1、对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 1 -对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石北京科技大学 陈希廉 2011 年 10 月发表于全国大型矿山地质学术成果交流会议对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 2 -1 我国有关领导部门长期只重尾矿而轻废石矿山生产必然要排放废石、尾矿或煤矸石；过去称之为矿山固体废弃物。随着科技的发展，特别是非金属矿加工利用技术的发展，发现这些所谓的废弃物具有双重性，尽管不加以利用，可以成为祸害；但是如果加以开发利用却可以成为资源，因而产生了矿山二次资源的专业术语。我国对于矿山的废弃物治理及利用，近年刚开始重视，但是较之其它废弃物重视程度要低得多，尤其是废石，本文的目的就是
2、呼吁有关领导部门及矿山，对废石治理、利用问题的重视。我国政府部门对于这些二次资源治理、利用的文件，最早见自 1994 年3 月，国务院通过的中国 21 世纪议程，但是所列项目中，只提到“尾矿的处置、管理及资源化示范工程”，而不涉及废石。遗憾的是，尽管尾矿问题列入该议程，但似乎效果却不大。直到 16 年后的 2010 年 4 月，工信部等四部委又联合发布了金属尾矿综合利用专项规划(20102015)(以下简称专项规划)。在起草这个规划时，就曾经有与会者在两次会议上先后提出，应该同时考虑废石的综合利用问题；因为两者同样是二次资源，同样可造成危害，同样可以有许多综合利用的价值，乃至两者可结合以生产某
3、些产品(如用废石、尾矿分别做混凝土的粗、细骨料)；而且国际学术会议也是同时考虑两者，例如，1994 年尾矿和废石第一届国际会议；又如，1997 年第十七届世界采矿大会，其中一个议题就是无废(free waste)矿山，所谓无废矿山也包括无废石及无尾矿。但是，在起草前述专项规划的会下有人说，上级给我们的任务就只是尾矿的综合利用课题。笔者难以理解的是上级是怎样考虑的？是尾矿比废石事故伤亡人数多吗？是矿山堆存的废石量比尾矿量少吗？是废石不污染环境吗？是废石尚不属二次资源没有多少利用价值吗？下面我们就讨探一下这些问题。2 是否尾矿发生的事故伤亡比废石事故多这个问题可能是重尾矿而轻废石的重要原因。200
4、9 年起草四部委专项规划的前一年(2008 年) ，正好山西襄汾发生了尾矿库溃坝事件死了 270对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 3 -多人，给人的印象是尾矿库事故会造成大量伤亡，而废石场(堆)则不会造成大危险。但是，如果从长期积累来看，情况却并非如此。地矿界将矿山泥石流分为两类：废石型泥石流和尾矿库溃决型泥石流。统计资料表明，前者比后者累计死人更多(见表 1、表 2)1。表 1 说明：我国从 1965 年至 2004 年由于废石泥石流死亡人数共 508 人，如果加上山西娄烦 2008 年 8 月 1 日发生的废石场崩跨死了 44 人，那么从1965 年至 2008 年共死亡 552 人；
5、而表 2 说明：我国从 1962 年至 2008 年由于尾矿库溃坝死亡人数共 502 人，时间段多了 3 年，死亡人数反而不如废石场事故死人多！可见以累计伤亡人数对比其危害，废石危害还稍大于尾矿。对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 4 -实际上，我国矿山发生的废石泥石流，绝不只表 1 所列，例如，徐友宁等曾提及 2：“截至 2005 年底，西北五省区发生矿山泥石流灾害 247 次，直接经济损失 3.84 亿元，造成 426 人死亡”(表 1 中西北五省仅死亡 160 人，可能这个数据包括了更早的事故)，并指出“矿山泥石流的形成与发生主要是因山区矿产资源开发过程中废石弃土不合理堆排造成的”。对
