海南岛矿山废石资源特征及综合利用研究

齐文涛，陈智伟

(海南省九三四地质大队，海南 海口 570206)

当前，海南岛以自贸区(港)建设为总抓手，不断优化产业结构，坚持保护生态环境，走科学发展绿色崛起之路，大力倡导绿色矿山建设。然而矿山开采过程中，无论是露天开采剥离地表土层和覆盖岩层，还是地下开采开掘大量的井巷，必然产生大量废石[1]。矿山废石的资源化综合利用一直是国内外矿山企业、政府部门以及专家学者所关注的难题之一。矿山废石具有危害和利用的双重性，是一种宝贵的二次资源[2]。随着科技进步、社会发展和人们环境意识的提高，矿山废石的二次开发利用越来越受到重视。矿山废石的资源化处置，不仅提高了矿产资源的综合回收利用水平，减少了矿山废石的排放量，改善了矿山生态环境，也是解决资源环境矛盾的有效途径[3]。近年来，国内外相关科研院所、矿山企业等相继成立了专门机构，经过多年的试验、研究、技术积累与沉淀，根据不同矿山废石的资源特点和当地经济社会需求实况，提出了许多针对性的综合开发利用方案，但矿山废石资源的综合利用仍处于初级阶段，总体开发利用程度仍然偏低[4]。笔者通过对海南岛矿山废石资源进行系统调查及综合利用研究，重点查明岛内主要矿山废石的资源特征，并进行综合分析与评价，指明综合利用方向。

1 海南岛矿产资源及矿山废石资源概况

海南岛矿产资源较丰富，已发现各类矿种88种，占全国已发现矿种数168种的51.8%。经评价探明资源储量的矿种有56种、产地426处，其中大型矿床67处、中型矿床120处、小型矿床239处。探明储量位于全国前列的优势矿产有天然气、玻璃用砂、钛铁砂矿、锆英石砂矿、宝石、富铁矿、铝土矿(三水型)、饰面用花岗岩、饮用天然矿泉水和热矿水等[5]。目前，全岛开采的矿种主要有铁矿、金矿、锆钛矿、高岭土矿、石英砂矿、水泥灰岩、钼矿、铅锌矿、钴铜矿、萤石矿、石墨矿等，开采矿山主要分布在海南岛东北部的文昌市以及西南部的昌江县、东方市、三亚市境内。

自2013年以来，原海南省国土资源厅对境内矿业权进行大力清理整顿工作，并下发《切实加强矿产资源勘查开发管理工作实施方案》，全力推进矿业权规范管理及矿产资源管理体制改革，最大限度地减少矿业活动对生态环境的影响，加强采矿权尾矿、废石排放堆存及相关设施管理，鼓励矿山企业多措并举综合利用尾矿、废石资源，使矿产资源的开发利用状况得到进一步优化。

通过对岛内开(停)采矿山的废石资源状况进行野外调查，矿山废石排放量较大的矿种主要为铁矿，涉及到的矿山主要有昌江县石碌铁矿和三亚市红石铁矿，废石堆存量大，综合利用程度最低；东方市抱板金矿、东方市红泉十八队金矿、东方市红甫门岭金矿、东方市不磨金矿、昌江县土外山金矿、定安县富文金矿、乐东县抱伦金矿、屯昌县高通岭钼矿、乐东县石门山钼矿等有色金属矿山废石排放量不大，综合利用程度较高；昌江县古榕峰水泥用石灰岩矿、昌江县芸红岭水泥用石灰岩矿、昌江县燕窝岭水泥灰岩矿、琼中县什运白石岭水泥原料大理岩矿、琼中县什统萤石矿、五指山市毛阳石灰岩矿、白沙县水泥厂向民石灰岩矿、白沙县七坊镇光雅浪高岭石灰岩矿等非金属矿山有一定的废石排放量，但综合利用程度最高。而省内石英砂矿、锆钛砂矿等砂矿山则不排放废石。

