首页 高压浸出 搅拌浸出 数字孪生 湿法冶金 溶剂萃取
湿法冶金 2024-09-30 20:23:04

废旧金属材料回收(金属回收的挪威企业)

一、废旧建材用主要非金属矿产

新疆建材用非金属矿产特点是金属金属:矿种多、品质好、材料储量大、回收回收分布广。威企此类矿产已发现 70余种,废旧产地 1400余处,金属金属其中保有资源储量占全国第一的材料有白云母、蛭石、回收回收陶瓷土、威企饰面辉石岩、废旧砖瓦用页岩;占第二位的金属金属有长石、蛇纹岩、材料膨润土、回收回收水泥用大理岩、威企砖瓦用砂;占第三位的有铸石用辉绿岩、建筑用辉绿岩;占第四位的有石棉、砖瓦粘土、水泥用粘土、水泥配料用泥岩、建筑用大理岩,制灰用石灰岩;占第五位的有陶粒粘土;占第七位的有泥灰岩、建筑用花岗岩;占第八位的有水泥配料用页岩、滑石、饰面花岗岩、建筑用砂。

(一)神奇的粘土——膨润土

膨润土又叫膨土岩或斑脱岩,它是含蒙脱石矿物大于 85%的一种优质纯粘土。其中除蒙脱石外,还含少量石英、长石、云母、沸石及黄铁矿等杂质。

膨润土根据其中蒙脱石吸附阳离子的数量多与少,又细分为:钙基膨润土、钠基膨润土、酸性白土(氢离子型膨润土)共三种类型。

1.性质与用途

蒙脱石是层状含水的铝硅酸盐矿物,分子结构式为(1/2Ca,Na)0.7(Al、Mg,Fe)4(Si、Al)8O20(OH)4· nH2O。

膨润土呈土状或块状,很软且有滑感,相对密度 2~ 3,一般为白色、灰白色、浅绿色、淡红色。吸水性强,最大吸水量是自身体积的3~15倍。可塑性极好,黏结力强,无硬粒杂s质,是理想的雕塑材料。在水溶液中呈悬浮胶状,还具有润滑性、溶解均匀性和阴阳离子交换性。

膨润土具备以上性能,其用途愈来愈广。

例如在钢铁工业中普遍做球团矿的黏结剂。球团矿是含铁品位≥ 67%的铁精粉,与一定比例的膨润土相混合黏结成球状,其烘干后全铁品位≥ 65%,不经炼铁过程,可直接投入电炉炼钢。而且贫铁矿石的选矿从铁精粉到球团矿在我国已成为发展趋势。新疆八钢集团除自己年产180万吨球团矿之外,每年还从哈萨克斯坦进口 100万吨,其余则从疆内各矿山企业收购铁精粉、铁矿石及球团矿。

膨润土在铸造工业中用做模型砂的黏合剂;在地质钻井中用做泥浆;在油脂化学工业、食品饮料中用做脱色剂;在纺织工业中用做棉纺上浆(节省大量面粉)与漂白脱色;在陶瓷、油漆、日用化工上做添加剂;在建筑行业上用途最广的是墙体涂料,沥青涂料(防渗漏材料);还可用于饮料添加剂和农业上的矿物复合肥。总之,膨润土的应用愈来愈广。

2.产地与分布

新疆膨润土矿床在成因类型上有内陆湖泊沉积型和火山沉积蚀变型两种,而且以前者为主。

主要分布在北疆和东疆,已发现产地 16处,经地质工作并纳入新疆资源储量表者 8处。其中大型矿床 2处,中型矿床 1处,小型矿床 5处,提交资源储量 4.89亿吨,基础储量 1.3亿吨。

最著名产地在塔城地区和布克赛尔蒙古自治县的乌兰林格至日月雷矿床,其成因属内陆湖泊沉积型。矿体盖在白垩纪地层之上,且出露地表,产状基本水平,呈层状产出。矿体剖面上成数层,最厚 37米,但现开采 5~ 7米。因分布面积广,勘查区所圈定资源储量范围只属一小块尚不足大矿床的十分之一,所以为今后扩大资源储量,随时投入地质工作,提供了非常便利的条件,其前景是很好的。该产地有资源储量 3.75亿吨,其中基础储量 0.84亿吨。

另一处产地是托克逊县柯尔碱膨润土矿床,成因类型属火山岩热液交代型。矿体呈透镜状,厚度 1.5~ 72.7米,宽 50~ 100米,长 2000米,埋深 0~ 400米,倾角 25°~ 35°。储量计算面积仅有 0.25平方千米,求出资源储量 1.18亿吨,其中基础储量 0.39万吨,而且外围远景有继续扩大的可能。

还有一处中型矿床在哈密沙尔湖,属火山沉积矿床。产在下侏罗统地层中,矿体似层状,由八个矿体组成。每个矿体厚 7~ 17.54米,长 1100米,宽 130米,倾角 38°~ 49°,埋深 0~ 120米,资源储量 0.13亿吨,其中基础储量 0.07亿吨。

其他五处产地均属小型矿床,在这里不作一一介绍。

新疆膨润土中蒙脱石含量≥ 50%,钠基、钙基同时存在,脱色率达 95.53%,膨胀倍数为6.32mL/g,阳离子交换总量 47.85%。哈密沙尔湖膨润土矿虽然规模属中型,但质量上全是钠基,蒙脱石含量达 61.67%,膨胀倍数达 16.5。故新疆膨润土质量上乘,其探明与保有的资源储量居全国第二位,而且存在进一步扩大的可能。可以说,这种溶于水中不会沉淀、永远成水土胶溶悬浮状态、而且其体积还会以 8~ 16mL/g的速度增长。这种神秘的膨润土特殊性质,在开发应用上将会带来新产品的变革,将会与人们的生活起居以及新一代日用品的产生息息相关。

3.产品产量与发展趋势

我国膨润土资源十分丰富,仅次于美国,居世界第二位,拥有资源储量 25亿吨。

目前世界上有 40多个国家生产膨润土,年产量约 1200万吨,主要生产国有俄罗斯、美国、中国、印度、希腊、塞浦路斯。其中美国产量最大,年产 400万吨,我国为 350万吨。

世界膨润土消费中,铁球团矿占 27.1%,铸造占 23.8%,钻探泥浆 18%,吸附剂、吸收剂、杀虫剂占 17.4%、饲料占 5%,建材 3%,其他 6%。

我国膨润土主要供国内用,铸造占 73.5%、钻探泥浆占 7%、石油化工占 6.3%,轻工、建材、农药、印染占 8.2%,出口占 2%。

但随着应用领域的扩展,用量增长较快。例如钠基膨润土提纯后,就变成一种优于云母的耐高温、高电阻的绝缘材料,可制造各种光学自动信号装置及电绝缘膜等。此外,还有活性白土、有机膨润土、干燥剂、高效吸水剂、森林灭火剂、高温润滑剂、造纸、橡胶、牙膏、肥皂、香皂的添加剂等。

新疆年产 60万吨,主要用于钻探泥浆,制备活性白土和铁球团矿。生产骨干企业是兵团184团膨润土厂,另有和布克赛尔县也在兴建膨润土加工企业。但目前产品种类少,最主要是尚未开展的基膨润土的提纯工艺,而影响了跻身于国内市场的大好机遇。

(二)能剥离成纸的透明石头——白云母

云母是云母类矿物的总称,种类较多,有白云母、黑云母、金云母、铁锂云母、锂云母等。这里主要介绍新疆的白云母。

白云母是工业上用得最多的矿物,也是常含有锂、钠、钾、镁、钡、锌、铝金属,并具有层状结构的含水铝硅酸盐矿物。它的分子式是 K2Al4[Si6Al2O20](OH,F)4,属单斜晶系,常呈假六方形的片状晶体。多数白云母无色、也有浅棕、浅绿色,易剥离,可剥成极薄的薄片(厚度小于 0.1毫米)而且透明度很高,并具有弹性。相对密度 2.75~ 3.1,硬度 2.53。

