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对矿山二次资源不该只重尾矿而轻废石北京科技大学陈希廉2011年10月发表于全国大型矿山地质学术成果交流会议1我国有关领导部门长期只重尾矿而轻废石矿山生产必然要排放废石、尾矿或煤矸石；过去称之为矿山固体废弃物。随着科技的发展，特别是非金属矿加工利用技术的发展，发现这些所谓的废弃物具有双重性，尽管不加以利用，可以成为祸害；但是如果加以开发利用却可以成为资源，因而产生了矿山二次资源的专业术语。我国对于矿山的废弃物治理及利用，近年刚开始重视，但是较之其它废弃物重视程度要低得多，尤其是废石，本文的目的就是呼吁有关领导部门及矿山，对废石治理、利用问题的重视。我国政府部门对于这些二次资源治理、利用的文件，最早见自1994年3月，国务院通过的《中国21世纪议程》，但是所列项目中，只提到“尾矿的处置、管理及资源化示范工程”，而不涉及废石。遗憾的是，尽管尾矿问题列入该《议程》，但似乎效果却不大。直到16年后的2010年4月，工信部等四部委又联合发布了《金属尾矿综合利用专项规划(2010～2015)》(以下简称《专项规划》)。在起草这个规划时，就曾经有与会者在两次会议上先后提出，应该同时考虑废石的综合利用问题；因为两者同样是二次资源，同样可造成危害，同样可以有许多综合利用的价值，乃至两者可结合以生产某些产品(如用废石、尾矿分别做混凝土的粗、细骨料)；而且国际学术会议也是同时考虑两者，例如，1994年尾矿和废石第一届国际会议；又如，1997年第十七届世界采矿大会，其中一个议题就是无废(freewaste)矿山，所谓无废矿山也包括无废石及无尾矿。但是，在起草前述《专项规划》的会下有人说，上级给我们的任务就只是尾矿的综合利用课题。笔者难以理解的是上级是怎样考虑的？是尾矿比废石事故伤亡人数多吗？是矿山堆存的废石量比尾矿量少吗？是废石不污染环境吗？是废石尚不属二次资源没有多少利用价值吗？下面我们就讨探一下这些问题。2是否尾矿发生的事故伤亡比废石事故多这个问题可能是重尾矿而轻废石的重要原因。2009年起草四部委《专项规划》的前一年(2008年)，正好山西襄汾发生了尾矿库溃坝事件死了270多人，给人的印象是尾矿库事故会造成大量伤亡，而废石场(堆)则不会造成大危险。但是，如果从长期积累来看，情况却并非如此。地矿界将矿山泥石流分为两类：废石型泥石流和尾矿库溃决型泥石流。统计资料表明，前者比后者累计死人更多(见表1、表2)[1]。表1说明：我国从1965年至2004年由于废石泥石流死亡人数共508人，如果加上山西娄烦2008年8月1日发生的废石场崩跨死了44人，那么从1965年至2008年共死亡552人；而表2说明：我国从1962年至2008年由于尾矿库溃坝死亡人数共502人，时间段多了3年，死亡人数反而不如废石场事故死人多！可见以累计伤亡人数对比其危害，废石危害还稍大于尾矿。实际上，我国矿山发生的废石泥石流，绝不只表1所列，例如，徐友宁等曾提及[2]：“截至2005年底，西北五省区发生矿山泥石流灾害247次，直接经济损失3.84亿元，造成426人死亡”(表1中西北五省仅死亡160人，可能这个数据包括了更早的事故)，并指出“矿山泥石流的形成与发生主要是因山区矿产资源开发过程中废石弃土不合理堆排造成的”。3是否尾矿的堆放量比废石多究竟我国现有废石、尾矿的堆放量是多少？由于没有严密的系统调查研究，各家说法不一。对于废石堆放量，根据王家枢研究员2007年发表的论文[3]是：采矿废石162.3亿吨，煤矸石35.6亿吨。笔者经参考对比其它资料，认为其可信度较高。现在已是2011年，所以废石总量(包括煤矸石)应已超过200亿吨。至于尾矿堆放量，根据前述《专项规划》的说法是80亿吨，笔者认为这个数据偏低，特别是近年来开发了大量超贫矿，其排放的尾矿量大大增加。但是，总的看来包括煤矸石的废石总量并不少于尾矿。4是否废石不污染环境笔者认为正好相反。