蘭陵縣王埝溝鐵礦礦山固體廢棄物對環境的影響分析及綜合利用探討

馬騰

(山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州 272100)

王埝溝鐵礦床為我國已探明的大型鐵礦床，位于蘭陵縣城西約20km，西距棗莊市約20km，行政區劃隸屬蘭陵縣尚巖鎮。206國道由礦區北部橫穿礦區，臨棗高速由礦區南側穿過，西距臨棗高速5km，交通便利。區內有2條主礦帶、5個礦體，礦山探明和控制儲量共20110.1萬t，平均含鐵品位31.49%，現采選規模為300萬t/a，年產鐵精礦71.33萬t，服務年限37.5a。目前礦床處于開采初期階段，礦山運營期間產生大量的固體廢棄物，不僅破壞自然生態環境、自然景觀，并且成分復雜，含有多種有害成分甚至放射性物質，嚴重污染水源和土壤，污染礦區和周圍環境。因此，研究該礦山固體廢棄物對環境的影響，如何對固體廢棄物進行綜合利用有著重要的生態意義。

1 礦山固體廢棄物的現狀及對環境的影響分析

1.1 礦山固體廢棄物現狀

礦山處于開采初期階段，基建工作全部完成，礦山運營期間固體廢物，主要有采選廢石、尾礦、鍋爐灰渣，其產生量及處理處置情況見表1。可以看出，礦山產生的廢棄物主要是廢石及尾礦，其次為鍋爐灰渣，產生量大，利用率低，占用空間大。除84.2%的尾礦(154.49萬t/a)用于井下充填外，其余均處于待處理狀態。

表1 固體廢物產生量及處理情況

1.2 固體廢棄物放射性危害分析

為了解固體廢棄物放射性危害，對廢石(泥質灰巖、石英砂巖、黑云變粒巖)、尾礦(磁鐵礦石)進行伽瑪能譜測量試驗[1]，結果如表2所示。

表2 伽瑪能譜測量結果

根據放射性測量及放射性活度、內照射指數、外照射指數計算結果，礦區內各類巖礦石的放射性含量普遍較低，U(2.54～8.81)×10-6，Th(8.07～28.96)×10-6，放射性活度107～297Bq/kg，內照射指數IRa 0.16～0.54，外照射指數Iγ 0.30～0.84，內照射指數及外照射指數符合《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)中對建筑主體材料放射性的要求。綜合分析認為，固體廢棄物中廢石和尾砂的放射性含量較低，開采、選冶及固體廢棄物的綜合利用不會對人體及環境造成放射性危害。

1.3 固體廢棄物的危險性鑒別及對環境的影響分析

1.3.1 固體廢棄物的危險性鑒別

根據危險廢物的鑒別系列標準以及有關的鑒別方法[2-3]，選擇主要監測項目，對王埝溝鐵礦的廢石、尾礦以及鍋爐灰渣進行了毒性浸出實驗[4-7]，其毒性浸出結果見表3、表4和表5。

表3 廢石浸出試驗結果

根據表4中各個階段廢石的浸出毒性試驗結果，認為廢石、尾礦、鍋爐灰渣各項檢測項目濃度均遠低于《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》(GB5085.3-2007)中浸出毒性鑒別標準和《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的最高允許排放濃度，由此可以斷定，廢石、尾礦為第Ⅰ類一般工業固體廢物，其貯存處置場應按《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599-2001)中Ⅰ類場要求執行；鍋爐灰渣pH值為9.16外，pH值在6～9之間，鍋爐灰渣屬于第Ⅱ類一般工業固體廢物，其存儲場應按照《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599-2001)中Ⅱ類場要求執行。

1.3.2 固體廢棄物淋溶水對地下水、土壤的影響分析

依據浸出實驗結果，礦區廢石、尾礦渣為Ⅰ類固體廢物，故其淋溶水不會導致地下水水質惡化及土壤的污染。

鍋爐灰渣屬于第Ⅱ類一般工業固體廢物，其存儲場應按照《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》(GB18599-2010)中Ⅱ類場要求執行。爐渣臨時放在采選工業場地灰渣場，為了防止爐渣造成環境污染，建議灰渣場設計應防雨、防滲，盡量設計為封閉廠房，并及時由協議方(水泥廠)直接從灰渣廠房清運、綜合利用，并禁止與廢石共同存放在臨時周轉廢石場。嚴格按照上述方式執行，其淋溶水也不會導致地下水水質惡化及土壤的污染。

表4 尾礦浸出試驗結果

表5 鍋爐灰渣浸出試驗結果

2 礦山固體廢棄物的綜合回收利用

2.1 廢石、尾礦綜合利用

2.1.1 廢石、尾礦的礦物成分

研究固體廢棄物的組成和性質是其資源利用的依據。礦區的主要固體廢棄物為廢石與尾砂。廢石是圍繞在礦體周圍的無價值巖石，經鑒定分析，擬建項目廢石巖性主要為黑云變粒巖、其次為泥質灰巖和石英砂巖。尾砂為磁鐵礦石選礦后的產物。固體廢棄物各巖性的主要礦物成分為方解石、石英、斜長石、黑云母與角閃石，詳見表6。

