Wissenschaftliche Demonstration vor der Verwandlung von Abfällen in Schätze - Abschottung umfassender Nutzungstest

Bei der Entwicklung und Nutzung von mineralischen Ressourcen werden die von Aufbereitungsanlagen erzeugten Rückstände oft als "Abfall" betrachtet. Sie nehmen nicht nur erhebliche Flächen für Rückhaltebecken ein, sondern können auch Umweltverschmutzung und Sicherheitsrisiken darstellen. Angesichts der zunehmenden Erschöpfung der mineralischen Ressourcen, der immer strengeren Umweltvorschriften und der technologischen Fortschritte gewinnt das Konzept, Rückstände in "Schätze" zu verwandeln, jedoch immer mehr Akzeptanz und wird zu einer unvermeidlichen Wahl für eine nachhaltige Entwicklung in der Bergbauindustrie. Der Pilotversuch zur umfassenden Nutzung von Rückständen ist ein wichtiger Ausgangspunkt für die Erreichung dieses ehrgeizigen Ziels. Es ist kein einfaches technisches Experiment, sondern ein komplexes Projekt, das theoretische Tiefe, wissenschaftliche Strenge und praktische Anleitung integriert und darauf abzielt, solide wissenschaftliche Erkenntnisse für die hochwertige und diversifizierte Nutzung von Rückständen zu liefern.

01 "Neuerfindung" von Rückständen: Vom Abfall zur potenziellen Ressource

1. Eigenschaften und Herausforderungen von Rückständen

Rückstände sind feste Abfälle, die nach der Erzaufbereitung durch Verfahren wie Zerkleinern, Mahlen und Aufbereitung anfallen. Sie enthalten keine oder nur minimale nützliche Mineralien, oder der Gehalt an nützlichen Mineralien liegt unterhalb des Gehalts, der unter den aktuellen wirtschaftlichen und technischen Bedingungen gewonnen werden kann. Ihre Hauptbestandteile sind:

• Gangmineralien: Quarz, Feldspat, Calcit, Dolomit, Glimmer usw.
• Geringe Mengen nicht wiedergewonnener nützlicher Mineralien: Feine Partikel oder assoziierte nützliche Mineralien, die aufgrund der Partikelgröße und der Einschränkungen des Aufbereitungsverfahrens nicht vollständig wiedergewonnen werden können.
• Schädliche Elemente: Sulfide (wie Pyrit und Arsenopyrit) und Schwermetalle, die saures Abwasser und die Auslaugung von Schwermetallen verursachen können.
• Restliche Aufbereitungsmittel: Spuren von Flotationsreagenzien und Flockungsmitteln.

Diese Eigenschaften bedeuten, dass Rückstände nicht nur eine große Menge an Land beanspruchen, sondern auch Umweltrisiken bergen. Statistiken zufolge erreicht das globale Rückstandsvolumen jährlich mehrere Milliarden Tonnen, und der Lagerdruck ist enorm.

2. Potenzial zur Nutzung von Rückständen als Ressource

Rückstände sind jedoch nicht völlig nutzlos. Unter dem Mikroskop sind Rückstandspartikel immer noch Aggregate von Mineralien mit spezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Auf makroskopischer Ebene birgt ihr riesiges Volumen ein enormes Wertpotenzial:

• Nützliche assoziierte Mineralien: Viele Rückstände enthalten immer noch minderwertige Metalle (Kupfer, Eisen, Gold, Silber, Seltenerdelemente, Lithium usw.) oder nichtmetallische Mineralien (Fluorit, Apatit, Kalifeldspat usw.), aber aktuelle Verfahren behindern ihre effiziente Gewinnung.
• Baumaterialien: Das Silizium, Aluminium und Kalzium in Rückständen machen sie zu hochwertigen Rohstoffen für Baumaterialien wie Zement, Ziegel und Fliesen, Keramik, Betonzuschlagstoffe und Porenbeton.
• Materialien zur Sanierung der Umwelt: Einige Rückstände haben Adsorptionseigenschaften und können zur Behandlung von Schwermetallabwässern verwendet werden; entschwefelte Rückstände können zur Bodenverbesserung verwendet werden.
• Landwirtschaftliche Anwendungen: Rückstände, die dekontaminiert und in ihrer Zusammensetzung angepasst wurden, können als Bodenverbesserer oder Düngemittelträger verwendet werden.
• Neue Materialien: Ultrafines Rückstandspulver kann zur Herstellung von Glaskeramik, feuerfesten Materialien und Verbundwerkstoffen verwendet werden.

Die "Neugestaltung der Identität" von Rückständen basiert auf einem neuen Verständnis ihres intrinsischen Wertes, und das umfassende Nutzungs-Experiment von Rückständen ist der wissenschaftliche Grundstein für die Erreichung dieser Neugestaltung.

