s20150102-翟涌丞-矿业经济学

矿业经济学MININGECONOMICS国内外“三废”资源化及再利用方面的研究翟涌丞(北京科技大学，北京100083)摘要：随着人类工业化的发展，“三废”的排放量逐年增加，“三废”中含有大量金属元素，“三废”的随意排放不仅污染了自然环境，也浪费了大量的自然资源。在目前自然资源匮乏的情况下，回收“三废”中的有用资源就显得尤为重要。关键词：三废；资源化及再利用本文根据相关资料，分析了国内外“三废”资源化及再利用方面目前的状况以及我国目前“三废”资源化及再利用存在的问题与趋势。1引言1.1工业三废“工业三废”是指工业生产所排出的“废气、废水及废渣（固体废弃物）”。若“工业三废”未能满足排放标准而排放到环境内，则会对环境造成一定污染，在环境中，污染物会有物理和化学的变化产生，从而形成新的物质。大多数都会对人的身体健康造成危害，通过呼吸道、消化道及皮肤等途径，这些物质会进入人的体内，对其造成直接性危害，有的还会具有蓄积作用，对人的健康造成严重影响。常见的废气主要包括：废气如：二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯氯化氢、一氧化碳、硫酸(雾)、铅、汞、铍化物、烟尘及生产性粉尘，排入大气后会对空气造成污染。废水排放至江河湖海内，会引发水质败坏问题，对水产资源造成破坏，从而影响到生产及生活用水。固体废弃物主要指的是工业排放的废渣。[1]1.2矿业循环经济循环经济是指在经济发展中,遵循生态规律,将清洁生产、资源综合利用、生态设计和可持续消费等融为一体,实现废物减量化、资源化和无害化,使经济系统和自然生态系统的物质和谐循环,维护自然生态平衡。循环经济本质上是一种可持续发展的生态经济,它要求按照自然生态系统的物质循环和能量流动规律重构经济系统,目的旨在使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程收稿日期：2015-11-20作者简介：翟涌丞(1990–)，男，北京科技大学在读硕士E-mail：[e-mail]。中。“减量(Reduce)、再用(Reuse)、循环(Recycle)”(简称“3R”原则)是循环经济最重要的实际操作原则。在循环经济发展模式中没有废物的概念,每一生产过程产生的废物都可变成下一生产过程的原料,所有物质都能得到循环往复的利用。整个工业生产组成了一个“资源-产品-再生资源-再生产品”的反馈式物质循环过程,所有物质和能量在整个经济活动中均得到最大限度地合理和持久利用,从而把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。绿色矿山是指矿山企业从资源的开采、运输到综合利用全生产过程都贯彻科学和环保理念。建设绿色矿山要通过调整生产工艺,优化生产布局,开发与应用新技术、新设备等手段,从而实现资源效能的最佳化。[2]如图1.1所示，为传统矿产资源开发模式，方向是单向的；如图1.2所示，矿业循环经济为新的矿产资源开发模式，构成了一个回路，减少了资源的流失，增加了企业的效益，减少了对环境的污染。图1.1图1.22国内外“三废”现状2.1国内现状我国资源相对贫乏,生态环境脆弱,近年来,资源环境问题日益突出。主要呈现出资源占有量较低、消费量高、利用效率偏低、“三废”产生量大等特征。在资源利用方面,我国工业用水重复利用率要比发达国家低50%以上,矿产资源回收率比国外的先进水平低20%。在“三废”产生量方面,全国工业固废产生量2005年比2001年增长51.34%;工业废气、废水排放量2005年比2001年分别增长67.22%和21.25%;二氧化硫排放量每年平均上升约8%左右。表2.1统计了2001~2013年，我国工业“三废”的排放量情况，从这些数据看出,工业废气和固体废弃物排放量总体呈上升趋势，工业废水排放量，先升后降，单每年排放量依然巨大，我国的工业“三废”排放情况比较严峻，不容乐观。