它耐酸、耐碱,具很强的抗压能力和耐高温能力,很强的化学稳定性能与优良的绝缘性能,所以被广泛应用于电气设备、电工器材中。如制造电子管、电容器、整流器、电动机等。在冶金工业和机械工业上制造耐热零件及蒸汽锅炉。碎云母具有高度的分散性,在黏性介质中能保持极强的悬浮性,所以还广泛地用做油漆、塑料、橡胶的填料,近年在建材上也逐渐被应用,特别是云母纸的生产,缓解了云母用量的巨大压力。

1.产地与分布

新疆白云母资源储量在全国各省区排次中居第一。从已探明的 91个产地看,主要分布在阿尔泰山。新疆阿尔泰山,是国内知名度很高的花岗伟晶岩分布区,这里除了产白云母外,还产铍、锂、铌、钽、铷、铯稀有金属矿产。

另一个产地是西昆仑康西瓦至大红柳滩,这里也是花岗伟晶岩脉集中分布区。新疆地矿局第二大队在 1966年,提交有《皮山县康西瓦白云母矿区一号脉初步勘探地质报告》及《康西瓦阿克沙依矿区白云母详细普查地质报告》。但更多含矿伟晶岩脉至今尚未工作,基本上还属地质工作空白区。故找矿前景广阔。

另外,在东西天山及西南天山,也有白云母小型矿床及矿点分布,但产出量不大。

2.生产现状与资源前景

就新疆阿尔泰山分布的 90余处白云母矿床来说,经 20世纪由地矿局第四地质大队发现并勘查,求出资源量 50209吨,其中保有基础储量 32301吨。1999年,国内由于云母替代产品进入市场后,新疆工业原料块云母的开采与剥离加工也全部停产,原兵团非金属公司的四家云母厂相继下马。目前的开采企业多为私营小型矿山,以生产碎云母供内地省区做云母纸用,年产量约 3000吨左右。

世界上白云母生产大国是印度、巴西、加拿大,同时这三个国家也是世界上白云母的出口大国。而挪威、英国、比利时、美国则是碎云母深加工产品的主要出口国。

美国、俄罗斯、日本是世界上白云母矿物原料的主要进口国。

我国对白云母的需求已全部自给,除新疆生产白云母外,另外还有四川、内蒙古、西藏、青海也生产白云母。

随着新疆叶城至西藏阿里国家级公路的修筑,从三素至康西瓦再到大红柳滩,在 180千米长,南北 10千米宽的范围内,都有花岗伟晶岩脉的分布,其中有些脉体含白云母矿产,有的脉体则含绿柱石(铍矿),或铌钽铁矿,有些脉体则含锂辉石,是今后普查找矿的有利地区。一旦投入地质工作,新疆白云母及稀有金属的资源储量,都会有大幅度增长。

(三)不怕火烧的棉花——石棉

世界之大,无奇不有,在大山的岩石中竟会蕴生出像棉花一样的石头,用这种石头纤维可纺纱织布,而且做成的衣服不怕火烧,这种石头就是人们常说的石棉。

石棉是具有纤维状结构的硅酸盐矿物,但按其成分和内部结构的变化又可分成两大类六种石棉。

1.成分及性质

各种石棉都能劈分成很细的纤维,具备通常纤维的可纺性,并有较好的隔热、保温、耐酸、耐碱、绝缘、防腐烂等性能,其中温石棉的性能最好,而新疆产的石棉恰好正是温石棉(详见表 7-4-1)。

表 7-4-1石棉的分类

续表

2.用途

温石棉(即蛇纹石石棉)主要用于生产石棉的纺织制品(如石棉绳、线、电解布、隔膜帘),生产石棉的制动品(如刹车片、离合器、刹车带),生产石棉橡胶制品(如高、中、低压力板、衬垫板、耐油橡胶);生产石棉水泥制品(石棉板、瓦、管);生产石棉保温制品(石棉砖、管、石棉灰、保温板),还生产石棉沥青制品及石棉增强塑料制品等。

石棉在机械制造、交通运输、化工、冶金、建筑、电力等工业中都广泛用于传动、制动、密封、保温、防热、绝缘、消音、防腐诸材料的制作。对机场跑道和特殊路面需用石棉做填料。在国防和航天工业中,用石棉与陶瓷纤维、石棉与碳纤维、石棉与尼龙纤维做成的复合材料是导弹、火箭重要的绝热密封材料。

3.产地与资源概况

新疆石棉矿床主要分布在巴州若羌县和且末县,其次是托克逊县与托里县,而生产矿山和加工企业均集中在若羌县的依吞布拉克矿区。

截至 2007年底新疆的石棉矿产保有资源储量 600万吨,其中基础储量 260万吨,而若羌县依吞布拉克石棉矿 22线至 28线之南矿区,保有资源储量为 248万吨。

从资源远景看,若羌县依吞布拉克矿区从 28到 58勘探线之间的深部有矿体沿倾斜延伸的部分,是今后勘查的重点,也是该矿区扩大远景和今后增加资源储量的依据。另外,若羌县阿帕石棉矿外围及深部,都有增加资源储量的地质依据与可能。新疆石棉矿的找矿远景就在阿尔金东西向展布约 520千米长的超基性岩带内。

4.矿山生产与矿石加工

新疆石棉主要生产矿山有若羌县依托吞布拉克矿区(县属国营单位开采)、若羌县英格里克矿区(兵团农二师 33团开采);托克逊县榆树沟矿区(兵团农二师 22团开采)。

新疆石棉矿山除若羌县依吞布拉克仅采用磁选、浮选流程小批量生产外,大批量生产全靠手选进行。全疆石棉(矿物)产能 7万~ 8万吨,大部分供内地省区,少部分供疆内建材企业。矿石机选能力差,是导致国内众多矿山开采量大而利用率低的根本原因。为此,目前要求,禁止技术差、规模小的个体企业开采大型石棉矿区。

(四)遇高温变形会膨胀的石头——蛭石

蛭石是含 8个结晶水的铝硅酸盐矿物,外形与云母相似,在成因上也是由云母水解风化或经热液蚀变而形成的矿物。

蛭石在 800~ 1000℃下焙烧逐渐扭曲变形,而且体积会迅速膨胀(膨胀倍数 8~ 30倍)。故根据这一特点,将河流中的水蛭与不断地扭曲着黑褐色身躯的、让人毛骨悚然的吸血虫来冠名蛭石是有一定道理的。蛭石的颜色与水蛭一模一样,加热后蛭石扭曲的趋动姿态和变形的外表又与水蛭一致,故矿物学者便用相似物去命名这种矿物,以突显其物理特征。

1.性质与用途

分子式:(Mg,Ca)0.7(Mg,Fe3+,Ai)6[Al· Si]8O20](OH)4· 8H2O

蛭石焙烧后体积迅速膨胀,膨胀后的蛭石具有细小的空气间隔层,而空气间隔层就具备了优良的保温性能。

因蛭石一般密度为 2.5吨/立方米,但焙烧膨胀后为 0.2吨/立方米之特性,所以蛭石具有容重轻,耐寒保温、隔热、消音等性能。而广泛用于建材、化工、电力、石油、交通运输等部门。

隔热:用蛭石(焙烧后)粉制成蛭石水泥、砖、板、壳、异形材等,可砌制冶炼炉的炉盖、水暖器、孵化器、冷藏器、过滤器等。

隔音:机器、运输机械的消音器。

填充料:用在橡胶、塑料、油布生产上。

涂饰料:用在印刷、家具方面。

此外,还可做润滑剂及农业用复合矿物肥料。

2.产地及资源储量

蛭石矿是新疆的优势矿种,新疆已有产地 3处,但仅有尉犁县且干布拉克蛭石矿具备工业价值。该矿是新疆地矿局第三地质大队勘探的,于1988年2月提交了《尉犁县且干布拉克蛭石、磷灰石矿详查地质报告》,经局审查批准资源储量 1841.2万吨,也是共生有磷灰石、透辉石的世界级超大型综合矿床。其探明的资源储量占全国总量的90%,居全国之最。该矿不仅规模大,而且矿石质量好,富矿比例达 85%,矿区水文地质条件简单,主矿埋藏浅,易露天开采,选矿流程回收率高,成本低。共生的磷灰石和透辉石还可以综合利用。矿区外 8千米有淡水——库尔班齐克泉,日供量达 4122立方米。矿区及外围地形平坦,交通非常便利。经过近 20年的开采,矿山建设逐渐完善,产品及销售在国内外市场上都具备了一定的竞争力。

