兰陵县王埝沟铁矿矿山固体废弃物对环境的影响分析及综合利用探讨

马腾

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100)

王埝沟铁矿床为我国已探明的大型铁矿床，位于兰陵县城西约20km，西距枣庄市约20km，行政区划隶属兰陵县尚岩镇。206国道由矿区北部横穿矿区，临枣高速由矿区南侧穿过，西距临枣高速5km，交通便利。区内有2条主矿带、5个矿体，矿山探明和控制储量共20110.1万t，平均含铁品位31.49%，现采选规模为300万t/a，年产铁精矿71.33万t，服务年限37.5a。目前矿床处于开采初期阶段，矿山运营期间产生大量的固体废弃物，不仅破坏自然生态环境、自然景观，并且成分复杂，含有多种有害成分甚至放射性物质，严重污染水源和土壤，污染矿区和周围环境。因此，研究该矿山固体废弃物对环境的影响，如何对固体废弃物进行综合利用有着重要的生态意义。

1 矿山固体废弃物的现状及对环境的影响分析

1.1 矿山固体废弃物现状

矿山处于开采初期阶段，基建工作全部完成，矿山运营期间固体废物，主要有采选废石、尾矿、锅炉灰渣，其产生量及处理处置情况见表1。可以看出，矿山产生的废弃物主要是废石及尾矿，其次为锅炉灰渣，产生量大，利用率低，占用空间大。除84.2%的尾矿(154.49万t/a)用于井下充填外，其余均处于待处理状态。

表1 固体废物产生量及处理情况

1.2 固体废弃物放射性危害分析

为了解固体废弃物放射性危害，对废石(泥质灰岩、石英砂岩、黑云变粒岩)、尾矿(磁铁矿石)进行伽玛能谱测量试验[1]，结果如表2所示。

表2 伽玛能谱测量结果

根据放射性测量及放射性活度、内照射指数、外照射指数计算结果，矿区内各类岩矿石的放射性含量普遍较低，U(2.54～8.81)×10-6，Th(8.07～28.96)×10-6，放射性活度107～297Bq/kg，内照射指数IRa 0.16～0.54，外照射指数Iγ 0.30～0.84，内照射指数及外照射指数符合《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)中对建筑主体材料放射性的要求。综合分析认为，固体废弃物中废石和尾砂的放射性含量较低，开采、选冶及固体废弃物的综合利用不会对人体及环境造成放射性危害。

1.3 固体废弃物的危险性鉴别及对环境的影响分析

1.3.1 固体废弃物的危险性鉴别

根据危险废物的鉴别系列标准以及有关的鉴别方法[2-3]，选择主要监测项目，对王埝沟铁矿的废石、尾矿以及锅炉灰渣进行了毒性浸出实验[4-7]，其毒性浸出结果见表3、表4和表5。

表3 废石浸出试验结果

根据表4中各个阶段废石的浸出毒性试验结果，认为废石、尾矿、锅炉灰渣各项检测项目浓度均远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5085.3-2007)中浸出毒性鉴别标准和《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的最高允许排放浓度，由此可以断定，废石、尾矿为第Ⅰ类一般工业固体废物，其贮存处置场应按《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)中Ⅰ类场要求执行；锅炉灰渣pH值为9.16外，pH值在6～9之间，锅炉灰渣属于第Ⅱ类一般工业固体废物，其存储场应按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)中Ⅱ类场要求执行。

1.3.2 固体废弃物淋溶水对地下水、土壤的影响分析

依据浸出实验结果，矿区废石、尾矿渣为Ⅰ类固体废物，故其淋溶水不会导致地下水水质恶化及土壤的污染。

锅炉灰渣属于第Ⅱ类一般工业固体废物，其存储场应按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2010)中Ⅱ类场要求执行。炉渣临时放在采选工业场地灰渣场，为了防止炉渣造成环境污染，建议灰渣场设计应防雨、防渗，尽量设计为封闭厂房，并及时由协议方(水泥厂)直接从灰渣厂房清运、综合利用，并禁止与废石共同存放在临时周转废石场。严格按照上述方式执行，其淋溶水也不会导致地下水水质恶化及土壤的污染。

表4 尾矿浸出试验结果

表5 锅炉灰渣浸出试验结果

2 矿山固体废弃物的综合回收利用

2.1 废石、尾矿综合利用

2.1.1 废石、尾矿的矿物成分

研究固体废弃物的组成和性质是其资源利用的依据。矿区的主要固体废弃物为废石与尾砂。废石是围绕在矿体周围的无价值岩石，经鉴定分析，拟建项目废石岩性主要为黑云变粒岩、其次为泥质灰岩和石英砂岩。尾砂为磁铁矿石选矿后的产物。固体废弃物各岩性的主要矿物成分为方解石、石英、斜长石、黑云母与角闪石，详见表6。