表2.1工业“三废”排放量情况年份废水排放量（108t）废气排放量（108t）固体废弃物排放量（108t）200120216088.88220220717529.45200312129891022042212344122005243269013.42006240331015.22007247388217.620082424309192009234436030.42010237519224.12011231674532.32012222635533.32013210669433.1我国铁的平均品位为32%，比世界平均水平低20个百分点，高品位资源已经开发殆尽，而我国铜的平均品位为0.87%，是主要产铜国品位的1/3，而且开采难度日益加大、开采条件日趋困难，因此尾矿的回收利用就成为增加企业效益一条必不可少的途径，而现状是我过尾矿的利用率偏低，表2是2009-2011年的尾矿生产与综合利用情况，可以看出，我国矿山的尾矿利用率呈上升趋势，这是一个良好的信号，越来越多的企业认识到尾矿资源化的重要性。表2.2尾矿利用率年份尾矿生产量（109t）尾矿利用量（109t）尾矿利用率200911.921.5913.3201013.932.1814.7201115.812.6917工业固体废弃物中，煤矸石占了约90%，煤炭是我国的主要能源，煤炭生产过程中产生了大量的煤矸石煤矸石的堆积不仅占据了大量的土地面积，而且也容易污染环境，形成自然灾害。表3显示了我国近些年煤矸石排放量和利用量，可以看出，煤矸石的利用率再逐年提高，然而依然低于发达国家的90%水平，其中主要原因就是我国的回收利用依然处于比较低技术的阶段，煤矸石的利用还是以填埋复垦、生产砖瓦水泥为主，缺少高附加值的产品。表2.3煤矸石利用率年份煤炭产量（109t）煤矸石排放量（109t）煤矸石利用量（108t）煤矸石利用率（%）200725.364.782.5353200827.885360200929.85.63.562.5201032.45.943.6561.4201135.26.594.162.2矿产资源在开发过程中排放出大量的废气，污染环境，因此废弃的治理显得尤为重要，下表为各矿业采选行业废气治理情况，从表2.中可以看出我国的各种废气处理率里，除采盐和黑色金属外，其他处理率都较低，有很大的提升空间。表2.4各矿业采选行业废气名称废气排放总量（109m3）净化量（109m3）处理率（%）煤炭采选3954386.99.79黑色金属矿440.6254.657.77有色金属497.813326.72建材、非金属415.193.8622.61采盐101.46362.15其他矿4.7361.81438.3总计5414933.217.242.2国外现状国外发达国家工业化进程较早，“三废”的处理现在也处于成熟阶段，发达国家“三废”的处理利用率较高，采用的技术也比较先进。废水方面，新加坡南洋理工大学土木与环境工程系科研人员，利用细菌混合物净化废水新技术，3中国矿业第卷可把废水中的有机化合物减少七成多，比起目前采用的物理或化学方法来清除有机物更为简易；2006年，日本东京工业大学从蟹壳中提炼的脱乙酰壳多糖，能有效清除工业废水中的有毒物质苯酚；美国是世界上最大的环境技术生产者和消费者，治理“三废”方面的技术质优量大。美国已研制成能清除水中重金属治污的新材料。美国西北大学和能源部阿尔贡国家实验室，共同开发出一种多孔的新材料，可以像海绵一样吸收水中的重金属，将诸如水银或铅这样的污染物从水中清除掉；韩国研究人员用木棉树纤维，开发出一种能迅速吸收水面上各类油污的环保材料。它的吸收能力，是目前清除漏油用无纺布的4～6倍，并能够多次重复使用。废气方面，2008年，法国国家科研中心开发出新型材料，可大量吸附二氧化碳。它是由铬元素和对苯二甲酸合成的一种多孔复合纳米材料。德国开发出具有“吸毒”功能的黑塑料，既能吸附对环境有害的二氧化碳等物质，又能阻止沉淀到焚烧设备烟尘过滤装置的表面。同时，德国亚琛工业大学正在研究把发电厂排放的大量二氧化碳转化成有用的塑料原料。