劉朝露,齊文濤

(1.海南省資源環(huán)境調(diào)查院,海南 ?？?570206; 2.海南省九三四地質(zhì)大隊(duì),海南 海口 570206)

海南石碌鐵礦廢石資源特征及綜合利用

劉朝露1,2,齊文濤2

(1.海南省資源環(huán)境調(diào)查院,海南 ?？?570206; 2.海南省九三四地質(zhì)大隊(duì),海南 ?？?570206)

通過對(duì)海南石碌鐵礦五個(gè)廢石堆場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、測(cè)量、采樣分析等工作,基本查明石碌鐵礦廢石資源的分布、規(guī)模及圍填海工程填充物物質(zhì)成分限值等特征,對(duì)礦區(qū)內(nèi)堆存的廢石進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià),指明了綜合利用方向。

廢石資源;圍填海工程;綜合利用

隨著海南明珠島、如意島、?；◢u、日島、月島、洋浦港、三亞新機(jī)場(chǎng)以及南海島礁建設(shè)等填海造陸工程項(xiàng)目的推進(jìn),圍填海的石料出現(xiàn)了嚴(yán)重供不應(yīng)求的局面;然而,海南國(guó)際旅游島的建設(shè),又對(duì)環(huán)境保護(hù)提出了非常嚴(yán)格的要求,開山取石的項(xiàng)目審批難度較大[1-6]。因此,如何在保護(hù)好環(huán)境的前提下,既能充分利用島內(nèi)現(xiàn)有的資源,又能滿足工程項(xiàng)目建設(shè)的需求,是海南省礦管部門急需解決的重大課題。本文重點(diǎn)闡述石碌鐵礦廢石資源的特征,并進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià),指明綜合利用方向。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

石碌鐵礦位于海南省昌江黎族自治縣石碌鎮(zhèn)南部,地理坐標(biāo):東經(jīng)109°01′00″～109°05′45″,北緯19°11′30″～19°15′00″,面積44.75 km2。是中國(guó)著名的大型火山沉積—變質(zhì)鐵礦床,也是中國(guó)最大的富鐵礦石主要生產(chǎn)基地之一。

石碌鐵礦在構(gòu)造上屬于華南褶皺系五指山褶皺帶中抱板隆起帶與白沙坳陷帶接觸部位的一部分,出露地層主要為青白口系石碌群(QnS)和震旦系石灰頂組(Zs),另有小面積的古生代和中生代地層分布。地層以石碌群為主,厚度大,早期沉積巖經(jīng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及巖漿活動(dòng),均變質(zhì)成變質(zhì)巖,變質(zhì)巖主要有絹云母片巖、石英巖、結(jié)晶灰?guī)r等,礦區(qū)地層褶皺扭曲強(qiáng)烈,地層巖性與構(gòu)造極為復(fù)雜。

2 廢石資源特征

該礦山于1957年開始投入生產(chǎn),設(shè)計(jì)年限58年,礦山為露天開采,設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模460萬t/年,主要對(duì)出露標(biāo)高512 m的北一鐵礦體和南礦鐵礦體進(jìn)行露采,現(xiàn)采礦最大深度為0 m標(biāo)高,已逐漸開始轉(zhuǎn)入地下開采。礦區(qū)廢石堆場(chǎng)5處(圖1),編號(hào)分別為1號(hào)堆場(chǎng)—5號(hào)堆場(chǎng),堆存總量達(dá)1.65億m3,下面分別介紹五個(gè)廢石堆場(chǎng)的資源特征。

