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有色金属矿山生态工业途径探索

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一、二级生态工业原理

矿山工业系统可分为采矿作业、选矿作业和废物处理三个子系统。矿山生态工业的目的就是要实现自然资源和能源的最合理化、经济效益最大化和对人类和环境危害的最小化。基于二级生态工业原理,有色金属矿山二级生态工业模式可简化为如图1所示的模式:由图1可以看出,为实现矿山工业资源的有限输入和工业废物的有限输出的目的,要求在采矿作业、选矿作业、废物处理子系统之间以及内部进行废物的减量化、再生利用以及再循环。

二、有色金属矿山二级生态工业途径

1矿山清洁生产

有色金属矿山二级生态工业应以矿山生产过程为出发点,通过对生产过程的源头预防和生产过程控制,实现资源、能源消耗的最小化和废物产生的最小化。矿山生产工艺和主要废物产生环节如图2所示:由图2可以看出,矿山生产包括掘进、矿物开采、运输、碎矿与磨矿、分选、尾矿和废石贮存等过程。在各过程中,需要消耗的资源有水、炸药、木材、水泥、沙子等,消耗的能源包括电、油等,产生的废弃物包括废石、尾矿、废水、粉尘以及废石堆场的淋滤液等。矿山清洁生产就是针对矿山生产过程,按照清洁生产审核程序,找出能耗高、物耗高、污染重的环节和部位,基于技术工艺、设备、管理、控制、员工、产品、原辅材料和能源、废物八个方面,分析其原因,并寻找解决办法,通过源头削减和过程控制达到减少原辅材料的消耗、能源消耗及减少或避免废物的产生和排放的目的。矿山清洁生产模式如图3所示。

2废物产生的预防

矿山产生的废物主要为废水和固体废物,因此,预防废物产生包括废水预防和固体废物预防两个方面。废水预防,就是要减少矿坑水、废石场淋滤液以及选矿废水的产生量。对于矿坑水,应避免地表水的进入,减少矿坑涌水,采矿过程做到合理用水;对于废石场淋滤液,应减少雨水进入堆场;对于选矿废水,要严格控制磨矿、分级、选别以及尾矿输送等环节的浓度,减少废水的产生。固体废物的预防,就是在矿山生产过程中减少废石和尾矿的产生量。对于采矿过程产生的废石,宜合理规划巷道和竖井,减少废石的剥离量,降低原矿的贫化率;在选矿过程中,应提高目的矿物的回收率,增加有价组分的回收,降低尾矿的产生量。

3矿山废物的循环利用

矿山固体废物的利用包括废石和尾矿的利用以及废石和尾矿中有用组分的回收利用两部分。(1)矿山废石和尾矿的利用矿山废石和尾矿主要回用于采矿作业,其利用途径如图4所示:要实现废石的零排放,不但要尽量减少废石的产生,还需要以矿山系统为基础充分利用废石,以避免或减少废石的排放。采用废石和尾矿作为采矿区的充填材料,可以大幅度降低废石和尾矿的排放。废石和尾矿的井下填充,是我国有色金属矿山废石和尾矿利用的主要途径。目前,我国铜绿山铜铁矿、武山铜矿、红透山铜矿等矿山均采用废石和尾矿作为充填材料。此外,矿山废石和尾矿的处理还应推广应用充填采矿工艺技术,提倡废石不出井;采用尘源密闭、局部抽风、安装除尘装置等措施,防治破碎、筛分等选矿作业中的粉尘污染;对采矿活动所产生的固体废物,应使用专用场所堆放,并采取有效措施防止二次环境污染及次生地质灾害;积极推广尾矿的贮存和综合利用等。(2)废石和尾矿中有用组分的回收利用有色金属矿山固体废物既是一种污染物,也是一种可以利用的资源,对废石和尾矿中的有用组分进行回收是实现废物资源化和减少矿山废石和尾矿污染环境的重要手段。如德兴铜矿将一个废石容量4亿t的废石场和另一个废石容量7亿t的废石场建成两个铜堆浸厂,年产铜分别为200t和2000t。据初步估算,所有废石堆浸服务期限约为40~50a,可回收约30.8万t铜。美国有色金属矿山的资源综合利用率为76%~90%,比我国高3%~17%。

废水直接回用或经过处理后回用,可以最大限度地利用废水,既能减少废水的排放量,减轻环境污染,又能减少新水补充,节省水资源,解决日益紧张的供水问题。矿山废水的产生和回用方式如图5所示:废水的回用,包括直接回用和间接回用。如尾矿库废水回用于选矿或采矿过程;酸性矿坑水和堆场淋滤液回用于选矿过程,改变选矿的工艺条件或中和选矿废水的碱度。如某铜矿将酸性废水回用于选硫过程,硫回收率能达到90%以上[4]。某金铜矿山采用反渗透工艺处理酸性废水,通过两段处理,水回收率为36.79%,实现了废水的净化回收。[5]废水的利用还包括堆废水中污染物组分的回收利用。如对矿山含铜酸性废水,采用石灰调pH—铁屑置换—石灰沉淀法进行试验。结果表明,废水中的铜经铁屑置换后,形成的海绵铜品位为20.53%,废水中铜回收率达到96.7%[6]。采用反渗透工艺处理含铜酸性废水,利用硫化沉淀处理反渗透浓缩液,沉淀物铜品位为26%,铜回收率达74%[5]。

4最小量废物的必要处置

对于矿山生产过程中产生的最小废物,应进行必要处置,以避免或降低其对环境的危害。由于选矿废水可以全部回用于选矿过程,因此最小量的废水主要为矿坑水和堆场淋滤液。由于矿坑水和堆场淋滤液呈酸性,含有重金属离子,因此,对于此类废水的必要处置应采用中和沉淀法,处理后废水回用于采矿和选矿生产过程或排放。对于最小量的固体废物,如废石堆、尾矿库,宜隔绝空气和雨水,避免废石和尾矿的风化、氧化以及微生物作用,减少酸性废水和重金属污染物的产生,其方法主要有喷洒沥青、泥土覆盖、种植植被等。矿山开采企业应采用采(选)矿—排土(尾)—造地—复垦技术,将废弃地复垦计划纳入矿山的日常生产与管理,实现矿山废弃地的复垦。

三、结语

构建二级生态工业模式的有色金属矿山生产系统,是矿山解决生产过程所面临的资源短缺和环境污染问题的最佳模式。有色金属矿山二级生态工业的具体实现途径是矿山清洁生产、废物产生的预防、废物的循环利用及最小量废物的必要处置。(本文作者:杨高英单位:河北建材职业技术学院)

有色金属矿山生态工业途径探索责任编辑:陈老师    阅读:人次