6、矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 5 -3 是否尾矿的堆放量比废石多究竟我国现有废石、尾矿的堆放量是多少？由于没有严密的系统调查研究，各家说法不一。对于废石堆放量，根据王家枢研究员 2007 年发表的论文对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 6 -3是：采矿废石 162.3 亿吨，煤矸石 35.6 亿吨。笔者经参考对比其它资料，认为其可信度较高。现在已是 2011 年，所以废石总量(包括煤矸石)应已超过200 亿吨。至于尾矿堆放量，根据前述专项规划的说法是 80 亿吨，笔者认为这个数据偏低，特别是近年来开发了大量超贫矿，其排放的尾矿量大大增加。但是，总的看来包括煤矸石的废石总量并不少于尾矿。
7、4 是否废石不污染环境笔者认为正好相反。因废石场不像尾矿库那样建有尾矿坝，如果其中含有有害物质，显然比尾矿更容易污染环境。表 3、4 是某铅锌矿的对比资料。由上列表 3 、4 资料 4可见，从废石堆里流出的水中，其最有害元素的含量还远高于尾矿废水，分别是：Cd 的含量是尾矿废水的 7 倍多，As 是 8 倍多，Pb 是 35 倍多。为什么该矿废石堆流出的水中有害元素更高？可能由于其 pH 值不同，尾矿水中因有某种选矿药剂而为碱性。也许上例不具有普遍性，但至少废石场(堆)多无围坝而更易污染环境是事实。正由于矿山废石具有很大污染作用，现在有许多学者已开始对其开展了研究 56。5 是否废石用途不多或
8、用量不大有些人认为尾矿较之废石更有利于利用，因为它已磨细，在利用时更省事。实际上，两者各有优缺点。例如，只有废石才可用作道渣、混凝土粗骨料。同时，由于尾矿既含有矿石中的脉石矿物，又含有围岩中的矿物，使其成分更复杂，利用起来更困难；而同类废石如在排放时就注意分类堆放，那么肯定其成分较尾矿单纯，乃至有的废石就是非金属矿，如某些石灰岩、白对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 7 -云岩、粘土岩、石英岩、玄武岩、碱性岩等废石都可能直接当作非金属矿加以利用。建筑工程、水利工程、电力工程、公路工程、铁路工程都少不了基本的原材料 碎石。而废石最现成的碎石，也可以说最便宜出自矿山的资源。遗憾的是，到目前为止，
9、大部分矿山的废石主要只作为建筑工程的粗粒碎石用，进一步的增值加工没有进行。究其原因，一是由于矿山与交通部门源、水利部门、电力部门属于不同的领导机构，沟通较少，因而在建设铁路、公路或水电工程时，多是自建采石场以满足工程的需要；忽视了利用在建工程附近的废石原料。可以肯定地说，废石与尾矿同样可能提取有用组分，而且同样可以有大量用途，乃至废石的可利用量更大。下面举些实例：5.1 从废石中先提取有价元素再整体利用就笔者所知，自从有了磁滑轮甩废工艺后，许多铁矿都将原有废石进行甩废回收铁矿石后，再将二次废石加工成混凝土骨料或道渣出售，例如：密云铁矿 7、石人沟铁矿 8及歪头山铁矿 9等。歪头山铁矿露天采场每
10、年排放混矿废石 200 万 t 左右，造成铁矿石资源的流失和浪费。为此，通过试验，提出了在排土场利用磁滑轮从混矿废石中回收铁矿石的工艺方案。该方案实施后，歪头山铁矿每年可多回收品位为 29%左右的可供入选磁铁矿石约 16 万t，并可年产用于铺路和建筑的碎石约 70 万 m3，其年经济效益近 2500 万元。某些铜矿废石或金矿废石可从中回收铜或金等 1012。如“江铜目前已掌握当今世界最先进的堆浸一电淬取一电积湿法冶金提铜技术。所属的德兴铜矿运用这一技术，成功从含铜废石中提取出合格的商品铜，并使之产业化，已建成年产商品铜2 000吨能力的湿法炼铜工厂。今年江铜集团将继续采取堆浸一电淬取一电积工艺
11、，扩建永平铜矿低品位含铜废石回收工程，这一工程将年产铜600吨。”又如珲春紫金矿业有限公司曙光金铜矿自2003年至今，累计处理剥离“废石”49万t，平均金品位 0.85 gt，铜品位0.245，产金416 kg，产铜1200 t 13。对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 8 -5.2 废石整体加工利用为各种产品(1)用作混凝土粗骨料：据国家统计局统计 14：我国 2010 年水泥消费量已达到 18.6 亿吨。一般说来，混凝土中水泥的用量约为其总量的1020 15；按此比例，显然所需要的各种粗、细骨料要大大高于水泥用对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 9 -量。有的学者甚至在 2004 年就
