構(gòu)建有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)研究

楊高英

（河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北秦皇島066004）

構(gòu)建有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)研究

楊高英

（河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北秦皇島066004）

為了解決有色金屬礦山所面臨的環(huán)境污染和資源短缺的問題，提出了綠色礦山的發(fā)展模式，構(gòu)建有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)體系是實現(xiàn)綠色礦山的重要途徑。有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)體系依據(jù)工業(yè)生態(tài)學(xué)原理，以實現(xiàn)工業(yè)資源的有限輸入和工業(yè)廢物的有限輸出為目的，具體通過礦山清潔生產(chǎn)、預(yù)防廢物產(chǎn)生、廢物循環(huán)利用及最小量廢物必要處置等途徑實現(xiàn)。

有色金屬礦山；綠色礦山；二級生態(tài)工業(yè)體系；礦山廢物；清潔生產(chǎn)；廢物利用

有色金屬是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，有色金屬礦產(chǎn)資源也是一種不可再生的自然資源，隨著社會對有色金屬礦產(chǎn)資源需求量的日益增大，有色金屬礦山大量開采。在礦山開采的過程中，有色金屬礦山種類不同，產(chǎn)生的廢物的種類也不同，主要污染物包括含重金屬的固體廢物和含重金屬的廢水，表現(xiàn)為大氣污染、水體污染和土壤污染。

有色金屬礦山的大量開采導(dǎo)致了資源枯竭和環(huán)境污染速度的加快，為了應(yīng)對有色金屬礦山所面臨的這一問題，本研究提出了綠色礦山的模式和二級生態(tài)工業(yè)模式。綠色礦山即在礦山生產(chǎn)過程中，延長礦山使用期限，降低礦山生產(chǎn)對環(huán)境的擾動，保護(hù)礦山生態(tài)環(huán)境。二級生態(tài)工業(yè)，是當(dāng)代經(jīng)濟(jì)社會較為理想的生態(tài)工業(yè)模式，因此，構(gòu)建有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)體系，是實現(xiàn)綠色礦山的重要途徑。

1 有色金屬礦山廢物

1.1 有色金屬礦山固體廢物

有色金屬礦山固體廢物包括兩類：一是采礦過程中產(chǎn)生的廢石，二是選礦過程中產(chǎn)生的尾礦。在有色金屬礦物開采過程中，需要剝離地表土層和覆蓋巖層，因此會產(chǎn)生大量的廢石。我國有色礦山采剝比大多在1∶2～1∶8，最高達(dá)1∶14[1]。對目的礦物進(jìn)行分選富集的選礦過程也會產(chǎn)生大量尾礦，以銅硫礦為例，尾礦的產(chǎn)率約為原礦的50%～60%。

1.2 有色金屬礦山廢水

有色金屬礦山廢水主要包括礦坑廢水、廢石堆場的淋濾液以及選礦廢水。有色金屬礦物常以硫化礦為主，因此在廢石中常包含硫化物的組分，由于風(fēng)化、氧化以及微生物等的綜合作用，礦坑廢水和廢石堆場的淋濾液常呈酸性。由于有色金屬礦物中所含礦物組分的不同，廢水中常含有多種重金屬，因此礦坑廢水和廢石堆場淋濾液中的主要污染物有H+和重金屬離子。金屬硫化礦在堿性條件下表現(xiàn)出較好的可浮性，因此選礦廢水常呈堿性。

2 有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)模式

2.1 二級生態(tài)工業(yè)原理

生態(tài)工業(yè)以生態(tài)學(xué)的理論觀點考察工業(yè)代謝過程，即從取自環(huán)境到返回環(huán)境的物質(zhì)轉(zhuǎn)化全過程，研究工業(yè)活動與生態(tài)環(huán)境的相互關(guān)系，建立新的物質(zhì)閉路循環(huán)，建立自然生態(tài)鏈和人工生態(tài)鏈結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)。工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)包括四個基本組分，即“生產(chǎn)者”、“消費(fèi)者”、“再生者”、“外部循環(huán)環(huán)境”。

礦山工業(yè)系統(tǒng)可分為采礦作業(yè)、選礦作業(yè)和廢物處理三個子系統(tǒng)。礦山生態(tài)工業(yè)的目的就是要實現(xiàn)自然資源和能源的最合理化、經(jīng)濟(jì)效益最大化和對人類和環(huán)境危害的最小化?；诙壣鷳B(tài)工業(yè)原理，有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)模式可簡化為如圖1所示的模式：

圖1 礦山二級生態(tài)工業(yè)模式

由圖1可以看出，為實現(xiàn)礦山工業(yè)資源的有限輸入和工業(yè)廢物的有限輸出的目的，要求在采礦作業(yè)、選礦作業(yè)、廢物處理子系統(tǒng)之間以及內(nèi)部進(jìn)行廢物的減量化、再生利用以及再循環(huán)。

2.2 有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)途徑

2.2.1 礦山清潔生產(chǎn)

