矿山固体废弃资源延续与再生及废水利用.pdf

第5 2 卷第4 期 20 00 年1 1 月 有色金属 N N F E R R O U SM E T A L S V 0 1 ．5 2 ．N o ．4 N o v e m b e r2 0 00 矿山固体废弃资源延续与再生及废水利用 孙肇淑，刘侦德，杨钊雄 岭南铅锌集团，韶关5 1 2 3 2 5 摘 要概述了岭南铅锌集团凡V I 铅锌矿开发利用各种新工艺、新技术对矿山废弃资源、采矿废石、井下废水、冶炼废渣、选 矿尾矿的综合利用情况及所取得的成就。 关键词矿山废弃资源；生产发展；环境保护 中图分类号T D 9 2 。6 ．4 ；’ I D 2 6 ．5 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 0 0 4 0 2 0 2 0 4 随着科学技术的发展，国民经济的高速增长及 资源的消耗日益增加，对金属、非金属原料的需求也 越来越大，过去难以开采的、低品位复杂难选的矿石 在现代科学技术发展的今天得到大规模的开发，以 满足国民经济迅猛增长的需求。 在矿山开发的同时，带来了矿山固体废料的排 弃，这些固体废弃物主要是采矿废石、选矿尾矿。据 统计，我国矿山每年排弃的固体废料多达2 亿t ，矿 山采矿与选矿排出的污水达1 2 ～1 5 亿t 。然而，我 们的人口在增长，土地在减少，水源被污染，人类赖 以生存的环境在退化。因此，世界各国对工业固体 废料的处理及综合利用非常重视，有专门委员会、经 营性研究开发机构、经营性综合利用公司。美国与 前苏联对黑色与有色金属矿山的选矿尾矿、冶炼废 渣的处理都有具体的要求，前苏联1 9 8 0 年在阿拉木 图“黑色与有色金属地下开采完善化”的科学大会上 明确规定了研究和寻找开发黑色与有色金属新方 法。综合利用所有的废渣，将其加工成工业、建筑 业、农业所需的产品，慎重合理利用矿产资源，其根 本的出发点就是保护人类赖以生存的环境，为子孙 后代留下蓝天碧水。 我国自1 9 8 0 年 颁布以来，众多的大中 型国有矿山、冶炼企业在对固体废料废水处理、环境 保护与绿化方面做了大量的工作。凡口铅锌矿对矿 山固体废料的资源延续再生、开发利用等方面进行 了大量的研究，取得了同行瞩目的成就，目前，矿山 开采的废石1 0 0 ％及选矿尾矿的5 1 ％得到了利用， 这些固体废料的再生与开发利用的潜在资源财富在 不断地转化为经济效益和社会效益。 作者简介孙肇淑 1 9 6 5 一 ，男，高级工程师 1废石与尾矿的综合利用 1 ．1 充填工艺的改进与废石利用 凡口铅锌矿是一个大型地下开采矿山，采选综 合能力达4 0 0 0 ～4 5 0 0 t ／d 。采矿方法以胶结充填为 主，这就需要大量的充填骨料。所以，合理地利用采 矿废石及选矿尾矿这些矿山固体废弃资源便成了重 要的研究课题。6 0 ～7 0 年代，充填主要靠外购碎 石、河砂，严重制约矿山的采矿生产。长期以来。曾 先后使用过压气罐压气输送碎石胶结充填、直通孔 或斜溜槽输送碎石胶结充填、盘区机械化胶结充填 采矿法、高浓度全尾砂胶结充填。8 0 年代建立了处 理能力8 0 0 t ／d 的磨砂厂，用人造磨砂取代外购碎 石、河砂，并实现了废石1 0 0 ％利用，充填成本大大 降低。废石充填法分废石干式充填和废石胶结充 填。废石干式充填主要用于间柱采空区，废石胶结 充填主要用于F D Q 法矿层和间柱底部结构层的空 区充填。使用废石充填可避免充填体强度过剩，造 成不必要的材料浪费，据统计每年可节约成本3 0 0 万元。 1 ．2 选矿尾砂的利用 高浓度全尾砂胶结充填新工艺是国家“七五”重 点科技项目，是我矿与长沙矿山研究院、长沙有色冶 金设计研究院技术合作项目，于1 9 9 0 年1 1 月至 1 9 9 1 年4 月进行了工业试验并获成功。来自选矿 厂的尾矿浆物理性质为，浓度1 5 ％～2 0 ％，细度 8 7 ％一7 4 t t m ，密度3 ．1 ，p H 值7 ～8 ，容重1 ．