关于在我国南方多雨地区实施尾矿干堆技术的探讨

曾宪坤,沈楼燕,2

(1.中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌330002;2.武汉大学经济与管理学院,湖北武汉430070)

作为对尾矿传统湿式贮存方法的一种革新,将尾矿压滤后贮存,即尾矿干堆技术,在20世纪90年代初在国内个别黄金矿山开始应用。与传统的水力冲填筑坝工艺相比,该技术可以减少环境污染,降低尾矿堆坝的安全风险,并提高库容利用率,具有显著的环保、社会和经济效益。由于尾矿库相关设计规范并没有对尾矿干堆作强制性规定,仅北方地区,如山东、辽宁、内蒙等地黄金矿山企业,出于环保或回水利用等原因,加之北方干燥少雨,对尾矿实施干堆贮存,生产管理较为方便,因此得到广泛运用。南方省份由于其地域气候属多雨区,暴雨强度大,对尾矿干堆后的管理造成极大的不便,加之尾矿干堆运营成本相比传统的水力冲填法偏高,因此,大多南方矿山企业对尾矿干堆技术持谨慎态度,目前运用较少,且效果不甚理想。笔者曾参与了南方地区某黄金矿山尾矿干堆的设计、施工全过程,也考察了几个实施尾矿干堆技术的现场,认为南方多雨地区实施尾矿干堆技术存在一些误区,借此文与同行们进行探讨。

1 尾矿干堆技术的特点

20世纪90年代,山东归来庄金矿首次将压滤设备用于尾矿压滤,并对尾矿进行干式堆存,实现了我国尾矿湿式贮存方式的创新。其后,辽宁排山楼金矿、内蒙古撰山子金矿与柴胡栏子金矿等,先后实施了尾矿干堆并获得成功。尾矿干堆技术主要有以下一些优缺点:

优点:①废水不进库,降低了环境污染的风险,环保效益显著。例如:一座400t/d全泥氰化炭浆厂,每年可减少排放污水量35.1万m3,按国家含氰污水排放标准0.5mg/L计算,每年向环境少排放175.5kg的氰化钠[1]。②提高了尾矿库库容利用率,延长尾矿库的服务年限,具有较高的经济效益。传统尾矿湿式贮存其库容利用系数受地形、放矿工艺等因素限制,一般为0.6～0.9之间,堆积干容重一般为1.2～1.4t/m3,而尾矿干堆其库容利用系数基本接近于1.0,堆积容重高达1.7t/m3以上。因此,尾矿干堆可延长尾矿库服务年限约30%以上。在处置同等量的尾矿时,干堆工艺较之湿式贮存工艺可使尾矿库投资大大降低。③尾矿压滤的滤液返回再利用,可以回收大部分已溶金属,有利于提高金的浸出率和选冶总回收率[1]。④尾矿采用干式堆存,大大降低了尾矿坝溃坝等安全风险。从目前已失事的尾矿库来看,绝大部分以“水患”为诱因。⑤废水中相关化学材料得到循环利用,节约大量药剂消耗。以辽宁排山楼金矿为例,实施尾矿干堆后,单位矿石消耗氰化钠500g/t相比湿法工艺单位消耗800g/t[2]下降了37.5%。

缺点:①基建期设备投资及生产期运营成本与传统湿法工艺相比相对较高,一般企业从感情上较难接受;②尾矿干堆维护相对复杂,主要需解决尾矿滤饼运输沿途的环境污染、作业面的机械整平等问题。③运用条件有一定的范围限制:尾矿压滤干堆技术对于氰化炭浆工艺其环保、经济效益明显,但对于采用浮选法生产的矿山其效益不明显[1]。对于北方干旱地区较为适用,而对于多雨的南方地区,笔者建议经过技术经济综合比选后采用。

