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矿山尾矿环保治理理论与实践

按语:矿山尾矿是“公害”或是“宝贝”?长期以来 争论不休,人们在经历了一个漫长而曲折的认识过程得知: 矿山尾矿是一种特定的、宝贵的自然资源,而嫁接“公害”、 宝贝两者之间的桥梁是现代科学技术成果,我们已经找到 了打开这座宝库的金钥匙!

第一章 矿山尾矿概论

1.问:什么叫矿山尾矿?

答:指在矿产资源开发利用过程中产生的废弃物料,一般以固态、 液态或气态存在。

2.问:矿山尾矿怎样分类? 答:根据尾矿产出、堆存方式等属性划分为: 2.1 按矿物种类分:

1)有色金属尾矿:铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)等。 2)黑色金属尾矿:铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)等。 3)非金属尾 矿:硅(Si)、钙(Ca)、碳(C )等。

2.2 按采、选矿工艺分: 1)采矿尾矿:指露天采矿体盖山抛荒、硐采掘进废石、钻井石削

(含石油钻井石削)等。 2)预处理尾矿:矿石洗涤尾矿、铁矿粗选抛废、拣选尾矿(含正、

反手选矿)等。

3)浮选尾矿:正浮选尾矿、反浮选尾矿。 4)磁选尾矿:磁性矿物粗碎抛荒尾矿、细碎抛废尾矿、反磁选尾

矿。

5)重选尾矿:重力场选矿尾矿、旋流重力场选矿尾矿、激振重选

尾矿、絮凝重选尾矿。 6)电选尾矿:正电选尾矿、反电选尾矿。

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2.3 按冶炼工艺分:

1)湿法冶炼尾矿:化学浸渣、细菌浸渣。

2)火法冶炼尾矿:含炉前冶炼渣、炉后冶炼渣。

2.4 按产出时间分:新生尾矿、陈旧性尾矿。

2.5 按堆存方式分:渣库堆存尾矿、坝库堆存尾矿。

3.问:矿山尾矿有哪些危害或隐患?

答:有如下危害或隐患。

3.1 次生地质灾害:无论何种堆存方式,当矿山尾矿堆存量达到

一定数量时均存在次生地质灾害隐患,例:库坝、渣坝坍塌形成泥石 流,冲决农田、毁坏村庄、污染环境,导致严重后果。次生地质灾害 的诱发因素多种多样,一般与库坝工程施工质量、突发暴雨、高烈度 地震和战争炮击等因素有关。次生地质灾害是矿山尾矿首要的危害、 隐患。

3.2 游离金属危害:尾矿中黑色金属、有色金属、非金属矿物氧 化物极易溶解于水体中,并以离子状态存在。流入河流污染径流水体, 渗入地下污染地下水体,常导致区域内水体重金属超标,威胁近地人、 畜生命安全。

3.3 放射元素危害:一般矿石中均或多或少含有一定量的有害或 无害放射性元素,其中有害放射元素铀、镭、钾、钴、镉等在硫化或 深埋状态下不表现出有害性,但尾矿中的有害放射元素因长时间与氧 气接触易于氧化,并表现出危害性。特别是在氧化铝生产过程中,放 射性物质因高温焙烧、煅烧氧化,其有害性表现尤为强烈,对人、畜

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生命安全构成一定程度的危害。

3.4 颗粒扬尘危害:脱水后的尾矿在旱季、风天极易随风扬尘,

严重影响近地居民的生产生活。

3.5 有害气体危害:尾矿中的硫在高温气候条件下会自燃产生难

闻气味,芒硝矿浸渣中硫化钠在高温气候条件下会挥发产生恶臭气 味,等等,严重影响近地居民的生产生活。

3.6 污染占用土地:无论何种产状的尾矿均会占用大量荒山、耕 作土地,同时还导致近地耕地沙化,减产或绝收,破坏土地资源。

4.问:矿山尾矿还有利用价值吗? 答:矿山尾矿是一种特定的自然资源,有如下转化利用价值: 4.1 矿物选收价值: 1)残留目的矿物选收:尾矿中残留目的矿物一般呈包裹状、伴