3 7 t ／m 3 ， 孔隙率5 3 ％～6 2 ％，渗透系数0 ．2 5 ～0 ．3 8 c m ／h 。 工业试验在分层充填法采场充填2 3 9 8 m 3 ，取得如下 技术经济指标尾砂利用率由原来的5 0 ％提高到 9 0 ％以上，充填能力4 8 ～5 4 k g ／h ，充填料浆重量浓 万方数据 第4 期孙肇淑等矿山固体废弃资源延续与再生及废水利用 2 0 3 度7 0 ％～7 6 ％，水泥耗量2 1 0 k g ／m 3 。该工艺应用 生产情况见表2 。 前后充填材料消耗对比见表1 。应用之后采矿充填 表1高浓度全尾砂胶结充填新工艺应用前后充填材料消耗对比 注应用前数据累计时间1 9 8 2 - - 1 9 9 0 年，应用后时间指1 9 9 1 ～1 9 9 8 年。 表21 9 9 1 ～2 0 0 0 年上半年矿山生产情况／万t 出窿原矿采矿废石尾矿量尾矿产率／％用于充填尾矿 尾矿利用率／％ 总充填量／T Ym 3 8 6 8 ．11 2 3 ．73 7 2 ．1 4 2 ．8 61 9 1 ．35 1 ．4 12 5 2 ．4 高浓度全尾砂胶结充填新工艺可以使用全粒级 选矿尾砂。以解决充填料严重不足的难题，大大缩小 地表尾矿坝的容量，减少污染，少占农田，减少水泥 用量，降低充填成本，减少堵管事故。因此，新工艺 的推广应用，不仅对凡口矿，而且对我国充填法矿山 具有显著的经济和社会效益。高浓度全尾砂胶结充 填新工艺试验成功后，经大力推广使用，1 9 9 1 年至 今共充填全尾砂1 9 1 ．3 万t ，创经济效益44 1 7 万 元。如果考虑减少尾矿坝的容量，少建设一个尾矿 坝将产生间接效益50 0 0 万元。 2 选矿流失金属进一步回收 凡口铅锌矿矿石属复杂难选铅锌矿石，自1 9 6 8 年以来，与科研院校合作，不断采用新工艺、新技术， 攻克一道又一道的难题。在1 9 8 0 年研究成功高碱 度、丁基黄药细磨新工艺，产品质量和回收率都有了 较大幅度的提高，最近又研究成功了电化学调控浮 选短流程新工艺，选矿分选技术的纵向延伸使矿山 的选矿技术站在了国内同行业科技阵地的前沿。 在选矿过程的金属流失方面，通过十几年的努 力，使流失矿及矿泥的选矿工艺不断得到完善。 1 9 9 0 年以前，选矿厂尚没有一套完善的设施处理金 属流失矿及破碎洗矿矿泥 下称流失矿及矿泥 。流 失矿的回收主要是在浮选厂房设地坑集中，以间断 的形式送回到主系列处理。由于其所含剩余药剂较 多，操作影响大，实际回收效果不佳。矿泥则以临时 处理工艺选出铅锌混合粗精矿后合并到主系列处 理。这两种回收形式不仅影响主系列生产指标，矿泥 和流失矿的金属回收率也较低，再加上其它原因，都 造成了选矿厂的金属流失。据统计，1 9 8 01 9 8 9 十年 期间累计铅锌流失金属量达68 8 0 t , 平均流失率 0 ．8 1 ％。因此，必须减少流失，提高整体综合效益。 1 9 8 9 年1 月，我矿投资2 4 0 万元用于扩大洗矿 能力和新增矿泥系列，用于处理流失矿和矿泥。之 后开发应用了矿泥 流失矿混合浮选等3 种选别工 艺，各工艺流程应用情况见表3 。 表3 各种流失矿和矿泥浮选工艺流程应用情况／％ 工艺流程应用时间给矿品位面歪塑盒塑‰ 尾矿品位 嚣銎蓦鋈j 竺青 4 ．0 36 ．9 81 8 ．4 03 4 ．1 8 7 2 ．4 07 7 ．6 71 ．3 2I ．8 5 矿装吝霉耋矿1 至9 9 0 1 舅 筝 4 ．7 49 ．4 41 7 ．2 23 4 ．8 08 7 ．1 l8 8 ．5 10 ．8 01 ．4 3 矿翟尧募耋矿～1 9 1 9 9 9 3 7 年年 j ．5 29 ．0 51 8 ．2 03 8 ．8 78 4 ．0 28 9 ．5 90 ．9 11 ．1 9 矿驾南豁砂 1 9 9 8 年至今4 ．6 58 ．0 61 8 ．2 5 3 4 ．9 28 5 ．1 39 3 ．8 70 ．8 80 ．