一、人工堆积物的概念及研究概述
早在20世纪80年代末，前苏联学者就提出了人工矿床的概念，并将矿山废石、尾矿等有用资源称为人工矿床。这一概念已被我国学者所接受，如杜国银，他将人工堆积物的概念定义为矿山生产过程中的各种废弃物。经过一定时期的积累，在自然因素和人为因素的双重作用下，在特定的技术经济条件下具有二次开发的可能性，成为矿山生产的接替矿产资源或非常规开采开发的矿产资源。但人工堆积物的概念仅限于矿山生产过程中产生的废弃物，只是狭义的人工堆积物，并没有涵盖人工堆积物研究的全部内容。刘家任拓展了人工堆积物的研究内容，提出了人工堆积物的概念，即由人类活动形成的，已经、正在和将要自然排出的，可以大规模利用的各种固体、液体、气体和混合物质称为人工堆积物。
笔者认为人工堆积物的概念应包括人类活动和技术经济。就人类活动而言，人类必须参与人工矿床的成矿过程，产生特定的地球物质流动和物质再分配。就经济技术意义而言，人工矿床必须在目前的技术经济条件下开发利用。在此基础上，笔者将人工堆积物定义为:在一定时期内，人类活动所产生的废物，其质量和数量在目前的技术经济条件下达到了重新开发利用的价值，这种废物称为人工堆积物。
二。人工沉积物的分类
目前对人工堆积物分类的研究程度较低，没有成熟的分类方案。我国杜国银等人根据人工矿床形成的主要条件，将人工矿床分为技术成因型、技术-自然成因型和稀缺成因型。这种分类方案结合了人工矿床形成的技术和经济条件，具有一定的现实意义。刘家任根据沉积物的物理状态和形成时间初步划分了人工沉积物的类型。另有学者将人工矿床类型归入“非常规矿产资源”的研究范畴。
人工矿床的形成与人类活动密切相关，因此人工矿床的分类应结合人类生产活动的历史，并兼顾人工矿床开发利用的便利性。笔者认为，人工堆积物应按堆积物形成的形式分为固体和液体。气态人工矿床，其中可大规模利用的采矿废石、尾矿和工业废渣属于固态人工矿床；可开发利用的工业废水和矿山废水为液态人工沉淀；各种可以综合利用的工业废气都属于气态人工堆积物。
人工堆积物按形成时间可分为古代人工堆积物和现代人工堆积物。我国古代采矿活动发达，形成了大量可供开发利用的人工矿床，如古矿渣、古采矿废石、选矿尾矿等。但由于当时生产力低下，采矿、选矿、冶炼技术水平原始，形成的人工矿床具有物质成分复杂、可利用成分多、品位高的特点，但矿床类型相对单一，以固体人工矿床为主。随着科学技术的不断发展，特别是18世纪下半叶工业革命以来机械化、电气化的出现，采矿、选矿、冶金的技术水平不断加强，随着科学技术的进步，人们综合利用各种废弃物资源的能力不断提高，使得现代人工矿床有了新的特点:①可开发利用的人工矿床不仅产生于矿山生产过程中，也产生于工业生产的各个环节；②与古代人工堆积物相比，堆积物的可利用成分较少，品位相对较低，但现代人工堆积物种类较多，包括固态、液态和气态人工堆积物，规模普遍较大。
人工矿床按其成矿物质来源和成矿过程可分为采矿废弃物型和工业废弃物型两大类。上述两类人工矿床可根据其成矿特征进一步划分。
(1)采矿废物的人工堆积
采矿废弃物人工堆积物主要是指金属非金属矿山在开采和选矿过程中产生的，经过合理有效的工艺加工和处理，可以作为二次资源开发利用的各类废弃物，包括选矿尾矿、采矿废石和矿山废水。目前，我国矿山排放的尾矿存量已达50多亿吨，并以每年2-3亿吨的速度递增。矿山中剥离的废石堆积已达数百亿吨。这些废料不仅含有多种可供回收的金属元素，还可广泛用于建筑、农业、矿业等。加工后。它们是最重要的工业和采矿床。
