产业与环境
INDUSTRY AND ENVIRONMENT
1998年 第20卷 第4期 Vol.20 No.4 1998科技期刊
矿区环境：矿业残渣和增值办法
G.Morizot,charg de mission,GMI,BRGM,
H.Lesueur,ingénieur de Recherche SMN,BRGM,
H.Zeegers,Director,GMI BRGM,BP 6009,F-45060,Orléans Cedex 2.France
摘　要
　　矿业残渣的处理和再处理是解决与矿区开发有关的污染问题的一个可能选择.再处理更经常意味着残渣回收，其目标是分离出有销售价值的矿物，或者是相反，分离出有更大污染能力的矿物(特别是产生含有重金属的酸性溶液).当其费用完全被提取产物的商业化收入所补偿时，它不应受到限制.实际上，这样的再处理也能够减少使矿业残渣变得安全和保护居民所发生的费用，这些费用在过去矿产丰富的地区经常是很高的.因此，所有降低此费用或为参与其投资而提供资金的措施将是受欢迎的.最后，行政当局应该尽全力考虑矿区的环境问题，并支持能够从矿业废物中清除污染并尽可能多地从收入中获利的解决方案.
引　言
　　矿区环境的研究领域是很广泛的，因为它从地质勘探时期到提出处理方案一直是过去工业活动导致的热点问题，在地区层次上，特别是对于人类的饮用水质，经常有很大的负面影响.目前，在全部的经营期，一直都在考虑对环境的担心.在这些不同问题上的共同特点是，在表层和深层，在水与岩石之间有着重要的相互作用(见图1)，从扰乱了水-岩石-大气的循环和平衡以后污染源导致的微观现象，直至对人类居民的影响，这种影响在大多数时间内来自饮用水水质恶化.
　　这些造成损害的残渣，其数量无论是绝对值还是与从土壤中提取的有价值产品相比较都是很大的，特别是当有用物的含量很低，如黄金或钻石矿时，更是如此.比如对于金矿，如果考虑从平均含金为5克/吨的矿中每年生产2300吨黄金，假设在矿床中贫矿石与矿石本身的比为1∶1(剥离率)，那么生产这么多黄金所产生的残渣将大约为10亿吨.
　　过去的矿业产生的现存旧残渣加剧了当今的问题，当时的矿山很少关心它们的垃圾.比如，在加拿大就有7.5亿吨矿物残渣和19亿吨的含硫处理残渣，通过钝化以使其安全的每吨费用为1—2美元，这相当于0.1—0.2克黄金/吨的价值.
　　除了与分离矿物本身有关的直接影响以外，产生的危害还存在于许多层次.重金属和酸性离子甚至于放射性(酸性废水)对地表水和地下水的化学污染以及对土壤的污染可能是最重要的.还有许多其它污染物也应该提到，甚至这些物质是惰性的或可以被视为惰性的场合亦然(Bortnikova S.和Morizot G.,1997).
　　◆可耕地或可用于其它目的的表土固定化；
　　◆当地生态系统的破坏；
　　◆对水利管网组织的影响(从在较少情况下细粒子的简单沉积即“淤积”，到在其它情况下水利体系完全破坏)；
　　◆滑坡风险；
　　◆景观破坏；
　　◆空气污染；
　　◆……
　　在存在这些污染源，和所观察到的直接涉及到的当地居民与相距几十公里，甚至距离这些污染物存放地点几公里的居民相比寿命缩短10来年之间难以进行比较(Dzhida République Bouriate,CEI1997);Kolonin et alii,1994-Subarnarekha Basin,Etat de Bihar,Inde).
　　本报告的目的当然不是介绍与矿物残渣有关的全部环境问题，而是表明考虑这些残渣的特征在许多情况下怎样有助于估计这些残渣安全化所需的费用.很明显，在可持续发展的范围内这是必需的，这不仅是为了直接保护所涉及的居民，也是为了矿业活动继续下去，为人类的发展服务所必需的.
矿物残渣和处理残渣
　　在大多数场合下我们可以区分开两种类型的矿物残渣；
　　◆所谓的清洁矿物残渣是那些元素含量价值为零或者说不经济(含量太少)的岩石、土壤剥离物，只是由于它们的采掘是为了按所选择的方法取得矿石而必须进行的.这些残渣最经常具有岩石块的形式，在化学上不活泼，在机械性能上是正常的；有时可能涉及到粘土覆盖层或涉及可耕表土；
　　◆处理残渣来自有价值矿石的元素提取过程(处理操作)的出口处.它们由比较细小的颗粒组成，其最大尺寸为几十甚至几百微米.这样小颗粒来源于不同矿石提取操作所必须的岩石粉碎操作.大多数处理方法是在水介质中进行的，这些残渣就经常具有呈水悬浮液固体颗粒的形式.这时因为其细小粒度及其矿物的组成，它们经常是很活泼的，特别是当有经济价值的矿化为硫化时更是如此.其机械性能经常是中等的.
