露天開采建筑石料型礦山資源綜合利用

張長貴

（湖州鹿山塢礦業有限公司，浙江 湖州313025）

1 緒論

人類社會的發展依賴于物質，而礦產資源則是這些重要物質基礎之一。目前，95%以上的能源、80%以上的工業原料和70%以上的農業生產資料都來自礦產資源［1］。礦產資源大多來自于礦山，而露天開采建筑石料型礦山作為我國各類礦山的一部分，就礦山個數而言可占到總礦山60%左右。因此，它的資源綜合利用實現的程度，對我國礦山資源綜合利用總體發展起到舉足輕重的作用。在建筑礦山領域中，如何綜合利用礦山資源，保護礦山環境，建設綠色礦山，推進綠色礦業多做些有益探索，促進礦產資源開發綜合利用和生態環境的持續健康協調發展，具有重要的指導意義。浙江湖州鹿山塢礦業有限公司位于浙江省湖州市吳興區妙西鎮鹿山塢，始建于2000年，注冊資金1600萬元，是一家從事露天開采、加工、銷售的建筑石料民營礦山企業，年開采規模65萬t，年加工能力200萬t。是首批浙江省省級綠色礦山企業，目前正在創建國家級綠色礦山企業，大力推廣綠色開采理念，致力于綠色礦山的創建。為實現礦山資源的綜合利用，企業進行自主科研活動，為綠色礦山創建提供專項基金，立足 “精”字做文章，履行節能減排義務，抓好環境保護和建設，全力打造綠色礦山，為礦山資源的綜合利用提供了科學有效的實現途徑。現已初步實現資源效益、生態效益、經濟效益和社會效益有機統一，企業效益穩步提升。

2 礦石開采階段資源綜合利用

浙江省湖州鹿山塢礦業有限公司礦區，地處湖州市吳興區妙西鎮鹿山塢，屬山坡露采礦山。階梯山坡露天豎直采掘，水平分層，自上而下依次逐層水平臺階開采，開采工序可以簡單描述為剝離－鉆孔－爆破－二次破碎－鏟裝運輸。在這個過程中，會產生大量礦山廢棄物。公司通過研究并結合自身生產實際情況，制定了一系列礦山開采階段所產生廢棄物的綜合利用措施。

2.1 礦山表層植被的利用

目前，礦山開采過程中，對于表面覆蓋的林木，一般采用的方法是砍伐，或棄置堆放待其自然腐爛。這樣做，不論是對環境還是資源都是一種很嚴重的浪費。為解決這個問題，公司領導通過向浙江大學生命科學學院的有關專家進行請教，在他們的幫助下，形成了一整套有效移植樹木的方法。這樣既減少了因砍伐樹木造成的浪費，同時也為廠區快速綠化提供了苗木。

這個方法主要包括四個方面：①移植前的準備工作。準備好移植過程中需要的機械設備、選擇生長健壯、發育充實、無病蟲害、符合綠化設計要求的苗木。②起苗。確定所移植大樹后，在移植前分兩次提前1～2a進行斷根處理，即首先提前六個月在距離大樹胸徑3～4倍遠的位置挖兩條寬30～40cm、深60～80cm左右相對平行的溝槽，挖到主根分岔以下。截斷粗大的側根，截面必須平齊，以利于傷口愈合和下側發根，較小的側根可用剪子剪斷。溝挖好后，填入疏松肥沃的土壤，填滿后夯實，澆足水。然后再等待六個月，在已有溝槽的兩側挖兩個平行溝槽，使溝槽形成 “口”字，對勾槽的處理辦法同前次。等待六個月后再進行挖樹、修剪、包裹樹干、裝運。③栽植。④養護管理。通過這種方法對樹木進行移植，可以大大提高樹木的存活率。

這種方法要求礦山企業必須做好開采規劃，根據礦山開采進度調整進行移植前準備工作的時間。只有礦山開采范圍必須擴大時，才將相應區域植被移植，盡量避免 “開采未至，植被先移”的局面，并杜絕由此引發的水土流失等問題。

2.2 礦山表土的利用

據研究，形成1cm厚的表土需要100～400a［2］，而風化成1．5m厚的表土層則至少需要6萬a。但破壞這6萬年才風化形成的表土層，卻只需一朝一夕就可以完成，這是一種資源在時間上的極大浪費。目前，礦山表土處理的傳統做法，為剝離下來后進行填埋或堆置。將表土作為廢棄物進行堆置，不僅是一種資源的浪費，不利于礦山資源綜合利用，而且表土生產是連續的，隨著礦山開采時間加長，表土存量也將增加，這必將占用更多的土地用來堆放，對土地資源的占用也不容忽視。堆置的表土在雨水的沖擊下，會造成水土流失、形成嚴重安全隱患，阻礙河道的排水、泄洪能力等。

