不同尾礦處理方式的效益分析及未來展望

唐漢貴 李昌元 楊志洪 劉迪初

(1.湖南辰州礦業(yè)股份有限公司；2.湖南安化湘安鎢業(yè)公司)

不同尾礦處理方式的效益分析及未來展望

唐漢貴1李昌元1楊志洪1劉迪初2

(1.湖南辰州礦業(yè)股份有限公司；2.湖南安化湘安鎢業(yè)公司)

尾礦處理是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是選礦廠建設(shè)和運(yùn)營的重要組成部分。結(jié)合湖南辰州礦業(yè)股份有限公司情況，對尾礦濕式排放、干式堆存、充填、制磚等處理方式的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，得出尾礦濕式排放單位成本為20.87元/t，尾礦干式堆存單位成本為28元/t，尾礦充填單位成本為56.58元/m3，尾砂制磚單位成本為140元/m3。濕式排放成本最低，但不是尾礦處理方式的長久之計(jì)，要使尾礦處理方式獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，還需將尾礦資源變廢為寶，綜合利用，對未來尾礦處理方式發(fā)展提出了展望。

尾礦濕式排放 尾礦干式堆存 尾砂充填 尾砂制磚 單位成本 綜合效益

湖南辰州礦業(yè)股份有限公司位于湖南省沅陵縣境內(nèi)，具有130多年的黃金開采歷史,是國內(nèi)十大黃金礦山開發(fā)企業(yè)之一，也是全球第二大開發(fā)銻礦和國內(nèi)主要的開發(fā)鎢礦的公司,集地質(zhì)勘探、采、選、冶、運(yùn)輸、機(jī)械修造及金屬深加工為一體，擁有國際領(lǐng)先的金銻選礦和冶煉精細(xì)分離技術(shù)。經(jīng)過多年的發(fā)展，公司目前在湖南、甘肅、新疆、河北、湖北等省建立了省內(nèi)外礦產(chǎn)資源基地。從公司目前尾礦處理方式來看，以濕式排放為主，而隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，尾礦庫建設(shè)費(fèi)、征地費(fèi)、安全生產(chǎn)許可證辦理費(fèi)及環(huán)評費(fèi)等逐漸升高，尾礦庫建設(shè)成本逐漸加大，生產(chǎn)成本升高，針對此情況，對尾礦處理方式現(xiàn)狀進(jìn)行分析，為公司下一步在尾礦處理方式的選擇上提供參考和依據(jù)。

1 尾礦處理方式

目前，尾礦排放方式主要包括地表排放、地下排放和深水排放3種；部分礦區(qū)積極利用尾礦資源，將尾礦作為散狀填料或原材料利用，使尾礦資源變廢為寶，是一種新型的尾礦處理方式。

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國礦山企業(yè)每年產(chǎn)生尾礦26.5億t[1]，大約有7%的尾礦進(jìn)行了綜合回收利用，尾礦庫占地面積累計(jì)達(dá)到了37 282 km2，不僅損失浪費(fèi)了尾礦中寶貴的有價(jià)礦產(chǎn)資源，壓占了大量的耕地，而且尾礦庫所產(chǎn)生的砂塵對礦山周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和水資源造成污染。

地表排放是目前最普遍使用的排放方法，仍在尾礦管理中占有重要地位，地表排放方式有擋水壩、上升壩、環(huán)形壩和干處置4種。近些年來，由于地表排放的成本和環(huán)境管理壓力的增大，逐漸把地下排放視為尾砂處理較合理的方案。地下排放主要采用尾砂充填采空區(qū)以支護(hù)巖層，同時(shí)減少尾礦的地表處理量。以處置尾礦為目的進(jìn)行分類，地下排放包括地下礦山充填、露天礦坑排放和專門掘坑排放。