　　这两类残渣之间的主要区别是它们的粒度.由此产生了很不同的土工学特性和物理化学活性，对它们可以使用的用途有重大的影响.比如，处理过程所包括的粉碎工序处理过的残渣，由于其粒度很细而具有某些附加的价值.任选地再处理或者提取其残余价值则是耗能比较少的.同样地，再利用作比如填料将是很容易的.
矿业残渣增值的不同途径
　　可以通过不同的方法使矿业残渣增值，一种方法就像对待矿石一样，从里面提取出有商业价值的产品，另一种是把残渣整体上看作是可增值的，比如说用作土木工程的原料，或者有时添加一些有肥效的元素，制成农用土壤(Cadillon M.,Lancar R.,1997).将两种方法结合显然是可能的：这使得可以从脉石中提取出可以直接销售的矿物，比如煤，或者提取出有潜在污染的矿石，如有害的硫化物，提取后的脉石随后可以按常法使用或送去增值，在经过酸和重金属的盐析后用于农业和土木工程中.在西欧已经很好地开发了这样的方法，特别是对于煤矿的残渣(Delaume M.,1997)，这种方法必须考虑当地的社会经济发展和相应的需求.比如，可以在公路或高尔夫球场的建设中充当基础，或者可以作为工业原材料(如粘土、石灰质类物质)增值，在土木工程活动频繁、骨料(砂、石)采掘受法规约束的地区和在居民密度小，不太发达的地区将是不同的.


　　矿物残渣也由处理过程产生，这个过程相当于生产瞬间在生产地点存在的技术状况.因此，处理方法的技术经济状态是随时间的推移而改善的，正是这一点使得能满足更严格的制约，例如被处理矿石的贫化(随着较高品位的矿石逐渐枯竭)或数十年来的原材料价格下降(Lassonde P.,1997)：因此，最近的技术能够很经济地从以前几十年曾加工过的贫矿中提取出新的有价值矿物质就是很正常的了.有时残渣会经几年的间隔被多次地再处理，用的是相同的技术，但是性能是一般的，每次只提取有限分量的有价值金属，但这个数量在操作者眼里应是足够经济的，有时他们把这种新型的采集解释为有价值的矿物会随时间而“再生”.
物理方法和物理化学方法
　　重力法
　　靠密实介质进行的分离是基于以硅铁矿或磁铁矿为基础的悬浮液的分离，其密度介于两种矿石的密度之间，当然这种方法的引进也并不是新事物，因为它已经有40多年的历史了.但是它可以从用较粗糙的方法处理过的残渣中提取出数量相当可观的煤，而且它肯定会在中欧、东欧以及CEI保持潜在的好处(缺乏高质量的泵妨碍了其应用).此方法(见图2)可应用于毫米级或厘米级的颗粒.
　　离心分离机是一种比较新型的设备.由于用数十乃至数百个g(重力加速度)的力代替重力，因而它可以分离比重不同的更细小的粒子(几十微米)；最初开发是为了处理金矿，现在则面向许多其它种类的矿石，将来它可能是提取残渣中所含的重矿物的一种大有希望的手段(见图3).
　　磁力分离
　　磁分离领域也取得了重大进展，一方面是由于引进了基于稀土氧化物的汞磁铁，它能以较低的净成本，达到更高的效率，另一方面是由于开发了低温磁技术，应用了最新开发的超导性.
　　应用是比如设想在从赤泥残渣制造铁的领域.
　　浮选分离
　　浮选分离技术也取得了重要进展，特别是在非经典粒度的颗粒回收领域(即或者小于几十微米，或者大于几百微米的颗粒)或者在物理化学性能接近的矿石之间进行分离.长期以来一直用于再处理残渣，比如从铅或锌的提取残渣中提取荧石或重晶石，为了分离处理残渣中所含的含硫矿物，似乎特别推荐用浮选分离，其目的可能是要从这些硫化物中挤出直接利润，也可能是要使残渣中的硫化物去除而不再有酸性反应，或者二者兼而有之.在分离不同的硫化物时还将有一个困难，即在贫矿中原有的物理化学条件下，其分离往往要比从矿石中刚提取出的硫化物的分离容易得多.
