海南石碌鐵礦廢石資源特征及綜合利用

劉朝露,齊文濤

(1.海南省資源環(huán)境調(diào)查院,海南 ?？?570206; 2.海南省九三四地質(zhì)大隊,海南 ?？?570206)

海南石碌鐵礦廢石資源特征及綜合利用

劉朝露1,2,齊文濤2

(1.海南省資源環(huán)境調(diào)查院,海南 海口 570206; 2.海南省九三四地質(zhì)大隊,海南 ?？?570206)

通過對海南石碌鐵礦五個廢石堆場的現(xiàn)場調(diào)查、測量、采樣分析等工作,基本查明石碌鐵礦廢石資源的分布、規(guī)模及圍填海工程填充物物質(zhì)成分限值等特征,對礦區(qū)內(nèi)堆存的廢石進行綜合分析與評價,指明了綜合利用方向。

廢石資源;圍填海工程;綜合利用

隨著海南明珠島、如意島、海花島、日島、月島、洋浦港、三亞新機場以及南海島礁建設(shè)等填海造陸工程項目的推進,圍填海的石料出現(xiàn)了嚴重供不應(yīng)求的局面;然而,海南國際旅游島的建設(shè),又對環(huán)境保護提出了非常嚴格的要求,開山取石的項目審批難度較大[1-6]。因此,如何在保護好環(huán)境的前提下,既能充分利用島內(nèi)現(xiàn)有的資源,又能滿足工程項目建設(shè)的需求,是海南省礦管部門急需解決的重大課題。本文重點闡述石碌鐵礦廢石資源的特征,并進行綜合分析與評價,指明綜合利用方向。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

石碌鐵礦位于海南省昌江黎族自治縣石碌鎮(zhèn)南部,地理坐標:東經(jīng)109°01′00″～109°05′45″,北緯19°11′30″～19°15′00″,面積44.75 km2。是中國著名的大型火山沉積—變質(zhì)鐵礦床,也是中國最大的富鐵礦石主要生產(chǎn)基地之一。

石碌鐵礦在構(gòu)造上屬于華南褶皺系五指山褶皺帶中抱板隆起帶與白沙坳陷帶接觸部位的一部分,出露地層主要為青白口系石碌群(QnS)和震旦系石灰頂組(Zs),另有小面積的古生代和中生代地層分布。地層以石碌群為主,厚度大,早期沉積巖經(jīng)構(gòu)造運動及巖漿活動,均變質(zhì)成變質(zhì)巖,變質(zhì)巖主要有絹云母片巖、石英巖、結(jié)晶灰?guī)r等,礦區(qū)地層褶皺扭曲強烈,地層巖性與構(gòu)造極為復(fù)雜。

2 廢石資源特征

該礦山于1957年開始投入生產(chǎn),設(shè)計年限58年,礦山為露天開采,設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模460萬t/年,主要對出露標高512 m的北一鐵礦體和南礦鐵礦體進行露采,現(xiàn)采礦最大深度為0 m標高,已逐漸開始轉(zhuǎn)入地下開采。礦區(qū)廢石堆場5處(圖1),編號分別為1號堆場—5號堆場,堆存總量達1.65億m3,下面分別介紹五個廢石堆場的資源特征。

2.1 廢石的分布特征

1號堆場(也稱280排土場)是礦區(qū)內(nèi)最大的堆體,位于楓樹下采場以南,堆體海拔標高+155～+335 m,地表形態(tài)呈沖積扇狀,堆體呈NW-SE走向,堆體中間厚65～85 m,頂?shù)變啥酥饾u減薄直至尖滅,堆體產(chǎn)狀整體南西傾,并在南西側(cè)形成30°～50°的邊坡角,邊坡線長約2 700 m,占地面積2 km2,經(jīng)估算廢石資源量10 800萬m3;2號堆場(也稱172排土場)位于北一采場西北角,是礦區(qū)內(nèi)第二大堆體,地表形態(tài)呈不規(guī)則橢圓狀,堆體標高+100～+450 m,堆體自南東向北西順山勢堆存,堆體產(chǎn)狀北西傾,邊坡角30°～50°,坡腳線長約1.3 km,堆體厚度一般在北西段較為穩(wěn)定,厚30～65 m,南東段因原山體地形起伏較大堆體厚度變化也較大,厚2.5～40 m不等,占地面積約1.7 km2,經(jīng)估算廢石資源量5 236萬m3;3號堆場為保秀區(qū)段地下開采廢石資源臨時堆存地,規(guī)模不大,經(jīng)估算廢石資源量約為273萬m3;4號堆場位于南礦采場的西側(cè),主要由三個不連續(xù)的小堆體組成,規(guī)模較小,經(jīng)估算廢石資源量約91萬m3;5號堆場位于正美山采場東側(cè),規(guī)模小,經(jīng)估算廢石資源量85萬m3。