表6 固体废物的主要矿物成分

2.1.2 废石、尾矿综合利用

矿山废石、尾矿排放规模大，为第Ⅰ类一般工业固体废物，是良好的建筑材料[8]、路基填料，这也是目前矿山上废石、尾矿的主要利用方向[9-15]。如银山铅锌矿山利用尾矿已建成一个年产1000万块钙化砖的砖厂，每年可利用尾矿3万t，并有一定的经济效益[16]；又如鞍山矿渣厂年产10万m3加气混凝土砌块，尾矿用量约3万t/a[17]。

根据废石、尾矿矿物成分分析，主要成分为石英、长石、角闪石、黑云母、方解石，主要矿物化学成分和具体用途见表7。可以看出：除了用于建筑材料、路基填料外，还有其他较为广泛用途，可100%综合回收利用。

表7 废石、尾矿主要化学组成和用途

(1)作为玻璃生产原料与研磨材料。矿山早期开采过程中，由于建井工作产生大量的石英砂岩，该矿区石英砂岩石英含量高，是良好的玻璃生产原料。此外石英莫氏硬度为7，硬度高，可制作成良好的研磨材料，也可用于制作抛光材料，可用于抛光玻璃、金属、皮革、半导体、塑料、玉器等。如潘守芹[18]、张先禹[19]利用尾砂生产微晶玻璃与黑色玻璃。

(2)陶瓷原料。废石与尾砂中的石英与长石是良好的陶瓷、搪瓷、耐火材料的原料，可用于制造陶瓷及搪瓷，磨粒磨具等。如张天兴[12]利用尾砂生产彩釉外墙砖。

(3)水泥、石灰生产原料。矿山早期产生的大量泥质灰岩，可作为水泥与石灰的生产原料，建议卖给相邻灰岩矿山或直接卖给水泥厂家。

(4)土壤改良剂或肥料。废石与尾砂中黑云母富含K元素肥料，是良好的钾肥原料；灰岩和斜长石中富Ca，与富含K与Fe的黑云母搭配是良好的无机复合肥料。此外，富含碳酸钙的灰岩呈碱性，是良好的土壤改良剂，施于酸性土壤中，达到综合酸性，改良土壤的目的。

(5)造地复垦、植树造林。由于尾砂中富含Ca，K，Fe等元素肥料，可采用参合土壤、锅炉灰渣，施撒一定的有机肥料，可造地复垦，植树造林等。如中条山有色金属公司在蓖子沟矿韩家沟、莫家沟[20]两个服务期满的尾矿库覆土植被，造田27.33hm2，获得粮食水果双丰收。

(6)化工原料。石英磨成粉后可以用于塑料、橡胶等充填剂，可提高其耐磨性。此外，石英粉也可作为硅化合物和水玻璃等的原料，硫酸塔的填充物等。

2.2 锅炉灰渣综合利用

锅炉灰渣有多种用途，可用作水泥材料、筑路材料、墙体材料、陶瓷材料、耐磨材料和耐火材料等。目前我国的灰渣利用途径主要是制砖，其次是作农肥和土壤改良剂、水泥掺合料、建筑材料、路基填料、新土配料、水泥配料等。

本矿所产灰渣每年约有2750t，属于第Ⅱ类一般工业固体废物，但除锅炉灰渣pH值为9.16超标外，其余各指标均未超标。因此锅炉灰渣可作为改良酸性土壤的改良剂；稍加处理后(添加一定量的酸性填料)也可外卖用作水泥材料、筑路材料、墙体材料、陶瓷材料、耐火材料等，可100%综合回收利用。

3 结论

(1)王埝沟矿山主要固体废弃物为废石、尾矿和锅炉灰渣，具有排放规模大、目前利用率低的特点。

(2)通过对废石、尾矿的伽玛能谱测量分析认为：废石和尾砂的放射性含量较低，开采、选冶过程及固体废弃物的综合利用，不会对人体及环境造成放射性危害。

(3)根据固体废弃物浸出试验结果，废石、尾矿为第Ⅰ类一般工业固体废物，其贮存处置场应按GB18599-2001中Ⅰ类场要求执行。

(4)锅炉灰渣为第Ⅱ类一般工业固体废物，其贮存处置场应按GB18599-2001中Ⅱ类场要求执行。炉渣临时放在采选工业场地灰渣场，为了防止炉渣造成环境污染，建议灰渣场设计应防雨、防渗，并综合利用。严格按照上述方式执行，其淋溶水也不会导致地下水水质恶化及土壤的污染。

(5)对主要固体废弃物(废石和尾砂)的岩性组成、主要矿物特征和用途进行分析研究，提出了综合回收利用的具体方向：如用于建筑材料、路基填料、玻璃生产原料、研磨材料、陶瓷原料、水泥、石灰生产原料、土壤改良剂或肥料、化工原料等。