河北省鐵礦山節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)展及對(duì)策措施

孟令剛

(中鋼集團(tuán)石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司)

河北省鐵礦山節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)展及對(duì)策措施

孟令剛

(中鋼集團(tuán)石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司)

礦業(yè)為河北省重點(diǎn)支柱產(chǎn)業(yè)，能耗高，對(duì)環(huán)境影響大。從優(yōu)化采礦工藝、推廣選礦新工藝和固體廢棄物綜合利用3個(gè)方面介紹了河北省鐵礦山節(jié)能減排的技術(shù)進(jìn)展，并從開(kāi)展資源綜合利用、發(fā)展節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)、加強(qiáng)礦山環(huán)境恢復(fù)治理工作和大力發(fā)展綠色礦山4個(gè)方向提出了鐵礦山節(jié)能減排的對(duì)策措施。分析認(rèn)為大力推行節(jié)能減排工作，提高資源和環(huán)境效率，發(fā)展綠色礦山，是實(shí)現(xiàn)河北省鐵礦山可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

鐵礦山 節(jié)能減排 采選工藝 綜合利用 環(huán)境恢復(fù) 綠色礦山

隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求持續(xù)上升，促進(jìn)了鐵礦山的快速發(fā)展。河北省鐵礦石的產(chǎn)量由2007年的3億t上升到2013年的4.4億t,河北省鐵礦山集約化、規(guī)模化發(fā)展水平大幅提升，但也付出了巨大的能源和環(huán)境代價(jià)。因此，必須大力推行節(jié)能減排，提高資源利用率，加強(qiáng)環(huán)境恢復(fù)治理，發(fā)展建設(shè)綠色礦山，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

1 河北省鐵礦山開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀

1.1 綜合能耗

河北省現(xiàn)有鐵礦山1 051座，其中，大型27座，中型94座，小型930座，分別占鐵礦山總數(shù)的比例是2.6%、8.9%、88.5%。近年來(lái)，河北省大型國(guó)有鐵礦露天采礦、地下采礦、選礦廠節(jié)能減排工作取得一定進(jìn)展，綜合能耗、節(jié)能技術(shù)處于行業(yè)平均水平。但鐵礦山中88.5%為小型民營(yíng)礦山，其采選綜合能耗及節(jié)能技術(shù)均明顯低于大型國(guó)有企業(yè)。

1.2 廢棄物排放

鐵礦山開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的廢棄物排放量巨大。目前，河北省鐵礦尾礦庫(kù)共2 848座，鐵礦尾礦堆存總量約為93 596萬(wàn)m3，主要分布在唐山和承德地區(qū)，2個(gè)地區(qū)占總量比例分別是48.93%、23.98%，詳見(jiàn)表1。河北省鐵礦廢石場(chǎng)共114個(gè)，廢石堆存總量約為38.83億t，主要分布在唐山和承德地區(qū)，2個(gè)地區(qū)占總量比例分別是68.58%、23.08%，詳見(jiàn)表2。

同時(shí)，河北省鐵礦山地質(zhì)環(huán)境治理率、土地復(fù)墾率、尾礦綜合利用率、廢石綜合利用率均較低。固體廢棄物對(duì)自然環(huán)境形成極大的危害：①占用、破壞土地，影響植物生長(zhǎng)，改變地形地貌，破壞生態(tài)環(huán)境和地面風(fēng)景；②污染水質(zhì)和土壤，危害生物，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，還會(huì)經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體，危及人體健康；③一些固體廢棄物形成地質(zhì)災(zāi)害，造成廢石滑動(dòng)塌方,引發(fā)泥石流,堵塞道路,摧毀居民區(qū)和建筑物，造成生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞。

表1 河北省鐵尾礦堆存量統(tǒng)計(jì)

表2 河北省鐵礦廢石統(tǒng)計(jì)

節(jié)能減排分為兩部分：其一為節(jié)約能源,降低能源消耗；其二為減少污染物排放。河北省鐵礦山節(jié)能工藝、技術(shù)和設(shè)備的開(kāi)發(fā)工作量大、前景廣闊。同時(shí)，鐵礦開(kāi)發(fā)產(chǎn)生的固體廢棄物排放量巨大，對(duì)自然環(huán)境和人體造成極大的危害。因此，河北省鐵礦山節(jié)能減排的工作量大,任務(wù)繁重。

2 節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)展

2.1 采礦工藝優(yōu)化

2.1.1 充填采礦技術(shù)