3.产量及规模

且干布拉克蛭石矿因矿石富,选矿工艺简单、回收率高、品级多,质量优越销路通畅,很受国内外客户青睐。

从 1992年产 1.86万吨,1993年产 4.4万吨,逐年增产到 2000年的 11万吨,目前已达 15万吨的水平,在发展中逐渐壮大。现在矿山企业主要有三家:新疆地矿局第三地质大队,兵团农二师,巴州地方国营公司。

目前产品有蛭石矿物(分片度、分级别),膨胀蛭石及复合肥料三大类,市场前景很好。

(五)高铝原料——红柱石

红柱石属高铝矿物,与蓝晶石、矽线石同性共类,其分子式相同,但含铝量有微小差别,详见表 7-4-2:

表 7-4-2红柱石与蓝晶石和矽线石的含铝量比较

虽然红柱石与蓝晶石、矽线一样,是高铝矿物,但是世界各国并没用它们作为炼铝原料,至今炼铝仍是以铝土矿做原料。

红柱石矿床在国内只见于 10个省(区)、市,储量最多的是辽宁省,其次是甘肃省,新疆位居第三。该矿种在全国其他省区分布有限,至今尚未纳入国土资源部地质勘查(相应的)规范文本之中,故无统一的技术经济工业指标作参考。而且在用途上对国内的进展现状无从考证。

就红柱石目前已知用途而言,主要是用于耐火材料上,冶金工业中作脱氧剂和高熔点金属氧化物的还原剂。

新疆红柱石主要产地有两处,一处是库尔勒市焉耆县霍拉沟红柱石矿床。该矿是 2002年由新疆地矿局第三大队提交详查报告,经国土厅评审中心批准资源储量红柱石矿物量 415.32万吨,其中基础储量 101.31万吨。另一处是拜城县库鲁克坤太红柱石矿床,该矿床分南北两个矿带,规模很大,出露高程 2350~ 2600米,属中高山区,交通不便,地质工作程度仅达普查阶段,求出资源量 1.05亿吨,矿物量约 2096万吨。因地质工作程度稍低,地矿局未审批。而霍拉沟红柱石矿床也分南北两个矿带,规模很大,含红柱石品位比库鲁克坤太要富,而且圈定的矿区范围仅是矿带的一部分,总之,两县红柱石产地今后可扩大勘查,远景更乐观。

目前开采矿山只有库尔勒一家私营企业,年产矿石量约 10万吨,选红柱石矿物量近 2万吨,主要供国内用户。

(六)昂贵的粘土——蒙皂土(蒙皂石)

蒙皂土是在新疆托克逊县榆树沟矿区发现的国内截至目前唯一矿种。

蒙皂土为三八面体层状硅酸盐类矿物,呈白色,质地细腻,硬度小,手触有滑感,表面对蒙皂石来说呈油脂光泽,对蒙皂土而言呈土状,但风化后都呈粉末状,遇水干裂后呈爆米花状,水浸泡后体积膨胀呈乳絮状。

也就是说,溶于水后,其体积膨胀,与水融为一体呈胶体悬浮液,永远不沉降。这种独特性质,使蒙皂土的身价倍增,其产品彰显出高贵的品质和昂贵的价位。

例如,日用品中肥皂、香皂、洗涤液、口红、皂片、脂粉、牙膏等。用蒙皂土做填充料,不但产品细腻,光滑,而且对人体很有好处,因其内含有天然矿物质和多种微量元素,对人体皮肤能起到真正的美容和护理作用,而且对五官不会造成任何刺激和损伤,是当今世界日用脂膏护理用品的最佳填充料。

纺织工业中的浆纱、造纸浆、塑料和橡胶业的填充料、铁球团矿的黏合剂等都能派上用场。但对蒙皂土而言,要用在高、精、尖上,用在高价位上,这样才能显出蒙皂土的真正价值。

托克逊榆树沟蒙皂土矿产在中泥盆统变质岩与岩浆岩(碱性花岗岩及斜辉橄榄岩)之接触带上,矿体呈似层状。主要有三个矿体组成,其中 3号矿体最大,矿体长 300米,厚 47.44米,矿石矿物主要为蒙皂土和蒙脱石,平均含量 15%。矿体埋藏浅,并出露地表,其水文地质条件及工程地质条件均较简单,很适宜露天开采,但注意阵发性雨水对开采场地的影响。

新疆地矿局第十一地质大队提交《托克逊县榆树沟蒙皂石勘查报告》,经地矿局审查,批准资源储量(蒙皂石胶体)26.05万吨,其中基础储量(蒙皂石胶体)7.47万吨,上述资源储量虽然很少,但却是全国唯一,必须珍惜,且不可乱采滥用。

从 20世纪 90年代末起,托克逊县积极筹办矿山,并与浙江地矿局粘土研究所配合,研制选矿工艺,至今该项研究时续时断。

(七)五彩缤纷的饰面石材

新疆地域辽阔(面积达全国的六分之一),北、中、南有阿尔泰山,天山、昆仑山呈东西方向横贯全区。三山中,岩浆岩特别发育,而花岗岩又广布其内。

现已知产地100余处,其中大型矿床达45处之多,中型达16处,小型15处,矿点30多处。交通不便或产于高海拔者还未进一步工作和统计。新疆地处中亚内陆,气候干旱,降水量少,蒸发量大,日夜温差悬殊等特点。花岗岩多裸露地表,呈现岩基状大面积分布,而呈岩盆、岩株状者较少,故新疆花岗岩分布面积不仅比其他省区广,而且产地多,品种全,质量优,资源潜力大。

1.饰面石材之内涵

饰面石材:用于建筑物的内外贴面,并具备有一定的装饰效果和耐用性(耐酸、耐碱),适于加工成一定块度板材的岩石。

饰面石材分三大类:

大理石类(大理岩、蛇纹岩、石灰岩)。

花岗石类(花岗岩、闪长岩、正长岩、辉长岩、混合岩、辉石岩、结晶变质岩。

板石类(板岩)。

而我们专述的是饰面花岗岩类石材,在工业应用上有国家建筑材料工业局颁布的标准。

2.一般工业要求

颜色、花纹美观稳定。目前以黑色、红色、白色更为适销。

对色线、色斑、空洞及其他要求:对有碍装饰性能之色斑、色线、空洞及金属氧化物和硫化物的需求较小。

对比度:要求花岗石磨光面拼接后的效果无甚差异。

荒料块度:一般要求要大于或等于 1立方米,切割后平面面积要大于 0.5平方米,对名贵品种可适当小一些。板材最小面积 0.3×0.15~ 0.3平方米以上,荒料率要大于 15%~ 20%。

物理性能:矿物分布均匀,结构致密,坚硬的新鲜岩石,不得有明显气孔,吸水率小于1.5%,耐酸率在 97.5%~ 98.5%,浸酸后的抗压强度大于或等于原有强度的 85%,亦可做耐碱材料使用。

膨胀系数:小于 8×10-6,即 0.000008。

3.产地与品种

新疆现已探明有一定资源储量的矿区比较多,从其中选出几个主要的代表性矿区介绍如下:

(1)哈密市星星峡白石头花岗岩矿矿区位于星星峡东北 28千米处,有简易公路直达。矿区花岗岩为天河石斜长花岗岩,岩体呈岩株状产出,长1千米,宽400米。矿石主要为含天蓝色天河石及黄玉斜长石,块度0.3~ 1.5立方米,颜色以蛋青白为底色、天河石散布其间,并构成色泽鲜艳,素雅的花斑,属国内少有的佳品。矿石荒料率 50%~ 60%,采运条件较好。矿石加工性能良好,粒度,花纹均匀,光泽度高,属高级饰面石料。矿石资源储量 112万立方米,其中基础储量 42万立方米。