2.1 廢石的分布特征

1號(hào)堆場(chǎng)(也稱280排土場(chǎng))是礦區(qū)內(nèi)最大的堆體,位于楓樹下采場(chǎng)以南,堆體海拔標(biāo)高+155～+335 m,地表形態(tài)呈沖積扇狀,堆體呈NW-SE走向,堆體中間厚65～85 m,頂?shù)變啥酥饾u減薄直至尖滅,堆體產(chǎn)狀整體南西傾,并在南西側(cè)形成30°～50°的邊坡角,邊坡線長(zhǎng)約2 700 m,占地面積2 km2,經(jīng)估算廢石資源量10 800萬m3;2號(hào)堆場(chǎng)(也稱172排土場(chǎng))位于北一采場(chǎng)西北角,是礦區(qū)內(nèi)第二大堆體,地表形態(tài)呈不規(guī)則橢圓狀,堆體標(biāo)高+100～+450 m,堆體自南東向北西順山勢(shì)堆存,堆體產(chǎn)狀北西傾,邊坡角30°～50°,坡腳線長(zhǎng)約1.3 km,堆體厚度一般在北西段較為穩(wěn)定,厚30～65 m,南東段因原山體地形起伏較大堆體厚度變化也較大,厚2.5～40 m不等,占地面積約1.7 km2,經(jīng)估算廢石資源量5 236萬m3;3號(hào)堆場(chǎng)為保秀區(qū)段地下開采廢石資源臨時(shí)堆存地,規(guī)模不大,經(jīng)估算廢石資源量約為273萬m3;4號(hào)堆場(chǎng)位于南礦采場(chǎng)的西側(cè),主要由三個(gè)不連續(xù)的小堆體組成,規(guī)模較小,經(jīng)估算廢石資源量約91萬m3;5號(hào)堆場(chǎng)位于正美山采場(chǎng)東側(cè),規(guī)模小,經(jīng)估算廢石資源量85萬m3。

圖1 石碌鐵礦區(qū)廢石堆場(chǎng)分布衛(wèi)星影像圖Fig.1 Satellite image of waste rock yard distribution in Shilu Iron Mine area

2.2 廢石的巖石學(xué)特征

廢石堆體的巖石類型種類較多,巖性復(fù)雜,堆體主要由二透巖、白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)砂巖、石英巖、千枚巖、片巖、花崗巖、板巖和其他巖類(糜棱巖、角礫巖、輝綠巖等)構(gòu)成,堆體中含量最多的是二透巖、石英巖和白云質(zhì)灰?guī)r。

2.3 廢石的化學(xué)成分特征

根據(jù)礦區(qū)巖石學(xué)特征,在5個(gè)廢石堆場(chǎng)分別采集了15件樣品進(jìn)行了圍填海工程填充物質(zhì)成分限值檢測(cè),其中1號(hào)堆場(chǎng)5件(ST03、ST2-7、ST2-8、ST2-9、ST2-11),2號(hào)堆場(chǎng)5件(ST09、ST10、ST2-1、ST2-2、ST2-4),3號(hào)堆場(chǎng)2件(ST2-13、ST2-15),4號(hào)堆場(chǎng)1件(ST2-5),5號(hào)堆場(chǎng)2件(ST05、ST2-14),樣品分析測(cè)試結(jié)果見表1。