2 海南岛主要矿山废石资源特征

2.1 黑色金属矿山废石资源特征

岛内黑色金属矿山主要分布在昌江县和三亚市，其中昌江县石碌铁矿是中国著名的大型火山沉积-变质铁矿床，也是中国最大的富铁矿石主要生产基地之一。该矿山自1957年复矿投产以来，先后使用了数十个排土场，累计排放废石数亿吨，堆存于各排土场，本次共圈定5处废石堆场，其中1号堆场(也称280排土场)是区内最大的堆体，位于枫树下采场以南，堆体海拔标高+155～+335 m，地表形态呈冲积扇状，堆体呈NW-SE走向，堆体中间厚65～85 m，两翼逐渐减薄直至尖灭，堆体产状整体南西倾，并在南西侧形成30～50°的边坡角，边坡线长约2 700 m，占地面积约2 km2，经估算废石量10 800万m3；2号堆场(也称172排土场)位于北一采场西北角，是区内第二大堆体，地表形态呈不规则椭圆状，堆体标高+100～+450 m，堆体自南东至北西顺山势堆存，整体产状北西倾，边坡角30～50°，坡脚线长约1.3 km，堆体厚度一般在北西段较为稳定，厚30～65 m，南东段受原山体地形起伏较大的影响，厚度变化也较大，厚2.5～40 m不等，占地面积约1.7 km2，经估算废石量5 236万m3；3号堆场位于南矿采场的西侧，主要由三个不连续的小堆体组成，规模不大，经估算废石量约305万m3；4号堆场位于正美山采场东侧，规模较小，经估算废石量约273万m3；5号堆场为保秀区段地下开采废石资源临时堆存地，规模小，经估算废石量约85万m3。废石的岩石类型种类较多，岩性复杂，堆体主要由二透岩、白云岩或白云质灰岩、变质砂岩、石英岩、千枚岩、片岩、花岗岩、板岩和其他岩类(糜棱岩、角砾岩、辉绿岩等)构成，堆体中岩类最多的是二透岩、白云质灰岩和变质砂岩。在5个堆场分别采集了15件具有代表性的岩石样品进行了围填海工程填充物质成分限值检测(GB 30736-2014)，其中1号堆场5件(ST03、ST2-7、ST2-8、ST2-9、ST2-11)，2号堆场5件(ST09、ST10、ST2-1、ST2-2、ST2-4)，3号堆场1件(ST2-5)，4号堆场2件(ST2-13、ST2-15)，5号堆场2件(ST05、ST2-14)，样品分析测试结果见表1。结果表明：所有样品的材质、块体大小(个别块度较大岩石可破碎后达到相应指标要求)均符合围海工程中堤坝或围堰的设计要求，样品无异味、异臭，块体相对密度较大(均值2.84 g/cm3，最大值3.08 g/cm3，最小值2.64 g/cm3)，均大于海水相对密度(一般1.025 g/cm3)，大肠菌群湿重比个数均未检出，γ辐射剂量率(均<10 nGy/h)低于海南省均数180 nGy/h、全国均数80 nGy/h和世界均数57 nGy/h，表明岩石的γ辐射剂量率在海南省正常室外天然辐射本底水平内[6]。本次所采集的15件样品共有7件样品(ST2-1、ST2-2、ST2-4、ST2-7、ST2-8、ST2-9、ST2-11)符合《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)的第一类围海工程填充物质要求，4件样品(ST09、ST2-5、ST2-13、ST2-15)符合《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)的第二类围海工程填充物质要求，4件样品(ST03、ST05、ST10、ST2-14)符合《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)的第三类围海工程填充物质要求，本着“就低不就高”的原则，所有样品均符合《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)第三类围海工程填充物质要求。本次工作在废石堆场共采取了8组具有代表性的样品，进行了物理机械性能测试，测试结果表明各堆体废石的饱和抗压强度、抗剪切强度以及抗腐蚀性能良好，能够达到填海用石料和建筑用石料的质量要求。

表1 石碌铁矿废石围填海工程填充物质成分限值测试结果一览表Table 1 List of test results of filling material composition of waste rock reclamation project in Shilu iron mine

