太钢东山石灰石矿矿产资源节约集约与综合利用①

2021-11-30杨志勇王鑫彦

矿冶工程 2021年6期

杨志勇，王鑫彦

（太钢矿业分公司东山石灰石矿，山西太原030000）

1 概述

党的十九大报告提出必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，还自然以宁静、和谐、美丽。矿产资源是经济社会发展的重要物质基础，也是生态环境的重要构成要素［1］。

矿产资源开发活动应主动适应生态文明建设要求，用新发展理念指导建设绿色矿山，着力推动矿产资源开发利用与生态环境保护协调发展［2］。

矿业开发具有扰动和改善生态环境的双向作用。粗放的开发利用方式会对生态环境造成一定影响；节约与综合利用方式既减少对环境扰动，又能改善生态环境。因此，加强矿产资源节约、高效、绿色开发利用，建立符合美丽中国要求的矿业开发新模式，是当前矿业领域生态文明建设的重大课题［3］。

矿产资源的集约利用是以最有效的人力、物力、财力投入和最低的环境代价充分合理利用矿产资源以产生最大的利用效益、满足经济社会需求的矿产资源利用方式［3］。矿产资源赋存条件各异，且可复制性较差，在矿山全生命周期中，需因地制宜，不断探索与之相适应的措施，实现矿产资源利用最大化。本文以太钢东山石灰石矿为例，讨论资源节约集约与综合利用的途径方法。

2 资源节约集约与综合利用体系

矿山生产应遵循“开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化、生产工艺环保化、矿山环境生态化”的基本要求，努力实现矿山发展的资源效益、环境效益和社会效益的协调统一，资源开发与环境保护并举，矿山发展与社区繁荣共赢［4-5］。

2.1 设立组织结构

太钢东山石灰石矿（以下简称东山矿）是太钢重要的辅料基地，是集成冶金石灰石生产系统、回转窑活性石灰生产系统、全密封管状胶带运输机系统、成品石灰筛分及气力输送系统、粉剂产品生产系统的大型活性冶金石灰生产企业。

东山矿成立“东山矿生态文明建设委员会”，下设“矿区复垦与资源综合利用工作组”，负责矿山复垦与资源综合利用工作指导、管理。

东山矿管理机构健全，设有生产技术科具体负责地质、测量、采矿技术工作，配置测量技术2人、采矿技术1人、地质技术1人。

矿产资源节约集约与综合利用水平达到设计水平，建立了矿山储量动态监测机制，委托具备相关资质的单位完成每季度现场实测并计算开采情况。

2.2 优化采矿参数及装备选型，提高回采率

东山矿洪子峪矿区矿体为缓倾斜、薄矿体，平均厚度仅18 m。为了充分开发利用资源，矿山设计台阶高度时剥岩台阶定为12 m，采矿台阶降低为8 m，配用孔径135 mm液压钻机穿孔；配用移动灵活的液压铲装设备多台阶组合推进；配用反铲对开采台阶与顶、底板形成的三角矿体实施剔除选别，减少废石混入。实际开采中，厚度在2 m以上的矿层得到回收，3年来共回收三角矿73万吨，回采率保持在93.0%以上。

2.3 应用3DMine三维地质技术，盘活资源储量

基于3DMine矿山地质品位分布数字模型的配矿数学模型的应用，不仅提高了配矿效率和有效性，而且利于采场调整、减少剥岩量、提高矿山矿石产量和资源利用率［6］。东山矿根据地质勘探钻孔数据，结合地形地质条件，建立3DMine地质模型，服务于采矿设计。

对矿区界限内东部及东南部设计开采范围以外区域组织加密勘探，进一步探明该区域矿体形态、厚度等。经过论证，适当放宽剥采比，扩大开采范围，盘活、开发利用该区域资源量400余万吨。

2.4 多举措提高资源综合利用水平

矿产资源开发与利用过程中对大气、水系、土壤所产生的污染和资源损耗，给自然环境和人类生活带来了负面影响。绿色矿山建设发展模式是矿山可持续发展的最佳途径［7］。

资源综合利用作为绿色矿山建设体系中重要组成部分，有利于矿山的均衡开采，减少占用开采境界，延长矿山开采使用年限。东山矿针对矿山地质状况，采取以下措施以提高资源综合利用率：

