绕地球200圈的超700亿吨废石堆存量何去何从?

绕地球200圈的超700亿吨废石堆存量何去何从?

矿产资源是经济和社会可持续发展的物质基础,是一个国家或地区宝贵的自然财富。随着我国国民经济的发展,矿山在开采和选矿过程中产生了大量废石、尾矿。这些废石、尾矿目前一般以堆存的方式存放,不仅占用大量的土地面积,同时废石中的一些粒度较小的颗粒经过风化和雨淋,会产生更微小的颗粒,它们扩散到大气中,对人体和环境造成不利影响。

为了解行业现状、反映行业问题,促进矿山废石、尾矿的资源综合利用,近日本报记者对多位行业专家进行了采访,希望进一步把脉行业发展,为实施路径的探索提供借鉴。

形势十分严峻

目前,全国铁矿和有色及稀贵金属矿开采每年约产生30亿吨废石,累计堆存超过600亿吨。非金属矿开采(煤炭开采除外)每年约产生10亿吨的废石,累计堆存超过100亿吨。全国非煤矿山开采每年产生40亿吨废石,累积堆存超过700亿吨。如果将700亿吨废石装满货运列车,首尾相连可以绕地球200圈。

据了解,我国矿产资源开采过程中所产生的废石按矿产品大类可分为三类废石,第一类是铁矿开采过程中所产生的废石,第二类是有色及稀贵金属矿产开采所产生的废石,第三类是非金属矿开采过程中所产生的废石。其中原煤开采过程中所产生的废石被单独命名和单独考虑,称为煤矸石。

“据不完全统计,目前全国铁矿和有色及稀贵金属矿开采每年约产生30亿吨废石,累计堆存超过600亿吨。非金属矿开采(煤炭开采除外)每年约产生10亿吨的废石,累计堆存超过100亿吨。全国非煤矿山开采每年产生40亿吨废石,累积堆存超过700亿吨。”在分析当前形势时,北京科技大学教授倪文表示,累计堆存的700亿吨废石是什么概念?如果将重载货运列车首尾相连,几乎可以绕地球200圈。

中国砂石协会专家委员会顾问何军生指出,长期以来,我国矿山开采过程中会产生大量废石、尾矿等工业固体废弃物,而且产生量持续增加。矿山产生的固体废弃物,如果不能科学排放堆存,将毁坏林地、占压土地、污染水源和环境,甚至造成重大安全事故。“废石、尾矿从可以利用到实现利用需要得到有关部门的支持。由于工业固废综合利用产品成本高、利润空间小,如果没有相应优惠政策支持激励,企业会缺乏主动开展循环再利用的动力。此外,政府对废石、尾矿综合利用产品,在工程项目采购招投标时,应优先选择使用综合利用产品,扩大市场应用。”何军生说。

“当前,铁矿、煤炭、金矿、铜矿和磷矿等5种废石排放量占20种矿产废石排放量总数的87.62%,煤矸石利用率高于全国废石循环利用率。”河北省固废建材化利用科学与技术重点实验室副主任张广田表示,近年来,部分大型矿山开发者认识到了废石利用的重要性,已经开展了大量的综合利用工作,也取得了相应的成果。但是废石综合利用依然存在规模小、数量少、产业化不达标等问题。其中,技术、资金、政策、市场是影响废石综合利用的4个重要原因。

制约因素现实存在

废石和尾矿资源分布广、种类多、组成差异大,相关调查信息不完整;基础理论研究水平不高,高值化利用技术途径少,缺乏市场竞争力;过于依赖政策推动,企业主观能动性弱;缺乏示范工程,实践具有盲目性;资源意识、环境意识不高……这些都是当前制约行业发展的主要因素。

当前,我国废石、尾矿的堆存量巨大,但年排放量正在迅速下降,循环利用效率也在逐年提高。

对此,何军生表示,为消除矿山生产产生的废石、尾矿对人们生产生活的影响,近年来国家出台了一系列的政策措施,加大综合利用力度,工业固体废弃物综合利用率正在逐年提高。但在矿山开采废石、尾矿资源综合利用方面仍存在设计标准、产品标准、应用规范缺失或不健全;市场研究深度不够,税收优惠政策支持力度不够等制约行业发展的因素。

北京建筑材料科学研究总院有限公司高级专家黄天勇指出:“近年来,随着我国技术和装备水平的提升,国家政策的大力推动和引导,以及社会观念的改变,我国废石、尾矿的排放量虽然巨大,但废石和尾矿的利用率在不断提高。以尾矿为例,我国尾矿的综合利用率逐年提高,2019年尾矿的利用率已达32%。”

“尽管如此,制约废石和尾矿资源利用率提高的因素依然存在。”黄天勇表示,废石和尾矿资源分布广、种类多、组成差异大,相关调查信息不完整;基础理论研究水平不高,高值化利用技术途径少,缺乏市场竞争力;过于依赖政策推动,企业主观能动性弱;缺乏示范工程,实践具有盲目性;资源意识、环境意识不高……这些都是当前制约行业发展的主要因素。

“在矿山采矿废石资源综合利用方面,目前面临的主要制约因素是矿山开采废石的集中堆存与废石综合利用产品市场分布的不匹配。另外,部分高硫含量和高重金属含量的废石不适合制备建设用砂石料,大规模资源化利用途径还有待进一步开发。部分非金属矿废石成分复杂,也面临着利用难度较大的问题。”

