摘要
为减少矿产资源开发对环境造成的扰动，协调资源开发与环境保护之间的关系，建立环境与资源平衡体系已成为矿企转型升级的必由路径。目前，矿山固废存量仍然很大、综合利用率仍然较低，固废平衡的落实与成效，对于资源与环境平衡体系的构建至关重要。本文明确了固废平衡的定义，建立了固废平衡关系，并提出了相应固废平衡计算公式，详述了各组成部分，给出了如何实现固废平衡的建议，为中国矿山企业实现固废减量化与资源化提供了可行思路，将助力中国无废绿色矿山的发展，为经济与环境的协同发展做出一定的贡献。
Abstract
To reduce the impact of mineral resource development on the environment， achieve coordination between resource development and environmental protection， and establish a balance system between environment and resources has become a necessary path for the transformation and upgrading of mining enterprises in China. Carbon balance is crucial for the construction of a balance system between green mining resources and the environment. This civilization has defined carbon balance， established a carbon balance relationship， and proposed corresponding carbon balance calculation formulas， detailed each component， and provided suggestions on how to achieve carbon balance. It provides feasible ideas for China's mining enterprises to achieve zero CO2 emissions， which will help China's carbon peak and carbon neutrality development， and make certain contributions to global climate stability.
矿产资源开发是指对矿产资源进行探测、开采、加工和利用的过程，开发资源提供了人类解决问题或达成目标时所需要的各种东西，对满足人类的发展需求具有重要的作用（汤旋等，2023）。环境保护是指保护和改善自然环境，维护生态平衡，使人类和自然能够和谐共生，环境保护的重要性在于维护生态系统的稳定和可持续发展，是人类生存和发展的基础。
资源开发对环境会产生一定的影响（吴海军和王亮，2022）。在资源开发过程中，可能引发土地破坏、水源污染、大气污染等问题，对生态环境造成一定的压力和破坏（王亮等，2023a）。因此，在资源开发过程中，需要采取一系列的环境保护措施，以减少对环境的负面影响（王亮和王勇，2023；吴海军和王亮，2023）。绿色矿山的主要内涵是在资源开发过程中最大限度地保护环境，实现资源开发与环境保护相协调（邓久帅等，2024）。建立资源与环境平衡体系，是践行绿色矿山内涵的体现，也是推动高质量绿色矿山建设的重要路径（胡婷婷等，2022；王亮等，2023c）。