1）用顶板中岩石回填采空区，东区西区形成的采空区内完成回填2 060万吨，较外排土场节约运距1.3 km，节约运输费用3 428万元。

2）表土作为绿化复垦覆盖土。东山矿因地制宜，采用“集中采矿、动态复垦、自主绿化”的作业模式，积极推动绿色矿山建设，将表土作为绿化复垦覆盖土，充分利用资源，减少倒搬费用。目前，洪子峪矿区裸露面积均为采场、排土场必要作业面积，矿区全面完成复垦绿化，为当地生态环境的改善做出贡献。

3）与水泥厂战略合作，生产线相连布置，石灰石加工、转运过程产生的副产品石灰石粉矿及石渣全部用作建材原料、烧结原料。在解决尾渣、废弃物的同时，为企业增加营收效益，降低运营成本。

4）实施多台阶、多工序联动配矿。矿产资源作为不可再生资源，一旦失去不可复得，配矿的更大意义在于不但可以变“废”为“矿”，而且在降低矿山生产剥采比、提高企业经济效益的同时，又减少了废石排放、降低了环境污染程度［8］。为最大限度利用矿产资源，东山矿合理组织生产勘探，做好地质预报，实施采场多台阶、矿部多工序联动配矿。近几年，通过对不同区域不同质量的矿石进行配矿，在保证矿石品位的同时，利用二级品矿石50余万吨。

2.5 提高块矿成品率

通过优化爆破工艺参数、采用间隔装药结构以及选择合理筛网尺寸，矿区成块率有了较大的提高［9］。按照设计，石灰石破碎筛分加工工艺形成的10～40 mm成品矿占原矿的65%。为了提高块矿产率，减少资源消耗，采用高精度逐孔微差爆破和不耦合装药技术，减少爆破时产生的粉矿率；优化破碎和筛分参数，减少超标矿循环破碎量，进而降低破碎造成的粉矿率；优化筛孔布置，提高筛分效率，减少合格品二次加工，降低粉矿率。通过以上技术措施，成品产率提高至71%以上，较65%的设计水平，减少资源消耗60余万吨。

2.6 优化焙烧原料结构，提高石灰石利用水平

为了达到石灰品质均匀、优质，回转窑焙烧工艺要求原料粒径级差一般不得超过3倍。东山矿回转窑建设初期，为了实现石灰石资源充分利用，与美卓公司反复讨论、研究，通过优化焙烧参数，调整转速、负压和助燃风量匹配、延长焙烧时间等，实现均匀焙烧，粒级确定为10～40 mm，块矿利用率较原设计粒级范围20～40 mm增加25个百分点。

2.7 研发高附加值产品，提高资源价值

矿产品高附加值产品可提高资源利用价值，东山矿相继成功开发出低碳石灰、喷吹用流态化石灰、KR法脱硫剂、氢氧化钙粉剂等产品。

2011年首次在国内大型回转窑上对石灰石进行焙烧工艺技术研究，开发生产出适用于RH、VOD精炼工序的低碳石灰。该技术可实现低碳石灰规模化生产，产品使用效果良好，有效解决了冶炼特殊钢用低碳石灰的技术瓶颈。

高纯度Ca（OH）2粉替代CaO粉供应酸水处理工序进行酸水中和，有效降低污泥排放量，提高处理效率。东山矿对氢氧化钙生产中各种影响参数进行测量，对干法生产的控制单元进行多因子试验，寻找关键影响参数，参照湿法生产，总结出干法生产的控制单元，开发出一种新型的干法制备氢氧化钙粉的生产工艺。自产业化转化批量试车生产以来，产品质量满足公司对氢氧化钙粉的要求，Ca（OH）2粉纯度不低于90%，粒度为-0.074 mm粒级含量大于95%，水分小于0.1%。产能达200 t／d，各项自创技术均处于国内领先水平。