三亚市红石铁矿为一座小型贫磁铁矿，目前矿山处于停采状态。通过十多年的生产，矿山分别在地表形成了3个露天采坑和3个废石堆场、1个尾矿池(由于设计不规范，按水利工程设施进行建设，暂称尾矿池)。其中HS1堆场位于采坑1西南侧，面积约52 996 m2，最终标高约+380 m，局部段实施了治理工程，经估算废石量约151万m3。HS2堆场位于选矿厂西南侧，面积约29 915 m2，主要由选矿排放的废石、废渣组成，目前地表局部进行了覆土种树，经估算废石量约19万m3。HS3堆场位于采坑1东南侧，面积约6 651 m2，废石堆场最终标高约+380 m，目前已实施了治理工程，但不完善，作为矿山汽车停车场及施工队生活、办公用房建设场所，经估算废石量约15万m3。废石主要岩类有钙镁质矽卡岩、白云质灰岩、花岗斑岩、石英粉砂岩等，可见云母集合体。堆体表面主要为块状岩块和粉末状废渣(矿山破碎选矿后排放的固体废物)呈混杂堆积状态，岩石硬度较小，表观质量稍差。

现状调查发现，岛内黑色金属铁矿山排放的废石量最大，利用程度最低。尤以石碌铁矿堆存的废石量最多(占海南全省矿山废石总量的95%以上)，虽然综合利用程度最低，但因石碌铁矿废石堆中普遍混有贫矿石，先前曾有企业对废石中的矿石进行回收利用，后因铁矿石价格下跌，回收成本较高，纷纷破产，目前废石基本被当作废弃物堆存在各大排土场，局部废石堆表面已覆土种树、根植果园等进行复绿，防止水土流失和地质灾害的发生。随着矿山生产规模的不断扩大，废石堆存量越来越大，不仅侵占土地、存在较大的安全隐患，还造成资源的浪费。另外，三亚市红石铁矿虽然目前处于停采状态，但是矿山依然堆存有167万m3的废石尚未利用，与石碌铁矿相似，废石被当作固体废弃物堆放在排土场，仅在局部地段通过种植林木等进行简单的复绿治理，但不够完善。

2.2 有色金属矿山废石资源特征

岛内有色金属矿山主要矿种为金矿和钼矿，其中金矿在区域上分布于海南隆起西部，区域性北东向戈枕断裂带(韧性剪切带)上，金矿体赋存在糜棱岩带内，形成了石英超糜棱岩型、千糜岩型、糜棱岩型金矿石，涉及到的矿山主要有东方市抱板金矿、东方市红泉十八队金矿、东方市红甫门岭金矿、东方市不磨金矿、昌江县土外山金矿等。这些矿山规模较小，主要采用竖/斜井或平硐的方式进行采矿，废石一般就地堆存于硐口附近，废石排放量小，废石岩石类型主要有含眼球条纹条带状混合岩、石英绢云母片岩、糜棱岩等，废石多用于铺设道路、修整平台、回填采空区，综合利用程度高。特别是东方市国土环境资源局通过实施专项矿山地质环境恢复治理工程，对以往民采遗留的采坑、矿井、采空区等全部用废石进行了回填，并清理了堆渣场、废弃矿区及周边，平整出的土地交付给村民植种果树等进行复绿，恢复了矿山生态环境，同时减少了矿山废石的排放。乐东县石门山钼矿目前为停采状态，矿山自投产以来，共形成2处小规模的废石堆，就地堆存于平硐硐口附近，废石排放量小，废石岩类主要为花岗岩，主要用于就近铺路、修整平台。而屯昌县高通岭钼矿则处于生产状态，随着矿山投产，在斜井硐口和选矿车间附近共形成4处小规模废石堆，堆存不连续，堆存厚度较薄(一般0.5～3 m)，岩石类型主要为花岗岩，因废石主要为近矿围岩，矿山企业表示要对其进行再次回收其中的钼矿。

现状调查显示，岛内金、钼等有色金属矿山废石排放量较小，利用程度相对较低。由于矿山均为地下开采，本身产生的废石量较小，加之废石一般就地堆放在竖(斜)井硐口附近，主要用于搭建平台、铺修道路、回填采空区等，废石被当作初级原料使用，利用程度相对较低，但矿山也因此减少了废石堆存引发的一系列安全、生态环境问题。

