蘭陵縣王埝溝鐵礦礦山固體廢棄物對(duì)環(huán)境的影響分析及綜合利用探討

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(guó)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(guó)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(guò)，西距臨棗高速5km，交通便利。區(qū)內(nèi)有2條主礦帶、5個(gè)礦體，礦山探明和控制儲(chǔ)量共20110.1萬(wàn)t，平均含鐵品位31.49%，現(xiàn)采選規(guī)模為300萬(wàn)t/a，年產(chǎn)鐵精礦71.33萬(wàn)t，服務(wù)年限37.5a。目前礦床處于開(kāi)采初期階段，礦山運(yùn)營(yíng)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(fù)雜，含有多種有害成分甚至放射性物質(zhì)，嚴(yán)重污染水源和土壤，污染礦區(qū)和周?chē)h(huán)境。因此，研究該礦山固體廢棄物對(duì)環(huán)境的影響，如何對(duì)固體廢棄物進(jìn)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(duì)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(kāi)采初期階段，基建工作全部完成，礦山運(yùn)營(yíng)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(jiàn)表1?？梢钥闯?，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(wàn)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(duì)廢石(泥質(zhì)灰?guī)r、石英砂巖、黑云變粒巖)、尾礦(磁鐵礦石)進(jìn)行伽瑪能譜測(cè)量試驗(yàn)[1]，結(jié)果如表2所示。

表2 伽瑪能譜測(cè)量結(jié)果

根據(jù)放射性測(cè)量及放射性活度、內(nèi)照射指數(shù)、外照射指數(shù)計(jì)算結(jié)果，礦區(qū)內(nèi)各類(lèi)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(duì)建筑主體材料放射性的要求。綜合分析認(rèn)為，固體廢棄物中廢石和尾砂的放射性含量較低，開(kāi)采、選冶及固體廢棄物的綜合利用不會(huì)對(duì)人體及環(huán)境造成放射性危害。

1.3 固體廢棄物的危險(xiǎn)性鑒別及對(duì)環(huán)境的影響分析

1.3.1 固體廢棄物的危險(xiǎn)性鑒別

根據(jù)危險(xiǎn)廢物的鑒別系列標(biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)的鑒別方法[2-3]，選擇主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，對(duì)王埝溝鐵礦的廢石、尾礦以及鍋爐灰渣進(jìn)行了毒性浸出實(shí)驗(yàn)[4-7]，其毒性浸出結(jié)果見(jiàn)表3、表4和表5。

表3 廢石浸出試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表4中各個(gè)階段廢石的浸出毒性試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為廢石、尾礦、鍋爐灰渣各項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目濃度均遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)中浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(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(lèi)一般工業(yè)固體廢物，其貯存處置場(chǎng)應(yīng)按《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18599-2001)中Ⅰ類(lèi)場(chǎng)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(lèi)一般工業(yè)固體廢物，其存儲(chǔ)場(chǎng)應(yīng)按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18599-2001)中Ⅱ類(lèi)場(chǎng)要求執(zhí)行。

1.3.2 固體廢棄物淋溶水對(duì)地下水、土壤的影響分析

依據(jù)浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，礦區(qū)廢石、尾礦渣為Ⅰ類(lèi)固體廢物，故其淋溶水不會(huì)導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化及土壤的污染。

鍋爐灰渣屬于第Ⅱ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物，其存儲(chǔ)場(chǎng)應(yīng)按照《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18599-2010)中Ⅱ類(lèi)場(chǎng)要求執(zhí)行。爐渣臨時(shí)放在采選工業(yè)場(chǎng)地灰渣場(chǎng)，為了防止?fàn)t渣造成環(huán)境污染，建議灰渣場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)防雨、防滲，盡量設(shè)計(jì)為封閉廠(chǎng)房，并及時(shí)由協(xié)議方(水泥廠(chǎng))直接從灰渣廠(chǎng)房清運(yùn)、綜合利用，并禁止與廢石共同存放在臨時(shí)周轉(zhuǎn)廢石場(chǎng)。嚴(yán)格按照上述方式執(zhí)行，其淋溶水也不會(huì)導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化及土壤的污染。

表4 尾礦浸出試驗(yàn)結(jié)果

表5 鍋爐灰渣浸出試驗(yàn)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?chē)臒o(wú)價(jià)值巖石，經(jīng)鑒定分析，擬建項(xiàng)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(zhǎng)石、黑云母與角閃石，詳見(jiàn)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(lèi)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(gè)年產(chǎn)1000萬(wàn)塊鈣化磚的磚廠(chǎng)，每年可利用尾礦3萬(wàn)t，并有一定的經(jīng)濟(jì)效益[16]；又如鞍山礦渣廠(chǎng)年產(chǎn)10萬(wàn)m3加氣混凝土砌塊，尾礦用量約3萬(wàn)t/a[17]。

根據(jù)廢石、尾礦礦物成分分析，主要成分為石英、長(zhǎng)石、角閃石、黑云母、方解石，主要礦物化學(xué)成分和具體用途見(jiàn)表7。可以看出：除了用于建筑材料、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(xué)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(kāi)采過(guò)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(dǎo)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(zhǎng)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(mài)給相鄰灰?guī)r礦山或直接賣(mài)給水泥廠(chǎng)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(zhǎng)石中富Ca，與富含K與Fe的黑云母搭配是良好的無(wú)機(jī)復(fù)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(dá)到綜合酸性，改良土壤的目的。

(5)造地復(fù)墾、植樹(shù)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(jī)肥料，可造地復(fù)墾，植樹(shù)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(gè)服務(wù)期滿(mǎn)的尾礦庫(kù)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(guó)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(lèi)一般工業(yè)固體廢物，但除鍋爐灰渣pH值為9.16超標(biāo)外，其余各指標(biāo)均未超標(biāo)。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(mài)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(diǎn)。

(2)通過(guò)對(duì)廢石、尾礦的伽瑪能譜測(cè)量分析認(rèn)為：廢石和尾砂的放射性含量較低，開(kāi)采、選冶過(guò)程及固體廢棄物的綜合利用，不會(huì)對(duì)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(yàn)結(jié)果，廢石、尾礦為第Ⅰ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物，其貯存處置場(chǎng)應(yīng)按GB18599-2001中Ⅰ類(lèi)場(chǎng)要求執(zhí)行。

(4)鍋爐灰渣為第Ⅱ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物，其貯存處置場(chǎng)應(yīng)按GB18599-2001中Ⅱ類(lèi)場(chǎng)要求執(zhí)行。爐渣臨時(shí)放在采選工業(yè)場(chǎng)地灰渣場(chǎng)，為了防止?fàn)t渣造成環(huán)境污染，建議灰渣場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)防雨、防滲，并綜合利用。嚴(yán)格按照上述方式執(zhí)行，其淋溶水也不會(huì)導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化及土壤的污染。

(5)對(duì)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(jìn)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。