充填采礦法的優(yōu)點(diǎn)：①將采礦的固體廢料(尾礦、廢石)充填采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)減量排放或零排放，避免固體廢料對(duì)環(huán)境的污染；②礦山不建尾礦庫(kù)和廢石場(chǎng)，大量減少對(duì)土地的占用；③資源回采率達(dá)到90%以上，可使資源得到充分的利用；④可避免礦區(qū)地表產(chǎn)生塌陷，使礦體開(kāi)采不破壞地表的村莊、河流[1]。主要缺點(diǎn)是增加采礦成本，增加基建投資，對(duì)于開(kāi)采價(jià)值高的礦種比較適合。

河北省地下開(kāi)采鐵礦山原來(lái)多采用崩落法、空?qǐng)龇?。隨著相關(guān)政策的要求，鐵礦山越來(lái)越多采用充填法回采。目前尾礦充填技術(shù)日趨成熟，主要有干式充填和膠結(jié)充填。

2.1.2 大型露天鐵礦陡幫開(kāi)采

針對(duì)凹陷露天礦初期剝巖量大，生產(chǎn)剝采比大于平均剝采比的經(jīng)濟(jì)特征，采用陡幫開(kāi)采工藝，組合臺(tái)階開(kāi)采，工作幫坡角由原來(lái)10°～14°逐步提高到19°以上，該工藝可使露天礦山減少前期剝巖量，減少基建投資和推遲最終邊坡暴露時(shí)間，大幅度降低生產(chǎn)剝采比，節(jié)能減排效果十分顯著。司家營(yíng)研山鐵礦采用陡幫剝巖工藝，組合臺(tái)階高48～60 m，4個(gè)開(kāi)采水平為一組，工作平臺(tái)寬50 m，安全平臺(tái)寬15 m，工作幫坡角為22.66°，取得了很好的效果。

2.1.3 礦床三階段開(kāi)采

礦床按開(kāi)采方式可劃分為露天、露天轉(zhuǎn)地下和地下3個(gè)階段。根據(jù)礦體價(jià)值和開(kāi)采技術(shù)條件以及露天礦地面設(shè)施的布置、露天采坑的特點(diǎn)確定露天轉(zhuǎn)地下過(guò)渡方案。露天轉(zhuǎn)地下時(shí)要求能保證礦山安全性好、建設(shè)周期短、投資少和正常持續(xù)生產(chǎn)。合理確定3個(gè)階段開(kāi)采的時(shí)機(jī)，統(tǒng)籌規(guī)劃露天與地下開(kāi)采的工程布置，可使礦山的基建投資減少25%～50%，生產(chǎn)成本降低2%左右[2]。目前，由馬鞍山礦山研究院等單位提出的礦山露天轉(zhuǎn)地下三階段開(kāi)采技術(shù)已在石人溝鐵礦、廟溝鐵礦開(kāi)采中應(yīng)用。

2.2 選礦新工藝應(yīng)用

2.2.1 多碎少磨及預(yù)選拋廢技術(shù)

相對(duì)于達(dá)到工業(yè)品位的磁鐵礦而言，低品位、超貧磁鐵礦資源的特點(diǎn)是原礦品位低、選比大、單位成本高。

破碎磨礦能耗占整個(gè)選礦廠能耗的50%以上，而磨礦的能耗又占整個(gè)碎磨作業(yè)的70%以上。因而，低品位、超貧磁鐵礦選礦生產(chǎn)主要圍繞著多碎少磨、粗粒甩尾以及節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本而展開(kāi)。破碎后產(chǎn)品可經(jīng)過(guò)粉礦干選或磨前濕式預(yù)選大量甩尾，實(shí)現(xiàn)能丟早丟，減少磨礦階段能耗。

2.2.1.1 磨前干選

磨前干選甩尾工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟可靠。應(yīng)用的設(shè)備主要有粉礦干選機(jī)、懸浮式干選機(jī)。

粉礦干選機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，現(xiàn)已廣泛用于超貧磁鐵礦的干選作業(yè)中。承德天寶礦業(yè)、保利滿(mǎn)王礦業(yè)等均采用粉礦干選機(jī)進(jìn)行磨前甩尾作業(yè)，運(yùn)行穩(wěn)定，甩尾效果好，為企業(yè)開(kāi)發(fā)利用超貧磁鐵礦資源提供了技術(shù)保障。

懸浮式干選機(jī)作為新型的粉礦干選設(shè)備，采用對(duì)輥布礦，料層均勻，平面磁系分選區(qū)長(zhǎng)，磁性礦物更易被吸附，分選時(shí)主分選區(qū)處于懸浮松散狀態(tài)，分離徹底，分選效果好。承德柏泉鐵礦采選擴(kuò)能技改工程中已投入使用，替換原有的磁滑輪干選作業(yè)，甩尾率由原來(lái)的5.2%提高到20.24%，入磨品位提高1.12個(gè)百分點(diǎn)，廢石中磁性鐵含量由原來(lái)的1.16%降低到0.75%，效果顯著。