生状、氧化状,在高技术条件下均可再选产出矿物产品。 2)非目的矿物选收:是指存在于矿石中而因市场需求等原因未

设计选收的矿物,可再选产出国家标准的矿物产品。

4.2 转化利用价值: 1)建筑砂石:经大面积采样分析,我国矿山尾矿基岩多为玄武

岩、花岗岩(含蚀变花岗岩)、矽卡岩、致密性砂岩等,均是生产建 筑砂石的上好原料;只需经简单破碎筛分工序,即可产出合乎建筑市 场需要的建筑砂石产品,并可衍产出轻质墙体、加气混凝土块、免烧 砖、干拌砂浆、保温岩棉、农用及园艺陶粒等二次产品。同时在转化 利用又是矿山尾矿重要的消纳途径。

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2)工程填料:对于远离城市的矿山尾矿,在选收有价矿物后可 直接用于建设工程填筑材料(泥饼),含农业耕地现代化整治工程。

3)其他用途:高钙尾矿可直接用作水泥生产生料,高硅尾矿可 用作微晶玻璃、蜂巢轻质墙体生产原料。

5.问:国际矿山尾矿转化利用情况?

答:英、法、德、日等主要发达国家十分注重矿山尾矿的转化利 用,并立法将其纳入自然资源统计。资料显示,欧盟区矿山尾矿转化 利用率为 87%,美国矿山尾矿转化利用率为 56%,日本矿山尾矿转化 利用率为 92%,除高危尾矿深埋外均全部作为自然资源转化利用,既 增加了自然资源总量,又保护了自然环境,值得学习和借鉴。

6.问:我国矿山尾矿概况?

答:我国是一个矿产资源大国,同时又是矿山资源消费大国、矿 山尾矿产出大国。资料显示,截止 2019 年 10 月,我国千吨级以上选 矿厂约 14.32 万座,万吨级选矿厂 9700 多座,年产出各类矿山尾矿 5-8 亿吨;各类矿山尾矿累计存量粗约统计约为 200-250 亿吨(不含 矿山采矿抛荒尾矿),存量高居世界之首位。但我国尾矿管理工艺落 后,转化利用起点低、起步晚,至今没有面向全国国家级的矿山尾矿 科研机构,更没有形成矿山尾矿资源化利用的产业。主观理念、政策 导向、技术瓶颈三大因素严重阻碍了矿山尾矿科研、资源化利用及矿 山环保事业的发展进步。因此,解放思想、配套政策、加强科研势在 必行。

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第二章 矿山尾矿治理技术方案

7.问:该治理方案终极目标?

答:将各种产状、理化状态的全部矿山尾矿作为自然资源全部转 化利用,即转化率 100%。

8.问:本方案治理对象或范围? 答:含上述分类定义下各种产状的新生、陈旧矿山尾矿。 9.问:本方案技术储备及核心技术? 答:矿山尾矿治理是一项系统工程,设计技术领域较为广泛,其

技术储备及核心技术如列。 9.1.矿山尾矿环保治理理论指南:

1)国家专利《一种矿山尾矿综合治理理论体系》:全面论述了 矿山尾矿“资源化利用、无害化管理”的环保治理过程,锁定了矿山 尾矿环保治理排他性的专属权利,即设置了行业进入门槛;对于面向 国际、国内开展矿山尾矿环保治理经营业务有着重要意义。

2)国家专利《一种有色金属综合治理工艺》:是《一种矿山尾 矿综合治理理论体系》的分部专利。

3)国家专利《一种黑色金属综合治理工艺》是《一种矿山尾矿 综合治理理论体系》的分部专利。

4).国家专利《一种非金属综合治理工艺》是《一种矿山尾矿综 合治理理论体系》的分部专利。

9.2.矿山尾矿治理的配套国家专利:

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9.2.1.矿山尾矿残留磁性矿物磁选回收:

1)国家专利《槽式复合多用途磁选机》:该机由吸附磁场、分 离磁场构成,用于磁性矿物的粗碎抛废,可在矿石粒度-25mm 的条件 下确保磁铁矿“跑尾”不超过 0、8%,较之于传统设备回收率大幅度 提高,对于铁矿抛荒尾矿磁铁矿物选收、增加再选收益有重要意义。

2)国家专利《一种超强磁带式磁选机》:该机复合磁场场强可 达到 30000Gs,用于磨磁尾矿中弱磁性矿物(-200 目氧化铁矿、镍矿、 锰矿)选收,可大幅度增加弱磁性矿物产品,增加再选收益。

