南方多雨地区宜采用的尾矿干堆工艺及环境影响分析

陆长清

(江西省科学院能源研究所，江西 南昌330096)

0 引言

金属、非金属矿山采选业的迅速发展产生了大量尾矿，据报道，2012年我国尾矿总产生量达到16亿t［1］。国内尾矿排放方式仍采用传统的湿排为主，目前全国共有尾矿库12 273座［2］，湿排尾矿库的存在不仅给生产安全带来重大隐患，同时环境污染事件也不断发生。据测算［3］，目前我国因尾矿造成的直接污染面积已达百万亩，间接污染土地面积66.67万hm2之余，每年因固体废弃物污染造成的经济损失在300亿元左右，其中每年要花费10～15亿元用于堆存尾矿，15～25亿元用于维护尾矿库。由于湿排尾矿受地形、土地占用、安全和环保等方面的限制，目前国内发展了尾矿干式堆存新技术。

针对尾矿干式堆存技术及堆存工艺，许多学者作了一定的研究和探讨［3～9］，普遍认为，与传统尾矿湿排工艺相比，尾矿干堆工艺在节水、回收废水中重金属、减少药剂消耗和占地、减免地下水污染、提高库容利用率、闭库复垦周期短并可分期覆盖、减小环境风险等环保方面具有明显优势，解决了传统尾矿湿排工艺所面临的老大难问题，尾矿干堆技术具有很好的发展前景。尾矿干堆工艺也存在设备投资与生产运营成本较高、目前开发的设备处理能力较小、难以在生产规模大的矿山实施应用、在降雨量较大地区的应用受到限制等问题。本文针对尾矿干式堆存工艺存在的上述问题，结合目前国内对尾矿采用的滤饼、膏体和袋式3种干堆工艺，从处理工艺流程、适宜条件和对环境影响方面进行了比较分析，提出南方多雨地区宜采用的尾矿干式堆存工艺。

1 目前尾矿干式堆存工艺及比较分析

尾矿干排主要是在选矿工艺末端增设尾矿浆浓缩系统或尾矿浆过滤系统，尾矿浆经浓缩或过滤处理后形成尾矿干渣和废水;废水全部回用于选矿生产，尾矿干渣送至干堆场，暂存后可作为再选回收有价金属、生产建筑材料的原料或回填矿坑及复垦绿化等。目前对尾矿的干式堆存主要采取滤饼、膏体、袋式3种堆存方式［10］，现分别对其堆存工艺流程分析如下。

1.1 滤饼形式堆存

此种堆存方式是指将压滤或过滤后低于或等于饱和含水率的尾矿滤饼以汽车或其他运输方式运至尾矿堆场，在山谷或傍山、平原围堤所形成区域内分层碾压密实的排放方式;滤饼一般指经过压滤或过滤脱水后不能离析，浓度在80%左右的尾矿，压滤水回用选矿。某铁矿尾矿滤饼干式堆存工艺流程见图1［7］。

图1 尾矿滤饼干式堆存工艺流程图

尾矿滤饼干式堆存工艺目前在国内铁矿尾矿、黄金尾矿有一定的应用，但在南方多雨地区基本没有应用。

1.2 膏体形式堆存

膏体尾矿是一种具有流动特性和一定屈服应力，并有足够的呈胶体状态水的不离析尾矿固液混合体。膏体尾矿的堆存方式虽也采用管道输送，但与传统的尾矿浆排放的堆存方式有质的区别，尾矿膏体入库以后，水与固体之间、固体中的粗、细颗粒之间不产生离析，膏体表面不产生流动水，属于干法堆存。尾矿膏体干式堆存工艺流程见图2。

将尾矿制成膏体，基本要求是－20 μm粒级的颗粒需占15%以上，因此将尾矿制成膏体，尾矿粒级的配比就显得很重要，但因各矿石性质及成分存在差异，粒级配比也不同，不是所有的尾矿都能形成膏体，应对特定的尾矿进行必要的试验。

膏体尾矿堆存技术在国外已经应用发展了30多年，但在我国的应用较少，主要是受技术经济、国情和环保理念等因素的制约。

1.3 袋式形式堆存

此工艺是指在矿浆中加入一定量的絮凝剂经浓密机浓缩后达到40%～50%的浓度，通过砂浆泵装入耐腐蚀、耐风化、渗水性强的聚丙烯树脂袋，在平整好的场地中，按一定坡度分层顺序铺设，一定浓度的尾矿浆在袋中自然沉降，通过自滤和上部尾矿重量挤压、滤水、固结，形成尾矿滤饼，使滤饼浓度达到80%以上，含水量仅有20%左右，使滤饼固结封闭在袋中，并使尾矿随袋成型，分层堆筑形成干堆坝体。尾矿袋式干式堆存工艺流程见图3。