樣品分析測(cè)試結(jié)果表明:所有樣品的材質(zhì)、氣味、塊體大小均符合《圍填海工程填充物質(zhì)成分限值》(GB30736—2014)標(biāo)準(zhǔn)要求,樣品無異味、異臭,塊體相對(duì)密度較大(均值2.84 g/cm3,最大值3.08 g/cm3,最小值2.64 g/cm3),均大于海水相對(duì)密度(一般1.025 g/cm3),大腸菌群濕重比個(gè)數(shù)均未檢出,γ輻射劑量率(均<10 nGy/h)低于海南省均數(shù)180 nGy/h、全國(guó)均數(shù)80 nGy/h和世界均數(shù)57 nGy/h,表明巖石的γ輻射劑量率在海南省正常室外天然輻射背景值范圍內(nèi)。其中有3件樣品的硫化物(S2-)含量未能達(dá)到第一類圍海工程填充物質(zhì)要求,ST03號(hào)白云質(zhì)灰?guī)r樣品S2-含量為692×10-6,符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求(S2-含量取值范圍為:500×10-6～720×10-6),ST2-5號(hào)大理巖樣品S2-含量為349×10-6,符合GB30736—2014的第二類圍海工程填充物質(zhì)要求(S2-含量取值范圍為:300×10-6～500×10-6);ST2-15號(hào)花崗巖樣品S2-含量為331×10-6,符合GB30736—2014的第二類圍海工程填充物質(zhì)要求。4件樣品的砷(As)含量未能達(dá)到第一類圍海工程填充物質(zhì)要求,ST05號(hào)白云巖樣品As含量為79.8×10-6,符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求(As含量取值范圍為:65×10-6～112×10-6);ST09號(hào)變質(zhì)砂巖樣品As含量為28.4×10-6,符合第二類圍海工程填充物質(zhì)要求(As含量取值范圍為:20×10-6～65×10-6);ST10號(hào)千枚巖樣品As含量為70.6×10-6,符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求;ST2-13號(hào)變質(zhì)石英砂巖樣品As含量為32.6×10-6,符合第二類圍海工程填充物質(zhì)要求。2件樣品的銅(Cu)含量未能達(dá)到第一類圍海工程填充物質(zhì)要求,其中ST10號(hào)千枚巖樣品Cu含量為50.2×10-6,符合第二類圍海工程填充物質(zhì)要求(Cu含量取值范圍為:35×10-6～100×10-6);ST2-14號(hào)二透巖樣品Cu含量為105×10-6,符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求(Cu含量取值范圍為:100×10-6～240×10-6)。ST10號(hào)千枚巖樣品銅(Cu)含量符合第二類圍海工程填充物質(zhì)要求,而砷(As)含量符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求,綜合認(rèn)為該件樣品符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求。

綜上所述,本次所采集的15件樣品共有7件樣品(樣品編號(hào)分別為ST2-1、ST2-2、ST2-4、ST2-7、ST2-8、ST2-9、ST2-11)達(dá)到第一類圍海工程填充物質(zhì)要求,11件樣品(樣品編號(hào)分別為ST09、ST2-5、ST2-13、ST2-15)達(dá)到第二類圍海工程填充物質(zhì)要求,15件樣品(樣品編號(hào)分別為ST03、ST05、ST10、ST2-14)均符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求。

2.4 廢石的物理機(jī)械性能

本次工作在廢石堆場(chǎng)共采取了8組具有代表性的樣品,結(jié)果表明:各堆體石料的飽和抗壓強(qiáng)度除片巖以外均在120 MPa以上,飽和抗剪切強(qiáng)度以及抗腐蝕性能良好,能夠達(dá)到填海用石料和建筑用石料的質(zhì)量要求。

2.5 廢石的天然放射性強(qiáng)度

野外伽瑪總量剖面測(cè)量結(jié)果表明,礦區(qū)內(nèi)廢石的伽瑪照射量率一般在3.0 nc/kg·h左右,除個(gè)別測(cè)點(diǎn)測(cè)值稍偏高(最高6.5 nc/kg·h),其他測(cè)點(diǎn)均低于《天然石材產(chǎn)品放射性防護(hù)分類控制標(biāo)準(zhǔn)》(JC518—1993)要求的5.2 nc/kg·h,該類材料的使用范圍不受限制。

表1 石碌礦區(qū)廢石圍填海工程填充物質(zhì)成分限值測(cè)試結(jié)果表Table 1 The limit test results table of the filling material composition of the waste rock in Shilu Iron Mine area for reclamation projects