(2)托里县阿克巴斯套花岗岩矿

位于托里县城北东方向 65千米处,钾质花岗岩产于华力西期第四期侵入的岩体中,其中有 12个矿体具有一定的规模(见表 7-4-3)

表 7-4-3阿克巴斯套钾质花岗岩矿特征统计表

矿石岩性为黑云母钾长花岗岩呈橘红—紫红色、黄色、白色,中粗粒花岗结构、似斑状结构,块状构造。矿物成分:长石 65%~ 75%,石英 20%~ 30%,另含小于 3%的黑云母和角闪石。矿石化学组分:SiO274.04%~ 76.20%,Al2O312.01%~ 13.39%,Fe2O31.22%~ 1.88%,CaO 0.60%~ 1.08%,MgO 0.14%~ 0.44%,K2O 4.18%~ 4.80%;Na2O33.38%,SO30.005%~0.31%。

根据矿石中长石成分,颜色及结构的差异,将其划分以下三个石材品种,红色黑云母花岗岩(新疆红)、黄色黑云母花岗岩(菊花黄)、白色似斑状花岗岩(奶油花)。

经样测试、加工和试采,矿石抗压强度 30.7~ 167.6MPa,光泽度 76~ 86,相对密度 2.55~2.59,吸水率 0.14%~ 0.24%,耐酸度 99.22%~ 99.92%,耐碱度 99.96%~ 100%。理论荒料矿区平均 43.78%,实际试采平均荒料率 36.62%。矿石切、磨、锯性能良好,板材率 25~ 30平方米/立方米。

经自治区储量委员会批准,饰面花岗岩荒料资源储量 343.25万立方米,其中红色 125.62万立方米,黄色 191.92万立方米,白色 25.71万立方米。

(3)博乐市桑金布拉克花岗岩矿

位于博乐市东北 28千米处,花岗岩呈岩基状产出,分布面积大,岩体分异程度好,岩相分带明显且呈渐变过渡关系。根据岩相分带,划分出:橘红色粗粒黑云母斑状花岗岩、枣红色粗粒黑云母花岗岩、黄色中粗粒黑云母斑状花岗岩。

而且以橘红及枣红两个品种为主,经力学样测试,抗压试验,化学稳定性极好,完全满足饰面石料标准,而所求储量仅是大岩基中的一小部分,其资源量很大,远景广阔。该矿由新疆建材地质大队提交资源储量 583.21万立方米,其中基础储量 485.77万立方米。

另外,还有哈密市大红山花岗岩矿、哈密市银玉花岗岩矿、吐鲁番市红石头沟花岗岩矿、托克逊县桑树园子花岗岩矿、和硕县扎河布拉克花岗岩矿、哈密黄山南基性岩饰面石材矿、温宿县南木札特花岗岩矿、鄯善县康西东“鄯善红”花岗岩矿等。

4.产量与需求

我国石材是后来居上,从 1999年起全国石材荒料的产量才跃居世界第一。自 1981年新疆开采饰面石材以来,石材工业迅速发展,石材加工企业的规模及产量呈逐年递增的态势,2001年最多时花岗岩矿山为 45家,有 66家加工企业,在市场竞争中优胜劣汰,而保留和新兴的矿山与企业,设备更先进,生产规模也趋于正规。

目前区内荒料生产能力达 15万立方米,实际年产荒料 8万立方米。加工企业总能力为年平均 300万平方米,实际为 180万平方米,其中 34.6%供疆内,56.86%供内地省区,出口量仅有 0.5万平方米。并逐渐成为继福建、广东、山东、四川等省之后的又一重要生产基地和后备基地。

根据国内外市场的进一步扩大,生产量将会稳中提升,预计 2010年时,新疆饰面花岗岩荒料实际产量将达到 25万立方米,板材加工为 320万~ 400万立方米。

图7-1-1无水芒硝

图7-1-2乌鲁木齐盐湖化工厂

图7-1-3罗布泊钾盐基地

图7-1-4鄯善县赛尔盖甫钠硝石矿床地质略图

图7-1-5钠硝石矿石

图7-1-6温宿县阿其克苏盐丘地质图

图7-1-7盐湖中的捞出盐

图7-1-8盐湖中的结晶盐

图7-1-9膨润土

图7-1-10白云母

图7-1-11石棉

图7-1-12且干布拉克蛭石矿

图7-1-13红柱石

图7-1-14皂石

图7-1-15花岗岩石材

图7-3-1石盐的用途

二、非金属矿采矿

矿山的开拓方式、生产规模、采矿方法、装备水平主要取决于矿床规模、矿床储存条件、矿物的性质、矿产品的价值以及国家的技术经济基础。一些矿业发达国家,特别是工业发达国家拥有大型、特大型金刚石、石膏、高岭土、大理石、石棉等的矿山,采用大规模、集约化开采,这些非金属矿山的技术装备水平一般与大型煤矿山、金属矿山相当,有的非金属矿山的开采作业达到了采矿业的先进水平,如俄罗斯雅库基、南非的金刚石矿、俄罗斯巴日诺夫和加拿大魁北克的石棉矿、美国的高岭土、凹凸棒石、膨润土和石膏矿,以及挪威的石灰石矿等,那些先进国家的石墨、滑石、重晶石、白云石等非金属矿山,规模较小,但装备水平和经营管理水平较高,相应的技术经济指标也较高。

目前国外非金属矿采矿技术发展现状大致如下:

一、露天开采比重大于地下开采,露天矿采深越来越大

非金属矿的开采,露采地采兼有。然而,露天开采具有可采用大型高效采矿设备、生产能力大、劳动安全条件相对较好、资金投入产出较快等一系列优点,国外非金属矿山只要条件许可都尽可能采用露天开采。据美国地调局《Mineral Yearbook》2005统计,2004年美国工业矿物矿岩量36.08×108t,其中露采35×108t,占97%,同比增长4%,地采1.08×108t,只占3%,工业矿物产品的平均价格,露采为20.54美元/t,地采为28.34美元/t。2004年美国几种非金属矿露采和地采的开采量如表2-1-1所示。

表2-1-1 2004年美国几种非金属矿开采量(104t)

占世界高岭土产量50%以上的英美高岭土矿山都采用露天采矿方法,目前世界最大的石棉生产国俄罗斯和加拿大的石棉矿山也都采用露天采矿,绝大多数的世界大型的石膏、膨润土、石灰石、大理石等的矿山都是露天开采。

随着采矿工作的进展,矿坑开采深度不断加深。如2005年俄罗斯雅库基的和平金刚石矿、纪念日金刚石矿、成功金刚石矿的深度已分别达到525 m、500 m和610 m。俄罗斯巴日诺夫石棉矿原设计露采最终深度为680 m,目前采深已超过700 m。由于通风安全和运输的经济性,目前他们都在计划或已实施露转地的问题。

二、机械化自动化水平不断提高,大力发展连续式或半连续式采矿工艺

为了节省人力,提高劳动生产率,降低生产成本,国外非金属矿山不断提高机械化和设备大型化的水平。与此相配合,发展了连续式或半连续式采矿工艺。

国外非金属矿露天矿山一般采用螺旋沟开拓、台阶式开采。表土剥离采用凿岩爆破法,用前端式装载机、液压铲或大型索斗铲配合大型汽车装运。如俄罗斯萨勃鲁夫斯基滑石生产联合体的“新透镜体”滑石矿。储量2718×104t,矿体长1050 m,滑石菱镁矿层厚度50~350 m,探矿深度80~90 m。该矿采用水平分层下行式台阶开采,台阶高度10 m。表土层为页岩、斜长花岗岩和角闪岩。年矿石量19700 m3,剥离量3500 m3。剥离岩石由凿外工作预松散后,用5 m3机铲采装到翻斗车,运去填路或露天尾矿堆。矿块用SBMK-5行钻机穿孔。爆破后矿石用电铲、翻斗车装运至中间矿仓或选矿厂受矿仓。

德国Stassfurt白云石矿床,矿石平均密度为2.3~2.5g/cm3,矿体性状多变,裂隙丰富,在几米范围内,矿石强度和品位都显著不同。矿山采用选择性开采,根据配料要求挖掘所需块段。因此采用了Caterpillar的液压铲进行挖掘。液压铲重93 t,最大功率448 kW。铲斗具有5个弯齿,同铲斗底部曲线性状相匹配。斗容5.5 m3,工作压力500 kW。大块岩石用铲斗底部坠球捣碎,再用铲斗铲装到自卸汽卡车。

