河北省铁矿山节能减排技术进展及对策措施

孟令刚

(中钢集团石家庄工程设计研究院有限公司)

河北省铁矿山节能减排技术进展及对策措施

孟令刚

(中钢集团石家庄工程设计研究院有限公司)

矿业为河北省重点支柱产业，能耗高，对环境影响大。从优化采矿工艺、推广选矿新工艺和固体废弃物综合利用3个方面介绍了河北省铁矿山节能减排的技术进展，并从开展资源综合利用、发展节能减排关键技术、加强矿山环境恢复治理工作和大力发展绿色矿山4个方向提出了铁矿山节能减排的对策措施。分析认为大力推行节能减排工作，提高资源和环境效率，发展绿色矿山，是实现河北省铁矿山可持续发展的必由之路。

铁矿山 节能减排 采选工艺 综合利用 环境恢复 绿色矿山

随着经济的快速增长，对矿产资源的需求持续上升，促进了铁矿山的快速发展。河北省铁矿石的产量由2007年的3亿t上升到2013年的4.4亿t,河北省铁矿山集约化、规模化发展水平大幅提升，但也付出了巨大的能源和环境代价。因此，必须大力推行节能减排，提高资源利用率，加强环境恢复治理，发展建设绿色矿山，走可持续发展的道路。

1 河北省铁矿山开发现状

1.1 综合能耗

河北省现有铁矿山1 051座，其中，大型27座，中型94座，小型930座，分别占铁矿山总数的比例是2.6%、8.9%、88.5%。近年来，河北省大型国有铁矿露天采矿、地下采矿、选矿厂节能减排工作取得一定进展，综合能耗、节能技术处于行业平均水平。但铁矿山中88.5%为小型民营矿山，其采选综合能耗及节能技术均明显低于大型国有企业。

1.2 废弃物排放

铁矿山开发产生的废弃物排放量巨大。目前，河北省铁矿尾矿库共2 848座，铁矿尾矿堆存总量约为93 596万m3，主要分布在唐山和承德地区，2个地区占总量比例分别是48.93%、23.98%，详见表1。河北省铁矿废石场共114个，废石堆存总量约为38.83亿t，主要分布在唐山和承德地区，2个地区占总量比例分别是68.58%、23.08%，详见表2。

同时，河北省铁矿山地质环境治理率、土地复垦率、尾矿综合利用率、废石综合利用率均较低。固体废弃物对自然环境形成极大的危害：①占用、破坏土地，影响植物生长，改变地形地貌，破坏生态环境和地面风景；②污染水质和土壤，危害生物，影响农作物生长，还会经食物链进入人体，危及人体健康；③一些固体废弃物形成地质灾害，造成废石滑动塌方,引发泥石流,堵塞道路,摧毁居民区和建筑物，造成生态环境的严重破坏。

表1 河北省铁尾矿堆存量统计

表2 河北省铁矿废石统计

节能减排分为两部分：其一为节约能源,降低能源消耗；其二为减少污染物排放。河北省铁矿山节能工艺、技术和设备的开发工作量大、前景广阔。同时，铁矿开发产生的固体废弃物排放量巨大，对自然环境和人体造成极大的危害。因此，河北省铁矿山节能减排的工作量大,任务繁重。

2 节能减排技术进展

2.1 采矿工艺优化

2.1.1 充填采矿技术

充填采矿法的优点：①将采矿的固体废料(尾矿、废石)充填采空区，实现减量排放或零排放，避免固体废料对环境的污染；②矿山不建尾矿库和废石场，大量减少对土地的占用；③资源回采率达到90%以上，可使资源得到充分的利用；④可避免矿区地表产生塌陷，使矿体开采不破坏地表的村庄、河流[1]。主要缺点是增加采矿成本，增加基建投资，对于开采价值高的矿种比较适合。

河北省地下开采铁矿山原来多采用崩落法、空场法。随着相关政策的要求，铁矿山越来越多采用充填法回采。目前尾矿充填技术日趋成熟，主要有干式充填和胶结充填。

2.1.2 大型露天铁矿陡帮开采

针对凹陷露天矿初期剥岩量大，生产剥采比大于平均剥采比的经济特征，采用陡帮开采工艺，组合台阶开采，工作帮坡角由原来10°～14°逐步提高到19°以上，该工艺可使露天矿山减少前期剥岩量，减少基建投资和推迟最终边坡暴露时间，大幅度降低生产剥采比，节能减排效果十分显著。司家营研山铁矿采用陡帮剥岩工艺，组合台阶高48～60 m，4个开采水平为一组，工作平台宽50 m，安全平台宽15 m，工作帮坡角为22.66°，取得了很好的效果。