2.3 非金属矿山废石资源特征

岛内非金属矿山主要为水泥用灰岩矿，一般都是露天开采，矿山排放的废石主要有露天开采剥离的盖层、围岩及非矿夹石，以昌江县芸红岭水泥用灰岩矿为例，剥离的盖层主要为红褐色风化土，剥离的围岩主要为红褐色绢云母千枚岩，采用邻区昌江县古榕峰水泥用石灰岩矿中计算的硅酸率参数，(SM)平均值为2.41，铝氧率(AM)平均值为3.28，完全满足《冶金、化工石灰岩及白云岩、水泥原料矿产地质勘查规范》(DZ/T 0213—2002)规范附录D，表D.7黏土质、硅质原料化学成分一般要求。通过对照昌江县三大水泥厂(昌江华盛天涯水泥有限公司、华润水泥(昌江)有限公司、昌江鸿启实业有限公司)入窑矿石原材料质量指标，认为这些矿山的千枚岩可以作为水泥用粘土质原料综合利用。而非矿夹石因水泥生产工艺的改进及产品价格上涨，多数已被矿山企业当作配矿搭配利用。由于矿山各夹石的MgO含量均低于3%，除硅质条带结晶灰岩的CaO含量较低外，其余CaO的含量一般高于40%。目前，矿山原料控制CaO含量43%～46%，SiO2含量10.5%～13.5%，即可生产出合格的熟料，可见高硅低钙灰岩夹石完全可以当作配料使用。另外，琼中县什运白石岭水泥原料大理岩矿废石岩石类型主要由花岗岩化大理岩、含硅质大理岩、花岗岩、少量闪长岩等组成，该矿山结合区内废石特点，主要用以加工成石料出售，并获得较好经济效益，同时解决了废石堆存侵占土地、资源浪费问题。

现状调查表明，岛内非金属矿山废石排放量相对较多，但综合利用程度高。其中，尤以昌江县芸红岭、古榕峰以及燕窝岭石灰岩矿废石利用程度最高，废石已被当作水泥配料搭配利用，矿山基本不排放废石；除五指山毛阳石灰岩矿目前处于停采状态，且没有堆存废石之外，其他几个非金属矿山所产生的废石几乎全部用以加工成建筑用石料出售，并获得较好经济效益。

3 海南岛矿山废石综合利用途径

岛内黑色金属矿山废石的综合利用途径有以下几种。石碌铁矿的废石可以用作：①围填海工程填充物质。围填海工程填充物质成分限值检测结果表明，所有的样品均符合《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)的第三类围海工程填充物质要求，可作为第三类围填海工程填充物质使用。②建筑石料。岩石物理力学试验测试结果表明，所有样品均符合建筑用石的质量要求，可以用作建筑石料或铺路碎石，破碎较为严重的碎石渣可烧制环保砖，剩余泥土可就地用于后期复垦。三亚市红石铁矿，由于该处废石中普遍混有选矿后产生的废渣，致使粉末状质物含量较高，对其综合利用可经分选后对废渣、围岩分别进行综合利用，其中废渣可用以生产环保砖、围岩用以生产铺路石料，但应补测岩石物理力学试验样数据予以支撑。

岛内有色金属矿山排放的废石较为破碎，且废石量较小，除了用作铺设道路、回填采空区之外，还可以借鉴岛内金矿尾矿生产环保砖的成功案例，对矿山废石进行深加工，从而获得更好经济效益，但应根据《危险废物鉴别标准》(GB 5085—2007)进行毒性浸出和腐蚀性浸出试验，鉴别废石属于危险废物还是Ⅰ类或Ⅱ类一般工业固体废物。

岛内非金属矿山废石除用以加工成石料，还可参照昌江县芸红岭、古榕峰以及燕窝岭石灰岩矿综合利用废石的成功案例，即把废石当作水泥配料使用，其经济效益远高于加工成石料出售，使资源最大限度得以回收利用。

此外，有些矿山废石还可以代替黏土，生产硅酸盐水泥和低碱水泥。有的矿山企业利用矿山废石生产微晶玻璃和水处理混凝土等。只要矿山认真试验、研究，矿山废石是可以进行资源化综合利用的。

4 结 论

1) 基本查明了岛内主要矿山废石的分布状况、资源特征及综合利用情况，重点查明了昌江县石碌铁矿废石的岩石类型，岩石的物理力学性质，化学成分及分布范围，估算了重点矿山的废石量。

2) 对岛内主要矿山废石的资源条件进行了分析评价，并根据各矿山废石的资源特征，分别进行了针对性的综合分析，探讨了综合利用途径，为废石的综合利用指明了方向。