海南石碌铁矿废石资源特征及综合利用

刘朝露,齐文涛

(1.海南省资源环境调查院,海南 海口 570206; 2.海南省九三四地质大队,海南 海口 570206)

海南石碌铁矿废石资源特征及综合利用

刘朝露1,2,齐文涛2

(1.海南省资源环境调查院,海南 海口 570206; 2.海南省九三四地质大队,海南 海口 570206)

通过对海南石碌铁矿五个废石堆场的现场调查、测量、采样分析等工作,基本查明石碌铁矿废石资源的分布、规模及围填海工程填充物物质成分限值等特征,对矿区内堆存的废石进行综合分析与评价,指明了综合利用方向。

废石资源;围填海工程;综合利用

随着海南明珠岛、如意岛、海花岛、日岛、月岛、洋浦港、三亚新机场以及南海岛礁建设等填海造陆工程项目的推进,围填海的石料出现了严重供不应求的局面;然而,海南国际旅游岛的建设,又对环境保护提出了非常严格的要求,开山取石的项目审批难度较大[1-6]。因此,如何在保护好环境的前提下,既能充分利用岛内现有的资源,又能满足工程项目建设的需求,是海南省矿管部门急需解决的重大课题。本文重点阐述石碌铁矿废石资源的特征,并进行综合分析与评价,指明综合利用方向。

1 矿区地质特征

石碌铁矿位于海南省昌江黎族自治县石碌镇南部,地理坐标:东经109°01′00″～109°05′45″,北纬19°11′30″～19°15′00″,面积44.75 km2。是中国著名的大型火山沉积—变质铁矿床,也是中国最大的富铁矿石主要生产基地之一。

石碌铁矿在构造上属于华南褶皱系五指山褶皱带中抱板隆起带与白沙坳陷带接触部位的一部分,出露地层主要为青白口系石碌群(QnS)和震旦系石灰顶组(Zs),另有小面积的古生代和中生代地层分布。地层以石碌群为主,厚度大,早期沉积岩经构造运动及岩浆活动,均变质成变质岩,变质岩主要有绢云母片岩、石英岩、结晶灰岩等,矿区地层褶皱扭曲强烈,地层岩性与构造极为复杂。

2 废石资源特征

该矿山于1957年开始投入生产,设计年限58年,矿山为露天开采,设计生产规模460万t/年,主要对出露标高512 m的北一铁矿体和南矿铁矿体进行露采,现采矿最大深度为0 m标高,已逐渐开始转入地下开采。矿区废石堆场5处(图1),编号分别为1号堆场—5号堆场,堆存总量达1.65亿m3,下面分别介绍五个废石堆场的资源特征。

2.1 废石的分布特征

1号堆场(也称280排土场)是矿区内最大的堆体,位于枫树下采场以南,堆体海拔标高+155～+335 m,地表形态呈冲积扇状,堆体呈NW-SE走向,堆体中间厚65～85 m,顶底两端逐渐减薄直至尖灭,堆体产状整体南西倾,并在南西侧形成30°～50°的边坡角,边坡线长约2 700 m,占地面积2 km2,经估算废石资源量10 800万m3;2号堆场(也称172排土场)位于北一采场西北角,是矿区内第二大堆体,地表形态呈不规则椭圆状,堆体标高+100～+450 m,堆体自南东向北西顺山势堆存,堆体产状北西倾,边坡角30°～50°,坡脚线长约1.3 km,堆体厚度一般在北西段较为稳定,厚30～65 m,南东段因原山体地形起伏较大堆体厚度变化也较大,厚2.5～40 m不等,占地面积约1.7 km2,经估算废石资源量5 236万m3;3号堆场为保秀区段地下开采废石资源临时堆存地,规模不大,经估算废石资源量约为273万m3;4号堆场位于南矿采场的西侧,主要由三个不连续的小堆体组成,规模较小,经估算废石资源量约91万m3;5号堆场位于正美山采场东侧,规模小,经估算废石资源量85万m3。