為解決這個問題，鹿山塢礦業有限公司引進了表土剝離再利用技術，先將礦山表面1．5m厚的表土進行剝離，然后將剝離的表土進行綜合利用，運輸到城市綠化區進行銷售，為種植綠化灌木、樹木及其花草提供肥力充足的熟土。這樣既解決了城市綠化取土困難，又解決了表土堆積或填埋帶來的問題，實現了表土資源的充分利用。在礦山開采后期，將剝離的表土適當存儲一部分作為礦區復墾之用，與使用外調土相比，具有減少運輸費用、縮短熟化時間等優點。

2.3 礦山風化層巖石的利用

礦山表土剝離之后的下方，是平均厚度為6．5m的風化巖石。鹿山塢礦業有限公司對這層風化巖石進行剝離后，并不是簡單的丟棄或堆置，而是將這些占剝離總量的5%，即1．2萬m3的風化巖石進行綜合利用，用于工業場地基礎設施建設或做為新建公路的基礎土方工程用料進行銷售。此舉不僅提高了礦石開采階段資源的綜合利用率，更提高了公司的經濟效益，得到實實在在的好處。

2.4 礦山最上層巖石的利用

在風化層巖石以下接近風化層的區域，是原礦石開采區。但是這一部分礦石外觀呈土黃色，礦石品質相對不高，但其強度可以達到低強度混凝土的使用標準。公司利用這些礦石生產加工成普通建筑石料 （C30以下混凝土用）。普通建筑石料加工工藝及流程為一閉路三段破碎，其生產工藝流程見圖1。

圖1 普通建筑石料車間生產工藝流程圖

礦石首先經給料篩分，除去泥和雜質。再經過粗碎 （一級破碎）、中碎 （二、三級破碎）等步驟，最終生產出40～25mm的產品。將25mm以下進行成品篩分，又篩分出25～15mm、15～5mm和＜5mm的產品。產品的粒徑可根據市場需求具體要求，通過改變篩孔尺寸進行調整。

2.5 礦山中下層巖石的利用

普通建筑石料所用礦石層 （礦山最上層）以下即礦山中下部，這部分礦石品質優良，公司用來加工精品建筑石料。精品建筑石料加工工藝前階段步驟與普通建筑石料加工部分類似，后階段加工工藝及流程為一閉路二段破碎，其生產工藝流程見圖2。

圖2 精品石料車間生產工藝流程圖

利用普通建筑石料加工工藝生產的40～25mm碎石，經沖擊破碎 （一級破碎）后再進行整形破碎 （二級破碎）等步驟，最終生產出出15～10mm、10～5mm、5～3mm、＜3mm四種精品石料。每種碎石產品生產比例，也按照市場的需求靈活調整，實現產品結構最優化，經濟效益最大化。

3 礦石加工階段資源綜合利用

鹿山塢礦區所產礦石主要為輝綠巖，包括輝石和基性長石 （與輝長巖成分相當的淺成巖類），還含有少量橄欖石、黑云母、石英、磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦等。

3.1 生產高附加值專用石料

輝綠巖是上等路面和建筑材料。公司通過研究礦石實際品質與生產加工工藝流程，采用國際最先進的沖擊式破碎工藝，生產出不同粒徑的具有高附加值的建筑骨料，已經成功應用于高速公路路面瀝青混凝土、高鐵客運專線高性能混凝土之中。這種石料產品具有壓碎值低、磨耗率低、堅固性低、針片狀顆粒含量極低、緊密空隙率低、磨光值高、耐磨性好、嵌壓力強等優點。通過研究優化生產工藝流程，結合科技攻關項目，公司生產出具備高品質的專用骨料，每噸銷售價格是普通建筑骨料的3～4倍，成功提高了產品的附加值，公司效益得到進一步提升。

3.2 利用尾礦廢棄物生產機制砂

目前在我國，現有大大小小的廢棄物尾礦堆400多個，堆存的尾礦達到50億t以上，而且以每年5億t的速度增加。因此，要重視并開展尾礦廢棄物綜合利用與處置，實現尾礦廢棄物的變廢為寶，從根本上改善和提高礦區生態環境質量，提高礦山經濟效益，走出一條資源開發與環境保護相協調的礦業發展道路［3］。礦山在生產加工粗集料的過程中，會產生大量以廢石、石屑、尾礦為主的廢棄物。以往的做法是將這些廢棄物進行簡單堆置，既浪費又污染環境，一些企業也在嘗試將這些廢棄物再利用，如建立機制砂生產線，以尾礦為主要原料進行機制砂生產。

公司與上海同濟大學材料科學與工程學院進行合作，利用廢石、石屑、尾礦開發生產高標號混凝土用機制砂。由于工藝路線科學合理，目前公司生產的機制砂具有含粉量低、泥塊含量低、堅固性指標質量損失低、單級最大壓碎指標低等優點，技術處國內領先水平。試制品經上海市建筑科學研究院檢測站檢測，各項指標均符合 《建筑用砂》GB／T 14684－2001標準要求。這對推動我國國家基礎設施建設及其他建設工業的發展，節約資源和保護自然環境具有一定現實戰略意義。