在采矿生产中,广泛采用大孔径牙轮钻或潜孔钻凿岩-电铲(液压铲、前装机)-汽车-半固定式破碎机-带式输送机装运的半连续式生产工艺(如俄罗斯乌拉尔石棉公司)。有些非金属矿种的生产采用了连续式生产。如英国的高岭土矿山使用高压水枪水力开采高岭土,矿浆通过管道泵送到储浆池,再泵送至选厂进行水洗。乌克兰的高岭土矿使用斗轮铲联合装置进行开采、运输和堆矿,实现了高度机械化的连续工艺。

美国Oil-Dri公司年产包括凹土在内的漂白土100×104t,是世界最大的优质宠物垫料和吸附剂生产和供应商,其矿山采用露采,4个矿段,每个矿段仅用3人,分层开采机械复垦,生产过程全盘机械化。

地下开采采用竖井、斜井、平硐等方式进行开拓。为了进一步降低成本、提高劳动生产率,实现半连续或连续式采矿生产,国外非金属矿山地下开采尽量采用斜井开拓,带式输送机或自行式输送设备运输矿石的方式,如英国三维世硬石膏矿等。

三、不断改进采矿方法,以适应高效设备的需要,提高劳动生产率和资源回收率

在地采矿开采方法上,随着无轨采矿技术、中深孔大孔径凿岩技术,以及先进的采矿机械设备的发展,使较老的劳动强度较高、材料消耗较高的采矿方法,如人工水平分层充填法、留矿法等,逐步被以利用先进技术设备的机械胶结充填法、阶段崩落法、房柱法、中深孔分段崩落法、分段平巷法所取代。例如美国石膏矿采用露天矿台阶式开采,铲运机直接进坑装矿运矿。英国三维世硬石膏矿使用6 m3铲运机,工效达到230 t/工班。

摩洛哥Samine矿自1974年投产,它以38%高品位CaF2的矿石而闻名,矿石能加工成98%CaF2的产品。原用留矿法开采,矿石回采率低,选择性差,生产率低,生产成本高,初始投资高。他们利用钻探岩心资料绘制三维地质图,根据地质条件开发了机械化倾斜分层充填法,使矿石回采率达到了90%,生产率提高了20%,最高矿石贫化率仅10%,采矿成本降低了1/3,特别是抢救了270×104t CaF2,37.4%的矿石储量,提高了10年的矿山寿命。对于邻近矿区相同的地质条件下采用该采矿方法,预期又能增加350×104t的储量。

目前俄罗斯雅库基ALROSA金刚石公司“国际”矿含金刚石金伯利岩的地下开采,就是采用联合采矿机进行开采的。这是世界上采用联合采矿机开采金刚石矿的第一例。该矿井下使用了2台奥地利Fest Alpine Bergtechnik公司出品的联合采矿机,以及2台雅库基金刚石设计研究院和ALROSA公司共同研制的联合采矿机。“国际”矿改进了联合采矿机的执行机构,加快了切割头的转速,改进了刀头的分布方案、数量和尺寸。采用联合采矿机对保护金刚石的天然晶体有着重要的意义。矿山进行的检验和统计证明,从1t金伯利岩中回收的金刚石的价值比原来采用小孔凿爆法采矿时要高。该矿目前的开采量为50×104t/a。

四、非凿岩爆破开采法得到因矿制宜的应用,且其应用有扩大的趋势

非凿岩爆破开采法在半硬和硬质岩石的露天矿开采中的研究已经有很长时间了。问题的提出,一是因为希望用它来取代劳动强度很大,且有危险的凿爆工艺;二是借此开发新一代的高效、经济的露天矿开采和剥离工作的连续作业工艺。

非凿爆开采法在中等硬度以下的矿岩挖掘中也早就有所应用。如用在国外的高岭土、石膏、滑石和石灰石的采矿中,像乌克兰的高岭土矿使用斗轮铲和堆取料机联合装置进行采矿,实现了高度机械化的连续工艺;美国帕贝科日恩松石膏矿采用铲运机进行开采,取代原用的凿岩爆破法,采矿成本可降低2/3。

自20世纪90年代中期以来,专业生产的炸药价格大幅度上涨,使1 m3凿爆法采出毛矿的成本大大提高。此外,随着世界各国对环境问题的关注度日益提高,为消除或降低凿岩爆破采矿所带来的噪声、粉尘和震动,近年来非凿岩爆破采矿法的研究有所加强,应用有逐渐扩大的趋势。

岩体非凿爆法采掘的采矿设备必须具备以下条件:一是具有很高的切割应力,以及相应于应用单位生产能力的劳动生产率;二是松岩和采掘矿岩的能耗要低;三是应有足够的机动灵活性和在较大坡面的工作平台上操作的能力;四是应具有工艺和生态上的安全性。

采掘装岩设备可以同时完成松岩、挖掘和装岩功能,是最能满足大规模生产要求的。从被开采和可能使用该法开采的矿床的采矿地质条件和采矿机械现状来看,在最近10~15年内,最可能用作非凿爆采矿的主要设备有带刨岩斗齿的单斗液压铲和索斗铲、分层刨岩机和斗轮铲。用于非凿爆法采矿的单斗液压铲的发展方向是配备专用铲斗和松岩器的液压铲和带冲击式斗齿的机铲和液压铲(动力铲斗的挖掘机)。而后者是最有希望的。20世纪末,奥地利Fest-Alpine公司和德国的Nidermaier公司以及瑞典的公司已经制成和成功试验了斗容5~7 m3的动力铲斗液压铲。俄罗斯乌拉尔重型机器公司在俄罗斯科学院矿业研究院的配合下,在原成批生产的ЭКГ-5A型电铲的基础上,制成了带动力铲斗的ЭКГ-5B型电铲其与ЭКГ-5A型电铲的区别和改进是主要工作机构改变了,并在电铲扩大的回转平台上配备了附加机构。ЭКГ-5B型电铲在石灰石、白云石和煤矿投入了生产,实践表明,斗齿刃的单位冲击能为100 J/cm,可以成功地开采抗压强度80MPa的岩石,平均劳动生产率为120~275 m3/h,在使用率为0.41~0.67的情况下,年生产能力可达72×104m3。还确定了ЭКГ-12B型带动力铲斗的电铲的工作机构参数,证实了将单位冲击能提高到200~250 J/cm,冲击频率提高到8~12 Hz的合理性,在这种条件下,设备能有效地采掘抗压强度达100MPa的岩石。

全世界都很关注无须预松岩直接连续作业的岩体采掘装载机的制造。在20世纪80年代初,俄罗斯就有分层刨岩型联合采矿机生产,现在全世界采矿设备制造商已经对40种型号的联合采矿机进行了工业试验。最有代表性的有Virtgen公司的联合采矿机,可以开采层厚0.2~0.6 m、抗压强度达80MPa的岩石。由德国Krupp Ferdertechnik公司和俄罗斯库兹巴斯塔尔琴斯基煤矿合作研发的KSM-2000 p型联合采矿机,在抗压强度为70~80MPa的岩石中进行分层开采,最大刨岩深度可以达到2.6 m,在松岩后的岩体中,它的最高生产率达到2000 m3/h,是目前所有联合采矿机中效率最高的。美国石膏矿采用铲运机开采法,取代原用的凿爆法,使采矿成本降低了3倍。

为了保持传统台阶式开采工艺的技术优势,确保非凿爆法流水作业的进行,一些国家着力配制增强切割应力的斗轮式挖掘机。捷克Unex公司K-650型斗轮式挖掘机在俄罗斯“成功”金刚石露天矿的工业性试验和俄罗斯ЭКГ-400/1000型斗轮式挖掘机在俄罗斯雅库基金刚石砂矿的生产应用证明,这类设备基本上能满足在抗压强度为60~80MPa的岩体中的非凿爆法采矿作业要求。