化学方法和生化方法
　　化学方法
　　像含硫浸滤这样的方法用于矿物残渣已经有很长时间了，特别是对于铜或铀.用于所谓“堆浸”的操作中，方法是在具有其采掘矿物颗粒层的堆料上面进行喷淋来实现.由于有价值的金属含量小，所以要进行破碎，而且在料堆具有渗透性的条件下，这种处理本身是经济的，特别是在开采主矿石时使用这种方法；这时，现有基础设施(以及特别是溶液处理的组合设备)得到充分利用，并在更大的生产中得到偿还.
　　氰化处理法本身广泛地用于矿业的残渣，这涉及到矿物残渣或处理残渣(Barett G.,1996).在某些国家中过去很少使用这种方法，特别是在用活性炭回收黄金的方案中，这种技术很可能导致更多的装置对于纯商业类型的贫矿进行再处理.
　　生物方法(或通过生物作用催化的化学方法)
　　目前在生物浸滤处理方面的突破，特别是硫化物的催化氧化，已由D.Morin 以残渣处理方面的应用加以介绍.这种技术可以用于多种硫化物，特别用于黄铜矿，因为使用了新的细菌源(极嗜热菌).可设想将其用于经常碰到混合硫化物的场合.当从复杂的溶液中分离不同的金属时，会有经济上的困难存在.
优先思路
　　在经济基础上，有必要区分如下情况：
　　◆有价值元素的提取费用低于这些元素的商业价值；
　　◆有价值元素的提取费用高于这些元素的商业价值.
　　在这种情况下，还要考虑以下的不同情况：
　　◆残渣的再处理在总体上没有意义；
　　◆残渣的再处理在总体上有意义.
有价值元素的提取费用低于这些元素的商业价值的情况
　　这种情况目前是最为人所知的也是最容易解决的，可以在简单的私人举措基础上实施.可以列举出许多例子，特别是在黄金领域中，这时经常在再次破碎以后，按槽或者按堆进行氰化处理，从以前用其它方法(重力、浮选，比如Salsigne)得到的残渣中回收足够数量的黄金.对于从冲积矿床提取黄金操作的盈利极限，在新鲜矿的最好情况下，成堆氰化法为含量大约几克/吨，重力法为几百毫克/吨，所以我们期望可以从有类似含量的矿石残渣中经济地提取黄金.不幸的是，经常由于矿物残渣的矿物学特性而使问题复杂化：很经常——特别是当这些残渣对环境有很大影响时——黄金伴随着本身消耗氰化物的一定数量硫化物，使得无法使用氰化处理的方法，或者黄金的形式使其用重力提取不再经济，这会导致很细微的黄金与硫化物粘结在一起，或者与其它矿物比如石英结合在一起.在许多其它情况下可以列举用于基础金属(比如摩洛哥Zellidija的锌、刚果科卢韦奇的铜-钴、摩洛哥布阿泽尔的钴、波兰上西里西亚的铅-锌)、用于合金金属(玻利维亚的锡、钨)、用于煤等.
　　当然，对于主管当局来说，必须授予相应的开发特许权，以确保在相当于国际标准的条件下，特别是在不产生生态损害的条件下，使得到的残渣安全化，实际上，新鲜贫矿的残渣含量应该不允许经过很长时间再进行处理，也不应允许在使用自有资金的条件下忘掉环境上的严重问题.
提取有价值元素的费用高于这些元素的商业价值的情况
　　这时，对这些残渣进行再处理不仅要从与有商品价值的产品相关的生产经济上给予解释，而且也要考虑到更全面的问题，特别是考虑到污染费用和消除这些污染对集中居民的影响的另外解决方案和费用.这时发起这些处理活动的，除了例外的情况即他们会考虑在经济整体上的问题外，很少涉及私人承包商.
　　这时，应根据两种方法的总费用情况来区分两种状况：
　　残渣的再处理总体上不具有经济意义
　　不产生污染的残渣或特殊种类的残渣都属于这一类，对于这些残渣，不太繁重的解决方案(特别是不涉及对残渣堆的处理)就可以把污染的影响限制在可接受的水平(如堆放在土壤上的残渣是不透水的，或者它对产生的化学污染起着缓冲作用等).
　　当然，这时残渣的再处理将不是要考虑的解决方案，除非涉及长远的可持续发展，而激励人们消除所有潜在的污染原因，否则这是不大可能的.
　　残渣的再处理总体上有意义
　　特别是当基于所有当地社会-经济指标的综合考虑、通过残渣再处理方法消除污染及损害影响的成本低于用所有其它可接受方法消除这种影响的成本时，就是这种情况，因为有残渣提取物增值的收入.