因废石场不像尾矿库那样建有尾矿坝，如果其中含有有害物质，显然比尾矿更容易污染环境。表3、4是某铅锌矿的对比资料。由上列表3、4资料[4]可见，从废石堆里流出的水中，其最有害元素的含量还远高于尾矿废水，分别是：Cd的含量是尾矿废水的7倍多，As是8倍多，Pb是35倍多。为什么该矿废石堆流出的水中有害元素更高？可能由于其pH值不同，尾矿水中因有某种选矿药剂而为碱性。也许上例不具有普遍性，但至少废石场(堆)多无围坝而更易污染环境是事实。正由于矿山废石具有很大污染作用，现在有许多学者已开始对其开展了研究[5][6]。5是否废石用途不多或用量不大有些人认为尾矿较之废石更有利于利用，因为它已磨细，在利用时更省事。实际上，两者各有优缺点。例如，只有废石才可用作道渣、混凝土粗骨料。同时，由于尾矿既含有矿石中的脉石矿物，又含有围岩中的矿物，使其成分更复杂，利用起来更困难；而同类废石如在排放时就注意分类堆放，那么肯定其成分较尾矿单纯，乃至有的废石就是非金属矿，如某些石灰岩、白云岩、粘土岩、石英岩、玄武岩、碱性岩等废石都可能直接当作非金属矿加以利用。建筑工程、水利工程、电力工程、公路工程、铁路工程都少不了基本的原材料——碎石。而废石最现成的碎石，也可以说最便宜出自矿山的资源。遗憾的是，到目前为止，大部分矿山的废石主要只作为建筑工程的粗粒碎石用，进一步的增值加工没有进行。究其原因，一是由于矿山与交通部门源、水利部门、电力部门属于不同的领导机构，沟通较少，因而在建设铁路、公路或水电工程时，多是自建采石场以满足工程的需要；忽视了利用在建工程附近的废石原料。可以肯定地说，废石与尾矿同样可能提取有用组分，而且同样可以有大量用途，乃至废石的可利用量更大。下面举些实例：5.1从废石中先提取有价元素再整体利用就笔者所知，自从有了磁滑轮甩废工艺后，许多铁矿都将原有废石进行甩废回收铁矿石后，再将二次废石加工成混凝土骨料或道渣出售，例如：密云铁矿[7]、石人沟铁矿[8]及歪头山铁矿[9]等。歪头山铁矿露天采场每年排放混矿废石200万t左右，造成铁矿石资源的流失和浪费。为此，通过试验，提出了在排土场利用磁滑轮从混矿废石中回收铁矿石的工艺方案。该方案实施后，歪头山铁矿每年可多回收品位为29%左右的可供入选磁铁矿石约16万t，并可年产用于铺路和建筑的碎石约70万m3，其年经济效益近2500万元。某些铜矿废石或金矿废石可从中回收铜或金等[10]~[12]。如“江铜目前已掌握当今世界最先进的堆浸一电淬取一电积湿法冶金提铜技术。所属的德兴铜矿运用这一技术，成功从含铜废石中提取出合格的商品铜，并使之产业化，已建成年产商品铜2000吨能力的湿法炼铜工厂。今年江铜集团将继续采取堆浸一电淬取一电积工艺，扩建永平铜矿低品位含铜废石回收工程，这一工程将年产铜600吨。”又如珲春紫金矿业有限公司曙光金铜矿自2003年至今，累计处理剥离“废石”49万t，平均金品位0.85g／t，铜品位0.245％，产金416kg，产铜1200t[13]。5.2废石整体加工利用为各种产品(1)用作混凝土粗骨料：据国家统计局统计[14]：我国2010年水泥消费量已达到18.6亿吨。一般说来，混凝土中水泥的用量约为其总量的10％～20％[15]；按此比例，显然所需要的各种粗、细骨料要大大高于水泥用量。有的学者甚至在2004年就认为[16]：“据估算，混凝土业现在正在以每年约80亿吨的速度消耗天然骨料。”粒径大于5mm(有的定为4.75mm)的骨料称为粗骨料。那么究竟粗、细骨料哪种用的更多？可参看表4。表4[17]混凝土的砂率（%）[＝(细骨料／粗细骨料之和)×100]水灰比（W/C）卵石最大粒径（mm）碎石最大粒径（mm）1020401620400.4026～3225～3124～3030～3529～3427～320.5030～3529～3428～3333～3832～3730～350.6033～3832～3731～3636～4135～4033～380.7036～4135～4034～3939～4438～4336～41根据表4，可见粗骨料用量多于细骨料。