人工开采废弃矿床的开发利用，不仅可以大大减少废弃物对矿山周边环境的污染，而且作为一种重要的矿业资源，可以使资源枯竭或不足的矿山成为新的资源基地，恢复生产，获得生机。
1.选矿尾矿
选矿尾矿是指矿业开发中选矿厂排出的尾矿浆自然脱水形成的固体采矿废弃物。尾矿不仅富含有用的矿物或元素，可以回收利用，而且矿山尾矿90%以上是非金属矿物，其成分与建材、轻工、无机化工等许多非金属材料非常相似。尾矿只要与少量的其他原料混合，并进行适当的调配，就可以作为许多非金属材料的原料，而不需要进行开采、破碎和粉磨作业，不仅降低了原料加工成本，而且节省了设备投资和能耗。因此，作为一种人工矿床，具有广阔的开发利用前景和巨大的资源潜力。
随着科学技术和经济的发展，尾矿的回收利用方式越来越多。目前，尾矿的开发利用主要表现在以下几个方面。
(1)综合回收尾矿中具有经济价值的有用元素，特别是老矿山堆积的大量老尾矿，由于过去技术经济条件有限，回收利用程度低，尾矿中含有高品位的金属和非金属元素。这些元素的综合回收和利用可获得巨大的经济效益。如铜官山铜矿在资源即将开采完毕时，从尾矿和围岩中综合回收黄铁矿和磁铁矿，平均年产硫精矿和铁精矿1316万吨。
(2)选矿尾矿成分与某些原料相似，经加工后可用于生产多种建筑材料、水泥、陶瓷、玻璃、磁化复合肥等产品。例如，美国利用储存在加州的金矿尾矿生产钙加气砖，中国凡口铅锌矿用全品位尾矿生产的水泥达到600级，莉姆锡矿利用尾矿烧制瓶用玻璃等。都是将选矿尾矿作为人工矿床开发利用的典型例子。
(3)利用尾矿作为采矿空区的充填材料。对于充填采矿法、崩落法和空现场采矿法的地下矿山，将尾矿作为充填材料注入空区域是尾矿综合利用的有效途径。如焦家金矿采用“高水固结材料充填采矿法”用尾矿充填矿区，不仅节约了大量矿山生产成本，还消耗了年尾矿排放量的一半。
2.采矿废石
矿床的围岩和在采矿过程中剥离和挖掘时没有工业价值的岩石称为采矿废石，主要包括地下挖掘废石、采矿过程中剥离废石和露天开采剥离废石。自20世纪70年代以来，世界上废石的累积量已达800亿吨。由于剥离比大，我国采矿产生的剥离废石量更是惊人。矿山每年排放的剥离废石总量超过6亿吨，仅我国露天铁矿每年剥离废石量就达4亿吨。目前，我国剥离废石总量已达数百亿吨。
采矿废石作为一种人工矿床具有很大的价值。采矿废石可制成建筑石材、水泥原料、玻璃原料、陶瓷原料、农用矿物肥料等。通过不同的过程。如北京鲁星公司利用首钢密云铁矿的废铁矿石为原料，加工利用人工骨料，不仅降低了人工骨料的生产成本，还节约了大量的建材资源。煤磨石是夹在煤层中的矸石。很多煤磨石都含有一定量的碳，粉煤灰的含碳量往往在10%以上(甚至30%以上)。用这些材料烧制砖瓦，不仅可以代替粘土，还可以发挥它的能源作用。
过去在技术条件差的情况下废弃的废石有用成分含量往往能满足现有工业指标的要求。通过系统勘探，可查明其质量和储量，并可重复利用。例如，江西德安锑矿经过多年开采，堆积了大量的采矿废石。经过多年的风化，废石的氧化率达到37.5%。德安锑矿采用两级闭路破碎、一级磨矿、两次粗选、两次精选两次扫选、两级脱水的浮选工艺。从中回收有价金属，精选锑精矿，品位40%，回收率83.1%，有时可达90%以上。