6 3 万方数据 2 0 4一，有 ’色金属第5 2 卷 经济效益分析 1 提高矿泥分选指标。矿泥量 按1 0 年处理原矿量的7 ％计算，矿泥中所含铅锌金 属量分别为1 5 22 7 t 和2 03 0 3 t ，按铅锌回收率提高 1 0 ．0 9 ％和7 ．7 5 ％，多回收铅金属15 3 6 t ，锌金属1 5 7 3 t ，按现价计，效益7 9 7 万元。 2 减少金属流失。 1 9 9 0 年矿泥系列投产后，选矿厂基本杜绝了金属流 失。如不考虑近1 0 年处理量的增大，光减少铅锌金 属流失量68 8 0 t ，经济效益为29 0 0 万元。 3炉、窑渣在水泥行业的应用 1 9 9 5 年1 0 月，矿山日处理1 ．8 万t 湿法炼锌厂 投产，该厂年废弃的沸腾炉渣及挥发窑渣达1 ．2 万 t 。为解决废弃固体物料的堆存及环境污染问题，我 们的眼光转向了水泥厂。 凡口水泥厂于1 9 7 7 年投产，投产后就攻克了使 用矿区工业生产炉渣作水泥掺合料的难题。1 9 9 7 年开始，沸腾炉渣的1 0 0 ％及挥发窑渣的7 0 ％进入 水泥厂生料破磨系统。试验采用挥发窑渣作为水泥 磨掺合料的3 0 ％也获成功。冶金炉、窑渣化学组成 如表4 所示。 表4 还原熔炼所形成的挥发窑渣化学组成 成分S i 0 2F e 2 0 3C a OA 1 2 0 3C Z nP b 含量／％2 8 ．0 6 3 9 ．4 25 ．2 61 7 ．2 71 5 ．2 3 ≥1 0 ．3 将挥发窑渣作为部分原料，在湿法回转窑上煅 烧水泥熟料。根据表4 的分析可见，挥发窑渣的主 要成分是s i 0 2 、F e 2 0 3 、C a O 、A 1 2 0 3 ，将其作为原料， 代替5 0 ％的黏土、1 0 0 ％的铁粉和矿化剂。试验及 配方优化研究结果表明，可相应减少硅质、铁质原料 分别为2 0 ％～3 0 ％和5 0 ％～6 0 ％，使用时适当降低 K H ，提高S M ，减少溶剂矿物，增加硅酸盐矿物，有 利于提高熟料质量。废渣使用前后入窑生料浆化学 成分分析结果见表5 。 表5 废渣使用前后人窑生料浆分析结果／％ 试验和生产实践发现，用废渣代替2 0 ％的黏 土、1 0 0 ％的铁粉原料，能生产出优质水泥，并且，由 于废渣中含有适量的碳、硫和铅锌组分，既可在生料 浆制备过程中起到改变料浆流动性的作用，又可使 料浆水分减少1 ％～2 ％，可降低固相反应时的最低 共熔温度，有利于硅酸三钙的形成。使用窑渣前后 熟料矿物组成及物理性能见表6 。 据统计，1 9 9 7 年以来共使用废渣3 50 7 2 t ，已生 产出优质水泥5 0 万t ，水泥成本降低5 元／t ，为凡口 水泥厂获得经济效益2 5 0 万元，又为金狮冶化厂节 约了因堆存湿废渣所需要支出的资金约3 0 万元／a 。 表6 窑渣使用前后熟料矿物组成及物理性能 一． 矿物组成／％抗折强度／M P a抗压强度／M P a 比表面积凝结时间h r a i n ⋯ c 3 sC 2 sC 3 AC 4 A F3 d7 d2 8 d3 d7 d2 8 d ／m 2 ．k 2 1 初凝终凝 使用前5 8 ．7 41 3 ．9 9 7 ．9 21 3 ．9 25 ．36 ．47 ．82 8 ．54 3 ．86 0 ．73 0 22 3 84 4 1 使用后5 8 ．6 31 4 ．0 08 ．1 71 4 ．5 65 ．87 ．18 ．43 1 ．74 6 ．26 2 ．63 0 31 5 03 3 0 4井下水的二次利用 7 0 年代凡口铅锌矿工业和民用水均为河水，年 供水量在17 0 0 ～17 5 0 万t ，其中4 0 ％作为选矿工 业用水，“七五”期间凡口铅锌矿1 5 万t 技术改造工 程竣工后，主体生产和辅助生产产量扩大，造成每年 4 0 0 万t 的供水缺口。与此同时，每天有3 万t 以上 的井下水白自流走。