分和化學(xué) 物質(zhì)可以進入大氣、土壤、地表、地下水造成環(huán)境污染。通過環(huán)境介質(zhì)直 接或間接進入人體，威脅人體健康。如下圖為煤砰石

14、進入環(huán)境與其中的 化學(xué)物質(zhì)危害人類，傳播疾病的途徑。(4)資源化利用。煤砰石用作燃料發(fā)電2000年底，全國有煤砰石、煤泥等低熱值燃料電廠120余座，總裝機容量184萬KW,年發(fā)電量8.5億KW.h。到2005年年 末，煤砰石電廠裝機容量已經(jīng)開展到550萬KW,新增裝機容量360萬KW。12G煤砰石用于制造磚塊、水泥、加氣混泥土、微孔吸首磚、瓷磚、輕集料等各 種建筑材料未經(jīng)燃燒的煤砰石配料制磚可以節(jié)約原煤。并且有投資少、方法簡單的有點，已被廣泛使用。2000年底，全國煤砰石磚場達240余座，生 產(chǎn)能力為22億塊標(biāo)準(zhǔn)磚。九五期間，全國共建設(shè)煤砰石新型墻體材料生產(chǎn)線10條，生產(chǎn)能力達6億塊標(biāo)準(zhǔn)磚。2

15、005年產(chǎn)量以增加到100億塊。生產(chǎn)建筑 輕集料因工藝較復(fù)雜，對技術(shù)設(shè)備要求高，在國外使用多但我國使用較少。煤砰石用于復(fù)墾煤礦開采將導(dǎo)致地表沉陷損害，破壞珍貴的耕地資源。改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，調(diào)整礦區(qū)產(chǎn)業(yè)機構(gòu)，降低煤炭資源枯竭對礦區(qū)持續(xù)發(fā) 展影響風(fēng)險，是我國當(dāng)前煤礦區(qū)持續(xù)開展亟待解決的重要問題。因此，要統(tǒng)籌 規(guī)劃開采和復(fù)墾工作。煤砰石充填是一種重要的復(fù)墾方式，在利用廢棄物的同 時解決沉陷地的復(fù)墾問題，可取得一舉兩得的效果。煤砰石用于道路工程筑路對于煤砰石的種類和品質(zhì)沒有特殊的要求，對有害成分含量的限制要求不高。煤砰石用于筑路工程具有耗渣量大、無須進 行特殊處理、不需采用特殊技術(shù)手段的優(yōu)點，是利用煤

16、炭工業(yè)廢棄物減少環(huán)境 污染損害的有效途徑。煤砰石用于注漿技術(shù)煤砰石具有潛在的火山灰活性，在一定條件下可激活并運用于工程注漿，將破碎松散的巖層膠結(jié)成一個整體，利用漿液與土體、 巖石破壞結(jié)構(gòu)體的共同作用改善巖層的物理力學(xué)性能，從而形成一個結(jié)構(gòu)新、 強度大、防水性能高、化學(xué)性能穩(wěn)定的 結(jié)石體。將煤砰石制成注漿材料，對因 開采工作造成的巖層移動變形損壞空間及時注漿，減少巖層移動、變形、破壞 量，進行地面減沉控制已經(jīng)在工程實踐中得到運用，成為煤砰石綜合利用的有 一個開展方向13四、工業(yè)固體廢物的常用處理技術(shù)概述工業(yè)固廢的燃燒技術(shù) 燃燒法是一種局溫?zé)崽幚砑夹g(shù)， 即以一定的過?？諝饬颗c被處理的有機廢物在燃燒

17、爐內(nèi)進行氧化燃燒反響，廢物中的有害、有毒物質(zhì)因在高溫下氧化、熱解而被破壞?；剞D(zhuǎn)窯燃燒爐處理工業(yè)固體廢物的流程示意圖：燃燒技術(shù)的優(yōu)點：a工業(yè)固體廢物經(jīng)燃燒處理后，其中的病原體被徹底消滅， 燃燒過程中產(chǎn)生的有害氣體和煙塵經(jīng)處理后到達排放要求，無害化程度高；b經(jīng)過燃燒，工業(yè)固廢中的可燃成分被高溫分解后，一般可減重80呢日減容90知上，減量效果好，可節(jié)約大量填埋場占地， 燃燒篩上物效果更好；c工業(yè)固廢燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓錈崮鼙粡U熱鍋爐吸收轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，用來供熱或發(fā)電，工業(yè)固廢被作為能源來利用，還可回收鐵磁性金屬等資源，可以充分實現(xiàn)固廢的資源化。燃燒技術(shù)的缺點：a投資昂貴，操作運行費用高；工業(yè)固體廢物

18、引風(fēng)機引風(fēng)機填埋場填埋場大氣監(jiān)測反響大氣監(jiān)測反響煙囪余熱鋼爐余熱鋼爐除塵器除塵器14b對爐內(nèi)廢物的熱值有一定要求一般不能低于c燃燒過程產(chǎn)生還會產(chǎn)生導(dǎo)致二次污染的多種有害物質(zhì)與氣體，如有機鹵化物、氮氧化物、二嗯英等，這將增加后續(xù)尾氣處理的本錢。填埋處置技術(shù)土地填埋處置技術(shù)是從傳統(tǒng)堆放和填坑的根底上開展起來的一種最終處理技術(shù)，其實質(zhì)是將固體廢物鋪成一定厚度的薄層，加以壓實，并覆蓋土壤以與外界環(huán)境隔離。優(yōu)點：工藝簡單，包容性強，處理量大，處理費用低，適于處置多種類型的工業(yè)固體廢物。缺點：a修建填埋場占地大，選址困難且投資多b固廢中大量可回收利用的資源被埋掉，造成了資源浪費問題c在設(shè)計、施工和管理不好的情況下，大氣、地下水和土壤會受到來白填埋廢物毒素的污染d填埋場的滲濾液存在處理難的問題堆肥技術(shù)工業(yè)廢物的堆肥是利用各類微生物的生命活動，在將工業(yè)廢物中的易腐有機物和污染成分降解，并轉(zhuǎn)變成富含有機質(zhì)和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素和微量元素的有機質(zhì)肥料的生物處理方法，它可實現(xiàn)廢物從白然界來又回歸白然界的良性循環(huán)，是經(jīng)濟有效處理和消納工業(yè)廢物的重要途徑。3360KJ/Kg);15缺點：a某些具有遺傳毒性的有機物能在土壤中存在很長時間不被生物所降解， 甚至毒性增強；b產(chǎn)品肥效不高；c產(chǎn)品