分析矿山固体废弃物资源化整体利用与无机微晶材料开发

黄星宇

中蓝长化工程科技有限公司，湖南长沙 410000

如今，我国矿山生产规模大范围提高，由此产生的固体废弃物也越来越多，这使得矿山必须对废弃物的处理给予高度重视，通过有效的处理，使其成为一种资源，并将重点放在无机微晶材料研发方面，这对提高废弃物的经济效益是有重要价值和现实意义的。

1 矿山固体废弃物资源化整体利用

从技术的层面分析，矿山生产时产生的固体废弃物，其资源化处理方面的研究相对较少，主要集中于回填和筑路等方面；大部分废弃物均未得到有效利用，仅仅是简单的贮存。部分企业在废弃物贮存上未进行有效的无害化处理，也未能进行防沙、防水和防渗。针对废弃物的处理，部分企业建有填埋场，而很多都未能达到卫生标准。另外，现行技术在我国处于起步阶段，实际上废弃物有很多利用方向和途径[1]。

1.1 金属提取

提取有价值金属是废弃物资源化主要途径之一。就目前来看，我国金属矿山回收黄金总量约占总产量10%，而伴生白银可以占到总量90%。以某企业为例，其凭借各项新技术的应用，将镍的实际产量提高4倍，使伴生铜及伴生钴的回收率均超过88%，由此带来的经济效益，已经超过25亿元。

尾矿中金属的品位相对较低，利用传统选冶工艺难以回收，而新方法对那些规模较小的尾矿也无明显的经济效益。比如，在有色金属矿山当中，其尾砂含有很多有价的技术，以往选矿技术较为落后，有近40%的金属依然留在尾砂，而且还有一定量的伴生组分，在最初的选矿过程中未能回收；通过对品位较低的金矿实施生物氧化处理，由此带来的经济效益如同新建设若干中型矿山；SX-EW法的广泛应用，将铜矿石的可采品位有效降低到0.2%～0.4%；改造以往的炼铝工艺，减少0.2美元/磅的成本。除此之外，对尾砂而言，因受到技术和经济等因素的影响，无法对稀有金属进行回收。若能加快改进，则能有效提高经济效益[2]。

1.2 建材生产

以矿山生产时产生的废弃物为原料进行建材生产是废弃物综合利用的主要途径之一。该方法不会造成二次污染，能真正实现变废为宝。具体用途包括以下几个方面：第一，碎石生产，由矿山废石制成碎石，回用在公铁路和混凝土施工过程中；第二，水泥生产，部分尾砂主要化学成分和工程施工中所用水泥十分接近，都具有水硬性特征，能在水泥的生产中使用；第三，建筑制品的生产，比如，利用尾矿和粉煤灰等进行建材加工制作；第四，轻骨料与矿棉生产，比如，用粉煤灰和高炉矿渣等制作轻骨料与矿棉。

1.3 能源回收

部分废弃物存在一些能源可以回收利用。比如，在粉煤灰当中，其含有煤近10%，能通过分选进行回收和利用；对于煤矸石，其发热量在0.8～8.0MJ/kg范围内，能在电站生产中进行利用。据统计，发电领域的煤矸石实际利用率可以达到40%[3]。

1.4 覆土造田

无论是废石还是尾砂，都属于无机矿物，基本没有肥力，所以要在覆土和施肥之后才可以作为种植土使用。其中，废石在露天采坑中作为填料使用。在这一方面，我国得到一定成就，尤其是在水土流失日趋严峻的今天，具有重要环境和社会效益。

1.5 其它方面的利用

尾砂中含有植物生长必需元素，对尾砂进行加工能获取微肥，也可作为改良剂进行使用；尾砂中有很多类型的方解石，在工业生产中有一定利用价值，比如利用闪长岩进行水玻璃生产等。可见，在实际情况中，应充分考虑尾砂主要成分与特征确定尾砂用途，一般不能以需要为依据进行尾砂利用，这样能减少投入与浪费。另外，还需要各专业人员紧密配合，对尾砂及其利用进行综合研究，使资源得到更高效率的利用[4]。