9.2.2.矿山尾矿残留硫化矿物浮选回收:

1)国家专利《一种高效射流浮选机》:用于金、银、铜、铅、 锌等磨浮尾矿中硫化矿物再选回收,回收率及作业效率高,较之于传 统设备可大幅度增加再选收益。

9.2.3.矿山尾矿残留重质矿物重选回收:

1)国家专利《一种毡绒皮带溜槽》:用于金、铅、锡、钨、重晶 石等重质量矿物的重选回收,回收率高,较之于传统设备可大幅度增 加再选收益。

9.2.4.矿山尾矿残留氧化矿物化学选回收:

1)国家专利《一种矿用辐流浸出系统》:用于氧化铜、铅、锌 尾矿和芒硝浸渣的化学再选浸出,作业效率高,较之于传统设备可大 幅度增加再选收益。

9.2.5.二次尾矿环保治理:

1)国家专利《一种工业尾水环保治理系统》:用于二次尾矿的环 保治理,产出建筑砂石产品,将微细粒度尾矿脱水制饼,产出工程填

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筑料,产出清水返回供水系统循环使用,全过程零排放、零污染。 2)国家专利《一种辐流浓密机》:是国家专利《一种工业尾水 环保治理系统》的分部核心技术之一,用于二次尾矿的浓密析水,较

之于传统设备具有覆盖替代性意义。 3)国家专利《一种旋流浓密机》:是国家专利《一种工业尾水

环保治理系统》的分部核心技术之一,往往与《一种辐流浓密机》配 套使用、联合作业。

4)国家专利《一种微细砂回收系统》:用于二次尾矿的预处理

减量,增加产出细砂产品,大幅度减少二次尾矿治理的脱水等设备配

置,对于增加收益、降低工程造价和运转成本有着重要意义。 10.问:矿山尾矿怎样治理工艺过程?

答:上述矿山尾矿均可通过下列原则工艺过程进行治理,并达到 预期的治理目标。

10.1.矿物再选回收:

1).采用高一级技术手段(较之于原矿选矿)选收矿山尾矿中残 留目的矿物,产出符合国家标准精矿产品或次精矿矿物产品。

2).选收矿山尾矿中未选的非目的矿物,产出符合国家标准的精 矿产品或次精矿矿物产品。

10.2.转化建筑砂石:

1).将大块径尾矿破碎筛分,产出建筑碎石、建筑豆石、建筑用 砂产品,销往建筑地方材料产品市场。

2).将细磨细粒级尾矿分级、脱水,产出建筑用砂产品,销往建

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筑地方材料产品市场。 3).远离大城市的矿山尾矿在选收有价组分矿物后、在满足当地

建筑砂石需要的前提下可全部用于农业耕地现代化整治或造地工程 填筑料,产出高等级耕作用地,以此获得各级政府政策性奖补。

10.3.转化建筑填料:采用《国家专利》系统设备对选收有价矿 物、建筑砂石后的二次尾矿进行高效固液分离,产出低含水泥饼,在 满足当地建筑工程需要、或转化其他二次产品原料后全部用于农业耕 地现代化整治或造地工程填筑料,产出高等级耕作用地,以此获得各 级政府政策性奖补。

10.4.清水循环再用:在固液分离过程中产出的清水全部返回供 水系统循环使用,节约水资源(浮选工艺二次尾矿清水需要作除药、 降药处理)。

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第三章 环保安全隐患及措施

11.问:矿山尾矿中含放射性元素吗?怎样防止有害射线危害?

答:原子序数高于 84 的元素都具有放射性,但原子序数 83 以下 的钾(K)、镭(Rb)也具有放射性。矿石及尾矿中所含放射性元素 绝大部分不具有有害性,只有钾(K)、镭(Rb)、钍(Tu)、铀(U) 等放射元素的氧化物具有一定程度的有害射线危害性(自然氧化和原 子轰击、高温焙烧煅烧条件下氧化),并对人、畜生命安全构成一定 程度危害,但在硫化、深埋条件下一般不表现出危害性或有限危害性。

经对金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁 (Te)、钴(Co)、镍(Ni)等常规元素矿石、选矿尾矿检测,一般 不含有害放射性元素或有害元素的氧化物,故在尾矿治理过程中不作 放射性元素防范设计。

含钾(K)、镭(Rb)等元素的氧化铝生产过程产出浸渣(赤泥) 在治理时需作深埋屏蔽防放射线设计,而用作农业耕地整治或造地是 最好的浸渣(赤泥)消纳方案,可有效防止放射线危害。

12.问:金碳浆法化学选矿尾矿中氰根危害怎样排除?