图1 石碌铁矿区废石堆场分布卫星影像图Fig.1 Satellite image of waste rock yard distribution in Shilu Iron Mine area

2.2 废石的岩石学特征

废石堆体的岩石类型种类较多,岩性复杂,堆体主要由二透岩、白云岩或白云质灰岩、变质砂岩、石英岩、千枚岩、片岩、花岗岩、板岩和其他岩类(糜棱岩、角砾岩、辉绿岩等)构成,堆体中含量最多的是二透岩、石英岩和白云质灰岩。

2.3 废石的化学成分特征

根据矿区岩石学特征,在5个废石堆场分别采集了15件样品进行了围填海工程填充物质成分限值检测,其中1号堆场5件(ST03、ST2-7、ST2-8、ST2-9、ST2-11),2号堆场5件(ST09、ST10、ST2-1、ST2-2、ST2-4),3号堆场2件(ST2-13、ST2-15),4号堆场1件(ST2-5),5号堆场2件(ST05、ST2-14),样品分析测试结果见表1。

样品分析测试结果表明:所有样品的材质、气味、块体大小均符合《围填海工程填充物质成分限值》(GB30736—2014)标准要求,样品无异味、异臭,块体相对密度较大(均值2.84 g/cm3,最大值3.08 g/cm3,最小值2.64 g/cm3),均大于海水相对密度(一般1.025 g/cm3),大肠菌群湿重比个数均未检出,γ辐射剂量率(均<10 nGy/h)低于海南省均数180 nGy/h、全国均数80 nGy/h和世界均数57 nGy/h,表明岩石的γ辐射剂量率在海南省正常室外天然辐射背景值范围内。其中有3件样品的硫化物(S2-)含量未能达到第一类围海工程填充物质要求,ST03号白云质灰岩样品S2-含量为692×10-6,符合第三类围海工程填充物质要求(S2-含量取值范围为:500×10-6～720×10-6),ST2-5号大理岩样品S2-含量为349×10-6,符合GB30736—2014的第二类围海工程填充物质要求(S2-含量取值范围为:300×10-6～500×10-6);ST2-15号花岗岩样品S2-含量为331×10-6,符合GB30736—2014的第二类围海工程填充物质要求。4件样品的砷(As)含量未能达到第一类围海工程填充物质要求,ST05号白云岩样品As含量为79.8×10-6,符合第三类围海工程填充物质要求(As含量取值范围为:65×10-6～112×10-6);ST09号变质砂岩样品As含量为28.4×10-6,符合第二类围海工程填充物质要求(As含量取值范围为:20×10-6～65×10-6);ST10号千枚岩样品As含量为70.6×10-6,符合第三类围海工程填充物质要求;ST2-13号变质石英砂岩样品As含量为32.6×10-6,符合第二类围海工程填充物质要求。2件样品的铜(Cu)含量未能达到第一类围海工程填充物质要求,其中ST10号千枚岩样品Cu含量为50.2×10-6,符合第二类围海工程填充物质要求(Cu含量取值范围为:35×10-6～100×10-6);ST2-14号二透岩样品Cu含量为105×10-6,符合第三类围海工程填充物质要求(Cu含量取值范围为:100×10-6～240×10-6)。ST10号千枚岩样品铜(Cu)含量符合第二类围海工程填充物质要求,而砷(As)含量符合第三类围海工程填充物质要求,综合认为该件样品符合第三类围海工程填充物质要求。

综上所述,本次所采集的15件样品共有7件样品(样品编号分别为ST2-1、ST2-2、ST2-4、ST2-7、ST2-8、ST2-9、ST2-11)达到第一类围海工程填充物质要求,11件样品(样品编号分别为ST09、ST2-5、ST2-13、ST2-15)达到第二类围海工程填充物质要求,15件样品(样品编号分别为ST03、ST05、ST10、ST2-14)均符合第三类围海工程填充物质要求。