2.2.1.2 磨前濕式預(yù)選

隨著破碎設(shè)備的更新，破碎產(chǎn)品粒度的減小，細(xì)粉礦比例增加,特別是經(jīng)過(guò)高壓輥磨機(jī)破碎后的物料，物料粒度細(xì)，粉狀物料含量達(dá)到30%～50%，普通干選工藝對(duì)細(xì)粒度粉狀物料分選效果較差，磁性鐵損失大。因此高壓輥磨的破碎產(chǎn)品采用磨前濕式預(yù)選工藝，可顯著提高入選品位，保證磁性鐵回收率。磨前濕式預(yù)選磁選機(jī)應(yīng)根據(jù)破碎產(chǎn)品粒度選擇合理的槽體結(jié)構(gòu)：12～0 mm粒級(jí)可采用順流型槽體結(jié)構(gòu)；5～0 mm粒級(jí)可采用半逆流式槽體結(jié)構(gòu)或順流槽體結(jié)構(gòu)。

2.2.2 自磨機(jī)排礦細(xì)度提高

西石門(mén)鐵礦隨著開(kāi)采深部礦量的增加，礦物嵌布粒度變細(xì)，現(xiàn)行工藝設(shè)備狀況難以保證產(chǎn)品質(zhì)量,為此，通過(guò)對(duì)選礦工藝考察研究，提出了提高分級(jí)機(jī)細(xì)度的解決方案，即對(duì)自磨機(jī)自返裝置間距進(jìn)行調(diào)整，由14 mm調(diào)整為8 mm。此項(xiàng)措施延長(zhǎng)了礦石在自磨機(jī)中的磨礦時(shí)間，將分級(jí)機(jī)溢流細(xì)度提高至(70±5)%，保證了精礦品位合格。

2.3 綜合利用新技術(shù)應(yīng)用

2.3.1 尾礦利用

2.3.1.1 尾礦資源綜合利用技術(shù)

尾礦資源綜合利用技術(shù)主要包括鐵尾礦再選回收有價(jià)金屬，井下充填，制作水泥、磚、微晶玻璃及路基集料、建筑人工砂等[3-4]。開(kāi)展尾礦再選是提高資源利用率、減少尾礦排放的重要措施；尾礦充填井下采空區(qū)是消除尾礦的直接途徑；將尾礦加工成建筑材料，可以使尾礦變廢為寶，大大減少了礦山廢棄物的排放量。

首鋼礦業(yè)公司與有關(guān)單位進(jìn)行尾礦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究。目前，首鋼遷鋼公司200萬(wàn)t鋼新建工程完全使用尾礦骨料，還供應(yīng)北京、天津部分建筑工程，每年減少尾礦排放量 70萬(wàn)t，累計(jì)節(jié)省尾礦運(yùn)輸費(fèi)用130萬(wàn)元，少占用尾礦庫(kù)容量40萬(wàn)m3，延長(zhǎng)尾礦庫(kù)使用年限，經(jīng)濟(jì)效益明顯。同時(shí)，通過(guò)尾礦綜合利用，還減輕了對(duì)周邊環(huán)境的污染。

2.3.1.2 尾礦干排技術(shù)

尾礦干排是近年來(lái)國(guó)內(nèi)逐漸興起的一項(xiàng)新的尾礦處置工藝，是指尾礦經(jīng)高效脫水設(shè)備處理或添加固結(jié)劑形成含水低的餅狀尾礦砂，尾礦砂轉(zhuǎn)運(yùn)至固定地點(diǎn)進(jìn)行干式堆存。尾礦干排的主要特點(diǎn)：①對(duì)環(huán)境破壞少,占用土地少；②節(jié)約水資源；③降低尾礦庫(kù)的安全風(fēng)險(xiǎn)；④為尾礦堆放及采空區(qū)(包括露天采坑)的綜合治理開(kāi)辟了新途徑。

承德市灤平縣龍成鐵選廠鐵精礦生產(chǎn)規(guī)模為25萬(wàn)t/a，尾礦總排放量(含砂和泥)為38.36萬(wàn)t/a。尾礦經(jīng)過(guò)濾機(jī)濃縮脫水，采用干排處理，不設(shè)尾礦庫(kù)，大大減少了土地占有面積，減輕了對(duì)環(huán)境的影響，節(jié)省了建設(shè)尾礦庫(kù)的投資。同時(shí)，干排后尾礦進(jìn)行了綜合利用，經(jīng)多層振動(dòng)篩分和細(xì)砂回收系統(tǒng)分級(jí)處理后，獲得粗、中、細(xì)尾礦砂或尾礦泥，尾礦砂全部用于灤平縣張百灣鎮(zhèn)新興產(chǎn)業(yè)示范區(qū)作為建筑用砂，尾礦泥用于灤平縣張百灣鎮(zhèn)下洼子村建材公司作為磚瓦、砌塊原料。