02 Die wissenschaftliche Konnotation und Phasen von Pilotversuchen zur umfassenden Nutzung von Rückständen

Der Pilotversuch zur umfassenden Nutzung von Rückständen ist ein systematisches Projekt, das mehrere Disziplinen und Technologien integriert. Sein Kernziel ist es, den wirtschaftlichsten, technisch machbarsten und umweltfreundlichsten Nutzungsweg für Rückstände zu ermitteln.

1. Grundlagenforschung vor dem Pilotversuch: Eine umfassende "körperliche Untersuchung"

Die erfolgreiche Nutzung von Rückständen hängt von einem tiefen Verständnis ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften ab. Diese Phase ist wie eine umfassende "körperliche Untersuchung" der Rückstände.

★ Rückstandsanalyse:

• Chemische Mehrelementanalyse: Misst genau den Gehalt an Haupt-, Neben- und Spurenelementen, insbesondere potenziell nützlichen Elementen (wie seltene Metalle, Edelmetalle und assoziiertes Eisen) und schädlichen Elementen (wie Schwefel, Aspergillus, Cadmium und Blei). Dies bestimmt den Wert der Rückstände für die sekundäre Aufbereitung und die Umweltrisiken der anschließenden Nutzung.
• Phasenanalyse: Röntgenbeugung (XRD) bestimmt die mineralogische Zusammensetzung und analysiert quantitativ den Gehalt jedes Minerals, was die Grundlage für das Verständnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Rückständen ist.
• Spektroskopische Analyse (EDS, XRF): Hilft bei der Bestimmung der Elementverteilung.

★ Messung der physikalischen Eigenschaften:

• Partikelgrößenanalyse: Siebverfahren, Laserpartikelgrößenanalysatoren und andere Verfahren werden verwendet, um die Partikelgrößenverteilung der Rückstände zu bestimmen, was eine Grundlage für Verfahren wie Mahlen, Klassieren, Füllen und Sintern darstellt. Beispielsweise können feine Rückstände in der Baustoffindustrie ein feineres Mahlen erfordern, während sie die Rheologie der Aufschlämmung beim Füllen beeinflussen.
• Dichtemessung: Wahre Dichte und Schüttdichte beeinflussen unter anderem Transport, Lagerung und Mischungsverhältnisberechnungen.
• Messung der spezifischen Oberfläche: BET-Methode, die Adsorption, Reaktivität und Sinterleistung beeinflusst.
• Feuchtigkeitsgehalt und Porosität: Diese Methoden beeinflussen die Dehydratisierungs- und Verdichtungsleistung.

★ Strukturelle und morphologische Analyse:

• Rasterelektronenmikroskopie (REM) in Kombination mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS): Beobachtet die Morphologie, Struktur, Oberflächenmerkmale und Elementverteilung von Rückstandspartikeln.

2. Experimentelle Forschungsphase: Erforschung und Optimierung mehrerer Wege

Basierend auf den Ergebnissen der Grundlagenforschung, kombiniert mit der Marktnachfrage und den aktuellen technologischen Möglichkeiten, werden gezielte Nutzungsversuche durchgeführt.

★ Versuche zur sekundären Ressourcengewinnung:

• Nachmahlen und Neu-Selektion: Für Rückstände, die minderwertige nützliche Mineralien enthalten, werden die Wirtschaftlichkeit des Nachmahlens und das Potenzial für die Gewinnung durch Feinkornflotation, Schwerkrafttrennung und Magnetabscheidung bewertet. Beispielsweise kann durch Nachmahlen und Neu-Selektion von Kupferrückständen Restkupfer, Schwefelkonzentrat und sogar assoziiertes Gold und Silber gewonnen werden.
• Auslaugungstechnologie: Für Rückstände, die schwer zu selektierende, ultrafeine Partikel oder assoziierte Edelmetalle enthalten, werden hydrometallurgische Technologien wie Cyanidauslaugung, Säureauslaugung und Bioauslaugung in Betracht gezogen.
• Typischer Fall: Durch Magnetabscheidung wurde etwas Magnetit aus einem inländischen Eisenerzrückstand gewonnen, wodurch der Gehalt auf über 60 % erhöht und wirtschaftliche Vorteile erzielt wurden.