固废平衡是资源与环境平衡体系的重要组成部分，强调在资源开发以及矿产品产出过程中对产生的固体废弃物加强源头减量、综合利用、规范化处置等方面的管理，通过减量化、资源化、无害化处理技术，发挥矿山固体废弃物作为资源时的经济效益，降低作为环境污染物时带来的环境破坏，同时还可以减少土地占用（王永卿等，2016）。做好固废平衡，是实现无废矿山的基本要求，也是绿色矿山的核心内容。本文以金属矿山一般固体废弃物（后称“固废”）为例，介绍矿山的固废平衡。
1 矿山固废平衡基本概念
1.1 固废平衡的重要意义
固废指开采和洗选矿石过程中产生的废石和尾矿，它具有产生源分散、产量大、组成复杂、呆滞性等特性，如不能及时妥善处理，会造成一系列社会、经济与环境问题。堆积的固废需要占用大量土地，管理不好可能会随雨水、地下水渗入土壤、汇入河流，影响周边环境（唐晖等，2023）；一些具有放射性、挥发性的工业固废，会对周围居民和工作人员的身体造成伤害；含有可燃有机质的固废自燃时会释放出大量二氧化硫、一氧化碳、硫化氢等有害气体，严重污染周围大气环境，对区域人们身体健康造成影响。因此，在矿山行业推动固废平衡，需要从源头上减少固废的产生，充分利用采空区处置固体废弃物，因地制宜对固体废弃物进行资源化利用，在减少废弃物对环境破坏的同时，减少对土地的占用，实现把约束矿山的因素转变为矿业绿色发展的动力。
1.2 固废平衡的流程
企业应从源头上采用充填、回填等方法控制源头产生废弃物量，产生后尽可能开展废弃物资源化利用手段使其发挥到最大作用，无法实现利用的废弃物应按照相关要求进行处置。按照源头控制-过程减排-末端治理的原则结合固废产生、处理、利用之间的关系形成固废平衡业务流向图，如图1所示。
图1固废平衡业务流向图
1.3 固废平衡的定义
根据上述内容介绍和分析，本文提出了资源开发过程中固废平衡定义：固废平衡是在一定的产业政策约束条件下，结合堆放场所的实际情况，实现固废产生堆积总量和利用处置总量之间的动态平衡。它体现了资源开发中固废的产生与处置利用之间的平衡关系，也体现了资源开发与环境保护之间的平衡关系，在维持生态承载能力不变的前提下，系统性优化源头减量、过程控制以及末端治理之间的关系，将助力企业获得更大收益。
2 固废平衡计算方法建立
2.1 固废平衡输入输出分析
固废平衡由输入、输出以及中间端 3 个过程组成（王亮等，2023b）。输入端是表示矿山固废增量和存量；输出端是矿山固废处置利用情况，包含外排量、综合利用量、堆放处置量等；中间环节体现的是固废收集、处理利用、堆放、转运、存储、监测、移交等过程，同时这些技术过程受到土地、水保、环评等约束。固废平衡输入输出关系如图2所示。
图2固废平衡输入输出关系图
2.1.1 一般固体废弃物的分类
本文所讲固废重点是指在矿山开采、选矿、冶炼等生产过程中产生的固体废弃物。根据其性质和处理方式的不同，可以分为 3 类：矿石废弃物、选矿废弃物和冶炼废弃物。
（1）矿石废弃物。矿石废弃物是在矿山开采过程中，未经选矿处理的矿石或矿石破碎、筛分等工艺过程中产生的废弃物。矿石废弃物主要包括矿石渣、矿石碎石、矿石尾矿等。矿石废弃物通常具有较高的含矿量，可以通过选矿等技术手段进行回收利用。
（2）选矿废弃物。选矿废弃物即尾矿，是矿石经过选矿处理后，通过各种物理、化学手段将有用矿物质与废石、废渣等分离出来的废弃物。
（3）冶炼废弃物。冶炼废弃物是指在矿石经过冶炼过程后，产生的含金属或含有毒有害物质的废弃物。冶炼废弃物的处理相对复杂，其中包括了矿渣、矿灰、矿渣粉尘等。这些废弃物中含有一定的金属元素，但也存在着一定的有害物质，如重金属、硫化物等。
2.1.2 固废的乱排危害
矿石开采过程中，需剥离围岩，排出废石，采得的矿石亦需经洗选，提高品位，排出尾矿。如果不进行规范地利用和处置，乱排乱堆，对环境的危害很大，主要体现在以下几个方面：
（1）侵占土地：如果固废不能及时处理和处置，将占用大量土地，从而破坏地貌、植被、自然景观和农业生产。
（3）污染水体：固废中的有害物质可通过自然降水、随风漂移等方式进入地表径流，从而进入河流和湖泊等水体，造成地表水污染（邱建强，2023）。