有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)應(yīng)以礦山生產(chǎn)過程為出發(fā)點，通過對生產(chǎn)過程的源頭預(yù)防和生產(chǎn)過程控制，實現(xiàn)資源、能源消耗的最小化和廢物產(chǎn)生的最小化。

礦山生產(chǎn)工藝和主要廢物產(chǎn)生環(huán)節(jié)如圖2所示：

圖2 礦山生產(chǎn)及廢物產(chǎn)生環(huán)節(jié)

由圖2可以看出，礦山生產(chǎn)包括掘進(jìn)、礦物開采、運(yùn)輸、碎礦與磨礦、分選、尾礦和廢石貯存等過程。在各過程中，需要消耗的資源有水、炸藥、木材、水泥、沙子等，消耗的能源包括電、油等，產(chǎn)生的廢棄物包括廢石、尾礦、廢水、粉塵以及廢石堆場的淋濾液等。

礦山清潔生產(chǎn)就是針對礦山生產(chǎn)過程，按照清潔生產(chǎn)審核程序，找出能耗高、物耗高、污染重的環(huán)節(jié)和部位，基于技術(shù)工藝、設(shè)備、管理、控制、員工、產(chǎn)品、原輔材料和能源、廢物八個方面，分析其原因，并尋找解決辦法，通過源頭削減和過程控制達(dá)到減少原輔材料的消耗、能源消耗及減少或避免廢物的產(chǎn)生和排放的目的。礦山清潔生產(chǎn)模式如圖3所示。

2.2.2 廢物產(chǎn)生的預(yù)防

圖3 礦山清潔生產(chǎn)模式

礦山產(chǎn)生的廢物主要為廢水和固體廢物，因此，預(yù)防廢物產(chǎn)生包括廢水預(yù)防和固體廢物預(yù)防兩個方面。

2.2.2.1 廢水的預(yù)防

廢水預(yù)防，就是要減少礦坑水、廢石場淋濾液以及選礦廢水的產(chǎn)生量。對于礦坑水，應(yīng)避免地表水的進(jìn)入，減少礦坑涌水，采礦過程做到合理用水；對于廢石場淋濾液，應(yīng)減少雨水進(jìn)入堆場；對于選礦廢水，要嚴(yán)格控制磨礦、分級、選別以及尾礦輸送等環(huán)節(jié)的濃度，減少廢水的產(chǎn)生。

2.2.2.2 固體廢物的預(yù)防

固體廢物的預(yù)防，就是在礦山生產(chǎn)過程中減少廢石和尾礦的產(chǎn)生量。對于采礦過程產(chǎn)生的廢石，宜合理規(guī)劃巷道和豎井，減少廢石的剝離量，降低原礦的貧化率；在選礦過程中，應(yīng)提高目的礦物的回收率，增加有價組分的回收，降低尾礦的產(chǎn)生量。

2.2.3 礦山廢物的循環(huán)利用

2.2.3.1 礦山固體廢物的循環(huán)利用

礦山固體廢物的利用包括廢石和尾礦的利用以及廢石和尾礦中有用組分的回收利用兩部分。

（1）礦山廢石和尾礦的利用

礦山廢石和尾礦主要回用于采礦作業(yè)，其利用途徑如圖4所示：

圖4 礦山固體廢物排放與回用

要實現(xiàn)廢石的零排放，不但要盡量減少廢石的產(chǎn)生，還需要以礦山系統(tǒng)為基礎(chǔ)充分利用廢石，以避免或減少廢石的排放。采用廢石和尾礦作為采礦區(qū)的充填材料，可以大幅度降低廢石和尾礦的排放。廢石和尾礦的井下填充，是我國有色金屬礦山廢石和尾礦利用的主要途徑。目前，我國銅綠山銅鐵礦、武山銅礦、紅透山銅礦等礦山均采用廢石和尾礦作為充填材料。

此外，礦山廢石和尾礦的處理還應(yīng)推廣應(yīng)用充填采礦工藝技術(shù)，提倡廢石不出井；采用塵源密閉、局部抽風(fēng)、安裝除塵裝置等措施，防治破碎、篩分等選礦作業(yè)中的粉塵污染；對采礦活動所產(chǎn)生的固體廢物，應(yīng)使用專用場所堆放，并采取有效措施防止二次環(huán)境污染及次生地質(zhì)災(zāi)害；積極推廣尾礦的貯存和綜合利用等。

（2）廢石和尾礦中有用組分的回收利用

有色金屬礦山固體廢物既是一種污染物，也是一種可以利用的資源，對廢石和尾礦中的有用組分進(jìn)行回收是實現(xiàn)廢物資源化和減少礦山廢石和尾礦污染環(huán)境的重要手段。如德興銅礦將一個廢石容量4億t的廢石場和另一個廢石容量7億t的廢石場建成兩個銅堆浸廠，年產(chǎn)銅分別為200 t和2000 t。據(jù)初步估算，所有廢石堆浸服務(wù)期限約為40～50 a，可回收約30.8萬t銅。美國有色金屬礦山的資源綜合利用率為76%～90%，比我國高3%～17%。[3]