2.1.3 矿床三阶段开采

矿床按开采方式可划分为露天、露天转地下和地下3个阶段。根据矿体价值和开采技术条件以及露天矿地面设施的布置、露天采坑的特点确定露天转地下过渡方案。露天转地下时要求能保证矿山安全性好、建设周期短、投资少和正常持续生产。合理确定3个阶段开采的时机，统筹规划露天与地下开采的工程布置，可使矿山的基建投资减少25%～50%，生产成本降低2%左右[2]。目前，由马鞍山矿山研究院等单位提出的矿山露天转地下三阶段开采技术已在石人沟铁矿、庙沟铁矿开采中应用。

2.2 选矿新工艺应用

2.2.1 多碎少磨及预选抛废技术

相对于达到工业品位的磁铁矿而言，低品位、超贫磁铁矿资源的特点是原矿品位低、选比大、单位成本高。

破碎磨矿能耗占整个选矿厂能耗的50%以上，而磨矿的能耗又占整个碎磨作业的70%以上。因而，低品位、超贫磁铁矿选矿生产主要围绕着多碎少磨、粗粒甩尾以及节能降耗、降低生产成本而展开。破碎后产品可经过粉矿干选或磨前湿式预选大量甩尾，实现能丢早丢，减少磨矿阶段能耗。

2.2.1.1 磨前干选

磨前干选甩尾工艺简单，技术成熟可靠。应用的设备主要有粉矿干选机、悬浮式干选机。

粉矿干选机运行稳定，适应性强，现已广泛用于超贫磁铁矿的干选作业中。承德天宝矿业、保利满王矿业等均采用粉矿干选机进行磨前甩尾作业，运行稳定，甩尾效果好，为企业开发利用超贫磁铁矿资源提供了技术保障。

悬浮式干选机作为新型的粉矿干选设备，采用对辊布矿，料层均匀，平面磁系分选区长，磁性矿物更易被吸附，分选时主分选区处于悬浮松散状态，分离彻底，分选效果好。承德柏泉铁矿采选扩能技改工程中已投入使用，替换原有的磁滑轮干选作业，甩尾率由原来的5.2%提高到20.24%，入磨品位提高1.12个百分点，废石中磁性铁含量由原来的1.16%降低到0.75%，效果显著。

2.2.1.2 磨前湿式预选

随着破碎设备的更新，破碎产品粒度的减小，细粉矿比例增加,特别是经过高压辊磨机破碎后的物料，物料粒度细，粉状物料含量达到30%～50%，普通干选工艺对细粒度粉状物料分选效果较差，磁性铁损失大。因此高压辊磨的破碎产品采用磨前湿式预选工艺，可显著提高入选品位，保证磁性铁回收率。磨前湿式预选磁选机应根据破碎产品粒度选择合理的槽体结构：12～0 mm粒级可采用顺流型槽体结构；5～0 mm粒级可采用半逆流式槽体结构或顺流槽体结构。

2.2.2 自磨机排矿细度提高

西石门铁矿随着开采深部矿量的增加，矿物嵌布粒度变细，现行工艺设备状况难以保证产品质量,为此，通过对选矿工艺考察研究，提出了提高分级机细度的解决方案，即对自磨机自返装置间距进行调整，由14 mm调整为8 mm。此项措施延长了矿石在自磨机中的磨矿时间，将分级机溢流细度提高至(70±5)%，保证了精矿品位合格。

2.3 综合利用新技术应用

2.3.1 尾矿利用

2.3.1.1 尾矿资源综合利用技术

尾矿资源综合利用技术主要包括铁尾矿再选回收有价金属，井下充填，制作水泥、砖、微晶玻璃及路基集料、建筑人工砂等[3-4]。开展尾矿再选是提高资源利用率、减少尾矿排放的重要措施；尾矿充填井下采空区是消除尾矿的直接途径；将尾矿加工成建筑材料，可以使尾矿变废为宝，大大减少了矿山废弃物的排放量。

首钢矿业公司与有关单位进行尾矿开发与应用研究。目前，首钢迁钢公司200万t钢新建工程完全使用尾矿骨料，还供应北京、天津部分建筑工程，每年减少尾矿排放量 70万t，累计节省尾矿运输费用130万元，少占用尾矿库容量40万m3，延长尾矿库使用年限，经济效益明显。同时，通过尾矿综合利用，还减轻了对周边环境的污染。

