尾矿干堆对环境的影响研究与应用*

2022-08-31张志明谢平全李小洛

云南冶金 2022年4期

张志明，谢平全，周亮，李小洛，敖江

（1.云南科力新材料有限公司，云南昆明 650031；2.四川鹏晨废渣利用有限公司，四川会理 615141）

尾矿是指在工业生产中含有用成分低，根据目前的经济、技术条件不易在分选，多以泥浆形态外排；我国矿产资源日益“贫、细、杂”，在工业生产过程中产生的尾矿浆逐年增加[1]；怎样增强尾矿浆的处理成为矿产资源开发利用的关键。传统的尾矿浆处理是将尾矿浆未经处理或进行简单的浓缩输送到尾矿库，尾矿水回用，此方式产生长期高成本的低效模式，由于尾矿综合利用技术的成本过高，尾矿综合利用率还很低，大量的尾矿只能堆放在尾矿库；近年来土地征购越来越困难，传统尾矿库占地面积大，新建传统尾矿库及配套设施费用越来越高，居高不下，占选矿厂投资的28%以上；大型尾矿浆输送设备、大口径耐磨管线的运行、维修成本较高，占选矿厂生产成本的23%以上[2]；再加之传统尾矿库是生产中最大的危险源，一旦尾矿失事，危及周边及下游居民生命、财产和公共设施安全，增加对周边及下游地表水、地下水、大气、生态环境的影响，造成巨大的经济损失。传统尾矿库处理尾矿浆的常见流程如图1。

图1 传统尾矿库处理尾矿浆常见流程图Fig.1 Common flow diagram for treatment of tailings slurry of traditional tailings pond

近几年来国内外工程研究人员对增强尾矿浆处理进行了一系列的探索，结合对尾矿浆处理的特点及环境影响，不断完善尾矿浆处理的新技术（尾矿干堆），该技术利用尾矿干矿堆积，可以节省土地、水、电等资源，基本杜绝尾矿库坍塌和污染环境，解决传统尾矿库存在的危险源。因干式堆存的尾矿只含有14%～20%左右的水分，可依地形、土壤性质、尾矿性质而堆存，不易垮塌，不仅可以节省常规维护费用，还可促进尾矿土地的复垦、节省占用土地面积、时间，缩短了绿色矿山建设的生命周期；同时提高循环水资源利用率，解决了尾矿浆流入附近的河流和尾矿水渗入地下水污染水资源和水生生态，消除尾矿浆输送过程中的安全事故，防止扬沙污染生态、土壤和大气环境的风险隐患；因此该技术有利于生产安全和环境保护，提高了社会效益、经济效益和环境效益[3-5]。同时干排的尾矿还可方便二次应用，如围堰造田、制作建材产品等，有助于树立良好的企业形象。随着民众对自身安全、环境保护要求日益提高，尾矿干堆技术越来越受到人们的重视，尾矿干堆也随着技术的进步，得到不断的完善，为尾矿浆的处理探索出了一条经济、可行的新路子；尾矿干堆常见尾矿浆处理流程如图2、图3、图4，所以说尾矿干堆技术即可实现尾矿库安全生产、节能降耗的双重功效[6-7]；又同时提高循环水利用率，药剂消耗量，降低生产成本。阐述了近年来尾矿浆处理的新技术（尾矿干堆）的一些研究成功案例，总结传统尾矿浆处理和尾矿干堆技术的优势和不足，该模式有助于消除传统尾矿库存在的风险，有利于安全生产和环境保护。

图2 浓缩—过滤尾矿浆处理流程Fig.2 Concentration-filtration treatment flow of tailings slurry

图3 浓缩—膏体浓缩尾矿浆处理流程Fig.3 Concentration-paste concentrates treatment flow of tailings slurry

图4 旋流器--高效浓缩机--脱水筛尾矿浆处理流程Fig.4 The treatment process that hydrocyclone-high efficiency concentrator-dewatering and screening of tailings of tailings slurry