2 无机微晶材料开发

2.1 定义与机理分析

以微晶玻璃为例，其制备流程如图1所示，它是一种组成较为特殊的基础玻璃，加热时通过对晶化的有效控制得到复合性材料。在对生产工艺进行有效改善的前提下，形成具有玻璃各项性质，还具有新型微晶结构主要特征的新材料。对于工艺技术机理，其在物理上对玻璃具有的热力学特征进行充分利用，在某种条件下能形成结晶态；而在熔体不断冷却时，由于粘度不断增加，所以能限制晶核产生，对微晶程度进行有效控制，确保物理过程平衡，形成全新材料[5]。

图1 微晶玻璃生产制备流程示意图

在矿山中，废弃物属于晶核制，如着色剂与矿化剂等，能满足此类产品对资源提出的要求。由此可以看出，微晶玻璃的产生与发展增加了玻璃加工领域的发展范围，出现一种和原工艺完全不同的工艺，充分发挥陶瓷与玻璃具有的优势，具有传统材料不具备的优势。比如，新材料有更好的致密性，而且在生产时基本不会造成污染，产品自身没有放射性与有毒有害物质，还能对其它类型的废弃物进行消纳，是一种具有良好推广应用价值的绿色产品。

微晶纤维属无机非金属硅酸盐纤维，有很高的强度，且耐高温、耐腐蚀、防辐射、不吸水，性价比高。相较于其它纤维，微晶纤维模量与强度均较高，能绝热隔音，抗氧化与辐射，适用于多种使用环境条件，可满足基础建设产业发展需求，是一种超高强代替钢材的新基础材料。

2.2 开发展望

（1）在冶金工业生产工艺的支持下对微晶材料进行开发，如铸件、粉料和粒料等，增大并加快新材料发展，尤其是产业化的发展。

（2）为海洋工程、油气田开发、盐湖工程、化工生产、水利工程、冶金工业、交通建设、电子产品、航空航天及国防建设等提供不同的功能性材料。

（3）通过自身改进与发展，尽快成为我国无机非金属产业的基础产业之一。

（4）将无机微晶材料视作现阶段的龙头产品，提高矿山生产中产生的固体废弃物的综合利用与开发技术水平，为矿山企业的可持续发展明确方向，奠定基础。

（5）积极开发各类型功能性产品的换代产品，包括陶瓷、玻璃、建筑材料、耐火耐磨材料等。

（6）为化工废渣、炉渣及赤泥等具有一定价值的废弃物综合利用与开发确定合理可行的方向，并兼顾一定环保性与节能性。

（7）为我国节能减排事业，以及产能改进提供正确稳定的出路。

（8）将冶金产品和非金属产品等的生产进行连接，以此走循环经济道路。

（9）由我国相关主管部门进行部署和规划，并给予必要的支持与鼓励，如增大资金的实际投入等[6]。

（10）建立开发实验室与生产基地；在运营矿山中，科研单位应与院校配合建立研发中心，集中现有的力量，形成完整的网络，将我国基本国情与资源状况作为出发点，自主研发新技术和新工艺，从而充分发挥出社会主义具有的优越性。

3 结语

综上所述，矿山开发与生产过程中必定会产生大量固体废弃物，这些废弃物的堆积贮存不仅要占用大量土地资源，而其一旦贮存不当，还会造成不同程度的环境污染与破坏。因此，必须对其进行资源化处理，使废弃物能够形成其它行业生产、建设过程中可以用到的资源，尤其是无机微晶材料的研发与生产，它能使固体废弃物向更多的产业方向迈进，使废弃物真正成为一种重要资源，最终在推动发展的同时，缓解环境压力，避免造成太大的环境污染。