2.3.1.2 尾矿干排技术

尾矿干排是近年来国内逐渐兴起的一项新的尾矿处置工艺，是指尾矿经高效脱水设备处理或添加固结剂形成含水低的饼状尾矿砂，尾矿砂转运至固定地点进行干式堆存。尾矿干排的主要特点：①对环境破坏少,占用土地少；②节约水资源；③降低尾矿库的安全风险；④为尾矿堆放及采空区(包括露天采坑)的综合治理开辟了新途径。

承德市滦平县龙成铁选厂铁精矿生产规模为25万t/a，尾矿总排放量(含砂和泥)为38.36万t/a。尾矿经过滤机浓缩脱水，采用干排处理，不设尾矿库，大大减少了土地占有面积，减轻了对环境的影响，节省了建设尾矿库的投资。同时，干排后尾矿进行了综合利用，经多层振动筛分和细砂回收系统分级处理后，获得粗、中、细尾矿砂或尾矿泥，尾矿砂全部用于滦平县张百湾镇新兴产业示范区作为建筑用砂，尾矿泥用于滦平县张百湾镇下洼子村建材公司作为砖瓦、砌块原料。

2.3.2 废石利用

废石的综合利用主要有两方面：①加工成为建筑材料，粗粒级用作建筑石料、铁路道渣，细粒级用作铺路原料、人工砂；②综合回收废石中的有用组分，对剥离的废石或老排土场废石进行再选，回收丢弃的磁性铁[5]。

目前很多的露天矿山企业都在其老排土场安装了废石干选设备。首钢矿业公司先后在大石河铁矿裴庄排土场、二马排土场以及水厂铁矿河东排土场建起10条粗选、2条精选系统，从废石中干选回收矿石资源，规模可达300万t/a以上，取得了良好的经济效益。

3 节能减排的对策措施

(1)从源头做起，开展资源节约与综合利用技术研究。矿产资源节约与综合利用是解决资源短缺的重要途径，是提高矿山企业经济效益最有效的办法，是实施可持续发展的重要措施。结合省情和矿情，重点在矿产资源“三率”、共伴生矿产综合利用、尾矿和固体废弃物利用等方面开展研究，使铁矿山“三率”指标和综合利用率指标达到国内同行业领先水平。

(2)开展节能减排关键技术研究，大力推进节能减排工作。开展高效采选技术与装备、采选过程自动控制技术与测控仪器设备、少废无废的矿山清洁生产等关键技术研究，降低铁矿山电能和水资源消耗，并使“三废”排放达标，选矿废水循环利用率达到97%以上或实现选矿废水零排放。

(3)加强技术交流，创新矿山生态环保技术。加强与省外、国外矿山生态环境保护和恢复治理机构的合作与交流，引进吸收先进经验和技术，提高河北省铁矿山生态环境保护的恢复治理工作水平，同时，研发铁矿山生态环境保护和恢复治理工作新工艺、新技术，建设矿区生态环境重建技术示范工程。

(4)发展循环经济，建设绿色矿山。随着科学技术的进步和社会经济的发展,“绿色矿山”正逐渐成为矿产资源开发的发展方向。从铁矿勘查、设计、建设、开采、选矿，一直到矿山闭坑、复垦和生态环境重建全部统筹规划，实现开采方式科学化、生产工艺环保化、企业管理规范化、闭坑矿区生态化，建设绿色矿山，减轻对周边环境污染和生态环境影响，使矿山环境与区域环境和景观相协调，实现合理利用资源、保护环境、安全生产、社区和谐和矿业经济的可持续发展。

4 结 语

河北省铁矿山的开发与建设必须贯彻“在开发中保护、在保护中开发”的原则，树立矿山开发建设的新理念，以资源—能源—经济—环境平衡发展为基点，合理开发矿产资源，抓好节能减排工作，发展绿色矿山建设新技术，加快建设资源节约型、环境友好型、科技创新型矿山企业，尽可能降低矿山开发对环境的影响，推动经济效益和社会效益良性循环，促进河北省铁矿山可持续发展。

[1] 周爱民.矿山废料胶结充填[M].北京:冶金工业出版社，2007.

[2] 常前发,王运敏.冶金矿山节能减排的技术现状与对策措施[J].矿产保护与利用,2013(5):13-18.

[3] 蔡 霞.铁尾矿用作建筑材料的进展[J].金属矿山,2000(10):45-48.

[4] 常前发.我国矿山尾矿综合利用和减排的新进展[J].金属矿山,2010(3):1-3.

[5] 龙 涛,余 斌.露采剥离废石资源化节约综合利用研究总述[J].有色金属,2007(2):14-16.

2014-10-10)

孟令刚(1981—)，男，工程师，050021 河北省石家庄市槐安东路108号。