矿山废石用于矿区回填空是一种经济有效的充填方法，也是矿山废石综合利用的有效手段，通过适当破碎废石，然后与废石、砂、水泥混合回填矿区空，或直接将中上段废石倒入中下段矿区进行回填。大多数矿山采用这种充填方式，不仅减少了充填材料的运费，节省了人力，而且有效地保护了矿山环境。如我国山东省的招远金矿和焦家金矿都采用了矿山废石与水泥混合回填采区空的方法，积累了一套完整的经验。
3.矿山废水
矿山废水是指矿山生产过程中产生的未经处理的废水，主要包括矿坑自涌水、选矿废水、尾矿库渗水、废石场淋溶水、开采过程中的排水。其中，煤矿、各种金属非金属矿山的废水以酸性为主，并含有大量的重金属、有毒有害元素(如铜、铅、锌、砷、铜、六价铬、汞、氰化物)、COD、BOD5、悬浮物等。，对生态环境和人类健康造成严重危害。
矿井废水经各种方法(如中和法、硫化法、置换中和法等)处理后。)，一方面，矿井废水可达到国家排放标准并回用，经过适当净化后，矿井水可补充工业用水的需要，也可用于农田灌溉、生活用水和矿井生产用水。如焦作、邢台等煤矿区，采用“排供结合”的方法，净化矿井排水，供居民生活、电厂和水泥使用。另一方面，矿山废水中含有许多有用成分，如重金属离子如富、锌、锰、铁、铜等，稍加处理即可回收利用。例如，德兴铜矿在1985年设计了矿山废水三级处理工艺。当时矿山酸性废水处理量为12370t/d，铜回收率达到99%，铜渣含铜量大于30%。自1999年底成立以来，共处理酸性水1600万吨，回收金属铜304吨。处理水合格率达到87.5%，产生了良好的经济效益和环境效益。
(2)工业废弃物型人工堆积物
工业废物人工堆积是指人类社会工业生产过程中产生的废物堆积，其质量和数量达到一定规模。二次资源的再开发利用可以获得一定的经济效益，主要包括工业生产过程中产生的工业废渣、工业废水和工业废气。人类社会的工业化进程虽然促进了社会的进步和发展，但也产生了大量的工业废渣、废气和废水，不仅严重污染了环境，而且造成了沉重的经济、社会和环境负担。在能源、资源、环保危机的今天，开发利用工业废渣、废气、废水作为人工堆积物，无疑是改善地球日益恶化的环境，变废为宝，增加人类可利用资源的有效手段之一。
1.工业废渣
钢铁、化工、有色金属冶炼、造纸等行业产生大量废渣，经过一定的工艺处理后可成为工业原料或能源。它广泛用于建筑材料、金属、能源回收和农业的生产，也可用作道路和衬垫材料。许多工业废渣的成分和性质与天然建筑材料或人工建筑材料相似，因此被广泛应用于建材工业，生产不同性质的水泥和建筑材料，配制混凝土，用作回填和筑路材料等。如宁夏华盛源建材有限公司等6家企业利用青铜峡、石嘴山等电厂的工业废渣，建设了年产2.3亿标砖(粉煤灰含量30%以上)、年产3万块的粉煤灰烧结砖生产线。
有些工业废渣中还含有稀有金属或贵金属元素，经过处理后可以回收。比如硫铁矿制硫酸的废渣主要是氧化铁，其中含有金、银等贵金属，炼锌的废渣中含有锗、古、明等稀有金属。这些元素可以回收利用。如西德杜伊斯堡钢铁公司，每年可利用180 ~ 200万吨烷烃渣生产60万吨铁、3万吨锌、1800吨铜、900吨钻和50吨银。
有些废渣含有植物生长所必需的成分，有一定的改良土壤结构的作用，可用作农业肥料。如粉煤灰、高炉渣中含有硅、钙、锰、铜、钻、钥等微量元素，可被植物吸收。钢渣中的磷和石灰可以改良土壤；含磷炉渣可用作磷肥的原料。
2.工业废水