2.6 廢石的塊度大小特征

1號(hào)堆場(chǎng)巖石塊度大小不均,多數(shù)巖石直徑在10 cm以下,10～40 cm大小不等的巖塊散落其中,因局部堆場(chǎng)地表植被覆蓋,僅在堆場(chǎng)邊坡及頂部清晰可見,巖塊分選性局部稍好,整體一般,因堆體邊坡角局部較陡,時(shí)間較久,存在重力分異現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在巖石排放過程中,較大巖塊(10 cm以上)沿堆存邊坡滑落至堆場(chǎng)底部,粒度較小的巖塊(5 cm以下)主要留存在堆體頂部和邊坡;2號(hào)堆場(chǎng)巖石塊度分選性較差,塊度大小多集中在50 cm以下和1 m以上,巖塊從堆場(chǎng)底部至頂部無明顯重力分級(jí)現(xiàn)象,僅在堆體外邊坡底部堆存有堆體頂部滑落的較大巖塊(一般50～100 cm),邊坡中間及頂部主要為直徑50 cm以下及1 m以上的巖塊;3號(hào)堆場(chǎng)巖石塊度直徑大多集中在5～10 cm,個(gè)別最大達(dá)到1.5 m,最小1 cm以下;4號(hào)堆場(chǎng)因堆體頂部主要用以堆放礦石,一般堆體底部巖石塊度較大,巖石直徑一般10～50 cm不等,最大有1 m,頂部主要為破碎小巖塊和泥土組成,直徑一般在1 cm以下;5號(hào)堆場(chǎng)因巖石主要源于地采,巖石普遍較為破碎,主要巖石塊度集中在10 cm以下,個(gè)別較大可達(dá)50 cm。

3 廢石資源評(píng)價(jià)與綜合利用途徑

3.1 廢石資源評(píng)價(jià)

本次項(xiàng)目根據(jù)各堆場(chǎng)的典型巖石類型進(jìn)行了采樣,共送檢分析了8組巖石物理力學(xué)試驗(yàn)樣、15件圍填海工程填充物質(zhì)成分限值檢測(cè)樣(表1),測(cè)試結(jié)果表明,所有的樣品均符合建筑用石料的質(zhì)量要求,均可用作第三類圍填海工程填充物質(zhì)(表2)。

表2 石碌鐵礦廢石資源圍填海工程成分限值檢測(cè)可用類別一覽表Table 2 Component limit detection available category list of the waste rock in Shilu Iron Mine area for reclamation projects

根據(jù)石碌鐵礦廢石的資源特點(diǎn),結(jié)合樣品分析測(cè)試結(jié)果,該礦山廢石的綜合利用途徑主要有:

(1) 用作圍填海工程填充物質(zhì)。圍填海工程填充物質(zhì)成分限值檢測(cè)結(jié)果表明,所有的樣品均符合第三類圍海工程填充物質(zhì)要求,可作為第三類圍填海工程填充物質(zhì)使用。

(2) 用作建筑石料。巖石物理力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,所有樣品均符合建筑用石料的質(zhì)量要求,可以用作建筑用石料或鋪路碎石,破碎較為嚴(yán)重的碎石渣可燒制環(huán)保磚,剩余泥土可就地用于后期復(fù)墾。

3.2 各堆場(chǎng)綜合利用分析

由于每個(gè)堆場(chǎng)廢石堆存規(guī)模、綜合利用現(xiàn)狀不同,以下分別對(duì)各堆場(chǎng)的廢石進(jìn)行綜合利用分析:

1號(hào)堆場(chǎng),也稱280排土場(chǎng),是石碌鐵礦規(guī)模最大的廢石堆場(chǎng)(資源量10 800萬m3),該堆場(chǎng)堆存高度落差大,坡度陡,邊坡線長(zhǎng),可優(yōu)先回收利用該地段的廢石資源。

2號(hào)堆場(chǎng)也稱172排土場(chǎng),是石碌鐵礦規(guī)模第二大的廢石堆場(chǎng)(資源量5 236萬m3),使用年限久遠(yuǎn),排放廢石量大,且目前仍在使用,該廢石堆場(chǎng)南部至石碌嶺范圍,地形坡度較為陡峭,原堆存的圍巖夾石表面已進(jìn)行覆土植樹等生態(tài)修復(fù),且因堆場(chǎng)時(shí)間較長(zhǎng),巖石風(fēng)化嚴(yán)重,建議暫不回收利用該地段廢石。

