分析礦山固體廢棄物資源化整體利用與無機微晶材料開發

黃星宇

中藍長化工程科技有限公司，湖南長沙 410000

如今，我國礦山生產規模大范圍提高，由此產生的固體廢棄物也越來越多，這使得礦山必須對廢棄物的處理給予高度重視，通過有效的處理，使其成為一種資源，并將重點放在無機微晶材料研發方面，這對提高廢棄物的經濟效益是有重要價值和現實意義的。

1 礦山固體廢棄物資源化整體利用

從技術的層面分析，礦山生產時產生的固體廢棄物，其資源化處理方面的研究相對較少，主要集中于回填和筑路等方面；大部分廢棄物均未得到有效利用，僅僅是簡單的貯存。部分企業在廢棄物貯存上未進行有效的無害化處理，也未能進行防沙、防水和防滲。針對廢棄物的處理，部分企業建有填埋場，而很多都未能達到衛生標準。另外，現行技術在我國處于起步階段，實際上廢棄物有很多利用方向和途徑[1]。

1.1 金屬提取

提取有價值金屬是廢棄物資源化主要途徑之一。就目前來看，我國金屬礦山回收黃金總量約占總產量10%，而伴生白銀可以占到總量90%。以某企業為例，其憑借各項新技術的應用，將鎳的實際產量提高4倍，使伴生銅及伴生鈷的回收率均超過88%，由此帶來的經濟效益，已經超過25億元。

尾礦中金屬的品位相對較低，利用傳統選冶工藝難以回收，而新方法對那些規模較小的尾礦也無明顯的經濟效益。比如，在有色金屬礦山當中，其尾砂含有很多有價的技術，以往選礦技術較為落后，有近40%的金屬依然留在尾砂，而且還有一定量的伴生組分，在最初的選礦過程中未能回收；通過對品位較低的金礦實施生物氧化處理，由此帶來的經濟效益如同新建設若干中型礦山；SX-EW法的廣泛應用，將銅礦石的可采品位有效降低到0.2%～0.4%；改造以往的煉鋁工藝，減少0.2美元/磅的成本。除此之外，對尾砂而言，因受到技術和經濟等因素的影響，無法對稀有金屬進行回收。若能加快改進，則能有效提高經濟效益[2]。

1.2 建材生產

以礦山生產時產生的廢棄物為原料進行建材生產是廢棄物綜合利用的主要途徑之一。該方法不會造成二次污染，能真正實現變廢為寶。具體用途包括以下幾個方面：第一，碎石生產，由礦山廢石制成碎石，回用在公鐵路和混凝土施工過程中；第二，水泥生產，部分尾砂主要化學成分和工程施工中所用水泥十分接近，都具有水硬性特征，能在水泥的生產中使用；第三，建筑制品的生產，比如，利用尾礦和粉煤灰等進行建材加工制作；第四，輕骨料與礦棉生產，比如，用粉煤灰和高爐礦渣等制作輕骨料與礦棉。

1.3 能源回收

部分廢棄物存在一些能源可以回收利用。比如，在粉煤灰當中，其含有煤近10%，能通過分選進行回收和利用；對于煤矸石，其發熱量在0.8～8.0MJ/kg范圍內，能在電站生產中進行利用。據統計，發電領域的煤矸石實際利用率可以達到40%[3]。

1.4 覆土造田

無論是廢石還是尾砂，都屬于無機礦物，基本沒有肥力，所以要在覆土和施肥之后才可以作為種植土使用。其中，廢石在露天采坑中作為填料使用。在這一方面，我國得到一定成就，尤其是在水土流失日趨嚴峻的今天，具有重要環境和社會效益。

1.5 其它方面的利用

尾砂中含有植物生長必需元素，對尾砂進行加工能獲取微肥，也可作為改良劑進行使用；尾砂中有很多類型的方解石，在工業生產中有一定利用價值，比如利用閃長巖進行水玻璃生產等。可見，在實際情況中，應充分考慮尾砂主要成分與特征確定尾砂用途，一般不能以需要為依據進行尾砂利用，這樣能減少投入與浪費。另外，還需要各專業人員緊密配合，對尾砂及其利用進行綜合研究，使資源得到更高效率的利用[4]。