如果将井下水经过净化处理后 作为选矿工业用水的另一水源，那么既可缓和工业 及生活用水之间的矛盾，又可大大减少废水的排放 量，达到保护环境、节约水源、提高工业用水循环率 的目的。 4 ．1 井下水性质 井下水日排出量3 万I T l 3 ，含有大量的悬浮物和 有毒、有害物质。我们利用面积为1 5 万m 2 的沉淀 池 库容8 6 万m 3 ，进行适当的改造，拉大进水口与 排水V I 之间的距离，提高排水塔出水管1 2 1 标高，改善 了净化效果。净化处理前后水质分析结果见表7 。 由表7 可见，经过净化处理后，井下水各项指标均大 大提高，并接近塘村河水水质。 4 ．2 井下水在选矿生产中的应用 1 9 8 8 年，凡口铅锌矿科研处与广州有色金属研 究院合作，就井下水的主要影响因素及其与河水的 配比做了大量的研究工作，证明了井下水用于选矿 万方数据 第4 期孙肇淑等矿山固体废弃资源延续与再生及废水利用2 0 5 生产是可行的。1 9 9 6 年9 月，井下水正式用于选矿经济指标和药剂消耗稳定在应用前的水平，见表8 。 生产，与塘村水的比例为1 1 ．2 ～1 ．4 ，使选矿技术 表7 净化处理前后井下水水质对l [ 二／m g I 。- 1 4 ．3 经济效益 井下水选矿利用工程投资3 7 6 万元，用于选矿 生产之后，年减少使用自然水3 9 0 万t ，每年节约购 水费4 2 ．1 万元，节约排污费1 4 万元，节省抽水费用 1 1 2 万元，三项合计1 6 8 万元。投资回收期2 ．2 年。 5结语 矿山废弃资源的延续利用，既要有利于环境保 护，变废为宝，又要适应生产发展的需要，但关键是 要开发利用各种新工艺、新技术，才能产生大的经济 效益。纵观凡口铅锌矿几十年的发展，特别是近十 年来，对废石、废渣、废水、选矿尾矿的综合利用确实 取得了同行业瞩目的成就，据统计，各项效益达1 ．5 亿元。展望未来，我们相信，随着科学技术的不断发 展，对矿山废弃资源的进一步利用，如对废弃尾矿中 有价成分的进一步回收、井下难采矿体的回采以及 其它废弃物综合利用将有更新的途径，矿山发展也 为科技的发展提供更广阔的空间。 上接第2 2 1 页 5 锡多金属矿石中锡品位5 0 9 ／t ，在铜精矿 和硫精矿中有4 ～6 倍富集，铅锌精矿似无富集，但 在密闭鼓风炉式铅锌冶炼电解阳泥中富集到7 ％。 6 汞多金属矿石中汞品位1 9 9 ／t ，铅锌矿石 中3 6 9 ／t ，在铅锌混合精矿中有3 倍富集，密闭鼓风 炉式铅锌冶炼烧结电收尘中含量达0 ．2 ％。 2 ．8 利用难选氧化矿石 当前首先面I 临的利用对象是厂坝铅锌矿1 号矿 体氧化矿。其矿石量4 2 9 万t ，铅锌金属2 6 ．8 9 万t ， 纳入设计采选利用范围。上部矿石铅锌氧化率 9 3 ％以上，往下渐减。上部深度氧化矿石试验结果 铅回收率3 6 ％，锌回收率6 6 ％，设计投产1 ～5 年选 矿指标铅5 3 ％，锌7 0 ％。精矿主品位低，含杂高，成 本高，效益差。难选氧化矿利用属于国家鼓励和扶 持的综合利用项目。相对于把它当作岩石剥离，选 矿利用更为适宜。因民采对矿山的破坏，硫化矿开 采转入地下之后，只要优 硫化矿 劣 氧化矿 资源 兼采兼选，合理搭配 氧化矿比例小于等于3 7 ％ ， 矿山总体经营效果仍可盈利。采选冶统筹兼顾，强 化技术，平衡负担，并利用国家的优惠政策，可改善 资源利用和经营效果。 3结语 1 总结了诸如从矿石、尾矿和冶炼烟气中综合 回收硫，从矿石中综合回收金银硒镉，从冶炼炉渣中 综合回收铜金银，综合利用烟气余热和水重复利用 等综合利用项目的回收利用水平现状，其中从尾矿 中回收硫，从浸染状铜矿石中回收硫和从转炉渣中 回收铜及金银等项目在国内具有较高水平。 2 分析了企业及其内部生产单元综合回收总 体效益。就综合回收产品主营业务利润所占份额指 标而言，对企业为3 7 ％，对其内部先进的生产单元 为4 9 ％。 3 分析了综合回收硫、金、银、镉等存在的问 题，及加强冶炼渣处理和扩大综合回收品种等工作 的必要性，提出了企业综合利用方面的具体任务。 万方数据