★ Versuche zur Nutzung von Baumaterialien:

• Zementzusatzmittel: Rückstände werden verwendet, um einen Teil des Zementklinkers oder des Zuschlagsstoffes zu ersetzen. Diese Versuche erfordern Messungen des Aktivitätsindex, des Wasserbedarfs für die Standardkonsistenz und der Abbindezeit.
• Gebrannte Ziegel und Fliesen: Rückstände ersetzen teilweise Ton. Tests erfordern die Optimierung von Parametern wie Dosierung, Formen, Sintertemperatur, Sinterzeit, Druckfestigkeit, Wasseraufnahme und Frostbeständigkeit.
• Betonzuschlagstoff: Rückstandssand ersetzt Flusssand. Die Abstufung, der Zerkleinerungswert und der Gehalt an schädlichen Stoffen müssen gemessen werden, und es müssen Betonmischungsverhältnis-, Festigkeits- und Haltbarkeitstests durchgeführt werden.
• Porenbeton, Glaskeramik, Keramik usw.: Gezielte Rezepturentwicklung und Optimierung der Verfahrensparameter werden durchgeführt.
• Typischer Fall: Aus einem Nichteisenmetallbergwerk wurden erfolgreich Rückstandsziegel hergestellt, die den nationalen Standards entsprechen, durch Dehydratisierung, Trocknung und Mischen, was eine großtechnische industrielle Produktion ermöglichte.

★ Versuche mit Füllmaterial:

• Zementgebundene Verfüllung: Rückstände werden als Zuschlagstoff verwendet und mit zementartigen Materialien (Zement, Hüttensand usw.) gemischt, um eine Verfüllaufschlämmung zum Verfüllen von unterirdischen Abbauhohlräumen herzustellen. Tests erfordern die Bestimmung der rheologischen Eigenschaften (Setzung, Ausbreitung), der Abbindezeit, der Früh- und Spätfestigkeit sowie der Undurchlässigkeit und Rissbeständigkeit.
• Pastenrückverfüllung: Herstellung und Transportleistung von hochkonzentrierter Rückstandsschlämme sowie Füllfestigkeit.
• Typischer Fall: Ein Goldbergwerk verwendete eine vollständig zementierte Rückstandsverfüllungstechnologie, die nicht nur das Problem der Rückstandslagerung löste, sondern auch die Bergbausicherheit gewährleistete.

★ Experimente zur Sanierung der Umwelt und zur landwirtschaftlichen Nutzung:

• Schwermetalladsorption: Bewertung der Adsorptionskapazität von Rückständen für Schwermetallionen in Abwasser.
• Bodenverbesserer: Bewertung der Verbesserungswirkung von Rückständen auf saure und unfruchtbare Böden (pH-Wert, Nährstoffgehalt und Pflanzenwachstumstests).
• Typischer Fall: Rückstände aus einem Phosphatbergwerk, die reich an Kalzium, Phosphor und anderen Elementen sind, wurden behandelt und als Träger für landwirtschaftlichen Phosphatdünger verwendet, wodurch die Produktion und Effizienz gesteigert wurden.

★ Andere hochwertige Nutzungen: Wie die Herstellung von Verbundwerkstoffen, Funktionskeramiken und Molekularsieben. Diese Art von Forschung beinhaltet typischerweise modernere Technologien und einen höheren Mehrwert.

3. Umweltverträglichkeitsprüfung und Wirtschaftlichkeitsbewertung: Doppelte Überlegungen

• Umweltverträglichkeitsprüfung: Eine Bewertung der Umweltsicherheit während der Prüfung und nach der Produktverwendung. Beispielsweise werden Radioaktivität, Schwermetallauslaugung und Staubemissionen aus Rückstandsbaumaterialien bewertet. Nach dem Verfüllen der Rückstände werden auch Auslaugungstests durchgeführt.
• Wirtschaftlichkeitsbewertung: Es wird eine vollständige Lebenszykluskostenanalyse (LCA) durchgeführt, die die Kosten für die Vorbehandlung der Rückstände, die Kosten für das Nutzungsverfahren, die Umsatzerlöse aus dem Produktverkauf und die Umwandlung der Umweltvorteile umfasst, um die wirtschaftliche Rentabilität des Nutzungsplans sicherzustellen.

03 Praktische Anleitung: Sicherstellung des Versuchserfolgs und der Projektumsetzung

1. Klärung der Versuchsziele und bedarfsorientierte Gestaltung

Vor Beginn des Versuchs muss das Hauptziel klar definiert werden: Geht es darum, Nebenprodukte zu gewinnen? Baumaterialien herzustellen? Oder für die unterirdische Rückverfüllung? Unterschiedliche Ziele bestimmen unterschiedliche Testschwerpunkte und Bewertungskriterien. Gleichzeitig sollten gründliche Marktforschungen durchgeführt werden, um die Wettbewerbsfähigkeit des entwickelten Produkts sicherzustellen.