加拿大多伦多大学研制出一种探测炼钢炉内二氧化碳浓度的无源红外传感器，并成功进行了原型工业试验。它能够提高大型炼钢熔炉的燃烧效率，同时降低二氧化碳等有害温室气体的排放。以色列利用海藻吸收二氧化碳，提炼生物燃料。其基本思路是，收集发电厂排出来的二氧化碳气体，把它们导入一个能生存海藻的系统。肥料和烟囱中排放出的碳，能帮助海藻大量繁殖。固体废弃物方面，俄罗斯实施创新经济过程中，注重技术决策的工业化应用，进而加强工业废物的综合利用。俄罗斯国立鲍曼技术大学已研制出能利用废物的实验型发电机；日本帝人公司推出涤纶再生先进循环再利用流程装置。以碎玻璃为主要原料，掺入少量黏土等，经粉碎、成型、晶化、退火制成一种新型环保节能材料——玻晶砖，为碎玻璃开辟了一条高附加值再利用的新途径；英国一家公司开发出一套新的生产程序，把制造巧克力时所产生的废料转化成乙醇，然后与植物油混合起来制造生物柴油。[3]我国“三废”的资源化及再利用率都远低于发达国家，最终导致矿产资源利用率整体低于发达国家，图2.1直观地显示出了我国与发达国家的差距。图2.1“三废”的大量排放，是国家工业化进程不可避免的一步，而“三废”的资源化及其再利用也是发展不可避免的趋势，国外发达国家的进程给了我们很大的经验和启示。3国内“三废”处理3.1废水据有关专家和典型的材料估算及调查,煤炭行业吨煤平均排水量约为4m3。全国煤炭系统矿井水年排放量约20亿m3,随着煤炭工业的发展,矿井水的排放量还将不断增多。矿井水不加处理排入地面水体,将对生态环境造成难以弥补的损失;高悬浮物矿井水，排至地面,污染地面水体,破坏景观,淤塞河流湖泊和农田,影响水生生物及农作物生长;酸性矿井水排至地面水系,导致水生生物和鱼类死亡,土壤板结;高矿化度矿井水排至地面会导致土壤盐渍化。煤矿建设一方面大量矿井排水污染环境;另一方面由于地下水资源被破坏导致矿区供水严重短缺;而且矿井排水还得向地方缴纳水资源费和排污费。矿井水的资源化及再利用减少了对环境的污染，缓解了矿区供水的困难，最后的是减少了生产成本，间接增加企业效益。目前我国煤矿中，洁净矿井水：洁净矿井水通过专设管路排出；含悬浮矿井水：此类水经井下水仓初沉后排至地面,采用常规水处理艺；高矿化度矿井水：过去在我国煤矿大都采用电渗析进行处理,脱盐率与水回收率可达50%以上，近年来,反渗透技术成为目前高矿化度矿井水处理的主导工艺；酸性矿井水：通常采用化学中和法处理；最近又开发了利用湿地生态系统来处理酸性矿井水；对于含有毒有害元素的矿井水：采用活性氧化铝吸附等方法,用电渗析、反渗透等除盐可同时氟离子去除。图3.1为矿井水的一般处理步骤。图3.1金属选矿厂也产生了大量的废水，国外处理后,选矿废水循环回用率可保证在95%以上,从而实现选矿废水的“零排放”。而国内废水回用率相对较低,资源化利用程度不高,只有为数不多的几家选厂的回用率可达到95%以上。图3.1对比了国内新技术与旧技术的区别。图3.1新旧技术比照国内依然有许多厂家坚持旧技术，原因在于改造成本较大，从新技术获益需要一个相对较长的周期。，许多小厂家更重视眼前利益，不注重长期发展。3.2废气中国国家统计局每年定期发布的工业废气排放数据主要包括三大类，即二氧化硫、工业烟尘、工业粉尘，三类工业废气排放量变化幅度很大且增减不一，主要表现为二氧化硫排放量略有增加、烟尘和粉尘排放量则明显下降。图3.2表示了近20年中国三类工业废气排放量及变化趋势。图3.2三类废气中，二氧化硫的处理在目前相对比较成熟。脱硫技术方法可分为湿法、半干法和干法3大类。湿法：湿法烟气脱硫是指应用液体吸收剂，洗涤含SO2烟气脱除烟气中的SO2。要有石灰石（石灰）-石膏法、其他碱性溶液法、海水吸收法和再生吸收法。半干法：半干法的工艺特点是反应在气、固、液三相中进行，利用烟气蒸发吸收液中的水分，使最终产物为干粉状。主要有旋转喷雾干燥法、炉内喷钙增湿活化法和干式循环流化床法。干法：干法的工艺特点是反应在无液相介入完全干燥的状态下进行，反应产物亦为干粉状。主要有荷电干式喷射脱硫法和等离子体法等。3.