12、认为 16：“据估算，混凝土业现在正在以每年约 80 亿吨的速度消耗天然骨料。”粒径大于 5mm(有的定为 4.75 mm)的骨料称为粗骨料。那么究竟粗、细骨料哪种用的更多？可参看表 4。 表 417 混凝土的砂率（%）(细骨料粗细骨料之和)100卵石最大粒径（mm） 碎石最大粒径（mm）水灰比（W/C） 10 20 40 16 20 400.40 2632 2531 2430 3035 2934 27320.50 3035 2934 2833 3338 3237 30350.60 3338 3237 3136 3641 3540 33380.70 3641 3540 3439 3944 38
13、43 3641根据表 4，可见粗骨料用量多于细骨料。按“我国 2010 年已达到水泥消费量 18.6 亿吨”计，那么粗骨料的消耗应不少于 50 亿吨，大大超过矿山每年的废石排放量。现在有些矿山已在利用废石做粗骨料了，值得其它矿山效仿。但是，并非任何矿山的废石都可以用作粗骨料。根据笔者在深圳为某建筑公司勘查粗骨料采石场的体验，评价骨料时要考虑岩石的物理性质和化学成份。两者都取决于岩石的种类，但还要考虑其裂隙发育程度和风化程度。物理性质中，强度大者当然有利；此外，还要考虑弹性模量，弹性模量越接近水泥砂浆越好。同时，下列条件的废石不适用于用作骨料：a.片状或纤维状岩屑含量太多的废石：因此片岩、板岩、
14、千枚岩、页岩等都不适用于做骨料b.具有 “碱骨料反应”的岩石不适用于做骨料：碱骨料反应在国际上被称为混凝土的癌症 1819。它是由于水泥中的碱(Na 2O 或 K2O)在混凝土浇筑成型后若干年(数年至二三十年)逐渐反应，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内部应力，发生膨胀开裂，迅速老化。例如，19651966 年德国北部高速公路上一座新建不久的拉彻威尔桥受碱骨料反应严重破坏，拆掉重建。碱骨料反应又分为碱硅酸反应(ASR)和碱碳酸盐反应(ACR)。前者是由于碱与骨料中的活性氧化硅反应生成碱硅凝胶而导致混凝土的破坏；含活对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 10 -性氧化硅的岩石，是含有某些非晶质或
15、隐晶质的硅质(蛋白石、玉髓)石灰岩、凝灰岩、英安岩等，它们都不适用于做骨料。碱碳酸盐反应是碱与骨料中的白云石发生反应，将其转化为水镁石 Mg(OH)2，水镁石晶体排列产生的压力，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。所以，同样是碳酸盐类的石灰岩、白云岩或白云质灰岩三种岩石中，石灰岩适于用作骨料，而后两者却不适用于作为骨料。此外，某些蚀变岩如含有较多硫化物(如黄铁矿)的废石，也不适于用做骨料。(2)用作铁路道渣：这个用途较之粗骨料，某些方面要求较低；如前述不适用于做骨料的含活性硅的石灰岩、白云质灰岩，但却可用作道渣。北京对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 11 -过去某些开采石灰石矿时排放的硅质
16、灰岩废石，自从发现可用做道渣后，现在其排放量已出现负增长，也就是将过去排放的这种废石也不断消耗掉。首钢矿业公司在水厂铁矿建成了年产 30 万立方米的道渣生产线，经铁道部工务局鉴定，符合 TG2140-9 国家标准中的一级道砟标准，并获得了部颁铁道采石场开采资格证书 20。这方面用途的块度级配要求如表 5 所示21。表 5 铁路道渣要求的级配(3)用作公路道渣：由于我国公路发展迅速，不仅广布各地，而且道渣用量很大。目前尚无国标或行业标准，但是由某些已使用的公路道渣来看，这个用途较之铁路道渣的要求更低；因为它允许含一定量石粉。例如 22，某城市主干路级，采用的道渣为：上路基采用粒料最大粒径小于 1
17、0cm 的混道碴，含泥（石粉）量 30%；下路基采用粒料最大粒径小于 20cm 的道碴，含泥（石粉）量 20%；上路床主要采用粒料粒径在 25-30cm 之间的道碴，1.5-15cm 的道碴嵌缝找平，含泥（石粉）量 20%；下路床主要采用粒料粒径在 30-40cm 之间的道碴，1.5-20cm 的道碴嵌缝找平，含泥（石粉）量 10%。采用这种道碴填筑的路基，平均填筑深度在 2m 左右。工程竣工两年后，道路整体质量情况良好。废石不仅可用于一般公路，而且还可用于高速公路道渣 23。(4)当作非金属矿加以利用：例如：A.用作水泥原料：水泥的基本原料是石灰石与粘土矿。前述某些不适用于粗骨料的某些岩石却
