矿业固体废弃物通常包括废石和尾矿。废石主要指采矿环节采出的、低于工业品位且未能进入选矿等后续作业的固体物料。尾矿是选矿分选作业的产物之一，是入选物料富集得到精矿和中矿后的固体废弃物。尾矿包括物理选矿产生的固体废弃物，也包括堆浸工艺、全泥氰化工艺产生的固体废弃物。废石与尾矿都具有潜在的资源属性(技术经济都具有时空特征)、环境扰动属性(废石和尾矿处置不仅占用土地，而且可能产生有机和无机污染物，并通过土壤、水体、空气和生物链传导)，在建设生态友好型社会的进程中，查明废石和尾矿的排放和利用现状，针对性地提出处置、保护和利用对策意义重大。

本文利用全国重要矿产资源“三率”调查与评价工作成果^[1]，对2011—2015年全国代表性的7 138座煤炭矿山、2 153座铁矿山、217座锰矿山、239座铜矿山、270座铅矿山、315座锌矿山、98座铝土矿矿山、35座镍矿山、112座钨矿山、51座锡矿山、40座锑矿山、70座钼矿山、53座稀土矿山、727座金矿山、180座磷矿山、80座硫铁矿矿山、10座钾盐矿山、481座萤石矿山、54座石墨矿山和43座耐火黏土矿山的废石和尾矿产生情况大数据进行了系统研究，揭示我国当前主要矿种原矿入选品位、采矿废石排放强度、尾矿排放强度、废石和尾矿循环利用水平。结果表明：一方面我国国民经济发展对矿产资源的需求巨大，另一方面我国矿产资源具有富矿少、贫矿多，独立矿产少、共伴生资源多的特点；我国不仅仅矿产品产量居于世界第一位，在生产矿产品的同时，排出的矿业固体废弃物也非常之巨大，同样居于世界第一位。

1 采矿废石排放强度

矿山生产环节排放的废石主要来自于采矿环节，极少量来自于选矿过程中的手选或者拣选。我们以年度废石产生总量和废石排放强度表征废石排放状况。年度废石产生总量指某矿山或者某区域年度产生的矿山废石质量总和。废石排放强度指每生产1 t精矿产生的废石质量。由于矿山可能有多种精矿，这里年精矿产量可以为矿山所有精矿当量质量之和。具体如式(1)：

$ {\rm{废石排放强度 = }}\frac{{{\rm{年产生废石量}}}}{{{\rm{年精矿当量质量}}}} $

(1)

计算废石排放强度时，年度废石产生量需统筹废石的处置方式。地下采矿废石采用充填等方式直接利用而未出井，或因直接用作建材或其他用途而没有进入排土场或废石堆场，此部分废石应同时计入废石产生量和废石利用量。

根据全国重要矿产资源“三率”调查与评价工作成果，我国不同矿种废石排放强度，即不同矿种生产1 t精矿排放废石的大数据统计结果如表 1。其中，废石排放强度较高的有钼矿、钨矿和铜矿，废石排放强度分别达到835.71、185.22和158.63；相当于每生产1 t钼精矿排出采矿废石835.71 t，每生产1 t钨精矿排出采矿废石185.22 t，每生产1 t铜精矿排出采矿废石158.63 t。

2 采矿废石利用水平

采矿废石的循环利用具有越来越好的前景，特别是当废石可以作为混凝土骨料时，可以充分利用采矿废石减少砂石料采矿权的设置。

废石利用水平以废石利用率来表征，其意义为当年废石利用量占当年废石产生量的百分比。全国总体矿山废石利用率以废石加权平均利用率来表示：

$ {\rm{废石加权平均利用率 = }}\frac{{\sum {{\rm{废石利用率}} \times {\rm{废石产生量}}} }}{{\sum {\rm{废石产生量}}}} $

(2)

根据式(2)以及调查数据计算，我国20种典型矿产矿山当前废石加权平均利用率为17.77%。北京、浙江、江苏、山东、重庆、广西、湖北、江西、湖南、吉林、河北、广东、河南和福建等地区平均废石利用率高于全国平均水平。我国不同矿种废石利用率差异较大，不同矿种废石利用率见图 1。

按照废石利用率排序，我国废石利用水平较高的是耐火黏土、煤炭、锌矿和锑矿。其原因是，耐火黏土矿的废石多用来合成莫来石、生产陶粒原料、生产精密铸造砂等；煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收煤炭，煤与矸石混烧发电，制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，也可作肥料；锌矿和锑矿废石利用率高的主要原因是77.97%的锌矿产能、99.74%的锑矿产能为地下开采，且这类矿产以充填开采为主，废石和尾矿用量巨大，砂石利用较多。

