我國金屬礦山固體廢物污染及其對策分析

龍 濤，劉太春，高玉寶

(1.北京礦冶研究總院，北京 100044；2.河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司，河北 唐山 063000；3.赤峰大井子礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025250)

金屬礦山固體廢物是指礦山開采和礦物加工過程中產(chǎn)生的廢石和尾礦。廢石是礦山開采過程中排出的無工業(yè)價值的礦體圍巖和夾石。對于露天開采，就是剝離下來的礦體表面圍巖；對于井下開采，就是掘進時采出的不能作為礦石使用的夾石。據(jù)統(tǒng)計，目前有色金屬礦山每采出1t礦石，平均約產(chǎn)生1.25t廢石，廢石年產(chǎn)生量高達1.06億t，建國以來累計量高達21.5億t；有色金屬礦山每采出1t礦石，平均約產(chǎn)出0.92t尾砂，尾砂年產(chǎn)生量達7780萬t，累計量約11億t，利用率僅為6%，占地約8000hm2。

金屬礦山是排出固體廢物最多的行業(yè)之一，也是重金屬污染的源頭之一。在我國，由于受傳統(tǒng)工藝和經(jīng)營方式所限，把大量固體廢物棄于地表，造成資源浪費，占用土地，污染環(huán)境，危害人類。目前，最引起人們注意的是汞、鎘、鉻、鉛等。重金屬隨廢水廢渣排出時，即使?jié)舛群苄?，也可能造成危害?/p>

1 金屬礦山固體廢物的來源

近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速穩(wěn)定發(fā)展，金屬礦山固體廢物也逐年增長。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2006年，全國礦業(yè)開發(fā)占用和損壞的土地面積為154.5萬hm2，其中尾礦堆放91.5萬hm2，露天采坑23.0萬hm2，采礦塌陷區(qū)33.0萬hm2。

2006年，工業(yè)固體廢物排放量超過100萬t的行業(yè)，為煤炭開采和洗選業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)、黑色金屬冶煉業(yè)、黑色金屬礦采選業(yè)等4個行業(yè)。這4個行業(yè)工業(yè)固體廢物排放量，占統(tǒng)計工業(yè)行業(yè)固體廢物排放總量的69.9%。

具體說來，在金屬礦山采礦、選礦和冶煉(我國金屬礦山主要為采、選聯(lián)合企業(yè))生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生污染的固體廢物有：①基建及生產(chǎn)時期剝離的覆蓋層和巖石；②地面及井下開采過程中產(chǎn)生的表外礦石、巖石，即開采產(chǎn)生的廢石；③尾礦、水砂、廢石填料，露天及井下裝載、運輸、卸礦過程中撒下的礦石；④金屬冶煉過程中各種冶金爐(反射爐、電爐、鼓風爐、煙化爐)等產(chǎn)生的爐渣，電解產(chǎn)生的陽極泥等。其中，產(chǎn)生量較大的一類是礦山采礦產(chǎn)生的廢石，另一類是礦山選礦產(chǎn)生的尾礦。

2 礦山固體廢物的危害

我國政府對礦山排放污染物制定了一系列法律法規(guī)、標準，但目前僅礦山廢水的排放控制、污染治理取得了一定成效，這與各級政府、企業(yè)及科研單位的關注及重視是分不開的。而以廢石、尾礦為主的礦山固體廢物大量排放，不僅侵占大量土地，破壞自然景觀，形成重要危險源，而且其成分十分復雜，含有多種有害成分甚至放射性物質(zhì)，可污染礦區(qū)和周圍環(huán)境，構成嚴重的社會公害。

2.1 破壞生態(tài)平衡

礦山固體廢物的危害，首先突出表現(xiàn)在對土地的占用和破壞上。為此，一些國家專門制定了相關的法律、法令及規(guī)章條例，對礦山企業(yè)占用、破壞土地加以嚴格控制。由于金屬礦山超負荷開采，固體廢物占據(jù)大片地表面積，超過生態(tài)環(huán)境承載能力，其后果是不僅大量侵占了農(nóng)業(yè)耕地，直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且覆蓋大片森林，大批植被被掩埋，造成植物、動物的物種減少。某些金屬礦產(chǎn)區(qū)綠山變成了石山、禿山，水土流失逐年加劇，堵塞河流，摧毀農(nóng)田。規(guī)模較大的廢石堆，在風力、水力、重力等自然力的作用下，容易引起滑坡、塌落，雨水量大時易導致泥石流的發(fā)生。特別是生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，如西藏、青海、內(nèi)蒙古等，生態(tài)環(huán)境一旦破壞，就很難修復重建。

