馬騰

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 兗州 272100)

王埝溝鐵礦床為我國已探明的大型鐵礦床，位于蘭陵縣城西約20km，西距棗莊市約20km，行政區(qū)劃隸屬蘭陵縣尚巖鎮(zhèn)。206國道由礦區(qū)北部橫穿礦區(qū)，臨棗高速由礦區(qū)南側(cè)穿過，西距臨棗高速5km，交通便利。區(qū)內(nèi)有2條主礦帶、5個礦體，礦山探明和控制儲量共20110.1萬t，平均含鐵品位31.49%，現(xiàn)采選規(guī)模為300萬t/a，年產(chǎn)鐵精礦71.33萬t，服務年限37.5a。目前礦床處于開采初期階段，礦山運營期間產(chǎn)生大量的固體廢棄物，不僅破壞自然生態(tài)環(huán)境、自然景觀，并且成分復雜，含有多種有害成分甚至放射性物質(zhì)，嚴重污染水源和土壤，污染礦區(qū)和周圍環(huán)境。因此，研究該礦山固體廢棄物對環(huán)境的影響，如何對固體廢棄物進行綜合利用有著重要的生態(tài)意義。

1 礦山固體廢棄物的現(xiàn)狀及對環(huán)境的影響分析

1.1 礦山固體廢棄物現(xiàn)狀

礦山處于開采初期階段，基建工作全部完成，礦山運營期間固體廢物，主要有采選廢石、尾礦、鍋爐灰渣，其產(chǎn)生量及處理處置情況見表1。可以看出，礦山產(chǎn)生的廢棄物主要是廢石及尾礦，其次為鍋爐灰渣，產(chǎn)生量大，利用率低，占用空間大。除84.2%的尾礦(154.49萬t/a)用于井下充填外，其余均處于待處理狀態(tài)。

表1 固體廢物產(chǎn)生量及處理情況

1.2 固體廢棄物放射性危害分析

為了解固體廢棄物放射性危害，對廢石(泥質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖、黑云變粒巖)、尾礦(磁鐵礦石)進行伽瑪能譜測量試驗[1]，結(jié)果如表2所示。

表2 伽瑪能譜測量結(jié)果

根據(jù)放射性測量及放射性活度、內(nèi)照射指數(shù)、外照射指數(shù)計算結(jié)果，礦區(qū)內(nèi)各類巖礦石的放射性含量普遍較低，U(2.54～8.81)×10-6，Th(8.07～28.96)×10-6，放射性活度107～297Bq/kg，內(nèi)照射指數(shù)IRa 0.16～0.54，外照射指數(shù)Iγ 0.30～0.84，內(nèi)照射指數(shù)及外照射指數(shù)符合《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)中對建筑主體材料放射性的要求。綜合分析認為，固體廢棄物中廢石和尾砂的放射性含量較低，開采、選冶及固體廢棄物的綜合利用不會對人體及環(huán)境造成放射性危害。

1.3 固體廢棄物的危險性鑒別及對環(huán)境的影響分析

1.3.1 固體廢棄物的危險性鑒別

根據(jù)危險廢物的鑒別系列標準以及有關的鑒別方法[2-3]，選擇主要監(jiān)測項目，對王埝溝鐵礦的廢石、尾礦以及鍋爐灰渣進行了毒性浸出實驗[4-7]，其毒性浸出結(jié)果見表3、表4和表5。

表3 廢石浸出試驗結(jié)果

根據(jù)表4中各個階段廢石的浸出毒性試驗結(jié)果，認為廢石、尾礦、鍋爐灰渣各項檢測項目濃度均遠低于《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)中浸出毒性鑒別標準和《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的最高允許排放濃度，由此可以斷定，廢石、尾礦為第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物，其貯存處置場應按《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599-2001)中Ⅰ類場要求執(zhí)行；鍋爐灰渣pH值為9.16外，pH值在6～9之間，鍋爐灰渣屬于第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，其存儲場應按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599-2001)中Ⅱ類場要求執(zhí)行。

1.3.2 固體廢棄物淋溶水對地下水、土壤的影響分析

依據(jù)浸出實驗結(jié)果，礦區(qū)廢石、尾礦渣為Ⅰ類固體廢物，故其淋溶水不會導致地下水水質(zhì)惡化及土壤的污染。

鍋爐灰渣屬于第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，其存儲場應按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599-2010)中Ⅱ類場要求執(zhí)行。爐渣臨時放在采選工業(yè)場地灰渣場，為了防止爐渣造成環(huán)境污染，建議灰渣場設計應防雨、防滲，盡量設計為封閉廠房，并及時由協(xié)議方(水泥廠)直接從灰渣廠房清運、綜合利用，并禁止與廢石共同存放在臨時周轉(zhuǎn)廢石場。嚴格按照上述方式執(zhí)行，其淋溶水也不會導致地下水水質(zhì)惡化及土壤的污染。

表4 尾礦浸出試驗結(jié)果

表5 鍋爐灰渣浸出試驗結(jié)果

2 礦山固體廢棄物的綜合回收利用

2.1 廢石、尾礦綜合利用

2.1.1 廢石、尾礦的礦物成分

研究固體廢棄物的組成和性質(zhì)是其資源利用的依據(jù)。礦區(qū)的主要固體廢棄物為廢石與尾砂。廢石是圍繞在礦體周圍的無價值巖石，經(jīng)鑒定分析，擬建項目廢石巖性主要為黑云變粒巖、其次為泥質(zhì)灰?guī)r和石英砂巖。尾砂為磁鐵礦石選礦后的產(chǎn)物。固體廢棄物各巖性的主要礦物成分為方解石、石英、斜長石、黑云母與角閃石，詳見表6。