2 南方多雨地区运用尾矿干堆技术存在的问题

南方多雨地区运用尾矿干堆技术由于在实施的过程中存在以下一些问题:①太注重压滤设备的脱水效果,而忽略尾矿的干堆效果。干堆尾矿的含水率直接影响机械压实效果。②在滤饼进入尾矿库后,没有注重“清污分流”。没有采取有效的措施对库外洪水 (清水)进行拦截,导致干堆后雨污混流。相比传统的水力冲填方式,干堆的优势就是体现在保持库内的“干燥”状态,而雨水 (清水)一旦入库,即变为污水不得随便外排,尾矿干堆体就有可能变成一片“沼泽地”,直接影响干堆作业和干堆体的稳定。所以,南方多雨地区要想让雨水不成为尾矿干堆的障碍,必须设置截洪设施,实现清水、污水分流。③对尾矿压滤后滤饼暂存区环保防渗不重视。由于选矿工艺需要,实施干堆的金矿尾矿一般含砷、氰等有毒有害物质,属于需采取一定防渗措施隔离的“Ⅱ类废物”,但有些矿山企业环保意识不足,将压滤后的滤饼由皮带运输机直接倾倒在暂存区。虽然尾矿库内防渗措施齐全,但暂存区无任何防渗措施,不可避免造成污水横流,人为制造了环境污染。④不注重分期实施的重要性。一次性建成面积过大,没有对干堆区从平面、竖向进行合理分期,导致建成区空置时间过长,作业区汇水面积过大,从而导致库内积水的现象发生,不利于清污分流,不利于减小污水量的产生,且致使企业投资压力过大。⑤运营过程中防护设施不够,防渗层破坏现象时有发生。干堆作业需要机械进行摊铺,而操作稍有不当,对防渗层就极易造成破坏,破坏了防渗效果。

3 应对措施

针对上述问题,笔者提出如下应对措施:①合理控制压滤后滤饼含水量,使之有利于干堆体的压实效果,从而有利于干堆体的稳定性。②做好清污分流,通过在上游修建截水坝或者周边修建截洪沟的方式,必要时在干堆体表面采取临时覆盖措施,尽可能减少进入干堆区的雨水。③分期实施:根据干堆库的地形地貌,合理分区、分期实施,使各个分区得到合理使用并最大限度清污分流;分期投资亦可减小企业的资金压力。④做好暂存区环保防渗及污水收集措施:南方多雨地区雨季时,不适宜进行干堆作业,因此,应充分考虑暂存区的暂存能力,防渗和污水收集都是暂存区设计时考虑的重点内容。⑤干堆库的防渗采用复合衬里防渗方案:一般矿山尾矿库地质情况比较复杂,单层防渗衬层的防渗效果容易失效。因此,建议干堆库设计时,首选复合衬里防渗方案。⑥规避滤饼运输产生的污染:无论是汽车运输或是胶带运输,应考虑避免对运输沿途的污染问题。⑦管理到位:配备专人管理,并针对干堆库的工艺要求,培训合格后方可上岗。

4 工程实例

笔者现将亲自设计的尾矿干堆工程实例介绍如下:笔者认为,该工程实例克服了南方多雨地区实施尾矿干堆通常存在的问题和不足,可以供工程技术人员和矿山管理者参考借鉴。

某黄金矿山位于贵州省黔西南州,距贵阳市约240km,矿区属亚热带湿润气候区,根据降雨资料,年平均降雨量1357mm,降雨主要集中在5～8月间,短历时暴雨强度较高,年最大24 h暴雨均值102mm,属典型的南方多雨区。该矿矿石为难选冶金矿,采用浮选、生物预氧化及炭浸技术进行处理,年处理矿石量120×104t。根据选矿工艺,浮选尾矿量平均95.38×104t/a,炭浸尾矿量平均18.0×104t/a。炭浸尾矿原设计为解毒处理后湿排工艺并已建成投产,后出于环保及安全方面考虑,对炭浸尾矿进行解毒后干堆贮存。