圖1 石碌鐵礦區(qū)廢石堆場分布衛(wèi)星影像圖Fig.1 Satellite image of waste rock yard distribution in Shilu Iron Mine area

2.2 廢石的巖石學(xué)特征

廢石堆體的巖石類型種類較多,巖性復(fù)雜,堆體主要由二透巖、白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)砂巖、石英巖、千枚巖、片巖、花崗巖、板巖和其他巖類(糜棱巖、角礫巖、輝綠巖等)構(gòu)成,堆體中含量最多的是二透巖、石英巖和白云質(zhì)灰?guī)r。

2.3 廢石的化學(xué)成分特征

根據(jù)礦區(qū)巖石學(xué)特征,在5個廢石堆場分別采集了15件樣品進行了圍填海工程填充物質(zhì)成分限值檢測,其中1號堆場5件(ST03、ST2-7、ST2-8、ST2-9、ST2-11),2號堆場5件(ST09、ST10、ST2-1、ST2-2、ST2-4),3號堆場2件(ST2-13、ST2-15),4號堆場1件(ST2-5),5號堆場2件(ST05、ST2-14),樣品分析測試結(jié)果見表1。

樣品分析測試結(jié)果表明:所有樣品的材質(zhì)、氣味、塊體大小均符合《圍填海工程填充物質(zhì)成分限值》(GB30736—2014)標準要求,樣品無異味、異臭,塊體相對密度較大(均值2.84 g/cm3,最大值3.08 g/cm3,最小值2.64 g/cm3),均大于海水相對密度(一般1.025 g/cm3),大腸菌群濕重比個數(shù)均未檢出,γ輻射劑量率(均<10 nGy/h)低于海南省均數(shù)180 nGy/h、全國均數(shù)80 nGy/h和世界均數(shù)57 nGy/h,表明巖石的γ輻射劑量率在海南省正常室外天然輻射背景值范圍內(nèi)。其中有3件樣品的硫化物(S2-)含量未能達到第一類圍海工程填充物質(zhì)要求,ST03號白云質(zhì)灰?guī)r樣品S2-含量為692×10-6,符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求(S2-含量取值范圍為:500×10-6～720×10-6),ST2-5號大理巖樣品S2-含量為349×10-6,符合GB30736—2014的第二類圍海工程填充物質(zhì)要求(S2-含量取值范圍為:300×10-6～500×10-6);ST2-15號花崗巖樣品S2-含量為331×10-6,符合GB30736—2014的第二類圍海工程填充物質(zhì)要求。4件樣品的砷(As)含量未能達到第一類圍海工程填充物質(zhì)要求,ST05號白云巖樣品As含量為79.8×10-6,符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求(As含量取值范圍為:65×10-6～112×10-6);ST09號變質(zhì)砂巖樣品As含量為28.4×10-6,符合第二類圍海工程填充物質(zhì)要求(As含量取值范圍為:20×10-6～65×10-6);ST10號千枚巖樣品As含量為70.6×10-6,符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求;ST2-13號變質(zhì)石英砂巖樣品As含量為32.6×10-6,符合第二類圍海工程填充物質(zhì)要求。2件樣品的銅(Cu)含量未能達到第一類圍海工程填充物質(zhì)要求,其中ST10號千枚巖樣品Cu含量為50.2×10-6,符合第二類圍海工程填充物質(zhì)要求(Cu含量取值范圍為:35×10-6～100×10-6);ST2-14號二透巖樣品Cu含量為105×10-6,符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求(Cu含量取值范圍為:100×10-6～240×10-6)。ST10號千枚巖樣品銅(Cu)含量符合第二類圍海工程填充物質(zhì)要求,而砷(As)含量符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求,綜合認為該件樣品符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求。