1 尾矿干堆工艺的优缺点

尾矿干堆场与传统尾矿库相比，有以下优缺点，详见表1。

表1 尾矿干堆场与传统尾矿库优、缺点对比Tab.1 Advantages and disadvantages of dry-tailing stacking and traditional tailings pond

2 尾矿干堆需注意的几个问题

2.1 干堆场址的选择基本要求

根据尾矿干堆场地环境功能区划列出的环境质量标准和污染物排放标准，在选择场址时要符合《一般工业固体废物存储、处置场污染控制标准》等相关的法律、法规的要求，主要有：①尾矿干堆场址应选在工业区和居民区主导风向的下风向，干堆场界距居民区应有一定的安全距离，防止影响大气环境质量和人员的正常生产、生活；②禁止尾矿干堆选址在江河、湖泊、水库最高水位线以下的滩地和洪泛区；③禁止尾矿干堆场建在自然保护区、风景名胜区和其他需要特别保护的区域及附近；④禁止将有毒、有害元素含量超标的尾矿堆放在地质断层、断层破碎带、天然滑坡以及泥石流影响区，防止尾矿流失，破坏和污染环境;⑤禁止尾矿干堆选址在地下水水源含水层和主要的水补给区的地区，污染水资源；⑥有毒、有害元素含量超标的尾矿应选址在承载能力满足要求，自然防渗性或人工制作的防渗性能好的地基上，地基层防渗系数小于1.0×10-7cm/s，距地下水位距离不小于1.5 m，避免尾矿的流失污染土壤和水资源。

2.2 尾矿干堆场地的有关参数

尾矿干堆场地的建设需要注意的主要参数有：尾矿干堆拦渣坝台阶的高度，台阶坡面角的大小、马道宽度，为充分利用堆放空间，台阶坡面角适可，不要盲日追求低投资，修建的马道宽度过窄、台阶坡面角过大，进而影响到拦渣坝地基的承载能力、抗侧压力，造成溃坝等安全事故，所以应该将安全、经济、环境三要素综合、动态地进行考虑，合理的选择台阶高度与坡面角。另外尾矿干堆场地的承载能力与土壤性质、地基的承载能力、容积也有密切关系，在进行尾矿干堆场设计时，需要参照相关的工程地质资料、尾矿的实际资料，熟悉工程地质报告，也要进行现场调研，特别注重的是：药剂、含有毒、有害尾矿在尾矿堆放场地的降解和流失对环境的影响。

2.3 尾矿干堆场地对外来水的防治

对近100年来受过暴雨、暴雪及洪水影响的区域，尾矿堆放场地应根据实际情况设计截水沟、回水系统。对于尾矿干堆场地而言，由于尾矿水绝大部分的水分已经返回到生产工艺流程中去，因此其排水系统面对暴雨、暴雪及洪水的影响，需要设置符合实际的截水沟和回水池及回喷系统，防止受污染的水无组织漫流，防止尾矿流失，污染环境，必要时拦渣坝体下游还需要设置集水系统，随时监测水质，返回回水池再利用。

2.4 环境风险预测

尾矿干堆场内需要进行环境风险预测，主要是溃坝、含有毒、有害元素的尾矿在堆场的流失风险预测，根据相关法律、法规及相关条文规范对风险预测进行评价，发现及时处理，对居民区、公共设施产生的危害，根据实际情况做出居民区、公共设施整体搬迁或就地保护等要求；坚决贯彻执行清洁生产、循环经济、节能减排和环境保护的原则，生产过程中尽可能利用循环水，挖掘产生的弃土尽可能全部用于防渗的回填夯实或换填，基本保证没有弃方产生，干堆场可根据实际情况进行地质环境恢复和土地复垦工作，执行绿色矿山建设实施方案，美化环境，防止污水无组织漫流，又能防止尾砂飞扬，履行了企业的社会责任。