我国废石利用水平较高的十大矿山分别为栖霞山铅锌矿、首云矿业、华锡铜坑矿、湖南柿竹园多金属矿、开磷极乐矿段、梅山铁矿、天等锰矿、那豆铝矿、太平铝矿、凡口铅锌矿。栖霞山铅锌矿属于典型的“三下”开采矿山，矿体上方不仅有居民住宅和办公楼等建筑物，还有道路、河流及风景区森林、栖霞古寺等诸多景点。因此，矿山必须尽可能利用矿山废石。该矿建立了井下废石贮运系统，开发了废石砂浆重力混合技术，实现了采掘废石快速充填，解决了传统采充工艺必须将大部分采掘废石排放地表构筑废石场的问题。井下废石直接用于采场充填，实现了废石全部利用。

3 尾矿排放强度

矿山生产环节排放的尾矿来自于选矿等矿石加工环节。与废石表征方式相似，我们以年度尾矿产生总量和尾矿排放强度表征尾矿排放状况。年度尾矿产生总量指某矿山或者某区域年度产生的矿山尾矿质量总和。尾矿排放强度指每生产1 t精矿产生的尾矿量。由于矿山可能有多种精矿，这里年精矿产量可以为矿山所有精矿当量质量之和。具体如式(3)：

$ {\rm{尾矿产生强度 = }}\frac{{{\rm{年尾矿产生量}}}}{{{\rm{年精矿当量质量}}}} $

(3)

我国矿产资源特别是有色金属矿具有共伴生矿多、品位低的特点，这些资源禀赋特征使得我国矿山选矿厂尾矿产量也较高。依照式(3)和调查数据计算，我国不同矿种的尾矿排放强度见表 2。我国当前不同矿种尾矿排放强度分别为钼矿496.1、钨矿238.06、锡矿119.89、稀土矿43.95、铜矿43.18、金矿38.26；相当于以尾精比(生产单位质量精矿排出的尾矿质量)计算，每生产1 t钨精矿排出496.1 t尾矿，每生产1 t钨精矿排出238.06 t尾矿，每生产1 t锡精矿排出119.89 t尾矿，每生产1 t稀土精矿排出43.95 t尾矿，每生产1 t铜精矿排出43.18 t尾矿。这一结果与我国《矿产资源工业要求手册》推荐的矿石一般工业指标相对应。如，钼矿一般工业指标要求露天采矿硫化矿最低工业品位为0.06%^[2]；岩金矿一般为2.5~4.5 g/t、堆浸氧化矿边界品位0.5~1 g/t^[3];钨矿一般为0.12%~0.20%^[4]。采矿废石与矿石品位工业要求之间，总体呈现出工业品位要求越低废石排放量越高的特征关系。

从表 2可见，全部有色金属矿的尾矿排放强度远大于1，说明有色金属尾矿量远远高于精矿量；铁矿精矿尾矿的比例约为1 : 2，相当于3 t入选原矿产出1 t精矿。硫铁矿、磷矿、锰矿和铝土矿的尾矿排放强度小于1，说明我国这些矿种有的原矿品位较高，有的精矿质量要求不高；这些矿种的尾矿量小于精矿量。

对比表 1和表 2发现，我国矿山尾矿产生总量巨大，但小于废石产生量。换言之，我国矿山废石产生量大于尾矿产生量。

4 我国主要矿产平均入选矿石品位

尾矿和废石的排放水平与矿产资源特征分不开，平均入选原矿品位在一定程度上决定了废石和尾矿排放水平。

全国典型矿山数据调查表明，我国有色金属等矿产资源入选品位较低，如全国矿石平均入选品位分别为：钨矿0.36%(WO₃)、钼矿0.11%(Mo)、金矿2.39 g/t(Au)、稀土矿1.74%(REO)、铜矿0.48%(Cu)，具体见表 3。我国钨精矿要求品位大于50%^[5]，钼精矿品位要求大于47%^[6]。原矿品位日趋降低，从节能和提高材料性能角度出发要求精矿品位越来越高，必然导致选矿比越来越大，尾矿排放量增加。原矿品位低、剥离的废石品位更低，使得矿山废石量巨大。全国矿山入选原矿石大数据统计分析结果表明，我国主要矿产入选原矿品位低，决定了巨量废石和尾矿产出。