2 無機微晶材料開發

2.1 定義與機理分析

以微晶玻璃為例，其制備流程如圖1所示，它是一種組成較為特殊的基礎玻璃，加熱時通過對晶化的有效控制得到復合性材料。在對生產工藝進行有效改善的前提下，形成具有玻璃各項性質，還具有新型微晶結構主要特征的新材料。對于工藝技術機理，其在物理上對玻璃具有的熱力學特征進行充分利用，在某種條件下能形成結晶態；而在熔體不斷冷卻時，由于粘度不斷增加，所以能限制晶核產生，對微晶程度進行有效控制，確保物理過程平衡，形成全新材料[5]。

圖1 微晶玻璃生產制備流程示意圖

在礦山中，廢棄物屬于晶核制，如著色劑與礦化劑等，能滿足此類產品對資源提出的要求。由此可以看出，微晶玻璃的產生與發展增加了玻璃加工領域的發展范圍，出現一種和原工藝完全不同的工藝，充分發揮陶瓷與玻璃具有的優勢，具有傳統材料不具備的優勢。比如，新材料有更好的致密性，而且在生產時基本不會造成污染，產品自身沒有放射性與有毒有害物質，還能對其它類型的廢棄物進行消納，是一種具有良好推廣應用價值的綠色產品。

微晶纖維屬無機非金屬硅酸鹽纖維，有很高的強度，且耐高溫、耐腐蝕、防輻射、不吸水，性價比高。相較于其它纖維，微晶纖維模量與強度均較高，能絕熱隔音，抗氧化與輻射，適用于多種使用環境條件，可滿足基礎建設產業發展需求，是一種超高強代替鋼材的新基礎材料。

2.2 開發展望

（1）在冶金工業生產工藝的支持下對微晶材料進行開發，如鑄件、粉料和粒料等，增大并加快新材料發展，尤其是產業化的發展。

（2）為海洋工程、油氣田開發、鹽湖工程、化工生產、水利工程、冶金工業、交通建設、電子產品、航空航天及國防建設等提供不同的功能性材料。

（3）通過自身改進與發展，盡快成為我國無機非金屬產業的基礎產業之一。

（4）將無機微晶材料視作現階段的龍頭產品，提高礦山生產中產生的固體廢棄物的綜合利用與開發技術水平，為礦山企業的可持續發展明確方向，奠定基礎。

（5）積極開發各類型功能性產品的換代產品，包括陶瓷、玻璃、建筑材料、耐火耐磨材料等。

（6）為化工廢渣、爐渣及赤泥等具有一定價值的廢棄物綜合利用與開發確定合理可行的方向，并兼顧一定環保性與節能性。

（7）為我國節能減排事業，以及產能改進提供正確穩定的出路。

（8）將冶金產品和非金屬產品等的生產進行連接，以此走循環經濟道路。

（9）由我國相關主管部門進行部署和規劃，并給予必要的支持與鼓勵，如增大資金的實際投入等[6]。

（10）建立開發實驗室與生產基地；在運營礦山中，科研單位應與院校配合建立研發中心，集中現有的力量，形成完整的網絡，將我國基本國情與資源狀況作為出發點，自主研發新技術和新工藝，從而充分發揮出社會主義具有的優越性。

3 結語

綜上所述，礦山開發與生產過程中必定會產生大量固體廢棄物，這些廢棄物的堆積貯存不僅要占用大量土地資源，而其一旦貯存不當，還會造成不同程度的環境污染與破壞。因此，必須對其進行資源化處理，使廢棄物能夠形成其它行業生產、建設過程中可以用到的資源，尤其是無機微晶材料的研發與生產，它能使固體廢棄物向更多的產業方向邁進，使廢棄物真正成為一種重要資源，最終在推動發展的同時，緩解環境壓力，避免造成太大的環境污染。