1)尾矿性质:尾矿粒度为-200目占88%,矿浆浓度为25%～30%。尾矿浸出试验分析结果为A s 0.17mg/L、氰化物0.76 m g/L、总汞0.001 mg/L、总铅0.002 mg/L、总铜0.075 mg/L、总铬<0.015 mg/L、p H值8～9。由于氰化物超标,属于“Ⅱ类”一般工业固体废物,贮存设施需采取防渗处理,尾矿澄清水需经处理后达标排放。

2)压滤工艺:压滤车间脱水设计规模为1000t/d,压滤作业选用 XM Z1060/2000压滤机2台,滤液返回炭浸调浆,循环利用,实现滤液“零”排放。于压滤车间附近设置干料暂存区,存放时间按6天考虑。暂存区做防渗处理并设有集水设施,将收集到的废水返回至炭浸厂循环利用。

3)压滤后的滤饼物理性质:对滤饼共取了五组试样进行三轴土工试验,结果表明:该尾矿滤饼含水率介于液限～塑限之间,塑性指数平均值19.04,具有一定黏性;液性指数平均值0.34,呈可塑状态,手搓可成条。

4)干堆工艺:规则、有序的分单元干堆作业可以散发滤饼内水分,为机械碾压提供便利,从而提高库容利用率,并增强干堆体的稳定性。笔者将干堆库从平面、竖向划分为若干个单元,要求在指定的几个作业单元进行卸料并摊平,天气睛朗时堆放2～3 d后,即可上机械碾压。暂时已完成作业的单元,设置3%～5%坡度坡向两侧(必要时采用1.0mm的 HDPE膜进行临时覆盖),以便雨季来临时覆盖膜上的汇水流入两侧人工设置的排水沟内排至干堆区外。后进场的滤饼在已压实的堆体表面卸料,步骤同前。

5)干堆区的设计:根据该项目的特殊性,由于湿排区一次性建坝,库内蓄水较多,短期内无法疏干。因此,在已建成湿排区库尾新建干堆启动区 (约可服务2年),既避免了“干湿混排”的局面,又为疏干湿排区蓄水预留了足够的时间。新建干堆区为一相对独立的区域,依据“Ⅱ类处置场”标准建设,分别设有干堆区拦挡坝、库底地下水导排系统、防渗系统、污水收集系统、竖向导渗系统和截排洪系统 (包括周边截洪和干堆区上游的截水坝)。地下水导排和截排洪系统,可有效地排除库底渗水和拦截周边坡面汇流,防止雨水 (清水)进入库内。而库内的污水经拦挡坝、防渗系统 (由1.5mm厚 HDPE膜+GCL组成复合防渗衬垫)拦截后进入污水收集系统,抽排至污水处理厂,最终实现清污分流。

该尾矿干堆项目于2008年9月建成,由于在库区实施了水平防渗、清污分流等设施,大大降低了环境污染风险,对入库的尾矿滤饼基本实现了机械压实作业,提高了库容利用率,也降低了尾矿坝溃坝风险。

5 结 语

尾矿干堆技术作为尾矿贮存方式的一种趋势,具有显著的环保、社会和经济效益,在环境保护日趋重要背景下,该技术必然将被普遍推广使用。实践证明,南方多雨地区岩金矿山,通过采取合理的工程技术措施,运营阶段制定严格的管理要求,可以有效地实现清污分流,并保证尾矿干堆的安全稳定性。尾矿干堆技术将在南方多雨地区成功推广运用。

[1] 姚香.黄金尾矿干堆技术若干问题的探讨 [J].金属矿山,2005,8(增刊):527-530.

[2] 迟春霞,沈强.尾矿干堆技术探讨 [J].黄金,2002,23(08):47-49.

[3] 国家环境保护总局.一般工业固体废物贮存处置场污染控制标准 [S].GB18599-2001,北京:中国环境科学出版社,2001.

[4] 钱学德,等.现代卫生填埋场的设计与施工 [M].北京:中国建筑工业出版社 ,2001:60.

[5] 中国有色金属工业总公司.选矿厂尾矿设施设计规范[S].北京:中国标准出版社,1991:14-15.