2. Standardisierte Probenahme und Repräsentativität

Die Eigenschaften von Rückständen werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter die Erzquelle, das Aufbereitungsverfahren und die Lagerzeit, und weisen einen gewissen Grad an Variabilität auf. Daher ist eine standardisierte Probenahme entscheidend, um repräsentative Proben sicherzustellen, die die durchschnittlichen Eigenschaften der Rückstände wirklich widerspiegeln. Es wird eine Mehrpunkt-, Mehrschicht- und Mehrfachprobenahme zusammen mit einer Misch- und Reduzierungsprobenahme empfohlen.

3. Strikte Kontrolle des Versuchsprozesses und Aufzeichnung von Daten

• Standardisierung der Versuchsparameter: Alle Tests sollten unter kontrollierten Variablen durchgeführt werden und sich strikt an nationale oder branchenspezifische Standards halten.
• Sicherstellung zuverlässiger Daten: Detaillierte Aufzeichnungen über jede Testbedingung, jedes Betriebsverfahren, Rohdaten und Beobachtungen sollten geführt werden, um die Authentizität und Überprüfbarkeit der Daten sicherzustellen.
• Wiederholungstests: Schlüsselversuche sollten mehrfach wiederholt werden, um die Genauigkeit und Stabilität der Ergebnisse zu überprüfen.
• Pilot-Scale-Up: Nach erfolgreicher Laborforschung sollten kontinuierliche Pilotversuche durchgeführt werden, um die industrielle Machbarkeit von Verfahrensparametern, Geräteauswahl und Produktleistung zu überprüfen und potenzielle Probleme zu identifizieren.

4. Betonung der Zusammenarbeit mehrerer Interessengruppen und der Synergie der Industriekette

Die umfassende Nutzung von Rückständen umfasst oft mehrere Branchen, wie z. B. Bergbau, Baumaterialien, Chemie und Landwirtschaft, was die Integration mehrerer Ressourcen erfordert.

• Technische Zusammenarbeit: Zusammenarbeit mit Universitäten und Forschungsinstituten zur Einführung fortschrittlicher Technologien und Fachkräfte.
• Politische Unterstützung: Aktive Suche nach bevorzugten staatlichen Richtlinien in Bezug auf Finanzierung, Land und Steuern.
• Marktvernetzung: Aufbau von Verbindungen zu potenziellen Nutzern, um Rückstandsprodukte gemeinsam zu entwickeln und zu fördern.

5. Priorisierung von Sicherheit und Umweltschutz

Unabhängig von der Nutzungsmethode müssen Sicherheit und Umweltschutz Priorität haben. Stellen Sie sicher, dass die Rückstandsnutzungsprodukte die einschlägigen nationalen Standards erfüllen und keine sekundären Schäden für die Umwelt und die menschliche Gesundheit verursachen. Beispielsweise müssen Rückstände, die in der Landwirtschaft verwendet werden, strenge Tests auf Schwermetallauslaugung, Toxizität und Radioaktivität bestehen.

04 Ausblick: Die Zukunft der Rückstandsnutzung

In Zukunft wird sich die umfassende Rückstandsnutzung in Richtung einer hochwertigen, diversifizierten, intelligenten und emissionsfreien Entwicklung entwickeln.

• Hochwertige Entwicklung: Übergang von der extensiven Nutzung von Baumaterialien zu hochwertigen Produkten wie seltenen Metallen, Edelmetallen und hochreinen Materialien.
• Diversifizierung: Integration multidisziplinärer Technologien zur Entwicklung innovativerer Anwendungen.
• Intelligenz: Einführung von Big Data, künstlicher Intelligenz und Robotik, um eine intelligente Rückstandssortierung, automatisierte Dosierung und Prozessoptimierung zu erreichen.
• Emissionsfreiheit: Das ultimative Ziel ist es, eine 100-prozentige Rückstandsnutzung zu erreichen, Rückhaltebecken vollständig zu eliminieren oder sie in umweltfreundliche Landschaften umzuwandeln.

Versuche zur umfassenden Rückstandsnutzung sind für die Bergbauindustrie unerlässlich, um eine grüne Entwicklung und eine Kreislaufwirtschaft zu erreichen. Es geht über das bloße Verwandeln von Abfall in Schätze hinaus; es demonstriert einen tiefen Respekt für und eine effiziente Nutzung der Ressourcen der Erde. Durch eingehende wissenschaftliche Forschung, strenge experimentelle Praxis und die Zusammenarbeit mehrerer Interessengruppen haben wir die Fähigkeit und die Verantwortung, Rückstände, einst eine Belastung, in einen wertvollen Vermögenswert zu verwandeln, der den Fortschritt der Industrie vorantreibt und der menschlichen Gesellschaft zugute kommt. Dies erfordert nicht nur technologische Durchbrüche, sondern auch konzeptionelle Innovationen und die gemeinsamen Anstrengungen der gesamten Gesellschaft.