2.3.2 廢石利用

廢石的綜合利用主要有兩方面：①加工成為建筑材料，粗粒級(jí)用作建筑石料、鐵路道渣，細(xì)粒級(jí)用作鋪路原料、人工砂；②綜合回收廢石中的有用組分，對(duì)剝離的廢石或老排土場(chǎng)廢石進(jìn)行再選，回收丟棄的磁性鐵[5]。

目前很多的露天礦山企業(yè)都在其老排土場(chǎng)安裝了廢石干選設(shè)備。首鋼礦業(yè)公司先后在大石河鐵礦裴莊排土場(chǎng)、二馬排土場(chǎng)以及水廠鐵礦河?xùn)|排土場(chǎng)建起10條粗選、2條精選系統(tǒng)，從廢石中干選回收礦石資源，規(guī)?？蛇_(dá)300萬(wàn)t/a以上，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 節(jié)能減排的對(duì)策措施

(1)從源頭做起，開(kāi)展資源節(jié)約與綜合利用技術(shù)研究。礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用是解決資源短缺的重要途徑，是提高礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最有效的辦法，是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的重要措施。結(jié)合省情和礦情，重點(diǎn)在礦產(chǎn)資源“三率”、共伴生礦產(chǎn)綜合利用、尾礦和固體廢棄物利用等方面開(kāi)展研究，使鐵礦山“三率”指標(biāo)和綜合利用率指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。

(2)開(kāi)展節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)研究，大力推進(jìn)節(jié)能減排工作。開(kāi)展高效采選技術(shù)與裝備、采選過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)與測(cè)控儀器設(shè)備、少?gòu)U無(wú)廢的礦山清潔生產(chǎn)等關(guān)鍵技術(shù)研究，降低鐵礦山電能和水資源消耗，并使“三廢”排放達(dá)標(biāo)，選礦廢水循環(huán)利用率達(dá)到97%以上或?qū)崿F(xiàn)選礦廢水零排放。

(3)加強(qiáng)技術(shù)交流，創(chuàng)新礦山生態(tài)環(huán)保技術(shù)。加強(qiáng)與省外、國(guó)外礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)治理機(jī)構(gòu)的合作與交流，引進(jìn)吸收先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，提高河北省鐵礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)的恢復(fù)治理工作水平，同時(shí)，研發(fā)鐵礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)治理工作新工藝、新技術(shù)，建設(shè)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境重建技術(shù)示范工程。

(4)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)綠色礦山。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,“綠色礦山”正逐漸成為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的發(fā)展方向。從鐵礦勘查、設(shè)計(jì)、建設(shè)、開(kāi)采、選礦，一直到礦山閉坑、復(fù)墾和生態(tài)環(huán)境重建全部統(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)開(kāi)采方式科學(xué)化、生產(chǎn)工藝環(huán)保化、企業(yè)管理規(guī)范化、閉坑礦區(qū)生態(tài)化，建設(shè)綠色礦山，減輕對(duì)周邊環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境影響，使礦山環(huán)境與區(qū)域環(huán)境和景觀相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)合理利用資源、保護(hù)環(huán)境、安全生產(chǎn)、社區(qū)和諧和礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

河北省鐵礦山的開(kāi)發(fā)與建設(shè)必須貫徹“在開(kāi)發(fā)中保護(hù)、在保護(hù)中開(kāi)發(fā)”的原則，樹(shù)立礦山開(kāi)發(fā)建設(shè)的新理念，以資源—能源—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境平衡發(fā)展為基點(diǎn)，合理開(kāi)發(fā)礦產(chǎn)資源，抓好節(jié)能減排工作，發(fā)展綠色礦山建設(shè)新技術(shù)，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、科技創(chuàng)新型礦山企業(yè)，盡可能降低礦山開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境的影響，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益良性循環(huán)，促進(jìn)河北省鐵礦山可持續(xù)發(fā)展。

[1] 周愛(ài)民.礦山廢料膠結(jié)充填[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2007.

[2] 常前發(fā),王運(yùn)敏.冶金礦山節(jié)能減排的技術(shù)現(xiàn)狀與對(duì)策措施[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2013(5):13-18.

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[4] 常前發(fā).我國(guó)礦山尾礦綜合利用和減排的新進(jìn)展[J].金屬礦山,2010(3):1-3.

[5] 龍 濤,余 斌.露采剝離廢石資源化節(jié)約綜合利用研究總述[J].有色金屬,2007(2):14-16.

2014-10-10)

孟令剛(1981—)，男，工程師，050021 河北省石家莊市槐安東路108號(hào)。