1.1 尾礦濕式地表排放

尾礦濕式排放是采用某種類型堤壩形成攔擋、容納尾礦和選礦廢水的尾礦庫，使尾礦從懸浮狀態(tài)沉淀下來形成穩(wěn)定的沉積層，使廢水澄清再返回選廠使用或凈化排出。該工藝生產(chǎn)尾礦輸送方式有2種：尾礦庫建設(shè)在選礦廠下游，可采用自流方式進(jìn)入尾礦庫，減少尾礦輸送成本；當(dāng)尾礦礦漿無法自流進(jìn)入尾礦庫時(shí)，可將礦漿泵送至尾礦庫，增加輸送成本。尾礦庫壓占了大量的耕地，而且所產(chǎn)生的砂塵對礦石周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和水資源造成污染，地表尾礦庫還存在一定的安全隱患。

1.2 尾礦干式地表堆存

尾礦干式堆存利用精礦沉降濃縮、過濾脫水技術(shù),將尾礦漿中尾砂含水率降到20%以下。

1.2.1 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①解決選廠輸出尾礦漿直接排入尾礦庫形成庫內(nèi)大量積水問題；②干式堆存能有效解決傳統(tǒng)尾礦庫存在的安全隱患、環(huán)境破壞、占用土地等問題；③尾礦基本上呈固體形式堆存，土地恢復(fù)可與尾礦堆存同時(shí)進(jìn)行；④對堆放場的要求條件不苛刻，回水利用率可達(dá)80%，在嚴(yán)重缺水地區(qū)優(yōu)勢明顯，安全性較濕排高；⑤易實(shí)現(xiàn)尾礦資源再利用。

缺點(diǎn)：①設(shè)備多，管理不方便；②單位運(yùn)營費(fèi)用高；③在降雨較大地區(qū)難以實(shí)現(xiàn)，遇特大暴雨時(shí)，易發(fā)生泥石流；④大型礦山很難實(shí)現(xiàn)。

1.2.2 技術(shù)要點(diǎn)

(1)庫區(qū)周邊排水溝對保證干堆尾礦庫的安全運(yùn)行是非常重要的，要保證排水暢通及坡面的雨洪水不進(jìn)入庫區(qū)。

(2)倒排濾水壩前尾砂與濾水壩齊平后，應(yīng)保證壩前有一定容積，防止再次降雨時(shí)流出壩外。

(3)對于終了堆積壩坡的平整，要逐層輾壓到一定的寬度(通常為10～15 m)。

(4)對于終了堆積外坡坡比，堆高20 m以內(nèi)為1∶4，20 m以外為1∶5。

(5)堆積壩平面及坡面要設(shè)橫向和縱向排水溝。

(6)堆積坡達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，覆土植樹種草。

1.2.3 排放方式

尾礦干式堆存的排放方式有倒排、由庫中心向兩側(cè)排放、由下部向上排放3種，排礦方式為倒排最佳，基建投資最少，庫區(qū)排水相對簡單。

1.3 尾礦充填

充填現(xiàn)被視作尾砂處理比較合理的方案，尾砂排放地點(diǎn)為井下采空區(qū)，待充填膏體成形后，可對采區(qū)留下的礦柱進(jìn)行回采，有效利用資源，提高礦石回采率，還可防止地表因下部采空而塌陷。同時(shí)，減少了地表尾礦庫投資及所存在的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了選礦廠地表上固體廢棄物的零排放。

1.3.1 工藝介紹

目前應(yīng)用的充填工藝主要有全尾砂膠結(jié)充填、分級尾砂充填、廢石膠結(jié)充填、膏體泵送膠結(jié)充填、磨砂膠結(jié)充填、赤泥膠結(jié)充填、少量的天然砂膠結(jié)充填和干式充填。對全尾砂膠結(jié)充填和分級尾砂充填介紹如下：