该工艺不需要建坝，形成的尾矿堆坝安全性高，操作简单，取消了机械压滤，减少投资，便于复垦。

图2 尾矿膏体干式堆存工艺流程图

图3 尾矿袋式干式堆存工艺流程图

1.4 3种尾矿干式堆存工艺比较分析

根据上述的3种尾矿干式堆存工艺流程，从堆存工艺的工程要求、设备投资及运行成本进行比较，其比较结果见表1。

表1 3种尾矿干式堆存工艺的工程要求、设备投资及运行成本比较

从表1可看出，袋式干式堆存尾矿具有投资小、运行成本低、堆存场要求低、适用多雨地区等优势。

2 尾矿干式堆存对环境影响的比较分析及相关问题

2.1 对环境影响的比较分析

根据上述的3种尾矿干式堆存工艺的各自工艺流程和要求，不同的尾矿干式堆存工艺对环境影响也不同，对南方多雨地区采取滤饼、膏体、袋式等尾矿干式堆存方式可能造成的环境影响分析结果见表2。

表2 3种尾矿干式堆存工艺对环境影响分析

从表2分析结果可以看出，从占地、生产废水回用率、对环境空气影响、地下水保护、环境风险、淋溶废水污染、二次资源利用、土地复垦和生态恢复等方面分析，南方多雨地区采取袋式干堆工艺堆存尾矿对环境影响较小。

2.2 推广应用尾矿袋式干堆工艺的相关问题

虽然袋式干堆工艺宜用于南方多雨地区的尾矿堆存，但应注意以下几点。

2.2.1 膜袋选用 膜袋作为尾矿的承载介质，应根据尾矿的特性及堆存场地的自然条件来确定膜袋的规格、材质及加工方法，以确保袋装尾矿及尾矿堆体的稳定性。

2.2.2 尾矿实施分区堆存 根据干堆场的地形地貌，对尾矿堆存场进行合理分区，按分区和作业单元进行分期实施，尽量减少堆存作业区的面积，以减少堆场淋溶废水产生量，利于做到边堆存、边复垦和生态恢复。

2.2.3 做好堆场的清污分流 在堆场周边修建截洪沟，防止周边雨水进行堆场。

2.2.4 分层堆筑形成干堆坝体 由于尾矿随袋成型，应按一定坡度分层顺序铺设，分层堆筑形成干堆坝体。

2.2.5 需建堆场自然压滤水收集处理设施 由于袋式干堆工艺的入袋尾矿含水率仍达50%左右，在堆存过程中通过自滤和上部尾矿重量挤压、滤水、固结，形成尾矿滤饼，才使滤饼浓度达到80%以上。在袋式干堆过程中会产生约30%左右的废水，应对此废水进行收集处理后回用，因此，需建堆场自然压滤水收集处理设施。

3 结束语

综上所述，与传统尾矿湿排工艺相比，尾矿干堆工艺在节水、回收废水中重金属、减少药剂消耗和占地、减免地下水污染、提高库容利用率、闭库复垦周期短并可分期覆盖、环境风险小等环保方面具有明显的优势，解决了传统尾矿湿排工艺所面临的老大难问题，尾矿干堆技术具有很好的发展前景。但尾矿干堆工艺也存在设备投资与生产运营成本较高、目前开发的设备处理能力较小、难以在生产规模大的矿山应用、在降雨较大地区的应用受到限制等问题。本文针对尾矿干式堆存上述问题，结合目前国内对尾矿采用的滤饼、膏体和袋式3种干堆工艺，从处理工艺流程、适宜条件和对环境影响方面进行了比较分析，认为南方多雨地区宜采用尾矿袋式干堆工艺。

［1］ 中国国土资源经济研究院.加强矿产资源节约与综合利用，推进生态文明建设研讨会［R］.2013，6.

［2］ 国家安全生产监督管理总局、环保部等七部委［R］.深入开展尾矿库综合治理行动方案，2013，5.

［3］ 邓政斌，童 雄.浅述尾矿干堆技术的前景［J］.矿冶，2011，20(2):10－14.

［4］ 范向伟.尾矿干式堆存工艺的研究与实践［J］.金属矿山，2010，(8):281－285.

［5］ 迟春霞，沈 强.尾矿干堆技术探讨［J］.黄金，2002，(8):47－49.

［6］ 邢万芳，金英豪，姚 香.黄金尾矿干堆技术若干问题探讨［J］.有色金属，2008，(1):48－49.

［7］ 赵龙录，杨玉华，贾承恩.铁矿尾矿干法排放工艺及设备［J］.金属矿山，2009，(12):148－150.

［8］ 陈华君，何艳明，熊国焕，等.尾矿堆存处理工艺比较及应用［J］.云南冶金，2012，(8):68－73.

［9］ 付永祥.大型山谷型尾矿干堆场设计理念与实例［J］.金属矿山，2009，(10):1－4.

［10］文 枚，赵定柱，龚爱民，等.尾矿干式堆存工艺要点分析及技术优势探讨［J］.科技信息，2011，(8): 812－813.