答:可有效排除。消除氰根危害是一种常规、成熟的工艺,一般 有氯氧化法、二氧化硫-空气氧化法、过氧化氢氧化法、酸化回收法、 萃取法已独立或几种方法联合使用于黄金氰化厂外,也可以采用生物 化学法、离子交换法、吸附法、自然净化法等,故在技术上、工艺方 案上不存在问题。

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13.问:怎样解决耕地整治或造地时残留尾水对地下水的体的污 染隐患?

答:可有效防止。本技术方案采用挖掘机机、装载机在土地整治 或造地前将拟定填筑区域表层土清除 60-100cm,并采用压路机压实 或敷设防渗膜,之后在进行泥饼填筑作业,可有效防止尾矿残夜渗漏 污染地下水体。

14.问:怎样防止大块径尾矿破碎筛分过程中的扬尘危害?

答:采用全过程静电布袋收尘、带水作业或喷淋降尘作业技术方 案,可有效防止生产过程中扬尘危害。

15.问:怎样防止产品外运过程中粉尘扬尘危害?

答:采用帆布防尘罩、浅表喷淋技术,可有效防止产品外运粉尘 扬尘危害。

16.问:在治理消除尾矿库时怎样保证作业安全?

答:采用下列是工程序可有效保证尾矿库陈旧性尾矿采运施工安 全。

16.1.尾矿采运:矿山尾矿治理系统建成运转后,新生停止进入 尾矿库,库内尾矿经 1 年或更长时间自然沉降脱除水分,采用挖掘机 或装载机逐层挖掘、调浆、泵送,有计划地逐步降低尾矿库高程,直 至清除完毕。

16.2.库坝采运:采用挖掘机、装载机、汽车联合作业,与库内 尾矿采运同步进行。直至清除完毕。

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第四章 尾矿治理与地方政府关系

17.问:尾矿治理对地方政府的意义? 答:有如下利好的现实意义。 17.1.监督管理责任灭失:地方政府承担尾矿库的环境保护、生

产安全监督管理责任,含尾矿库闭库后的管理责任;因此尾矿的环保、 安全责任是当地政府的重要工作内容之一,与党政一把手业绩(命运) 直接挂钩。

17.2.增加财政财政收入:在矿山尾矿治理过程中产出的矿物产 品、建筑砂石产品进入市场将产生一定的税金,并成为一个持续、稳 定的经济增长点(指新生尾矿持续产生),同时将有力带动汽车运输 业、零售业,增加地方财政收入。

17.3.助力社会维稳:矿山尾矿自身危害及占用土地等因素常常 导致近地村民于尾矿业主、与当地政府利益纠葛或矛盾,随着尾矿的 根除,长期以来积累的社会不稳定因素则自然消失。

17.4.增加提供就业岗位:在一个行政区域内,有多少矿山就有 多少条生产线,同理需要增加提供就业岗位,此对于在疫情过后缓解 地区就业矛盾有现实意义。

17.5.整体提高环保等级:矿山尾矿治理是当地环保事业的重中 之重,根除尾矿对于当地政府业绩考评意义重大。

17.6.小节评述:本技术方案可消灭性根除尾矿各类危害及隐患,

为政府分忧解难,故一定能得到当地政府积极支持和帮助。

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18.问:当地政府能提供何种支持帮助? 答:政府能提供下列帮助: 18.1.助力项目落地:政府可依据《环境保护法》、《生产安全

保障法》严格行政执法,利用行政权力强制性要求尾矿业主依法限期 环保治理,对于区域内项目落地、合作条件洽谈均有重要意义。

18.2.奖补政策落地:国家及各级地方政府对矿山尾矿均设置有 奖补政策,如税金优惠、土地整治和造地奖励补助、国家环保部及农 业部等部委专项补助等,均需要地方政府对口申报落实。

18.3 治理所需土地协调:远离城市的矿山在选收矿物、满足当 地建材市场后需要一定量土地(含荒山荒坡、河道滩涂)消纳。针对 目前我国土地管理现状,由企业独立与各家各户协商流转土地十分困 难,故需要政府依据《农业耕地流转暂行管理办法》与村社协调解决, 保障矿山尾矿治理工程用地。

18.4.提供安宁生产环境:在矿山尾矿治理过程中很难避免与周 边村民、居民发生民事纠纷,需要当地政府依法协调保障。

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第五章 尾矿治理与尾矿业主关系

19.问:本方案对尾矿业主有什么好处?