工业废水主要指工业生产过程中产生的废水，包括火力发电、纺织工业、造纸工业、钢铁工业和石油工业产生的废水。它是一种重要的液态人工沉积物。目前工业废水的利用主要是对废水进行处理，将其作为新的水资源进行循环利用，不仅可以减少废水对环境的污染，还可以提高工业用水效率，大大缓解许多国家的水资源短缺问题。
工业废水经过一些处理方法净化后，可以代替淡水广泛用于各种工业生产部门。比如钢铁企业排放的废水，经过合理处理，可以作为工业冷却水和锅炉补给水；火电厂冲灰水和石化工业废水经处理后可直接用于循环水系统；造纸厂中段的水也可以回用于生产。例如在澳大利亚，污水处理厂的废水经过微滤、反渗透、脱盐处理后，得到的净化水用于锅炉补水，实现了工业废水的循环利用。我国部分造纸厂将生产过程中产生的造纸废水经过物化和生物处理后回用于碎浆、制浆等工序，废水回用率达到60%。波兰、以色列、墨西哥等国家甚至用净化后的废水灌溉农田，绿化环境。
除了回收工业废水外，废水中富含的许多有用成分可以被提取并加工成其他工业产品。例如，可以从有色金属工业排放的废水中回收铜、镉、铅、锡和其他金属。工业甲醛可以从含醛废水中提取。浙江邮电印刷厂采用电渗析和离子交换组合设备处理含铜废水，不仅将处理后的废水代替自来水作为洗涤用水，而且采用铁屑置换法从废水中回收海绵铜(纯度98%以上)，产生了巨大的经济效益和社会效益。此外，一些富含有用成分的工业废水可直接用于生产其他产品，如高浓度有机废水可用于生产甲烷，化肥厂的废水可在橡胶工业中加工成炭黑。
3.工业废气
工业废气是指工业生产中排放到大气中的各种有毒有害气体和气溶胶，主要来源于冶金工业、化学工业以及煤、石油等燃料的燃烧。工业废气中含有一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氧化氯、氟化氢、氯化氢等有害物质。，这将对人类健康和动植物的生长造成极大的危害。这些废气如果排放到大气中，会影响大气环境质量，造成空气污染。但是，如果这些废气被回收，它们可以作为气态人工沉积物被开发和利用。
一些国家从20世纪60年代开始开发利用工业废气。例如，日本、法国和德国采用湿法冶金来净化和回收冶金转炉产生的煤气，用作燃料和化工原料。工业废气还可以用来制备一些工业产品，如甘油吸收氯化氢废气可以用来制备二氯丙醇，在催化剂的作用下可以制备环氧氯丙烷和二氯丙醇。吸收二氧化碳废气的氨水可以用来做肥料，吸收二氧化碳废气的烧碱废液可以做纯碱。在一些发达国家，有色金属冶炼排放的二氧化硫烟气用于生产硫酸。每生产1t铜和铅，可分别生产3 ~ 5t和2 ~ 2.5t硫酸。
三。结论
人工矿床是人类活动和地球表生矿化的产物。它们的特点是人类活动参与了成矿过程，具有一定的自然和社会属性。因此，人工堆积物和自然堆积物的分类必然有所不同。分类应突出人工矿床的特殊性，并兼顾矿床开发利用的实用性和勘查评价的有效性。人工矿床按其形成时间、成矿物质来源和成矿过程进行分类，对人工矿床的勘查、评价、开发和利用具有重要的指导作用。
人造存款是动态的。随着科学技术和经济的发展，暂时不能开发利用的废弃物将逐步纳入人工堆积物的研究范畴，人工堆积物的种类将越来越多。本研究初步提出了人工堆积物分类方案，仅适用于目前的技术经济条件。旨在引起越来越多的关注，促进该领域的研究，并使其日臻完善。随着未来研究的深入和实际数据的积累，会出现更加科学实用的分类方案。