然而,研究结果和实践经验证明,在可预见的将来,还不能完全将非凿爆法看作是凿爆法开采的替代方案。在大量不同的采矿地质条件下,每一种采矿设备都有它有效应用的范围。特硬和特黏的整体岩体,如花岗岩、辉长岩和辉岩等,在目前的发展水平下,进行有效的松岩还得依靠爆破。砂矿、砂砾矿、粘土矿、中等硬度的矿床,如石灰岩、页岩、砂岩、粉砂岩、泥质岩、白垩、交代类岩石、金伯利岩,以及某些类型的铁矿、铜矿、有色金属矿和金矿,采用非凿爆法开采,目前还是成功的。

总之,利用目前已有的设备正在和可以成功地进行非凿爆法开采的应用范围有:

1)抗压强度在60~80MPa的Ⅰ类、Ⅱ类和部分Ⅲ类岩石的矿床和个别矿块。

2)需要选择性开采的、结构复杂的矿体。

3)不能采用凿爆法进行松岩的矿床和矿块,如居民点、工业建筑附近的矿床和矿块。

4)由于技术原因残留的矿块和矿堆等。

我国岩石为中等硬度以下的小型非金属矿山,多数都采用手工开采的方法,挖掘装运矿石的工具仅为手镐、簸箕和手推矿车。尚未看到有采用机械化非凿爆法开采非金属矿的报道,因此在这方面目前无法与国外先进水平相比。

五、设备继续趋向合理的大型化、讲究高效和节能

国外非金属矿的露天开采采用大孔径牙轮钻或潜孔钻、长钻杆自动控制穿孔技术。俄罗斯建材矿山70%以上采用高效牙轮钻机凿岩。如俄罗斯ALROSA金刚石露天矿目前采用俄罗斯国产CБШ-250、270型牙轮钻机、芬兰Tamrock D-75 KS和Ingersol Rand D-2m钻机,孔径达250~270mm。装矿用斗容4~16 m3的电铲或前装机,运输用装载量30~136t的自卸车。俄罗斯乌拉尔石棉公司巴日诺夫石棉露天矿穿孔用CБШ-250 MH型牙轮钻,孔径为250mm,装矿用8~12.5m3电铲,运输用30~120 t自卸车,以及黏着质量930 t的173-2M牵引机组。加拿大黑湖石棉公司露天矿采用φ190~250mm的牙轮钻穿孔,7 m3前装机装矿,100 t级以上的自卸车运输。

为了节能和提高劳动生产率,国外非金属矿山注重适时更新设备。如俄罗斯ALROSA金刚石公司每年投入23亿~30亿卢布购置发达国家制造的设备,如Caterpillar和Komazu斗容16 m3的反向铲,吨位136 t的Caterpillar,Komazu和Dresser翻斗车,俄产5~15 m3的正向铲。巴西Mineracao de Amianto石棉公司2003~2004财政年度投资1300万美元置换运输翻斗车,2006年投资1500万美元更新设备。

在地下矿巷道掘进方面,俄罗斯研发和投产了一种钻机、装药和爆破-岩石装载工序的联合机组,附设工业机器人和微处理机,确保巷道掘进工作准确安全高效地进行,消除了掘进工人笨重的体力劳动。

俄罗斯乌拉尔石棉公司巴日诺夫露天矿开发了一种乳状炸药机械化制备、装运和装药机。这种设备是在对适应本矿崩矿需要的安全、廉价的乳状炸药进行了长期研究后开发出来的。这种MЗГ-10型制药、运药、装药机,载重10 t,可以直接开到工作面进行制药和装药。2004年通过了验收后,全面投入了使用,目前能满足露天矿炸药总消耗量的98.2%。采用这种技术,对于含水矿体的爆破工作,与原先采用的技术相比,可节省费用2.6倍。

加拿大石棉矿山的装药车配备自控装置,可以根据不同矿岩不同的爆破性能随时调整炸药的成分含量以改变炸药的爆炸威力。甚至在同一炮孔中也可以做到不同部位装不同的炸药,以提高爆破质量。

六、注重科学采矿,不断改进工艺,提高劳动生产率

(一)全球定位系统技术和工业电视的应用

目前工业发达国家非金属矿业在露天采矿中较为普遍地采用全球定位系统技术(GPS)来配置监控调度钻机、矿岩铲装和运输设备,保障其正常生产,以及在各种设备发生故障时及时地调度维修,以便最大限度地减少窝工时间,提高设备利用率。地下采矿的矿山,则广泛采用工业电视,在中央控制室监控各工作面、卸矿点、装矿点的工作和提升运输的情况。

(二)广泛采用计算机技术

计算机技术,已在工业发达国家的非金属矿山得到了广泛的应用,在采矿工作设计阶段,帮助设计人员利用计算机技术模拟矿床的条件,应用专用的软件,准确地作出决策和设计方案;在采矿工程开展过程中帮助采矿工程技术人员采用计算机模型模拟采矿现场情况,进行采矿方案的比较和选择,可提高采矿场的稳定性和安全性,提高资源的回收率和劳动生产率;在采矿过程中,可帮助采矿工程技术人员进行采矿工作的管理,矿石的运输管理。如加拿大石棉矿,根据地质勘探的结果,将矿石按其质量、品位、矿物组成、性质等因素,确定不同的价值。然后利用计算机技术按照地质勘探的结果,绘制出矿体三维模型,并将其按其中矿石的价值划分成不同矿石价值的矿块。为一定质量要求的产品进行采矿时,可在三维模型上进行配矿,确定所需的矿块以及采掘的数量,再按此设计各矿块工作面炮孔布置、炮孔数量和深度、各排炮孔的装药量、爆破方法和顺序、装运设备的配置和调度等。

(三)重视矿石的质量控制

工业发达国家的非金属矿业不仅对最终产品实施质量控制,而且对加工过程实施在线控制。如俄罗斯采矿化学品有限公司Kuldur水镁石矿,从采矿开始就把好质量关,通过详探台架试验确定生产矿块,再用生探进一步取样分析准确确定应爆矿段,爆破后将矿石按要求破碎分级,送往不同产品的工艺流程。在整个采矿和加工过程中都对MgO、CaO、SiO2、Fe2O3的含量进行测定和监控。而我国非金属矿山普遍只对最终产品进行质量控制,而且大多数小型非金属矿山并无正规的质量检验。

(四)金刚石开采中爆破对晶体破坏的研究

俄罗斯矿山科学研究院对在开采含金刚石金伯利岩时,爆破工作对晶体的破坏进行了研究,并对爆破破坏晶体的行为进行了模拟,确定了破坏晶体的潜在危险带的半径,研定了爆破脉冲形式和应力波振幅-时间特性的控制方法,从而为计算能保护晶体的爆破工作参数奠定了基础。

(五)露天矿强化装运工作的新技术

俄罗斯矿山科学研究院研发了一种强化装运过程的工艺和一套矿石堆料卸料装置,使露天矿装运工作实现了流水化。矿石堆料卸料装置由列车式矿仓、矿堆下移动式振动给料器和自行式翻斗车组成。这套装置的工作原理如下:沿工作面平行于矿车轨道建一条辅助轨道,列车式矿仓停靠在辅助轨道上,列车式矿仓起到一种缓冲矿仓的作用。矿堆下移动式振动给料器和自行式翻斗车安装在列车式矿仓的车架上。电铲将矿石装在列车式矿仓中由移动式振动给料器和自行式翻斗车将矿石转卸到运输矿车的车皮中。这样电铲可以连续向列车式矿仓装矿,移动式振动给料器又可以连续向运输矿车的车皮装矿,使露天矿装运工作流水化。运输矿车的停靠和装车时间不超过2~3 min,比循环作业时装车作业时间缩短了10~20倍。

另一种强化露天矿装运工作的方法是使用大容量的铲斗配合长度与翻斗车车厢一样的振动给矿器。生产时,后者停放在运输线附近已采台阶的上帮,给矿器一次就能装满一辆翻斗车车厢,可大大缩短装车时间,提高主要采矿设备的利用率,露天矿的工作台阶也可提高,从总体上提高了采矿能力和劳动生产率,节省了能源,并有利于降低对环境的污染。