（4）破坏大气：有些固废由于化学反应产生大量有害气体，如二氧化硫等，有些固废由于发酵而释放出大量易燃、有毒有害气体。这些气体都会直接扩散到大气中并污染大气。
（5）有毒有害：一些固废也可能造成特殊损坏，如燃烧、爆炸、接触中毒和腐蚀。
（6）毒害人类：固废还可以通过植物和动物间接损害人类健康，例如食物链中的重金属污染。
2.1.3 固废回填充填
固废回填充填是指将矿山采掘过程中产生的废弃物、尾矿或未经加工的矿石重新填充回原采矿区或其他指定地点的过程（董越，2019），是固体废弃物规模化处置、利用的主要方式（付建勋等， 2022）。
充填为满足采矿工艺需要，以支撑围岩、防止岩石移动、控制地压为目的，利用一般工业固体废物为充填材料填充采空区的活动。
回填是在复垦、景观恢复、建设用地平整、农业用地平整以及防止地表塌陷的地貌保护等工程中，以土地复垦为目的，利用一般工业固体废物替代土、砂石等生产材料填充地下采空空间、露天开采地表挖掘区、取土场、地下开采塌陷区以及天然坑洼区的活动。
2.1.4 固体废弃物资源化利用
资源化利用指将固废直接作为产品或者经修复、翻新、再制造后继续作为产品使用，或者将固废的全部或者部分作为其他产品的部件予以使用。
固废资源化首先应对废石、尾矿中的有用组分进行回收利用（张镇和陈堂凤，2023），其次对废石、尾矿开展回填、筑路、制作建筑材料或制作土壤改良剂等资源化利用工作（吴浩，2022）。固废资源化利用见图3所示。
2.1.5 固体废弃物的处置
对矿山或冶炼厂生产过程中产生的固废进行处置，将减少对环境的污染。主要包括堆积法、浸出法和填埋法。
（1）堆积法。将尾矿堆积在指定的区域内，通过堆积的方式将尾矿固化，并降低其对环境的影响。在堆积过程中，需要采取一些措施来防止尾矿的渗漏，例如使用防渗材料进行封闭，或者在堆积区域周围设置排水系统，以便及时排除渗漏的尾矿水。
（2）浸出法。将尾矿浸泡在溶液中，通过化学反应将有害物质溶解出来，以达到处理的目的。浸出法常用于处理含有重金属、酸性物质等有害成分的尾矿。
（3）填埋法。将尾矿掩埋在地下或者特定的填埋场中，以减少对环境的影响。在填埋过程中，需要采取措施来防止尾矿渗漏和扩散，通常会使用防渗膜来封闭填埋区域，以防止尾矿中有害物质渗入地下水。
2.2 固废平衡计算公式建立
固废总量包含增量和存量两部分，公式如下，
(1)
一般固体废弃物处置利用量主要包含回填充填量、资源化利用量、堆放量、外销量、外排量，可形成如下公式，
(2)
固废总量等于处置利用总量，T1=T2，可以得出：
(3)
式（1）～式（3）中，T1是固废总量/t；T2是固废处置、利用总量/t；A是新增固废量/t；E是固废存量/t；F 是固废回填充填量/t；U是固废资源化利用量/t；P是固废堆放量/t；S是固废对外销售量/t；C是固废外排量/t。
3 优化固废平衡关系及措施
研究固废平衡，目的是在矿山企业生产过程中，降低固废存量，采取资源绿色开发和废弃物资源化利用的方法，从源头、过程、末端多层次减少固废的数量，节约用地，减少对自然环境的破坏，保护生态环境（王亮等，2024）。
3.1 固废平衡表
固废平衡表由固废增量、固废存量、固废回填充填量、固废资源化利用量、固废处置量、固废外销量、固废排放量组成的二维表，定期（每年、每半年、每季、每月）填写，并分析平衡关系，对标行业先进指标并进行改进。也可以建立计算机软件系统，形成分析报告，为企业固废平衡提供决策。矿山固废平衡表如表1所示。
3.2 固废平衡优化措施
3.2.1 从源头上减少固体废弃物的产生
从源头上减少式（3）中新增固体废弃物量A，即减少固体废弃物增量，就必须从源头上控制开采贫化量，可以采取以下措施：
图3金属矿山固废资源化利用方向
a—废石综合利用方向；b—尾矿综合利用方向
表1固废平衡