2.2 污染環(huán)境

長期堆存的礦山地表固體廢物，終年暴露于大氣中，往往會因風化作用而變成粉狀，在干旱季節(jié)和風季里，易揚起大量粉塵而污染礦區(qū)的大氣環(huán)境。對河南幾個有色金屬礦山的調(diào)查實測表明，由廢石尾礦揚起的粉塵，導致礦區(qū)采場和生活福利區(qū)空氣中的粉塵含量超標10～14倍，礦區(qū)的大氣污染相當嚴重。含硫廢石堆在大氣供氧充分及雨水沖刷、滲漏的條件下，可能會導致自熱和自燃，從而產(chǎn)生大量SO2、H2S等有毒有害氣體，污染礦區(qū)及周圍大氣環(huán)境，危害礦區(qū)植物和附近農(nóng)作物的生長。

金屬礦山的廢石、尾礦等固體廢物，是造成礦山水體污染酸化，使水體含大量金屬和重金屬離子的主要一次及二次污染源。由于礦山廢石及尾礦量逐年增加，堆場越來越大，每逢雨季，大量的堆場固體廢物流失，造成水溪、河流堵塞，使水體受到嚴重污染。如廣東某露天礦，在開采初期，將每年排放的100多萬t尾礦和3000多萬m3泥漿水全部灌人附近農(nóng)田與河道，致使良田嚴重砂化，河水泥沙含量急劇增高，最后導致河流淤塞，河床升高，水體嚴重污染。

金屬礦山固體廢物中含有多種有毒有害物質(zhì)，如重金屬元素及一些放射性元素等。這些有毒有害物質(zhì)隨著雨水流失，與廢石中的含硫礦物引發(fā)的酸性廢水一起污染水體(包括地表水和地下水)和土壤，并被植物的根部所吸收，影響農(nóng)作物生長，造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)。如江蘇某硫鐵礦，由于廢石堆中含有硫化物，在空氣、水以及細菌的綜合作用下生成硫酸，每逢降雨，酸性廢水便流人附近的農(nóng)田和太湖中，致使農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，湖魚死亡。更可怕的是，這些有毒有害物質(zhì)會通過食物鏈進入人體，從而危及人體健康。

此外，金屬礦山固體廢物中的重金屬元素，由于各種作用滲入到土壤中，會導致土壤毒化，造成土壤中大量微生物死亡，土壤逐漸失去腐解能力，最終砂化變成“死土”。不少金屬礦山的固體廢物中，還含有放射性物質(zhì)。據(jù)實測資料統(tǒng)計，在非鈾金屬礦山當中，有30%以上礦山的礦巖中含有放射性物質(zhì)。含放射性物質(zhì)的金屬礦山固體廢物，不但不宜作建筑材料使用，而且還必須進行嚴格的處理，否則會使礦區(qū)及周圍環(huán)境的污染范圍擴大，引起嚴重后果[1]。

2.3 引發(fā)工程地質(zhì)災害

金屬礦山固體廢物長期堆放，不僅在經(jīng)濟上造成巨大的損失，還會誘發(fā)重大的地質(zhì)與工程災害，如排土場滑坡、泥石流、尾礦庫潰壩等，給國家及社會帶來極大的損害。據(jù)統(tǒng)計，目前掌握全國共有尾礦庫12655座，其中危庫613座、險庫1265座、病庫3032座、正常庫7745座。2001～2007年，全國共發(fā)生43起尾礦庫事故。

我國非煤礦山每年產(chǎn)出尾礦約3億t，基本上堆存在大約1500座尾礦庫中，其中80%屬于黑色、有色冶金礦山，其他行業(yè)占20%。這些庫中，最大設計壩高260m，超過100m的有26座，庫容大于1×108m3的有10座。壩高小于30m的小庫占80%左右。但20%的大、中型庫的庫容占總設計庫容的80%。同時，非煤礦山中，有許多尾礦庫的地理位置十分重要，有的位于大江、大湖、重要水源地上游，有的位于重要公交設施上游，有的在密集的居民區(qū)上游。由于尾礦庫的建設標準低，筑壩、維護、管理技術水平較低，大量的尾礦庫帶病運行，又得不到有效的治理，其安全狀況不容樂觀。在這些尾礦庫中，正常運行的不足70%，相當數(shù)量的尾礦庫處于險、病、超期服務狀態(tài)，這是一個巨大的潛在隱患。