2.4 废石的物理机械性能

本次工作在废石堆场共采取了8组具有代表性的样品,结果表明:各堆体石料的饱和抗压强度除片岩以外均在120 MPa以上,饱和抗剪切强度以及抗腐蚀性能良好,能够达到填海用石料和建筑用石料的质量要求。

2.5 废石的天然放射性强度

野外伽玛总量剖面测量结果表明,矿区内废石的伽玛照射量率一般在3.0 nc/kg·h左右,除个别测点测值稍偏高(最高6.5 nc/kg·h),其他测点均低于《天然石材产品放射性防护分类控制标准》(JC518—1993)要求的5.2 nc/kg·h,该类材料的使用范围不受限制。

表1 石碌矿区废石围填海工程填充物质成分限值测试结果表Table 1 The limit test results table of the filling material composition of the waste rock in Shilu Iron Mine area for reclamation projects

2.6 废石的块度大小特征

1号堆场岩石块度大小不均,多数岩石直径在10 cm以下,10～40 cm大小不等的岩块散落其中,因局部堆场地表植被覆盖,仅在堆场边坡及顶部清晰可见,岩块分选性局部稍好,整体一般,因堆体边坡角局部较陡,时间较久,存在重力分异现象,主要表现在岩石排放过程中,较大岩块(10 cm以上)沿堆存边坡滑落至堆场底部,粒度较小的岩块(5 cm以下)主要留存在堆体顶部和边坡;2号堆场岩石块度分选性较差,块度大小多集中在50 cm以下和1 m以上,岩块从堆场底部至顶部无明显重力分级现象,仅在堆体外边坡底部堆存有堆体顶部滑落的较大岩块(一般50～100 cm),边坡中间及顶部主要为直径50 cm以下及1 m以上的岩块;3号堆场岩石块度直径大多集中在5～10 cm,个别最大达到1.5 m,最小1 cm以下;4号堆场因堆体顶部主要用以堆放矿石,一般堆体底部岩石块度较大,岩石直径一般10～50 cm不等,最大有1 m,顶部主要为破碎小岩块和泥土组成,直径一般在1 cm以下;5号堆场因岩石主要源于地采,岩石普遍较为破碎,主要岩石块度集中在10 cm以下,个别较大可达50 cm。

3 废石资源评价与综合利用途径

3.1 废石资源评价

本次项目根据各堆场的典型岩石类型进行了采样,共送检分析了8组岩石物理力学试验样、15件围填海工程填充物质成分限值检测样(表1),测试结果表明,所有的样品均符合建筑用石料的质量要求,均可用作第三类围填海工程填充物质(表2)。

表2 石碌铁矿废石资源围填海工程成分限值检测可用类别一览表Table 2 Component limit detection available category list of the waste rock in Shilu Iron Mine area for reclamation projects

根据石碌铁矿废石的资源特点,结合样品分析测试结果,该矿山废石的综合利用途径主要有:

(1) 用作围填海工程填充物质。围填海工程填充物质成分限值检测结果表明,所有的样品均符合第三类围海工程填充物质要求,可作为第三类围填海工程填充物质使用。

(2) 用作建筑石料。岩石物理力学试验测试结果表明,所有样品均符合建筑用石料的质量要求,可以用作建筑用石料或铺路碎石,破碎较为严重的碎石渣可烧制环保砖,剩余泥土可就地用于后期复垦。

3.2 各堆场综合利用分析

由于每个堆场废石堆存规模、综合利用现状不同,以下分别对各堆场的废石进行综合利用分析:

1号堆场,也称280排土场,是石碌铁矿规模最大的废石堆场(资源量10 800万m3),该堆场堆存高度落差大,坡度陡,边坡线长,可优先回收利用该地段的废石资源。

2号堆场也称172排土场,是石碌铁矿规模第二大的废石堆场(资源量5 236万m3),使用年限久远,排放废石量大,且目前仍在使用,该废石堆场南部至石碌岭范围,地形坡度较为陡峭,原堆存的围岩夹石表面已进行覆土植树等生态修复,且因堆场时间较长,岩石风化严重,建议暂不回收利用该地段废石。

3号堆场位于正美山采区,废石源于正美山露天采场,规模为不大(资源量273万m3)。该堆场西侧的一个堆场,围岩已用以回填采坑,建议暂不回收利用;该堆场南西段往山坡方向,堆体表面已覆土绿树,且地形较为陡峭,建议暂不回收利用;该堆场北东段,堆体未进行治理或综合利用,且岩石较为新鲜,可以进行规划回收利用。

4号堆场(资源量91万m3),本次项目共圈出3个堆体,其中一个堆体位于南矿采场的西侧,废石中泥土含量高,目前尚未进行治理或综合利用,后续主要用于回填采坑,建议该处废石就近利用;另一堆体位于南矿采场和枫树下采场中间,该处废石主要用以修整平台,在平台顶部则用以堆放矿石,该处废石可待采矿结束后就近利用;第三个堆体位于枫树下采场北侧,临近矿山公路,岩石用以修整平台,并在平台顶部加工石料,临时存放矿山设备等,该处废石已被占用,建议暂不进行回收利用。

5号堆场是保秀区段地下开采临时排放围岩的堆场,废石排放量不大(总资源量85万m3),岩石普遍较为破碎,岩石块度直径一般在10 cm以下,在堆场北侧顶部平台上搭建了临时板房,可见钢筋、水泥等物料,在堆场中间顶部平台则临时堆放了一些矿石,堆场目前仍在使用,岩石尚未进行综合利用,该堆场废石因其规模较小,建议就近利用。

4 结语

本文详细论述了石碌矿区废石资源的分布、规模、块度及围填海填充物质成分限值等特征,对废石资源的综合利用指明了方向,为实现矿山变废为宝提供依据。

[1] 王秀萍.尾矿化学处理与综合利用的国内外研究概况[J].中国矿业,2009,18(5):73-76.

[2] 章庆和,苏蓉晖.有色金属矿尾矿的资源化[J].矿产综合利用,1996(4):27-30.

[3] 程琳琳,朱申红.国内外尾矿综合利用浅析[J].中国资源综合利用,2005(11):30-32.

[4] 彭觥.矿山地质手册[M].北京:冶金工业出版社,1995.

[5] 毛麒瑞.矿山尾矿的综合回收与利用[J].中国资源综合利用,2000(5):38-39.

[6] 王树义,李巧玲.中俄固体废物处理的立法比较[J].安全、健康和环境,2004,4(11):17-20.

(责任编辑：费雯丽)

Characteristics and Comprehensive Utilization of Waste Rock Resourcesin Shilu Iron Mine,Hainan Island

LIU Zhaolu1,2,QI Wentao2

(1.HainanResourcesEnvironmentSurveyInstitute,Haikou,Hainan570206; 2.Hainan934GeologicalBrigade,Haikou,Hainan570206)

Based on the field investigation,measurement and sampling analysis of five waste rock yard in Shilu Iron Mine,Hainan,the distribution,scale of waste rock resources and filling material composition limits for reclamation projects were basically identified.The comprehensive analysis and evaluation of waste rock accumulated in the mining area were carried out,and the comprehensive utilization direction was pointed out.

waste rock resources; reclamation projects; comprehensive utilization

X75

A

1671-1211(2017)05-0637-05

2017-05-16;改回日期2017-09-04

海南省地勘基金项目(项目编码:HZ2015-235)。

刘朝露(1968-),男,研究员,博士,矿产地质专业,从事矿产普查与勘探工作。E-mail:22555152@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.014.html数字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.029