按“我国2010年已达到水泥消费量18.6亿吨”计，那么粗骨料的消耗应不少于50亿吨，大大超过矿山每年的废石排放量。现在有些矿山已在利用废石做粗骨料了，值得其它矿山效仿。但是，并非任何矿山的废石都可以用作粗骨料。根据笔者在深圳为某建筑公司勘查粗骨料采石场的体验，评价骨料时要考虑岩石的物理性质和化学成份。两者都取决于岩石的种类，但还要考虑其裂隙发育程度和风化程度。物理性质中，强度大者当然有利；此外，还要考虑弹性模量，弹性模量越接近水泥砂浆越好。同时，下列条件的废石不适用于用作骨料：a.片状或纤维状岩屑含量太多的废石：因此片岩、板岩、千枚岩、页岩等都不适用于做骨料b.具有“碱－骨料反应”的岩石不适用于做骨料：碱－骨料反应在国际上被称为混凝土的癌症[18][19]。它是由于水泥中的碱(Na2O或K2O)在混凝土浇筑成型后若干年(数年至二三十年)逐渐反应，反应生成物吸水膨胀，使混凝土产生内部应力，发生膨胀开裂，迅速老化。例如，1965～1966年德国北部高速公路上一座新建不久的拉彻威尔桥受碱－骨料反应严重破坏，拆掉重建。碱－骨料反应又分为碱－硅酸反应(ASR)和碱－碳酸盐反应(ACR)。前者是由于碱与骨料中的活性氧化硅反应生成碱－硅凝胶而导致混凝土的破坏；含活性氧化硅的岩石，是含有某些非晶质或隐晶质的硅质(蛋白石、玉髓)石灰岩、凝灰岩、英安岩等，它们都不适用于做骨料。碱－碳酸盐反应是碱与骨料中的白云石发生反应，将其转化为水镁石Mg(OH)2，水镁石晶体排列产生的压力，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。所以，同样是碳酸盐类的石灰岩、白云岩或白云质灰岩三种岩石中，石灰岩适于用作骨料，而后两者却不适用于作为骨料。此外，某些蚀变岩如含有较多硫化物(如黄铁矿)的废石，也不适于用做骨料。(2)用作铁路道渣：这个用途较之粗骨料，某些方面要求较低；如前述不适用于做骨料的含活性硅的石灰岩、白云质灰岩，但却可用作道渣。北京过去某些开采石灰石矿时排放的硅质灰岩废石，自从发现可用做道渣后，现在其排放量已出现负增长，也就是将过去排放的这种废石也不断消耗掉。首钢矿业公司在水厂铁矿建成了年产30万立方米的道渣生产线，经铁道部工务局鉴定，符合TG2140-9国家标准中的一级道砟标准，并获得了部颁《铁道采石场开采资格证书》[20]。这方面用途的块度级配要求如表5所示[21]。表5铁路道渣要求的级配(3)用作公路道渣：由于我国公路发展迅速，不仅广布各地，而且道渣用量很大。目前尚无国标或行业标准，但是由某些已使用的公路道渣来看，这个用途较之铁路道渣的要求更低；因为它允许含一定量石粉。例如[22]，某城市主干路Ⅱ级，采用的道渣为：上路基采用粒料最大粒径小于10cm的混道碴，含泥（石粉）量30%；下路基采用粒料最大粒径小于20cm的道碴，含泥（石粉）量20%；上路床主要采用粒料粒径在25-30cm之间的道碴，1.5-15cm的道碴嵌缝找平，含泥（石粉）量20%；下路床主要采用粒料粒径在30-40cm之间的道碴，1.5-20cm的道碴嵌缝找平，含泥（石粉）量10%。采用这种道碴填筑的路基，平均填筑深度在2m左右。工程竣工两年后，道路整体质量情况良好。废石不仅可用于一般公路，而且还可用于高速公路道渣[23]。(4)当作非金属矿加以利用：例如：A.用作水泥原料：水泥的基本原料是石灰石与粘土矿。前述某些不适用于粗骨料的某些岩石却可以用作代替粘土矿，如富含粘土质矿物的页岩、煤矸石、粘土质灰岩等；具有活性的火山岩等，有的还可能用于生产无熟料水泥或半无熟料水泥。B.用作铸石生产原料：铸石具有耐磨、抗腐蚀的特点。其耐磨性是锰钢的5～10倍，是铸铁的几十倍，除了氢氟酸外，几乎不与酸或碱起反应。因而广泛用于化工、矿山、冶金、水电等部门，常用于耐酸、耐碱管道、耐磨溜槽的衬板等。玄武岩或辉绿岩最适于制造铸石。而玄武岩、辉绿岩是其常用原料。其实，适用于生产铸石的原料不限于玄武岩或辉绿岩，还有角闪岩等。C.用作生产矿物棉的原料[24]：矿物棉是岩棉和