这种工艺和综合装备已在俄罗斯一些露天矿投产,可提高电铲的利用率20%~240%;运输车辆的利用率10%~120%。

(六)涡流爆破工艺

俄罗斯新西伯利亚的一个石料露天矿采用涡流爆破工艺,可以使用低能廉价炸药,节省了生产成本;提高了岩矿爆破的抛掷能力,减少了有害气体的排放,改善了技术经济效益和生态环境。

涡流爆破工艺的原理是在药包中装一个“涡流发生器”,起爆时,涡流发生器生成涡流,促进爆破气流产物的强制对流,补爆起爆气流产物中未爆燃料和氧化剂颗粒,增大了爆破气体的体积和对钻孔深部的挤压,提高了爆破脉冲,从而提高了爆破效率。

该矿在使用涡流爆破工艺后,台阶高度提高到15 m,炮孔深度18 m。

我国大中型非金属矿山,大多是20世纪50~60年代建立的老企业,更新改造能力差,矿山虽然实现了部分机械化,但现有的设备远不及工业发达国家的水平。而占我国非金属矿山企业绝大多数的是小型乡镇企业或个体企业。它们大多没有正规的设计,没有完整的开采顺序和采矿方法,采矿巷道及其装备也不正规。采用的是手工开采,铁锤钢钎凿岩,贴炮爆破崩矿,人工装矿,手推矿车运矿等等。甚至乱采乱挖,采富弃贫。因此矿石损失贫化严重,矿石块度不均匀,大块率高,二次破碎率高,导致资源回收率低,浪费严重;劳动强度大,劳动生产率低。改革开放以来有一些矿山企业进行了一些技术改造,但绝大多数企业变化不大。与工业发达国家相比,我国非金属矿业采矿业的生产技术水平差距很大,采用的设备规格小,在自动化上基本上是空白。然而近年来,我国引进了外资,出现了一批外资和合资非金属矿企业,同时也引进了一些较为先进的采矿方法工艺和较为先进和大型的设备,如广西桂林桂广滑石开发有限公司,辽宁海城艾海滑石有限公司和一些大型水泥集团公司的石灰石矿山等。如法资拉法基都江堰水泥厂3500 t/d生产线的石灰石矿山,采场采用自上而下水平分层采矿方法,用全液压顶锤式钻机穿孔,手持式风钻辅助凿岩,中深孔多排孔微差爆破;矿石用5.5 m3全液压履带式挖掘机装入32 t矿用翻斗车运至储矿点,经6.7 m3轮式装载机装运到破碎站,破碎的矿石用钢心胶带输送机输送到水泥厂石灰石储库,实现了全机械化循环流水作业。这些企业对我国的非金属矿采矿事业起着一定的示范作用。

三、垃圾的处理回收与利用: 国内外,垃圾的处理现状和处理方法

国内外垃圾处理技术现状

目前,国内外广泛采用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、堆肥法、焚烧法、发酵产沼气法。2008年统计数据表明,发达国家处理生活垃圾方式以焚烧为主,日本、新加坡、法国、比利时、德国、荷兰、瑞士、丹麦、瑞典等国所采用焚烧的比例分别为79%、41%、32%、36%、35%、39%、59%、54%、49%,国内主要以填埋法为主,填埋法、焚烧、堆肥法所占比例分别为81%、14%、3%。

近年来,土地资源日益紧张,垃圾热值的逐渐提高,国内焚烧法的比例呈上升趋势,堆肥处理处于萎缩状态,卫生填埋场处理场的数量和处理能力处于增长状态。中国住房和城乡建设部最近统计资料介绍:截止2010年9月,全国设市城市、县及部分城镇共建成生活垃圾无害处理设施849座,其中卫生填埋场676座,堆肥厂90座,焚烧厂90座,综合处理厂76座。无害化处理能力399702吨/日,其中卫生填埋281927吨/日,堆肥1950吨/日,焚烧68865吨/日,综合处理46960吨/日,卫生填埋、焚烧、堆肥处理能力所占比重分别约为70.5%、17.2%、0.5%。

1.1卫生填埋法

卫生填埋是目前国内外广泛采用的垃圾处理技术,也是必不可少的垃圾最终处置技术(王巍,2008)。美国因土地面积大,填埋法较焚烧法的成本低而主要采用填埋法处理垃圾,填埋所占垃圾处理比例为50%;英国土壤结构中有20~30m的天然土层,具有良好的防渗能力,较适合填埋,因此较普遍采用填埋工艺,填埋所占比例为55%;我国填埋所占比例为81%。

- 84-

1.1.1填埋法的技术现状

填埋处理将垃圾埋入地下,通过微生物长期的分解作用,使之分解成无害的化合物,该处理技术成熟,操作管理简单,处理量大,运行费用低,能处理处置各种类型的废物并可利用垃圾填埋气发电,向城市提供电能或热能。

目前,国外现代化大型生活垃圾卫生填埋场大多采用单元填埋法,并对垃圾进行分层压实和每日覆盖,填埋场防渗处理采用人工合成材料作为衬底,通过收集管将填埋沼气导排并使其安全直燃,或通过管网系统收集后经过进化处理作为能源回收利用。我国的生活垃圾填埋场可分为三类:简易填埋场;受控填埋场;卫生填埋场,严格按照标准建设和运营的卫生填埋场的数量较少。我国多数采用厌氧填埋法。 1.1.2填埋法存在的问题

在城市化发展越来越快的今天,填埋场的选址越来越困难,卫生填埋处理占用大量土地资源,填埋场占地时间很长,不利于土地资源再利用,而且垃圾填埋过程中会产生大量的渗滤液,填埋气体和垃圾飘尘,对环境造成污染。

1.2焚烧法

由于焚烧法处理量大、速度快、占地面积小的优点,是生活垃圾达到减量化、无害化、资源化的有效处理方式。目前,日本、瑞士、比利时、丹麦、法国、卢森堡、瑞典、新加坡等国所采用焚烧的比例,已接近或超过填埋。垃圾焚烧也已成为我国垃圾处理的一个重要方向。然而由于我国生活垃圾成分复杂,缺乏有效的分类收集,热值不高,虽然垃圾焚烧发电近几年发展速度较快,但总比重仍然较低,主要集中在东部沿海发达地区。 1.2.1焚烧法的技术现状

焚烧是一种对城市生活垃圾进行高温热化学处理,将其变为无机灰渣的过程,在大约800~1000℃的高温条件下,生活垃圾中的可燃组分与空气中的氧发生剧烈的化学反应,在这个过程中释放出能量,得到高温燃烧气体和少量性质稳定的固体残渣。垃圾焚烧产生的高温气体可作为热能进行回收利用,焚烧得到的性质稳定的残渣可直接进行卫生填埋。该方法减量效果明显,焚烧处理后一般可减容80%~90%。占地面积小,选址灵活,可在市区建设,节省垃圾运输费用。

国外的焚烧技术发展已比较成熟,机械炉排焚烧炉的类型已成熟,目前,美国、德国、日本等发达国家先后开展了生活垃圾气化熔融技术的研究。我国垃圾焚烧处理技术主要包括炉排炉技术和流化床技术,其中炉排炉技术比例较大,主要引进国外技术,而流化床技术主要以国产化技术为主。 1.2.2焚烧法存在的问题

垃圾焚烧面临的最主要问题是垃圾焚烧尾气的产生,包含颗粒物、SO2、SO3、NOX、HCl、HF、重金属、二恶英等多种污染物,其中最受关注和争议的为二恶英。尤其在我国,生活垃圾水分和灰分含量高,热值低,需要较多的辅助燃料,除少数经济较发达的城市外,其他城市的混合垃圾热值较低,含渣量较高,而焚烧飞灰未得到安全处置(赵树青,等,2011)。

因此,近年来,国内生活垃圾焚烧厂建设曾受到质疑。

1.3堆肥法

目前,国内外堆肥法处理率呈逐渐下降趋势,我国虽具有传统堆肥技术的悠久历史,但由于我国垃圾分类未有效执行,堆肥处理率不高。 1.3.1堆肥法的技术现状

堆肥法是利用自然界的微生物来降解垃圾中有机质,使其变为稳定的腐殖质,可作为肥料。目前,国外发展较快的堆肥方式为庭院垃圾堆肥、制造有机复合肥技术。我国常用的生活垃圾堆肥技术主要为简易高温堆肥技术、机械化高温堆肥技术。