(1)全尾砂膠結(jié)充填是將沒有進(jìn)行分級脫泥的全粒級尾砂作為充填骨料，與一定比例的膠結(jié)材料和水混合攪拌后充入井下采空區(qū)的一種充填方式。全尾砂膠結(jié)充填充分利用尾礦資源，實(shí)現(xiàn)礦山無廢開采，同時(shí)也是將尾砂視為一種遠(yuǎn)景資源儲存于井下，待將來技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件成熟再對其進(jìn)行二次開發(fā)利用，滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，是現(xiàn)代采礦工業(yè)中一項(xiàng)有利于礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新技術(shù)。

(2)分級尾砂充填是先對尾砂進(jìn)行分級脫泥處理，使得充填體料漿進(jìn)入采場能迅速脫水，充填體的強(qiáng)度也得到明顯的提高，分級尾砂充填工藝已被國內(nèi)外礦山廣泛應(yīng)用，但此工藝生產(chǎn)的細(xì)粒尾砂給尾礦庫堆壩增加了難度，提高了尾礦庫建設(shè)成本。

1.3.2 實(shí)施步驟

(1)選礦廠排出的尾礦經(jīng)過濃密機(jī)濃縮至45%。

(2)在尾礦中加入10%的水泥，均勻攪拌。

(3)充分?jǐn)嚢韬玫奈驳V預(yù)混料由混凝土泵站通過管道泵送到采空區(qū)底部。

(4)由下至上、田型分塊進(jìn)行擋墻澆注，形成無數(shù)個田字格小充填區(qū)。

(5)將攪拌好的尾礦預(yù)混料由下至上，逐個對小充填區(qū)實(shí)施無縫隙、無孔隙膠結(jié)澆注。

(6)最終完成整個采空區(qū)的尾礦膠結(jié)充填工作，形成對采空區(qū)頂板襯托作用，確保地表不因采空區(qū)坍塌而造成的人員生命和財(cái)物的損失。

2 效益分析

2.1 尾礦濕式排放

尾礦濕式排放工藝中投資費(fèi)用有尾礦庫建設(shè)費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、尾砂輸送費(fèi)、人工管理費(fèi)及后期維護(hù)費(fèi)等,現(xiàn)以安化渣滓溪銻礦石板沖800 t/d選礦廠尾礦庫工程為例，對尾礦濕式排放效益進(jìn)行分析。

2.1.1 尾礦庫庫容及單位建設(shè)成本

尾礦庫初期壩高35 m，全庫容為29.4萬m3；設(shè)計(jì)最終堆積壩總壩高為96 m，總庫容為442.85萬m3，而一期堆積壩總壩高為75 m，總庫容為228.65萬m3，可為800 t/d選廠服務(wù)11.84 a。其項(xiàng)目建設(shè)總投資概算為9874.11萬元，按目前的經(jīng)濟(jì)形勢進(jìn)行計(jì)算，其后期筑壩投資費(fèi)用大約在780萬元，則尾礦庫單位建設(shè)費(fèi)為24.06元/m3，單位尾砂所需尾礦庫建設(shè)成本為14.15元/t。

2.1.2 尾礦輸送成本

尾礦濕式排放生產(chǎn)成本主要分3類：輸送電力費(fèi)用、人工管理費(fèi)用、設(shè)備管理費(fèi)用。

(1)電費(fèi)。按尾礦輸送建設(shè)項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)，尾砂輸送裝機(jī)功率為180 kW，照明為0.6 kW，總負(fù)荷為180.6 kW，電費(fèi)單價(jià)為0.7元，年開車時(shí)間按330 d 計(jì)算，則年電費(fèi)為100.12萬元。

(2)人工管理費(fèi)。尾礦庫需設(shè)管理房，配置3人巡查尾礦壩；其次，尾礦輸送泵工3人，每人月平均工資為5 000元，加上保險(xiǎn)等相關(guān)費(fèi)用，則年人工管理費(fèi)為57.24萬元。