　　在某些情况下，实际上残渣中不同成分的分离可能是有意义的，这可有各种原因：
　　◆得到呈浓缩形式的有害元素可以限制苛刻的封闭费用，而不再应用容量限度.其余部分残渣可以在现场贮存、或者被用于诸如土木工程中.无论如何，确保已被限制在小容量中的严格封闭要比很大容量时更容易了；
　　◆消除了诸如与产生酸性溶液的重金属硫化物的存在有关的污染源，也可以避免污染层对居民卫生、河水卫生或饮用水的直接影响，或避免他们食用浓缩了这些污染物的食品和对这些水进行有效化学处理的费用(比如在哈萨克斯坦)；
　　◆解放了被残渣堆所占据的地面，有利于供农业、工业和社会上使用，如同消除各种污染物对生态系统、水管网、大气、景观的影响一样，对地区社团有很大好处，人们已经越来越懂得如何将其量化.
　　在这些不同的情况下，很明显的是，应该考虑系统经济性的整体性要从属于地区行政部门的直接监管，他们应该注意到，能产生反响的技术解决方案要好好考虑社会-经济-政治准则的整体优化：在某些极端的情况下，与贫矿存在有关的污染影响问题的简单技术解决方案可以基于居民的搬迁，这是一种没有严重的政治和社会后果的解决方案.

　　这时，人们看到了地方当局借以决策的工具的重要性，它基于专门称作地理信息系统(SIG)的方法，同时考虑地质学、地质化学、水力学、水文地质学和社会-经济(土地占用、人口密度等)的判据，它使得能同时确定：
　　◆所确认的不同污染的污染能力和它们对密集人口的现在和将来的、直接和间接的影响；
　　◆不同的监管和技术上可实现的行动方案；
　　◆风险和待解决问题的分层：Chevrel S.,(1977)证实在位于南非的试验区里，在分析采矿活动对水及土壤污染影响的敏感性时使用SIG方法的意义；
　　◆基于地表数据和同时考虑了污染影响和经济约束的协调行动计划.
结　论
　　在与矿区环境有关的问题当中，对于构成大部分污染源的残渣进行处理或再处理，一方面相当于重大的经济风险，即回收在第一处理阶段漏掉的有价值元素；另一方面是分离矿物污染物，使比较容易的单一污染物组分安全化，残渣的其余部分就作为一般材料来处理.实际上，通过惰性化来使残渣安全化是很昂贵的(正如我们在以上看到的，需要1—2美元/吨)，最好是尽可能地限制这样分离的残渣数量.
　　无论这种处理是用于已经进行过第一步处理的产物还是没有经过处理的产物(对于矿物残渣)，要使其增值都将基于对其矿物学特性的更好认识，应该借助于最具竞争力的选矿技术，因为技术上的目标象经济上一样，都是具有雄心的(如细颗粒回收、稀浓度溶解性能相近的矿物品种分离等).人们肯定盼望着这一领域的技术进步.
　　此外，重要的是，行政当局密切地注视着矿物残渣的这些处理或再处理活动，以及处理的残渣，一方面是为了保证将其引导到考虑污染对密集居民的全面影响方面，另一方面是通过适当的立法手段，有助于使残渣的非污染成分用于工业活动中(土木工程、建筑材料等).
参考文献
Bortnikova S.,Morizot G.:Sulfide tailings :Sources of Hazardous Elements and Prospective Deposits 22/1P08,European Union of Geosciences-Strasbourg,France,23-27 mars 1997
Kolonin G.,Bortnikova S.,Airijantz A,Eidelman V.Dzhida Tungsten plant in Buriatya ,Russia ,Symposium Mineral Resources of Russia,12-15 octobre 1994,Saint-Ptersbourg.
Cadillin M.et Lancar L.,Mines et Carrires,Comment crer un sol agronomique avec des boues delavage de granulats Industrie Minrale,fvrier 1997,pp.48-50
Chevrel S.and Coetzee H.,4th International Conference on Computer Methods and Watre Resources,Byblos,Lebanon,6-18juin 1997.A paraǐtre.
DelaumeM.,Rejetsrocheux:LesTerrils:Typologie,volution,valorisation,stabilie.l'aprs charbon,confrence mondiale surle Dveloppement durable des anciens pays Charbonniers,17-21mars 1997Lille,France
Barett G.,Rehabilitation in Saline Enveronment,Case Studies Illustrating Environmental Practices in Mining and Metallurgical Processes,ICME-UNEP,1996,p.53
注：这份编号为98-002的BRGM出版物是在题为《矿山环境与贫矿增值》的PRD612开发项目框架内发表的.
［刘云清　译　陈定茂　校］