綜上所述,本次所采集的15件樣品共有7件樣品(樣品編號分別為ST2-1、ST2-2、ST2-4、ST2-7、ST2-8、ST2-9、ST2-11)達到第一類圍海工程填充物質(zhì)要求,11件樣品(樣品編號分別為ST09、ST2-5、ST2-13、ST2-15)達到第二類圍海工程填充物質(zhì)要求,15件樣品(樣品編號分別為ST03、ST05、ST10、ST2-14)均符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求。

2.4 廢石的物理機械性能

本次工作在廢石堆場共采取了8組具有代表性的樣品,結(jié)果表明:各堆體石料的飽和抗壓強度除片巖以外均在120 MPa以上,飽和抗剪切強度以及抗腐蝕性能良好,能夠達到填海用石料和建筑用石料的質(zhì)量要求。

2.5 廢石的天然放射性強度

野外伽瑪總量剖面測量結(jié)果表明,礦區(qū)內(nèi)廢石的伽瑪照射量率一般在3.0 nc/kg·h左右,除個別測點測值稍偏高(最高6.5 nc/kg·h),其他測點均低于《天然石材產(chǎn)品放射性防護分類控制標準》(JC518—1993)要求的5.2 nc/kg·h,該類材料的使用范圍不受限制。

表1 石碌礦區(qū)廢石圍填海工程填充物質(zhì)成分限值測試結(jié)果表Table 1 The limit test results table of the filling material composition of the waste rock in Shilu Iron Mine area for reclamation projects

2.6 廢石的塊度大小特征

1號堆場巖石塊度大小不均,多數(shù)巖石直徑在10 cm以下,10～40 cm大小不等的巖塊散落其中,因局部堆場地表植被覆蓋,僅在堆場邊坡及頂部清晰可見,巖塊分選性局部稍好,整體一般,因堆體邊坡角局部較陡,時間較久,存在重力分異現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在巖石排放過程中,較大巖塊(10 cm以上)沿堆存邊坡滑落至堆場底部,粒度較小的巖塊(5 cm以下)主要留存在堆體頂部和邊坡;2號堆場巖石塊度分選性較差,塊度大小多集中在50 cm以下和1 m以上,巖塊從堆場底部至頂部無明顯重力分級現(xiàn)象,僅在堆體外邊坡底部堆存有堆體頂部滑落的較大巖塊(一般50～100 cm),邊坡中間及頂部主要為直徑50 cm以下及1 m以上的巖塊;3號堆場巖石塊度直徑大多集中在5～10 cm,個別最大達到1.5 m,最小1 cm以下;4號堆場因堆體頂部主要用以堆放礦石,一般堆體底部巖石塊度較大,巖石直徑一般10～50 cm不等,最大有1 m,頂部主要為破碎小巖塊和泥土組成,直徑一般在1 cm以下;5號堆場因巖石主要源于地采,巖石普遍較為破碎,主要巖石塊度集中在10 cm以下,個別較大可達50 cm。

3 廢石資源評價與綜合利用途徑

3.1 廢石資源評價

本次項目根據(jù)各堆場的典型巖石類型進行了采樣,共送檢分析了8組巖石物理力學(xué)試驗樣、15件圍填海工程填充物質(zhì)成分限值檢測樣(表1),測試結(jié)果表明,所有的樣品均符合建筑用石料的質(zhì)量要求,均可用作第三類圍填海工程填充物質(zhì)(表2)。

表2 石碌鐵礦廢石資源圍填海工程成分限值檢測可用類別一覽表Table 2 Component limit detection available category list of the waste rock in Shilu Iron Mine area for reclamation projects

根據(jù)石碌鐵礦廢石的資源特點,結(jié)合樣品分析測試結(jié)果,該礦山廢石的綜合利用途徑主要有:

(1) 用作圍填海工程填充物質(zhì)。圍填海工程填充物質(zhì)成分限值檢測結(jié)果表明,所有的樣品均符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求,可作為第三類圍填海工程填充物質(zhì)使用。