3號(hào)堆場(chǎng)位于正美山采區(qū),廢石源于正美山露天采場(chǎng),規(guī)模為不大(資源量273萬m3)。該堆場(chǎng)西側(cè)的一個(gè)堆場(chǎng),圍巖已用以回填采坑,建議暫不回收利用;該堆場(chǎng)南西段往山坡方向,堆體表面已覆土綠樹,且地形較為陡峭,建議暫不回收利用;該堆場(chǎng)北東段,堆體未進(jìn)行治理或綜合利用,且?guī)r石較為新鮮,可以進(jìn)行規(guī)劃回收利用。

4號(hào)堆場(chǎng)(資源量91萬m3),本次項(xiàng)目共圈出3個(gè)堆體,其中一個(gè)堆體位于南礦采場(chǎng)的西側(cè),廢石中泥土含量高,目前尚未進(jìn)行治理或綜合利用,后續(xù)主要用于回填采坑,建議該處廢石就近利用;另一堆體位于南礦采場(chǎng)和楓樹下采場(chǎng)中間,該處廢石主要用以修整平臺(tái),在平臺(tái)頂部則用以堆放礦石,該處廢石可待采礦結(jié)束后就近利用;第三個(gè)堆體位于楓樹下采場(chǎng)北側(cè),臨近礦山公路,巖石用以修整平臺(tái),并在平臺(tái)頂部加工石料,臨時(shí)存放礦山設(shè)備等,該處廢石已被占用,建議暫不進(jìn)行回收利用。

5號(hào)堆場(chǎng)是保秀區(qū)段地下開采臨時(shí)排放圍巖的堆場(chǎng),廢石排放量不大(總資源量85萬m3),巖石普遍較為破碎,巖石塊度直徑一般在10 cm以下,在堆場(chǎng)北側(cè)頂部平臺(tái)上搭建了臨時(shí)板房,可見鋼筋、水泥等物料,在堆場(chǎng)中間頂部平臺(tái)則臨時(shí)堆放了一些礦石,堆場(chǎng)目前仍在使用,巖石尚未進(jìn)行綜合利用,該堆場(chǎng)廢石因其規(guī)模較小,建議就近利用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)論述了石碌礦區(qū)廢石資源的分布、規(guī)模、塊度及圍填海填充物質(zhì)成分限值等特征,對(duì)廢石資源的綜合利用指明了方向,為實(shí)現(xiàn)礦山變廢為寶提供依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：費(fèi)雯麗)

Characteristics and Comprehensive Utilization of Waste Rock Resourcesin Shilu Iron Mine,Hainan Island

LIU Zhaolu1,2,QI Wentao2

(1.HainanResourcesEnvironmentSurveyInstitute,Haikou,Hainan570206; 2.Hainan934GeologicalBrigade,Haikou,Hainan570206)

Based on the field investigation,measurement and sampling analysis of five waste rock yard in Shilu Iron Mine,Hainan,the distribution,scale of waste rock resources and filling material composition limits for reclamation projects were basically identified.The comprehensive analysis and evaluation of waste rock accumulated in the mining area were carried out,and the comprehensive utilization direction was pointed out.

waste rock resources; reclamation projects; comprehensive utilization

X75

A

1671-1211(2017)05-0637-05

2017-05-16;改回日期2017-09-04

海南省地勘基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編碼:HZ2015-235)。

劉朝露(1968-),男,研究員,博士,礦產(chǎn)地質(zhì)專業(yè),從事礦產(chǎn)普查與勘探工作。E-mail:22555152@qq.com

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20170824.1743.014.html數(shù)字出版日期2017-08-24 17:43

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.05.029