1.3.2堆肥法存在的问题

堆肥处理设备技术水平低,发酵期间容易产生恶臭,工艺条件难以控制,难以保证堆肥设施的长期、连续、稳定运行,堆肥效率低。同时垃圾中有害成分对大气、土壤及水源造成了严重污染,不仅破坏了生态环境,而且也严重危害人体健康。

1.4厌氧发酵技术

厌氧发酵技术能较好地实现生活垃圾的资源化、无害化和减量化。2006年,欧洲运行和建造的厌氧发酵厂总数达到124座(Kelleher,2007)。目前,厌氧发酵技术在国内逐步发展,逐步建设厌氧发酵处理厂。 1.4.1厌氧发酵处理的技术现状

厌氧发酵处理是指在特定的厌氧条件下,微生物将有机垃圾进行分解,其中的碳、氢、氧转化为甲烷和二氧化碳,而氮、磷、钾等元素则存留于残留物中,并转化为易被动植物吸收利用的形式。国外厌氧发酵技术主要有高温和中温厌氧发酵;干法发酵和湿法厌氧发酵;单级和多级厌氧发酵。 1.4.2发酵产沼气法存在的问题

一般生活垃圾直接厌氧发酵制沼气难度较大,进行工程化应用还不成熟,而且并非所有的生活垃圾都适用于厌氧发酵制沼气。因此,为达到理想的处置效果,首先对垃圾进行分类,其次应对生产流程进行严格的控制。

2国内外生活垃圾处理技术的发展趋势

填埋技术作为生活垃圾的传统和最终处理方法,虽然填埋处理率有下降趋势,但填埋场处理仍占据重要的地位,尤其在不发达国家。垃圾焚烧也已成为我国垃圾处理的一个重要方向,随着我国城市生活垃圾焚烧技术水平的不断提高、焚烧余热利用特别是余热发电进入了加速起步阶段。同时,国外仍稳步发展焚烧发电和厌氧发酵产沼气技术。厌氧发酵厂在我国也逐步建立起来。

然而,由于生活垃圾组分的复杂性,单一的垃圾处理技术存在一定的弊端,从而造成二次污染或者资源的浪费,从节能减排和循环经济的角度,垃圾分选回收利用,垃圾的综

合处理是未来的一个发展趋势。 2.1垃圾分选、回收的发展

生活垃圾分类收集、回收是垃圾前处理,是根治生活垃圾污染的根本途径和发展循环经济的前提条件。通过分类收集,不仅使资源得以再生利用,而且使垃圾的体积变小,减少了运费,降低了垃圾处理的难度,最终降低垃圾处理的成本。同时,垃圾分类收集能简化垃圾处理技术,提高垃圾处理效率。垃圾分类收集后,可将其中的可燃成分进行焚烧发电,提高热效率;可以将易降解的有机物分选出来进行堆肥处理,提高堆肥的质量;可以减少用于填埋的垃圾中湿垃圾和有毒害垃圾的含量,减少环境污染。

目前,国外先进发达国家的生活技术分类,监督严格,在日本,垃圾分类已成为市民的生活习惯和社会的普遍要求,而在我国,目前大部分城市的生活垃圾仍采用混合收集,大量有害物质如干电池、废灯管等未经分类直接进入垃圾填埋场,不仅增大了垃圾的运输和填埋量,而且增大了垃圾无害化处理的难度,迄今国内还没有一座城市全面推行垃圾的分类收集。

因此,我国应该借鉴国外发达国家实现垃圾分类,首先应该提高居民环保意识,使垃圾分类收集深入人心;借鉴国外经验,倡导使用垃圾袋(筒)制度;构建垃圾回收的产业链;健全法律法规,政策引导,政府调控。

2.2垃圾焚烧发电技术

城市生活垃圾的焚烧发电,是指利用焚烧炉对生活垃圾中可燃物质进行焚烧处理,通过高温焚烧后消除垃圾中大量的有害物质,达到无害化、减量化的目的,同时利用回收到的热能进行供热、供电,达到资源化,垃圾焚烧后产生的惰性残渣可以填埋处置,或作为二次建材加以利用,焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。

垃圾发电在发达国家已是成熟的产业并进入了产业化、市场化的成熟期。发达国家已经审视垃圾焚烧发电技术的环境友好性,焚烧发电技术在发达国家得到越来越广泛的应用。

我国于1985年开始首次引进垃圾焚烧发电技术,2007年6月发布的《节能减排综合性工作方案》和《中国应对气候变化国家方案》均将垃圾焚烧发电作为一种减排二氧化碳的垃圾处理方式给予鼓励发展。2009年,我国已有垃圾发电厂140多座,然而主要集中分布在北京、天津、上海、重庆、广东、浙江、江苏经济发达城市和地区。2010年8月,北京高安屯垃圾焚烧厂正式通过了国家环境保护部的竣工环境保护验收现场检查,是北京市的第一座现代化大型垃圾焚烧厂,采用先进的机械炉排炉技术,能够确保垃圾焚烧产生的大气污染排放指标控制严于国家标准和北京市地方标准。预计“十二五”期间,我国将新增生活垃圾焚烧发电厂处理能力8万~10万t/d,新增生活垃圾焚烧发电厂70~80座。

2.3水泥窑与垃圾焚烧厂联合处理

发达国家已寻求新的生活垃圾处理技术,以工业协同处

理废物技术逐渐成为处理生活垃圾的新视点,现有工业处理固体废弃物不仅能消除废弃物对环境的污染,而且能为现有工业提供原料和燃料。国外已开发出多种水泥工业和生活垃圾协同处理的技术,并取得了明显的效果,如日本的水泥厂把垃圾焚烧厂焚烧生活垃圾时产生的灰渣、飞灰等废物作为生产水泥的替代原料。

由于我国垃圾的特殊性,发达国家的处理技术,只能借鉴,因此,必须开发出适合我国垃圾成分和特征的水泥工业生活垃圾处理技术。目前,我国已成功开发水泥窑和垃圾焚烧炉联合技术,指在水泥回转窑旁设置垃圾焚烧炉,由水泥窑和焚烧炉联合处理生活垃圾,该技术可以全利用垃圾热能和灰渣,污染物排放低,不需要二次处理,投资省,费用低。该处理技术不需外加燃料,垃圾焚烧温度可达900℃,符合焚烧垃圾的温度控制要求,烟气在850℃以上停留时间超过2s,防止二恶英的生成。焚烧垃圾起到了代替燃料的作用,能够实现垃圾的无害化、资源化和无残留处理。

2.4水泥窑焚烧—厌氧消化工艺联合

利用水泥窑协同综合处理生活垃圾,如水泥窑—厌氧消化技术联合处理生活垃圾为我国生活垃圾多元化处理的一种新模式。

将垃圾分选后,可燃组分可供水泥窑或焚烧厂焚烧用能,而将有机易腐垃圾采用厌氧消化技术,尤其适合于高含水率、易降解有机物的处理。厌氧消化过程中,有机物的碳大部分以沼气和部分二氧化碳的形式释放进行处理,沼气经净化与处理后可用于发电,发电后的热尾气可以用作替代燃料的烘干热源。

水泥窑协同处理中窑内温度高,可保证有机物焚毁完全;物料和气体在窑内停留时间长,有充分的焚烧时间;水泥窑容积大,热稳定性好,可提供连续稳定的焚烧环境;水泥窑内呈碱性,便于废气的净化处理,重金属也将进行有关矿物的晶格共溶而不至于造成二次污染。

3结语

目前,国内外垃圾处理技术为填埋、堆肥、焚烧、发酵,而单一的垃圾处理技术存在一定的弊端,随着各国对节能减排和循环经济发展及进一步改善环境的要求,垃圾分类、回收,焚烧发电技术,垃圾综合治理技术,逐渐成为垃圾处理的发展趋势。

参考资料:磨矿专家系统