3.5 尾矿干堆环境风险预测评价

尾矿干堆环境风险预测评价基本要求有：①计算溃坝、含有毒、有害元素的尾矿在堆场的流失对环境污染的风险，估计事故发生概率，判断风险级别和采取措施前后风险是否可接受；②在计算的基础上，运用系统、对比等科学的理论和方法，分析主、客观条件，决定是否采取措施降低事故风险，分析采取各种措施的优缺点，分别进行技术、经济可行性分析，将风险降到可接受的水平，将措施的投入资金与降低的风险值进行比较，实现社会、环境和经济效益最大化；③尾矿中有毒、有害元素含量超标的干堆场选址选择尽可能选在容纳污染物环境容量大、无地下水、或地下水不丰富、地基承载能力等符合要求的地区，如果不行，则采取措施，并进行环境风险预测，如果采取措施降低风险后，风险仍然不可接受，则放弃尾矿干堆场址；④干堆场所处区域环境质量趋近于环境标准临界值时，预测建设干堆场后对环境产生的危害程度，采取措施降低对环境影响的风险，并进行技术、经济分析，决定措施的取舍，如果投入较大、效果不理想，则坚决放弃场址

3 尾矿干堆应用实例

3.1 云南省马豆沟铜矿

原矿处理量为65 t/d，尾矿-0.074 mm占92%，原有的尾矿库已满，为了满足和提高安全生产、实现尾矿干堆，干堆场地选在距离选矿厂6.5 km处的山地，采用浓缩-过滤尾矿浆处理流程，如图2所示，尾矿浆浓缩后过滤挤压成为干片状的尾渣饼，含水量仅有21%左右，由于压滤处理后尾渣饼中含有黄药、酚类化合物等易挥发物质和微量氰化物等有害物质，对人、畜均有一定危害的，故采用一层尾矿，一层土，分层堆放，分层碾压；由于地质原因，干堆场采取整体防渗，设置了一道拦渣坝、集液池；为防止粉尘污染，对进入于堆场的尾矿用推土机推平并进行碾压；每逢干旱季节，还在场内喷雾洒水，使其经常保持湿润状态，并在压土上盖沙，种植沙棘树；这样，尾矿被封闭在干堆场里，避免外渗和扩散，有毒、有害元素经过长期的氧化、露天曝晒和自然降解，基本消除了对环境的危害。

3.2 云南恒越集团

一选厂年处理铁矿450万t，年产51万t铁精粉，其尾矿干堆工艺采用：“浓缩-膏体浓缩尾矿浆”处理流程，如图3所示，此工艺简单，处理量大，设备采用高效的浓缩、膏体浓缩设备，投资和生产成本均低，维修方便，能耗低，效益明显；尾矿干堆场距离选矿厂5 km，场地经过人为处理后，地基承载能力满足设计要求，层防渗系数小于1.0×10-7cm/s，配套建设了选厂循环系统、回水系统、清污分流系统、尾矿输送系统、尾矿全部送干堆场堆存；干堆设置了拦渣坝、集液池及回喷系统、截洪沟等环保设施，确保了尾矿、尾矿淋沥液不外排，尾矿淋沥液可用于洒水方式抑制扬尘的产生和恢复植被的浇灌，降低尾矿干堆场对矿区环境质量的影响。

3.3 四川乾盛钨矿

日产生尾矿干矿量约为100 t，浓度31%，粒度偏粗，+0.074 mm占58%，尾矿水除含固量超标，其余均满足污水排放标准；原尾矿库已接近闭库，为降低成本，实现尾矿干堆，场址选在距离选矿厂2.5 km处建设了尾矿干堆场，通过实验采用旋流器-高效浓缩机-脱水筛尾矿浆处理流程，如图4所示，取代了传统的过滤机，尾矿干堆最高含水率小于18%；此工艺简单、流畅、节能增效，处理量大，降低了初期投资成本和生产成本，该尾矿干堆场形状酷似盆状，周围没有环境敏感区，无珍惜野生动、植物、无地下水，仅设置了拦渣坝、回水池及回用系统，采用逐步恢复植被，严格按照开发利用方案做好环境的恢复和重建工作。