5 尾矿循环利用水平

尾矿循环利用水平以尾矿利用率来表征，意义为当年尾矿利用量占当年尾矿产生量的百分比。全国总体矿山尾矿利用率以尾矿加权平均利用率来表示：

$ {\rm{尾矿加权平均利用率 = }}\frac{{\sum {{\rm{尾矿利用率}} \times {\rm{尾矿产生量}}} }}{{\sum {{\rm{尾矿产生量}}} }} $

(4)

我国20种矿山尾矿加权平均利用率为18.97%，江苏、新疆、山东、北京、重庆、安徽、浙江、湖北、广东、河北和云南等地区平均尾矿利用率高于全国平均水平。不同矿种之间尾矿利用率差别显著，具体见图 2。

我国尾矿利用水平较高的是萤石、锰矿、锑矿、金矿和磷矿，其原因主要是这类矿产充填开采产能占比较高，尾矿利用方式多为井下采空区充填，尾矿利用量较大。我国尾矿利用水平最高的十大矿山为栖霞山铅锌矿、焦家金矿、天马山硫金矿、霍邱吴集铁矿北段、丁西磷矿、新桥硫铁矿、霍邱县吴集铁矿(南段)、罗山金矿四矿区、三山岛金矿和凡口铅锌矿。

正确处理废石和尾矿的处置、保护与利用关系必须清醒认识到：我国矿山废石利用率不高，排放矿山废石总量较多的矿种如铁矿、铜矿、镍矿、钼矿和磷矿等的废石利用率较低。有些硫化矿废石，来自硫化矿开采中剥离的废石和夹石层以及排土，这类矿山废弃物中，残存相当高的硫化物，露天堆置条件下，易被空气中的氧气氧化，氧化深度直达堆体内部。遇降雨形成强烈的酸性水，通常酸度pH为1~2，并含有大量的重金属离子^[7]。

在尾矿方面，虽然我国个别矿山已经实现了无尾矿矿山，但全国尾矿总体利用率只有18.97%，总体而言，我国矿山尾矿利用率较低。很多上世纪五六十年代排放的有色金属尾矿还可以再选回收其中有用组分，说明了技术的时空特征和尾矿的二次资源特征。因此，矿产资源开发不一定要推进尾矿整体利用。从二次资源的角度考虑，合理处置和保护更加重要。这方面以冶炼渣为例说明问题更为明显：一些冶炼渣含金1~3 g/t，同时含有银、铜和氧化铁，将这类冶炼渣作为水泥原料整体利用不如妥善处置，留待技术进步后可成为优质资源。

从技术上讲，当前技术经济发展水平条件下排放的废石和尾矿，不可能实现100%再利用。相比较而言，妥善处置可能比试图利用废石和尾矿更加迫切。矿山废石和尾矿引发的环境问题必须认真面对和妥善解决。因为由技术经济的时空特征确认的废石，处置和保护好是正确的抉择；这样不仅能控制环境污染，在若干年之后废石还有可能成为资源。至于废石和尾矿是选择利用，还是选择处置和保护，应该由技术经济、环境效应和资源属性三位一体的综合评价方式来确定，应由此建立废石和尾矿的处置、保护和利用规范标准和技术导则，同时不断加强技术创新，促进废石和尾矿的源头减量化，提高矿产资源开采回采率、选矿回收率和综合利用率^{[8, 9]}。

6 结论

(1) 矿产资源禀赋特征决定了矿产开发利用是一个排放巨量废石和尾矿的过程；矿业大数据表明，我国矿山废石排放量大于尾矿排放量，但尾矿和废石产量都属巨量。

(2) 我国废石的68.32%和尾矿的62.66%集中在江西、河北、辽宁、新疆、云南、内蒙古、山西和四川等8个省区。这些省区是尾矿和废石处置、保护和合理利用的重点地区。

(3) 我国废石排放强度最高的矿种依次是钼矿(835.71)、钨矿(185.22)、铜矿(158.63)、铝土矿(129.09)和铅矿(112.66)；我国尾矿排放强度最高的矿种依次是钼矿(496.1)、钨矿(238.06)、锡矿(119.89)、稀土矿(43.95)和铜矿(43.18)。

(4) 矿业固体废弃物大数据说明我国尾矿、废石要加强减量化、无害化和资源化工作，需要加强尾矿和废石的分类处置、有效保护、合理利用的技术创新和标准化工作。