3.3 粉塵回收再利用

對于礦山企業，在生產加工過程中產生的粉塵，絕對是一個不能忽視的問題。大多數企業在生產中并不注重對粉塵的控制，對于露天生產的礦山企業，粉塵的處理更是簡單的任其 “隨風而逝”，更不用說對粉塵進行回收再利用了。

公司對其所有生產廠房都使用鋼板進行封閉，這就有效的控制了粉塵飛揚，最大限度降低對環境的不利影響。另一方面，公司購置安裝了XM350、XM250粉塵聯合吸塵器各一臺，在破碎設備下方多處及廠房高處均設有吸塵管道口，機械設備將生產過程產生的粉塵和廠房空間彌漫的粉塵，通過多條管道輸送集中到兩只容量各為100t的粉塵收集筒，同時，砂粉分離機分離出的石粉也被輸送到粉塵收集筒中。對收集到的粉塵進行綜合利用，目前不僅應用于新型墻體材料——水泥標準磚、多孔磚及多種砌塊之中，而且通過進一步開拓市場，提高粉塵的利用價值，現已成功應用于生產加氣砌塊和作為水泥熟料混合材。此舉化廢為寶、化害為寶，既減少了對環境的污染，又大大提高了建筑石料資源的綜合利用率和產品的附加值。

4 礦石清洗階段資源綜合利用

礦石成品在銷售前還需要清洗，清洗時會產生大量的污水，而污水中含有大量的泥沙，不可以直接排放，必須經過處理。由于產生的污水量較大，處理時必定要耗費一定量的人力、物力和時間。目前，比較常用的處理方法為利用三級沉淀池進行自然沉淀。但是這樣做的話，泥沙沒有得到分離，限制了泥沙的回收再利用，只能作為廢棄物處理，這樣必然要占用大面積場地，浪費了土地資源，而且處理效率低下，處理效果也不盡如人意。

公司通過科學研究，對污水處理工藝進行改進，研發了四級污水處理方法。四級污水處理工藝流程見圖3。污水經過四級處理，回收到的粗細砂、泥餅都可以再利用；處理后的污水達到國家一級排放標準，可以實現水的循環利用，為礦石成品料清洗的資源綜合利用提供了可行的途徑。

圖3 污水處理流程圖

4.1 污水中的粗、細粒尾砂回收利用

四級污水處理過程中，一級處理通過螺旋分離機對較大顆粒的砂石進行分離，使污水的固含量從13．8%下降到10．6%。二級處理通過旋流器組和高頻振動篩對細砂進行分離，使污水固含量從10．6%下降到9．2%。按照每天處理4000t污水計算，每天可以收集128t粗砂、56．0t細砂。目前，收集到的粗砂與細砂都具有一定的市場銷路，可作為配置混凝土建筑用料，制造各類砌塊。這樣一來，污水尾砂的回收也為公司效益的提升做出了貢獻。

4.2 污水凈化后的循環利用

二級處理后，向污水中加入礦山專用生物泥漿分離劑，污泥在沉淀池中快速沉淀，從而實現了污泥和水快速分離，使得沉淀后得到的清水可以再次用于礦石成品料的清洗，達到了水資源循環利用的目的。

4.3 礦污水中的污泥回收利用

在沉淀池中，污泥快速沉淀下來后，使用廂式自動拉板壓濾機對泥漿進行處理，建成污泥干化處理流水線。沉淀的污泥經過處理后變成了泥餅 （含水率≤20%），成功實現了污泥干化的目的，處理效果優異。同時，壓濾出來的凈水達到國家一級排放標準。收集的污泥可以作為燒結磚的原料，實現了污泥的回收再利用。

5 地表水資源的綜合利用

地表水是指存在于地殼表面，暴露于大氣中的水，它是人類生活用水的重要來源之一，也是各國水資源的主要組成部分［4］。公司礦山所在地區擁有豐富的地表水資源。認識到這點，公司投資在開采區旁建造蓄水池和沉淀池，其中容量達3000m3的蓄水池兩個，200m3的沉淀池6個。這樣做，能夠收集利用礦區范圍內的自然水，基本保證了礦區每天200t左右的生產用水；另外，遇到災害性天氣發生時，能夠起到防洪作用，使整個礦區無洪水外泄。經粗略測算，礦山每年節省用水經費26．79萬元，節約了寶貴的水資源，又降低了生產成本。

［1］ 李明立，原振雷，朱嘉偉．礦山固體廢物對環境的影響及綜合利用探討 ［J］．礦產保護與利用，2005（4）：38．

［2］ 孫禮．關于保護和利用表土資源的思考 ［J］．中國水土保持，2010 （3）：4－6．

［3］ 常前發，王運敏．我國尾礦綜合利用的現狀及對策 ［J］．中國礦業，1999 （8）．

［4］ 廖岳華，樊娟，陳世雄，等．我國地表水環境質量評價存在的問題與建議 ［J］．安全與環境工程，2010，17（3）：55－58．