(3)設(shè)備維護(hù)費(fèi)。尾礦輸送設(shè)備及相關(guān)管路需要維護(hù)，年維護(hù)費(fèi)用大約在20萬元左右。

尾礦輸送單位運(yùn)行成本=(年電費(fèi)+人工管理費(fèi)+設(shè)備維護(hù)費(fèi))÷年尾礦量=6.72元/t。

綜上，濕式排放單位總成本=每噸尾礦所需尾礦庫建設(shè)費(fèi)+尾礦輸送單位運(yùn)行成本=20.87元/t。

2.2 尾礦干式堆存

2.2.1 堆存尾礦庫投資

按照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》，尾礦干式堆存尾礦庫排洪設(shè)計(jì)，庫前應(yīng)建攔擋壩，滿足儲存一次洪水沖刷挾帶的泥沙量，其高度與總壩高之比為(1∶8)～(1∶4)，而干式堆存尾礦庫初期壩建設(shè)費(fèi)、征地費(fèi)、設(shè)計(jì)費(fèi)、人工管理費(fèi)、后期維護(hù)費(fèi)、安全生產(chǎn)許可證辦理費(fèi)及環(huán)評費(fèi)等費(fèi)用必不可少，干式堆存尾礦庫與濕式尾礦庫在相同等級庫容情況下，尾礦庫建設(shè)費(fèi)用基本相同，以單位尾礦所需尾礦庫建設(shè)成本為14元/t進(jìn)行計(jì)算。

2.2.2 干式堆存工藝投資及運(yùn)行成本

干式堆存工藝投資主要取決于干式堆存的工藝設(shè)備及工藝流程，以湖南衡陽某選礦廠尾礦干式堆存工藝為例，其尾礦干式堆存處理量為2 400 t/d，項(xiàng)目建設(shè)總投資為2 000萬元，尾礦干式堆存工藝流程見圖1。

圖1 湖南某選廠尾礦干式堆存工藝流程

尾礦干式堆存的運(yùn)行成本主要包括運(yùn)行電費(fèi)、人工管理費(fèi)、尾砂轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)等，根據(jù)選廠的生產(chǎn)情況，其人工管理費(fèi)及電費(fèi)成本為12元/t，由于尾礦干式堆存需采用汽車運(yùn)輸，裝載機(jī)和推土機(jī)倒運(yùn)、推平，對堆積壩體穩(wěn)定性區(qū)域進(jìn)行分層碾壓加高，其壓實(shí)度不應(yīng)低于0.92，尾砂轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)按2元/t進(jìn)行計(jì)算，則尾礦干式堆存單位運(yùn)行成本為14元/t。

尾礦干式堆存單位總成本=單位運(yùn)行成本+尾礦庫建設(shè)成本=28元/t。

2.3 尾礦充填

2.3.1 尾礦充填工藝流程

以河北某選廠充填工藝為例，其充填工藝流程見圖2。

圖2 尾砂充填工藝流程

從圖2可知，生產(chǎn)尾礦經(jīng)過50 m濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮，其溢流返回至選礦廠利用，沉砂通過隔離泵打入尾砂倉進(jìn)行濃縮，溢流返回至50 m濃縮機(jī)，沉砂與水泥一起進(jìn)入攪拌機(jī)攪拌，并通過泵輸送至井下采空區(qū)進(jìn)行充填。

2.3.2 尾砂充填工藝投資及生產(chǎn)成本

充填工藝總投資約為5 800萬元。根據(jù)其充填生產(chǎn)運(yùn)行成本統(tǒng)計(jì)，尾砂充填單位運(yùn)行成本為56.58元/m3(充填水泥成本為28.97元/m3，占充填成本的51.20%,井下采空區(qū)封堵成本為12.92元/m3，占充填總成本的22.83%，其他成本占總成本的25.97%)，即33.28元/t。

2.4 尾砂制磚

尾砂制磚是將選廠廢棄尾砂作為原材料使用的一種新工藝，完全實(shí)現(xiàn)了選礦廠固體廢棄物零排放，不但減少了地表排礦中的尾礦庫投資及安全隱患，而且將尾礦資源變廢為寶，充分合理利用，帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4.1 工藝要求