(2) 用作建筑石料。巖石物理力學(xué)試驗測試結(jié)果表明,所有樣品均符合建筑用石料的質(zhì)量要求,可以用作建筑用石料或鋪路碎石,破碎較為嚴重的碎石渣可燒制環(huán)保磚,剩余泥土可就地用于后期復(fù)墾。

3.2 各堆場綜合利用分析

由于每個堆場廢石堆存規(guī)模、綜合利用現(xiàn)狀不同,以下分別對各堆場的廢石進行綜合利用分析:

1號堆場,也稱280排土場,是石碌鐵礦規(guī)模最大的廢石堆場(資源量10 800萬m3),該堆場堆存高度落差大,坡度陡,邊坡線長,可優(yōu)先回收利用該地段的廢石資源。

2號堆場也稱172排土場,是石碌鐵礦規(guī)模第二大的廢石堆場(資源量5 236萬m3),使用年限久遠,排放廢石量大,且目前仍在使用,該廢石堆場南部至石碌嶺范圍,地形坡度較為陡峭,原堆存的圍巖夾石表面已進行覆土植樹等生態(tài)修復(fù),且因堆場時間較長,巖石風(fēng)化嚴重,建議暫不回收利用該地段廢石。

3號堆場位于正美山采區(qū),廢石源于正美山露天采場,規(guī)模為不大(資源量273萬m3)。該堆場西側(cè)的一個堆場,圍巖已用以回填采坑,建議暫不回收利用;該堆場南西段往山坡方向,堆體表面已覆土綠樹,且地形較為陡峭,建議暫不回收利用;該堆場北東段,堆體未進行治理或綜合利用,且?guī)r石較為新鮮,可以進行規(guī)劃回收利用。

4號堆場(資源量91萬m3),本次項目共圈出3個堆體,其中一個堆體位于南礦采場的西側(cè),廢石中泥土含量高,目前尚未進行治理或綜合利用,后續(xù)主要用于回填采坑,建議該處廢石就近利用;另一堆體位于南礦采場和楓樹下采場中間,該處廢石主要用以修整平臺,在平臺頂部則用以堆放礦石,該處廢石可待采礦結(jié)束后就近利用;第三個堆體位于楓樹下采場北側(cè),臨近礦山公路,巖石用以修整平臺,并在平臺頂部加工石料,臨時存放礦山設(shè)備等,該處廢石已被占用,建議暫不進行回收利用。

5號堆場是保秀區(qū)段地下開采臨時排放圍巖的堆場,廢石排放量不大(總資源量85萬m3),巖石普遍較為破碎,巖石塊度直徑一般在10 cm以下,在堆場北側(cè)頂部平臺上搭建了臨時板房,可見鋼筋、水泥等物料,在堆場中間頂部平臺則臨時堆放了一些礦石,堆場目前仍在使用,巖石尚未進行綜合利用,該堆場廢石因其規(guī)模較小,建議就近利用。

4 結(jié)語

本文詳細論述了石碌礦區(qū)廢石資源的分布、規(guī)模、塊度及圍填海填充物質(zhì)成分限值等特征,對廢石資源的綜合利用指明了方向,為實現(xiàn)礦山變廢為寶提供依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：費雯麗)

Characteristics and Comprehensive Utilization of Waste Rock Resourcesin Shilu Iron Mine,Hainan Island

LIU Zhaolu1,2,QI Wentao2

(1.HainanResourcesEnvironmentSurveyInstitute,Haikou,Hainan570206; 2.Hainan934GeologicalBrigade,Haikou,Hainan570206)

Based on the field investigation,measurement and sampling analysis of five waste rock yard in Shilu Iron Mine,Hainan,the distribution,scale of waste rock resources and filling material composition limits for reclamation projects were basically identified.The comprehensive analysis and evaluation of waste rock accumulated in the mining area were carried out,and the comprehensive utilization direction was pointed out.

waste rock resources; reclamation projects; comprehensive utilization

X75

A

1671-1211(2017)05-0637-05

2017-05-16;改回日期2017-09-04

海南省地勘基金項目(項目編碼:HZ2015-235)。

劉朝露(1968-),男,研究員,博士,礦產(chǎn)地質(zhì)專業(yè),從事礦產(chǎn)普查與勘探工作。E-mail:22555152@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.014.html數(shù)字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.029