3 固廢污染的對策分析

隨著我國人口的增加和經(jīng)濟的發(fā)展，對金屬礦物原料的需求量增加，礦產(chǎn)資源消耗加劇，環(huán)保壓力越來越大，人們不得不轉(zhuǎn)向依靠科技進步來開展礦山固體廢物的綜合回收和利用，從工業(yè)的源頭控制重金屬污染，化害為利，變廢為寶。因此，從開采的源頭控制固體廢物(特別是含有鉛、汞、鉻、砷、鎘等有害元素)的資源化利用，是金屬礦山清潔生產(chǎn)亟待解決的首要技術問題，從而改變長期以來金屬礦山(特別是重金屬礦山)開采過程中礦山環(huán)境保護末端治理、治標不治本的現(xiàn)狀。北京礦冶研究總院經(jīng)過多年的技術積累與沉淀，基本形成了金屬礦山開采過程固體廢物源頭控制的成套關鍵技術。主要有：①金屬礦山井下廢石就地高效充填綜合技術。廢石可以井下就地消納，實現(xiàn)井下廢石不出坑，從而徹底解決井下生產(chǎn)礦山的廢石排放問題，并相應節(jié)約因提升和運輸廢石所產(chǎn)生的能源消耗。②膏體全尾砂充填技術。不僅為解決充填本身存在的一些問題提供了有效的途徑，而且為實現(xiàn)無廢開采開辟了廣闊的前景。實現(xiàn)減小或取消建設尾礦庫、降低水泥消耗及充填成本，提高選礦廢水回收利用率，而且可以大大改善坑內(nèi)外的環(huán)境，徹底解決尾礦的處置問題。③金屬礦山無/少廢采掘工藝技術。該技術可以實現(xiàn)金屬礦山無/少廢開拓系統(tǒng)，即露天開采低剝采比或地下開采低采掘比的開拓系統(tǒng)，形成低貧化采礦工藝技術，建立已建礦山無廢采礦工藝的技術改造理論與方法，從金屬礦開采的源頭控制固體廢物的產(chǎn)出，取得較好的社會、生態(tài)、經(jīng)濟和資源效益。④復雜開采環(huán)境下低貧損采礦技術。在資源開發(fā)最前端減少礦石的貧化損失，從而大大減少了廢石的產(chǎn)出，保障安全的條件下，盡可能多回收國家寶貴的礦產(chǎn)資源。

對于金屬礦山采掘業(yè)來說，不產(chǎn)生固體廢物是不現(xiàn)實的。按科學發(fā)展觀的指導思想，我們應該盡量做到減量化，然后考慮資源化、無害化。對金屬礦山的尾礦(渣)及廢石的資源化處理，首先要遵循“減量化、資源化、無害化”原則，主要考慮的是就地消化，盡可能地合理利用，化害為利，同時采取防護措施，減少它們對環(huán)境的污染。對待需要資源化處理的金屬礦山固體廢物，不僅要考慮回收礦物的效果(損失與貧化)及其經(jīng)濟利益，而且要考慮環(huán)境效益和社會效益。

國家有關部門可以通過經(jīng)濟杠桿和行政性強制政策，來鼓勵和支持礦山固體廢物資源化技術的開發(fā)和應用，從消極的污染治理轉(zhuǎn)為回收利用，向廢物索取資源，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。

4 結 語

我國政府多次明確指出，要“以盡可能少的資源消耗和盡可能小的環(huán)境代價，取得最大的經(jīng)濟產(chǎn)出和最少的廢物排放，實現(xiàn)經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益相統(tǒng)一，建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會?！币虼耍V山主管部門應該積極引導金屬礦山企業(yè)對采礦工藝進行優(yōu)化，加大科研、環(huán)境保護投入，因地制宜攻克金屬礦山開采過程固體廢物源頭控制技術，從開采的源頭控制固體廢物的減量化、資源化，從而減小對礦區(qū)環(huán)境的影響，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會和諧發(fā)展的共贏。

[1] 陳華君，劉全軍.金屬礦山固體廢物危害及資源化處理[J]. 金屬礦山, 2009(4): 154-156.

[2] 龍濤，郭文晶.非煤礦山重大安全隱患整體解決方案研究[J]. 有色金屬(礦山部分), 2009, 61(6): 26-28.

[3] 于潤滄.采礦工程師手冊(上)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009：23-25.