選礦廠生產(chǎn)的尾礦是否滿足制磚工藝要求，主要取決于尾砂SiO2含量，不能低于60%，SiO2含量越高，對制磚工藝越有利，而尾礦中Al2O3和CaO含量的多少，影響著制磚工藝成本，含量越高，制磚成本越低。

2.4.2 工藝流程

浙江省某尾礦制磚廠采用砂加氣制磚工藝流程，主要原材料為尾砂、水泥、石灰、鋁粉，通過一定比例混合生產(chǎn)出磚，制磚工藝流程見圖3。

2.4.3 總投資、生產(chǎn)成本及年利潤

(1)浙江某尾砂制磚廠處理尾砂生產(chǎn)規(guī)模為600 t/d，工藝總投資為1.2億元。

圖3 砂加氣制磚工藝流程

(2)尾砂制磚工藝中原材料最大成本為石灰、水泥，制磚工藝單位總成本為140元/m3。

(3)尾砂制磚工藝經(jīng)濟(jì)效益取決于周邊市場、銷售半徑及國家政策等，其制磚產(chǎn)品在當(dāng)?shù)乜蛇M(jìn)行銷售，按現(xiàn)有的制磚工藝生產(chǎn)規(guī)模，可獲取年利潤500萬元。

3 結(jié) 語

(1)從尾礦濕式排放、干式堆存、充填、制磚4種處理方式的經(jīng)濟(jì)成本來看，單位成本最低的是尾礦濕式排放，其單位運(yùn)行成本為6.72元/t，單位總成本為20.87元/t，但尾礦庫壓占了大量的耕地，而且所產(chǎn)生的砂塵對礦山周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和水資源會造成污染，還存在一定的安全隱患，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境和安全壓力逐漸加大，地表排放不是礦山可持續(xù)發(fā)展的長久之計(jì)。

(2)大力發(fā)展全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，可提高礦石回采率，有效利用資源，還可防止地表塌陷，減少地表尾礦庫投資及解決存在的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了選礦廠地表上固體廢棄物的零排放，且待將來技術(shù)先進(jìn)時(shí)可對尾砂中有用物質(zhì)進(jìn)行開采利用。全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)礦山采礦、選礦、充填三者互為依托、綜合平衡的良性閉路循環(huán)，可控制地壓和巖爆活動，是深部開采的有效方法。

(3)將選廠廢棄尾砂作為原材料制磚，變廢為寶，完全實(shí)現(xiàn)了選礦廠固體廢棄物零排放，不但減少了地表排礦中的尾礦庫投資及安全隱患，還充分合理地利用了尾礦資源，帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益，以浙江省某尾礦制磚廠為例，處理尾砂規(guī)模為600 t/d，可獲取年利潤500萬元。

(4)合理地利用尾礦資源，進(jìn)行尾礦再選作業(yè)。以石人溝鐵礦尾礦再選試驗(yàn)研究為例[2]，在TFe品位為5.44%情況下，通過進(jìn)行尾礦再選回收及加工，可獲得20 t/d 66.7%鐵精礦，充分利用了鐵礦石資源，降低了尾礦品位和提高了選廠金屬回收率。

(5)尾礦排放和利用的成本、效益及所帶來的環(huán)境、安全、占用地等諸多問題是礦山企業(yè)在尾礦處理方式選擇上的關(guān)鍵，一定要秉著消耗量大、處理成本低、投資小、因地制宜等原則綜合考慮，并積極探索更多的尾礦綜合利用的途徑。

[1] 康向文.冶金固體廢棄物處理及利用研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2007.

[2] 唐漢貴，李燕芬，羅章容，等.石人溝鐵礦尾礦再選試驗(yàn)研究[M].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(2)：89-91.

2014-10-15)

唐漢貴(1984—)，男，助理工程師，419607 湖南省懷化市沅陵縣官莊鎮(zhèn)。