2.2.3.2 礦山廢水的循環(huán)利用

廢水直接回用或經(jīng)過處理后回用，可以最大限度地利用廢水，既能減少廢水的排放量，減輕環(huán)境污染，又能減少新水補(bǔ)充，節(jié)省水資源，解決日益緊張的供水問題。礦山廢水的產(chǎn)生和回用方式如圖5所示：

圖5 礦山廢水產(chǎn)生與回用

廢水的回用，包括直接回用和間接回用。如尾礦庫廢水回用于選礦或采礦過程；酸性礦坑水和堆場淋濾液回用于選礦過程，改變選礦的工藝條件或中和選礦廢水的堿度。如某銅礦將酸性廢水回用于選硫過程，硫回收率能達(dá)到90%以上[4]。某金銅礦山采用反滲透工藝處理酸性廢水，通過兩段處理，水回收率為36.79%，實現(xiàn)了廢水的凈化回收。[5]

廢水的利用還包括堆廢水中污染物組分的回收利用。如對礦山含銅酸性廢水，采用石灰調(diào)pH—鐵屑置換—石灰沉淀法進(jìn)行試驗。結(jié)果表明，廢水中的銅經(jīng)鐵屑置換后，形成的海綿銅品位為20.53%，廢水中銅回收率達(dá)到96.7%[6]。采用反滲透工藝處理含銅酸性廢水，利用硫化沉淀處理反滲透濃縮液，沉淀物銅品位為26%，銅回收率達(dá)74%[5]。

2.2.4 最小量廢物的必要處置

對于礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的最小廢物，應(yīng)進(jìn)行必要處置，以避免或降低其對環(huán)境的危害。

2.2.4.1 廢水

由于選礦廢水可以全部回用于選礦過程，因此最小量的廢水主要為礦坑水和堆場淋濾液。由于礦坑水和堆場淋濾液呈酸性，含有重金屬離子，因此，對于此類廢水的必要處置應(yīng)采用中和沉淀法，處理后廢水回用于采礦和選礦生產(chǎn)過程或排放。

2.2.4.2 固體廢物

對于最小量的固體廢物，如廢石堆、尾礦庫，宜隔絕空氣和雨水，避免廢石和尾礦的風(fēng)化、氧化以及微生物作用，減少酸性廢水和重金屬污染物的產(chǎn)生，其方法主要有噴灑瀝青、泥土覆蓋、種植植被等。礦山開采企業(yè)應(yīng)采用采（選）礦—排土（尾）—造地—復(fù)墾技術(shù)，將廢棄地復(fù)墾計劃納入礦山的日常生產(chǎn)與管理，實現(xiàn)礦山廢棄地的復(fù)墾。

3 結(jié)語

構(gòu)建二級生態(tài)工業(yè)模式的有色金屬礦山生產(chǎn)系統(tǒng)，是礦山解決生產(chǎn)過程所面臨的資源短缺和環(huán)境污染問題的最佳模式。有色金屬礦山二級生態(tài)工業(yè)的具體實現(xiàn)途徑是礦山清潔生產(chǎn)、廢物產(chǎn)生的預(yù)防、廢物的循環(huán)利用及最小量廢物的必要處置。

[1]李明立，原振雷，朱嘉偉.礦山固體廢物對環(huán)境的影響及綜合利用探討[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2005(4)：38-41.

[2]周愛民.工業(yè)生態(tài)型金屬礦床開采模式[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2006，26（6）：11-15.

[3]王湖坤，龔文琪，劉友章.有色金屬礦山固體廢物綜合回收和利用分析[J].金屬礦山，2005（12）：70-72.

[4]沈佩忠，雷兆武.利用礦山酸性水選硫的試驗研究[J].江西有色金屬，2002，16(3)：16-18.

[5]陳明，倪文，黃萬撫.反滲透處理金銅礦山酸性廢水[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2008，23（8）：95-99.

[6]雷兆武，劉茉.礦山含銅酸性廢水處理研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2005，32（6）：31-32.

Study on Constructing Secondary Ecological Industry in Non-ferrous Metal Mines

Yang Gaoying
(Hebei Professional Technology Institute of Construction and Material,Qinhuangdao Hebei 066004,China)

The mode of green mines was developed to solve the problem of environmental pollution and resource shortage in non-ferrous metal mines,the important approach to realize green mines was to build the secondary ecological industrial system in non-ferrous metal mines.The secondary ecological industrial system based on the principle of industrial ecology and achieved the goal of less industrial resources consumption and less industrial waste production,its approach included mine clear production,waste prevention,waste recycle,and the essential disposition of minimum waste.

non-ferrous metal mines;green mines;the secondary ecological industrial system;mine waste;clear production;waste recycle

X171.4

A

1008-813X（2012）04-0022-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.04.007

2012-05-12

楊高英（1976-），女，山東臨沂人，畢業(yè)于燕山大學(xué)管理科學(xué)與工程專業(yè)，碩士，講師，主要從事管理科學(xué)與工程的研究與教學(xué)工作。