表6 固體廢物的主要礦物成分

2.1.2 廢石、尾礦綜合利用

礦山廢石、尾礦排放規模大，為第Ⅰ類一般工業固體廢物，是良好的建筑材料[8]、路基填料，這也是目前礦山上廢石、尾礦的主要利用方向[9-15]。如銀山鉛鋅礦山利用尾礦已建成一個年產1000萬塊鈣化磚的磚廠，每年可利用尾礦3萬t，并有一定的經濟效益[16]；又如鞍山礦渣廠年產10萬m3加氣混凝土砌塊，尾礦用量約3萬t/a[17]。

根據廢石、尾礦礦物成分分析，主要成分為石英、長石、角閃石、黑云母、方解石，主要礦物化學成分和具體用途見表7。可以看出：除了用于建筑材料、路基填料外，還有其他較為廣泛用途，可100%綜合回收利用。

表7 廢石、尾礦主要化學組成和用途

(1)作為玻璃生產原料與研磨材料。礦山早期開采過程中，由于建井工作產生大量的石英砂巖，該礦區石英砂巖石英含量高，是良好的玻璃生產原料。此外石英莫氏硬度為7，硬度高，可制作成良好的研磨材料，也可用于制作拋光材料，可用于拋光玻璃、金屬、皮革、半導體、塑料、玉器等。如潘守芹[18]、張先禹[19]利用尾砂生產微晶玻璃與黑色玻璃。

(2)陶瓷原料。廢石與尾砂中的石英與長石是良好的陶瓷、搪瓷、耐火材料的原料，可用于制造陶瓷及搪瓷，磨粒磨具等。如張天興[12]利用尾砂生產彩釉外墻磚。

(3)水泥、石灰生產原料。礦山早期產生的大量泥質灰巖，可作為水泥與石灰的生產原料，建議賣給相鄰灰巖礦山或直接賣給水泥廠家。

(4)土壤改良劑或肥料。廢石與尾砂中黑云母富含K元素肥料，是良好的鉀肥原料；灰巖和斜長石中富Ca，與富含K與Fe的黑云母搭配是良好的無機復合肥料。此外，富含碳酸鈣的灰巖呈堿性，是良好的土壤改良劑，施于酸性土壤中，達到綜合酸性，改良土壤的目的。

(5)造地復墾、植樹造林。由于尾砂中富含Ca，K，Fe等元素肥料，可采用參合土壤、鍋爐灰渣，施撒一定的有機肥料，可造地復墾，植樹造林等。如中條山有色金屬公司在蓖子溝礦韓家溝、莫家溝[20]兩個服務期滿的尾礦庫覆土植被，造田27.33hm2，獲得糧食水果雙豐收。

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

2.2 鍋爐灰渣綜合利用

鍋爐灰渣有多種用途，可用作水泥材料、筑路材料、墻體材料、陶瓷材料、耐磨材料和耐火材料等。目前我國的灰渣利用途徑主要是制磚，其次是作農肥和土壤改良劑、水泥摻合料、建筑材料、路基填料、新土配料、水泥配料等。

本礦所產灰渣每年約有2750t，屬于第Ⅱ類一般工業固體廢物，但除鍋爐灰渣pH值為9.16超標外，其余各指標均未超標。因此鍋爐灰渣可作為改良酸性土壤的改良劑；稍加處理后(添加一定量的酸性填料)也可外賣用作水泥材料、筑路材料、墻體材料、陶瓷材料、耐火材料等，可100%綜合回收利用。

3 結論

(1)王埝溝礦山主要固體廢棄物為廢石、尾礦和鍋爐灰渣，具有排放規模大、目前利用率低的特點。

(2)通過對廢石、尾礦的伽瑪能譜測量分析認為：廢石和尾砂的放射性含量較低，開采、選冶過程及固體廢棄物的綜合利用，不會對人體及環境造成放射性危害。

(3)根據固體廢棄物浸出試驗結果，廢石、尾礦為第Ⅰ類一般工業固體廢物，其貯存處置場應按GB18599-2001中Ⅰ類場要求執行。

(4)鍋爐灰渣為第Ⅱ類一般工業固體廢物，其貯存處置場應按GB18599-2001中Ⅱ類場要求執行。爐渣臨時放在采選工業場地灰渣場，為了防止爐渣造成環境污染，建議灰渣場設計應防雨、防滲，并綜合利用。嚴格按照上述方式執行，其淋溶水也不會導致地下水水質惡化及土壤的污染。

(5)對主要固體廢棄物(廢石和尾砂)的巖性組成、主要礦物特征和用途進行分析研究，提出了綜合回收利用的具體方向：如用于建筑材料、路基填料、玻璃生產原料、研磨材料、陶瓷原料、水泥、石灰生產原料、土壤改良劑或肥料、化工原料等。