倪文强调,统筹解决矿山开采废石所生产的砂石料,运到用户市场运距远、运费高的难题;进一步研发高硫和低重金属含量废石在适当建设场合的应用问题;加快发展超低成本井下采矿胶结剂,带动难利用废石的井下胶结充填是目前亟待解决的问题。

实施路径还需持续探索

废石处理应当趋向于区域聚集、多产业协同的方式,力争实现废石全利用、废物零排放。其次,健全产品标准体系,保证产品质量、注重尾矿微细颗粒的利用、建立固废胶凝材料示范生产线、生产全固废混凝土、发展智能化生产装备等都是行业未来发展方向。

“废石、尾矿是放错地方的资源。”在探索矿山废石、尾矿资源综合利用实施路径的过程中,行业、企业达成了共识。

“目前,实现废石和尾矿资源综合利用的途径主要有:有价元素再选技术、充填技术,制备建筑材料技术、制备塑料管材、絮凝剂、土壤修复剂等高附加值产品技术,其中充填技术和制备建筑材料技术是大量消纳尾矿和废石的关键途径。”黄天勇说。

提到废石、尾矿的应用途径,倪文表示,首先,废石可制备建设用砂石料。磁铁石英岩型铁矿的废石制备建设用砂石料在我国大规模利用已经有20多年的成功经验。目前,全国以废石为原料所生产的建设用砂石料每年超过2亿吨。

其次,由于混凝土预制件的市场价值是废石所生产的砂石料生产价值的10~20倍,因此在适合制备合格建设用砂石料的集中产区建设大规模和超大规模的混凝土预制件生产基地,将生产的混凝土预制件成品再运往建设市场需求地区,运费在产品中所占的比例就能够大幅度降低,是未来推动废石资源用于建材行业的重要发展方向。另外,近些年来固废基胶凝材料技术的市场成熟化给废石资源的进一步高效利用提供了更有利条件。

再次,对于硫铁矿含量较高的高硫废石,其砂石料用于沥青混凝土集料技术已趋于成熟;在废石生产合格的建设用砂石料生产过程中还会产生约30%的细泥或粉尘,这些细泥或粉尘大部分适合代替地表黏土进行生态修复、烧结砖和陶粒等建材产品生产。最后,对于不适合用于制备建材的高硫高重金属废石,结合超低成本和高固化重金属能力充填胶结剂的使用,将废石用于胶结充填采矿,可提高资源回采率30%,同时能够解决废石堆存引起地表重金属污染的难题。

“废石、尾矿、石粉、锯泥、脱水泥粉、剥离土等也是矿产资源,可生产相应的矿物材料,用于机制砂石、水泥、陶瓷、玻璃、砖瓦、新型墙体材料、环保净化、市政基础设施、土地整理、矿山修复等。”何军生说。

未来发展仍面临诸多挑战

实现废石和尾矿资源综合利用的途径主要有:有价元素再选技术、充填技术,制备建筑材料技术、制备塑料管材、絮凝剂、土壤修复剂等高附加值产品技术。其中,充填技术和制备建筑材料技术是大量消纳尾矿和废石的关键途径。

当前,对矿山开采产生的废石、尾矿资源综合利用势在必行,且在实施路径探索方面取得了一定进展。但要实现废石、尾矿的规模化再利用还面临着不小的挑战。

对此,黄天勇建议,在行业层面要充分掌握废石和尾矿的物理化学性能特性,为废石和尾矿梯级利用提供理论依据;要充分调研应用场景及需求量,形成多路径的梯级利用技术,为废石和尾矿利用技术的落地提供支撑;要实现产废企业和利废企业高效协同配合,共同开展废石和尾矿梯级利用基础研究,并开发多方位的综合利用技术;要通过资源利用—环境效益—经济效益—社会效益等方面建立废石和尾矿综合利用技术的多维度绩效测评方法,实现废石和尾矿的综合利用水平提升。

“对废石、尾矿等工业固体废弃物应按照物理化学性能进行分选、分级;加强固体废弃物实验室结果与规模化生产应用研究。另外,矿山绿色生产、实现零排放是企业应该承担的社会责任,企业经济效益增长是企业追求的目标。因此,综合利用产品设计与生产应因地制宜、以市场需求为导向,谨慎投资不符合市场需求的所谓高大上产品,规避高能耗产品;应加强投资成本研究、规划产品定位、环境容量、能耗控制指标等。”何军生建议。

倪文在行业层面建议,国家多部门联合推进废石资源综合利用建材产品的去公路化运输,以及把废石资源综合利用产品纳入现有的资源综合利用增值税优惠目录。在企业层面建议,以技术创新为引擎,以市场化发展和数字化发展为双轮驱动,加快推进废石资源综合利用。紧紧抓住冶金矿山废石以硅酸盐作为主要成分的特点,充分发挥硅酸盐废石制备的砂石料优势,大力推进低碳混凝土和混凝土制品的生产。

而张广田则指出,废石处理应当趋向于区域聚集、多产业协同的方式。实现废石全利用,废物零排放。其次,健全产品标准体系,保证产品质量、注重尾矿微细颗粒的利用、建立固废胶凝材料示范生产线、生产全固废混凝土、发展智能化生产装备等都是行业未来发展方向。

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