表6 固體廢物的主要礦物成分

2.1.2 廢石、尾礦綜合利用

礦山廢石、尾礦排放規(guī)模大，為第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物，是良好的建筑材料[8]、路基填料，這也是目前礦山上廢石、尾礦的主要利用方向[9-15]。如銀山鉛鋅礦山利用尾礦已建成一個年產(chǎn)1000萬塊鈣化磚的磚廠，每年可利用尾礦3萬t，并有一定的經(jīng)濟效益[16]；又如鞍山礦渣廠年產(chǎn)10萬m3加氣混凝土砌塊，尾礦用量約3萬t/a[17]。

根據(jù)廢石、尾礦礦物成分分析，主要成分為石英、長石、角閃石、黑云母、方解石，主要礦物化學成分和具體用途見表7?？梢钥闯觯撼擞糜诮ㄖ牧?、路基填料外，還有其他較為廣泛用途，可100%綜合回收利用。

表7 廢石、尾礦主要化學組成和用途

(1)作為玻璃生產(chǎn)原料與研磨材料。礦山早期開采過程中，由于建井工作產(chǎn)生大量的石英砂巖，該礦區(qū)石英砂巖石英含量高，是良好的玻璃生產(chǎn)原料。此外石英莫氏硬度為7，硬度高，可制作成良好的研磨材料，也可用于制作拋光材料，可用于拋光玻璃、金屬、皮革、半導體、塑料、玉器等。如潘守芹[18]、張先禹[19]利用尾砂生產(chǎn)微晶玻璃與黑色玻璃。

(2)陶瓷原料。廢石與尾砂中的石英與長石是良好的陶瓷、搪瓷、耐火材料的原料，可用于制造陶瓷及搪瓷，磨粒磨具等。如張?zhí)炫d[12]利用尾砂生產(chǎn)彩釉外墻磚。

(3)水泥、石灰生產(chǎn)原料。礦山早期產(chǎn)生的大量泥質(zhì)灰?guī)r，可作為水泥與石灰的生產(chǎn)原料，建議賣給相鄰灰?guī)r礦山或直接賣給水泥廠家。

(4)土壤改良劑或肥料。廢石與尾砂中黑云母富含K元素肥料，是良好的鉀肥原料；灰?guī)r和斜長石中富Ca，與富含K與Fe的黑云母搭配是良好的無機復合肥料。此外，富含碳酸鈣的灰?guī)r呈堿性，是良好的土壤改良劑，施于酸性土壤中，達到綜合酸性，改良土壤的目的。

(5)造地復墾、植樹造林。由于尾砂中富含Ca，K，F(xiàn)e等元素肥料，可采用參合土壤、鍋爐灰渣，施撒一定的有機肥料，可造地復墾，植樹造林等。如中條山有色金屬公司在蓖子溝礦韓家溝、莫家溝[20]兩個服務期滿的尾礦庫覆土植被，造田27.33hm2，獲得糧食水果雙豐收。

(6)化工原料。石英磨成粉后可以用于塑料、橡膠等充填劑，可提高其耐磨性。此外，石英粉也可作為硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物等。

2.2 鍋爐灰渣綜合利用

鍋爐灰渣有多種用途，可用作水泥材料、筑路材料、墻體材料、陶瓷材料、耐磨材料和耐火材料等。目前我國的灰渣利用途徑主要是制磚，其次是作農(nóng)肥和土壤改良劑、水泥摻合料、建筑材料、路基填料、新土配料、水泥配料等。

本礦所產(chǎn)灰渣每年約有2750t，屬于第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，但除鍋爐灰渣pH值為9.16超標外，其余各指標均未超標。因此鍋爐灰渣可作為改良酸性土壤的改良劑；稍加處理后(添加一定量的酸性填料)也可外賣用作水泥材料、筑路材料、墻體材料、陶瓷材料、耐火材料等，可100%綜合回收利用。

3 結(jié)論

(1)王埝溝礦山主要固體廢棄物為廢石、尾礦和鍋爐灰渣，具有排放規(guī)模大、目前利用率低的特點。

(2)通過對廢石、尾礦的伽瑪能譜測量分析認為：廢石和尾砂的放射性含量較低，開采、選冶過程及固體廢棄物的綜合利用，不會對人體及環(huán)境造成放射性危害。

(3)根據(jù)固體廢棄物浸出試驗結(jié)果，廢石、尾礦為第Ⅰ類一般工業(yè)固體廢物，其貯存處置場應按GB18599-2001中Ⅰ類場要求執(zhí)行。

(4)鍋爐灰渣為第Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，其貯存處置場應按GB18599-2001中Ⅱ類場要求執(zhí)行。爐渣臨時放在采選工業(yè)場地灰渣場，為了防止爐渣造成環(huán)境污染，建議灰渣場設計應防雨、防滲，并綜合利用。嚴格按照上述方式執(zhí)行，其淋溶水也不會導致地下水水質(zhì)惡化及土壤的污染。

(5)對主要固體廢棄物(廢石和尾砂)的巖性組成、主要礦物特征和用途進行分析研究，提出了綜合回收利用的具體方向：如用于建筑材料、路基填料、玻璃生產(chǎn)原料、研磨材料、陶瓷原料、水泥、石灰生產(chǎn)原料、土壤改良劑或肥料、化工原料等。