一种增大尾矿库回水量的方法

2018-03-21李瑞林

现代矿业 2018年2期

李瑞林陈欢

(金建工程设计有限公司))

选矿工艺流程中会利用大量的水，为节约水资源，一般要求尽可能利用循环水，减少新水使用。尾矿库回水与其他工业废水相比具有水量较大、有害物质含量较低等特征，该类废水可在尾矿库较长时间澄清后，与汇水范围内的径流水混合后排出。尾矿库回水一般可以满足选矿工艺要求，其在循环水中通常占有较大比重，有些甚至可以作为循环水的主要水源。因此，为减少新水补充，尽可能增大尾矿库回水利用率，达到降低运营成本、节约水资源的目的，本研究对尾矿库回水量增大方法进行研究。

1 尾矿库回水量组成

尾矿库回水量包括入库水量、水面蒸发量、尾矿孔隙含水量和渗透损失水量等，可经过水量平衡计算确定[1]。入库水量主要包括排入库内尾矿浆所携带的水量和汇水范围内的降水。水面蒸发量与库区当地年蒸发量和库内水面面积有关。渗透损失水量与尾矿库地基工程地质情况和库内水面面积有关。尾矿孔隙含水量与尾矿颗粒密度、矿浆密度有关。

排入库内的尾矿浆浓度越小，其所携带的水量也越多，水面面积也会越大，损失的水量也相应增大。汇水范围内降水、当地蒸发量与工程区地形、气候有关，即便采取工程措施也很难对其进行改变。尾矿库使用初期受库区水文地质条件影响较大，随着尾矿不断渗入，渗透通道逐渐被尾矿淤塞，渗透损失水量会逐渐减少[2-3]。对于全库区防渗的尾矿库，尾矿库渗透损失水量可忽略不计。

为增大尾矿库回水利用率(从尾矿库回用的水量与选矿厂排入尾矿浆所携带水量的比值)，常用方法是提高入库内尾矿浆的浓度。根据《尾矿设施设计规范》(GB 50863—2013)[1]，上游式堆坝的尾矿浆质量浓度超过35%(不含干堆尾矿)时，不宜采用冲积法直接筑坝；当尾矿浆质量浓度超过35%，且采用冲积法直接上游式筑坝时，应进行尾矿堆坝试验研究[1,4-5]。因此，采用高浓度排放尾矿时须采取一定的工程措施来确保坝体稳定。如可以采用一次建坝、后期坝采用废石堆筑等方法来确保尾矿库安全，但该类措施势必会增加工程费用，因而入库的尾矿浆浓度不宜过大。

2 提高尾矿库回水量的方法

在提高尾矿库回水利用率时，常用的工程措施忽略了尾矿库处于露天的情形，即尾矿库如同一个口大底小水浅盆，盛水区域暴露于阳光下，蒸发量较大，对于干旱少雨地区，年蒸发量达到2 000 mm左右。内蒙古锡林郭勒盟地区某湿排尾矿库占地约1.46 km2，常年水域面积约0.24 km2，当地年蒸发量为1 856 mm。理论上该尾矿库的年蒸发量可达44.544万m3(以水面面积平均值24万m2、年蒸发量1 856 mm/a计)，这在缺水地区来讲水量很可观。因此，为减少尾矿库汇水蒸发损失量，可以从减少水面面积角度进行研究。比如在尾矿库运行过程中，在尾矿库内投入悬浮球，要求其能覆盖库面，悬浮球以直径10 cm为宜，便于运输和从库区周边向库内滚动。在水面上要求悬浮球恰好被浸没1/2体积，此时覆盖的水面最大。球体可采用聚乙烯材料制作，密度上要求不均匀，须一半球体重，另一半球体轻，可以避免悬浮球在水面上发生翻滚而增加蒸发量。球体颜色宜为浅色，可避免因深色吸热而增加蒸发量。

尾矿库面布满悬浮球后，与空气接触的水面减少了90.69%，理论上能减少9成的蒸发损失量。

图1 悬浮球占尾矿库面面积计算示意

通过对比试验，将一水池平均分为2个部分，对其中一部分水表面覆盖直径为10 cm的悬浮球，另一部分水则直接放置。经过20 d时间，对两者的蒸发量进行了计算。结果表明，水面覆盖悬浮球后，蒸发量为12 mm，而未覆盖悬浮球的水面蒸发量高达25 mm。试验表明，水面布满悬浮球可以明显减少水分蒸发量，但减少量仅为1/2，并非理论计算的90%的蒸发量，是因为水面上方大气湿度增加，其中的水汽分子数量增加，饱和水汽压差减小，水面与大气的水汽压差减小，水分子由水面逸出的速度减慢，实际减少的蒸发量小于理论计算值，尽管如此，采用本研究方法后，仍然可以大幅降低尾矿库汇水蒸发量[6-10]。