（1）加强地质探矿工作，严格要求原始地质编录和综合地质编录，针对采场矿体的赋存条件，采用合理的探矿网度，提高矿山地质基础资料的精度，尤其是要重视探采结合、二次圈矿等工作，将地质工作与采矿工作紧密结合起来。探矿设计尽量考虑能为采矿所用，在矿体形态变化大或矿体尖灭处，探矿网度需要适当加密同时加强矿体开采过程中的地质、取样工作。
（2）采场单体设计是降低损失贫化的关键之一。当地质资料提出后，采矿设计人员必须到现场核实，设计过程中应进行多方案比较，综合各个方案的优点，实行优化设计，规定损失、贫化率指标。采场结构和回采工艺设计应有利于实现强采强出，避免顶板来压冒落造成矿石的损失贫化。设计必须按程序进行审批，在审批中严把设计的损失贫化关，设计经审批后，对施工单位进行详细的技术交底，然后投入施工。采矿技术人员需要根据地质条件和开采技术条件的变化，适时调整采矿方法和回采工艺。
（3）严格的现场生产和技术跟踪管理是降低损失贫化最直接有效的手段之一。首先应加强采场采幅管理，地测技术人员按回采工作面及时进行地质编录，并根据编录结果用红漆划定矿体界线；采矿技术人员根据矿体厚度、岩石结构特征以及凿岩爆破方案划定允许采幅，做好记录，禁止超幅开采。定期对采场采幅进行验收，并进行损失、贫化计算。其次对于小于采幅的薄矿体应坚持矿岩分采分出分运策略，同时应加强毛石管理。最后不断优化改善凿岩爆破参数，避免超挖欠挖，避免矿石的过度破碎，以降低二次损失贫化。对回采完毕的采场验收应做到采场内不得有遗留的矿石。
（4）合理配矿，积极利用贫矿。将品位不同的矿石按照一定的比例进行搭配、混匀，可以确保入选矿石的质量指标均衡稳定，低品位矿石得到应用从而减少了资源的浪费，降低了对高品位矿石的过度依赖。通过合理配矿不但满足选矿厂的生产需求，而且提高了矿产资源的综合利用率，为矿业的可持续发展奠定基础。
（5）加强采场地压管理，对于局部顶板围岩欠稳固地段，可采用锚杆护顶和简易光面爆破等措施。重视采场地压管理落实情况，对顶板维护以及损失贫化率的控制会有积极作用。
3.2.2 重视固废综合利用
调整式（3）中资源化利用量U、固体废弃物回填充填量 F、固体废弃物对外销售量 S，即增加回填充填、资源化利用或外销水平，是解决固废存量的重点方向，加强对矿山的固废资源化综合利用是发挥资源最大效能的关键。
3.2.3 及时修复固体废弃物压占场地
固体废弃物的储存场环境治理与修复技术是保护环境、维护生态平衡的重要环节。及时治理和修复固体废弃物储存场所不但保护了环境，而且对及时恢复土地生态功能也非常重要。
3.2.4 规范管理固体废弃物堆放场所
按照国家标准规定建设固体废弃物堆放场所并进行管理，加强固体废弃物堆放场所的动态监测工作（赵燕伶等，2019），严禁随处乱排乱堆，确保固体废弃物对周边环境不造成破坏。
3.2.5 提高经济效益
企业重视对固体废弃物进行分类，识别出可回收、可再利用或可转化的成分，选用自动化分拣系统提高分类效率，并将固废转化为有价值的材料或能源，提高经济效益。
4 结论
建设绿色矿山需要系统性规划资源开发和环境保护的关系，实现资源开发与环境保护相协调。本文从资源开发过程中的固废平衡来分析矿山企业如何实现固体废弃物的源头控制、过程减排、末端治理，开展资源经济利用活动，减少对环境的破坏、实现企业的可持续发展，主要结论如下：
（1）提出了资源开发过程固废平衡定义。从对固废产生到分类收集、回填/充填、资源化利用、处置等处理过程梳理形成了固废平衡业务流向图，进而提出固废平衡定义：固废平衡是在一定的产业政策约束条件下，结合堆放场所的实际情况，实现固废产生堆积总量和利用处置总量之间的动态平衡。
（2）建立了固废平衡计算公式。基于建立的固废平衡输入输出关系图，研究处理加工过程的关键技术，建立了固废平衡计算公式，为加强固废管理、优化固废平衡、减少固废排放提供计算依据。
（3）给出了固废平衡表的优化建议。基于固废平衡计算公式，优化固废资源化利用结构，提出改进的方向和措施，使固废平衡朝有利于经济效益提高、固废排放量减少和有益于环境保护的方向优化，实现经济效益、生态效益、社会效益的平衡。