答:有下列好处。 19.1.尾矿管理责任终止:本方案投产运行后,矿山作业及选矿

厂随即进入“零尾矿”状态运行,新生尾矿随机治理、陈旧性尾矿逐 步消除,尾矿管理责任随之灭失。

19.2.生成本大幅降低:尾矿管理成本一般由尾矿运输、库坝填 筑工程、土地租金、林木赔偿、日常维护、基础建设工程摊销、闭库 工程预留摊销、人工费、电费等费用构成,在矿山生产综合成本中占 比大,若采用采坑回填则管理成本更高。本方案落地后,矿山业主尾 矿管理费理论上为“零”,可大幅度降低综合生产成本、扩大经营利 润空间。

19.3.减少与村民纠葛:尾矿库往往是近地村民增加“合理收入” 的由头,在全国有普遍意义。本方案落地后,随着新生尾矿及时治理、 陈旧性尾矿库消除,与近地村民的民事纠葛随即终止。

20.问:本方案对业主有负面影响吗?

答:无论是工艺流程对接还是之后的生产安全、环保还礼对尾矿 业主均不构成实质上的负面影响。

21.问:怎样与尾矿业主合作? 答:原则上采用下列模式与业主合作。

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21.1.自带技术及建设资金建设尾矿环保治理生产线,全面承担 业主新生、陈旧尾矿环保治理。

21.2.在治理过程中产出的尾矿型产品(含矿物产品、建筑砂石 产品)归投资方所有。

21.3.尾矿业主给付一定的尾矿治理费。 21.4.尾矿业主免费向投资方提供一定量的建设场地。 21.5.尾矿业主免费向投资方提供水电源接口,水电费由投资方

承担。

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第六章 治理经费来源及盈利控制点

22.问:本方案尾矿治理经费来源? 答:本方案尾矿治理经费构成如列。 22.1.矿物产品销售收益:含目的矿物残留和未选矿物选收产出

的矿物产销售收入,任何产状、理化状态的尾矿均存在或多或少的矿 物选收价值。

22.2.建筑砂石产品销售收益:靠近城市的抛荒尾矿全部及磨磁、 磨浮等尾矿一部均可转化产出建筑砂石产品,若以此作为原料,可延 生产品链增加收益,故建筑砂石产品是尾矿治理收益的重要构成部 分。

22.3.政策性奖补收入:

1).可获得国家及各级地方政府关于矿山尾矿环保治理的专项补 助。

2).远离城市的矿山尾矿在选收矿物产品、满足当地建筑市场需 要的情况下全部用于农业耕地整治或造地,可获得耕地现代化整治, 获得政策性补助,造地可获得高额的政策行补偿(一般为 12-15 万元 /亩)。

22.4.高等级耕地使用权:无论靠近城市或远离城市的矿山尾矿, 在治理过程中均可产出一定数量的高等级农业耕地,并获得一定时间 内的长远收益(一般大于 30 年)。

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22.5.税金优惠收益:矿山尾矿治理符合国家税务总局、环保部 关于“三废”治理免税、减税条件,可增加经营收益的绝对值。

23.问:何谓尾矿治理收益的盈利控制点?

答:有价矿物组分、砂石转化、二次尾矿产品是三个重要经营收 益的控制点。

23.1.有价矿物组分:矿物产品销售收益是本方案经营收益的重 要组成部分,故在项目前期考察过程应对尾矿残留金属组分、品位、 可选性及矿物产品市场行情作充分的论证,目前应以铁、铜、铅、锌 尾矿为主。

23.2.砂石转化率:砂石转化是本方案经营收益的重要组成部分, 同时又是尾矿消纳的主要途径。目前应以靠近大城市的铁尾矿为主。 21.3.二次尾矿产品:干拌砂浆、加气混凝土块的二次尾矿型产品升 值空间大,在有条件情况下应尽可能投资二次尾矿型产品生产线。

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