18、可以用作代替粘土矿，如富含粘土质矿物的页岩、煤矸石、粘土质灰岩等；具有活性的火山岩等，有的还可能用于生产无熟料水泥或半无熟料水泥。B.用作铸石生产原料：铸石具有耐磨、抗腐蚀的特点。其耐磨性是锰钢的 510 倍，是铸铁的几十倍，除了氢氟酸外，几乎不与酸或碱起反应。因而广泛用于化工、矿山、冶金、水电等部门，常用于耐酸、耐碱管道、耐磨对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 12 -溜槽的衬板等。玄武岩或辉绿岩最适于制造铸石。而玄武岩、辉绿岩是其常用原料。其实，适用于生产铸石的原料不限于玄武岩或辉绿岩，还有角闪岩等。C. 用作生产矿物棉的原料 24：矿物棉是岩棉和矿渣棉的统称。是纤维状材料，具有绝热、防
19、火、吸声、抗震等性能。可用于制造板、管、毡、带、纸以及仓库或超市的防火帘等各种制品，还可用于建筑和工业装备、管道、对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 13 -窑炉及仓库等。近年来，由于发现石棉有致癌作用，石棉用量减少，开始利用矿物棉取代石棉，因而矿物棉的需求量激增。有许多废石或其组合都可以用作矿物棉的原料；例如，镁质泥灰岩、玄武岩(辉绿岩)或辉长岩掺加石灰岩、粘土岩掺加白云岩和白云质灰岩、砂岩掺加白云岩、6570的花岗岩配加 3035的白云质泥灰岩、正长岩掺加少量白云岩等。一般通过饱和系数来衡量岩石的组合是否可用于生产矿物棉，当饱和系数稍大于 1 时，才适于制造矿物棉。饱和系数 (SiO2+
20、Al2O3)/(CaO+MgO+Fe2O3+FeO+MnO)。D.用作冶炼熔剂：有颇多矿床的围岩是石灰岩或白云岩。例如，某些热液交代矿床、矽卡岩矿床以及某些沉积矿床等。无论是坑采的掘进或露采的剥离，都可能排放这些岩石的废石；如果其成份合适，不言而喻当然可以用作熔剂。E.用作地下深部开采矿山采空区的充填料：用尾矿充填采空区是较通行的工艺。但据最新报道 25，“废石胶结充填可有效地提高充填体的质量，在深井开采中更为实用。目前，国内外使用块石胶结充填的矿山也逐步增多，如我国的大厂铜坑矿，加拿大的基德克里克矿以及南非深部开采的金矿。”F.用作七 O 砂 24：这是我国在七 O 年独创的型砂。实质上是结
21、晶灰岩或大理岩砂。应用这种型砂的优点是：消灭了铸造行业中的矽肺病；可消除铸件黏砂现象，从而提高铸钢表面的光洁度，并减轻清砂工作量。根据笔者的研究，虽然任何结晶灰岩或大理岩都可以加工成七 O 砂，但是成砂率最高的是半风化结晶灰岩；而有些矽卡岩矿床的废石有不少结晶灰岩可以加以利用。尾矿由于矿物组成复杂不适于此用途。G.用作耐火粘土 26：耐火粘土是耐火度高于 1580的粘土。是当前制造耐火材料用量最大，使用最广的耐火原料。矿山的废石中，如有富含高岭石、富含高岭石-水云母或富含高岭石-铝土矿的粘土岩，可以通过试验考虑用作硬质耐火粘土。对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 14 -综上所述，可见废石不
22、仅也有很大危害性，但也有很多用途，而且某些用途的用量巨大，同时多数用途比利用尾矿的加工更简单，更易于实现利用。希望有关领导部门今后能引起重视。参考文献对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石- 15 -1baigu2020，矿山泥石流特点及防灾减灾的对策，中国学术期刊网，2010-10-16。2徐友宁等， 西北地区矿山泥石流及分布特征， 山地学报 2007 年 06 期 。3王家枢 (原矿产信息研究院院长)，我国矿山二次资源的潜力分析，全球金属网，2007年。 4邹莲花等，金属矿山固体废物的鉴别与处置方法探讨，有色冶金设计与研究，2007年3月。5 秦燕等，铜矿采矿废石重金属环境污染的淋溶实验研究，
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