黃金尾礦井下充填現(xiàn)狀綜述

陳 軍

(1.陜西黃金集團(tuán)股份有限公司， 陜西 西安 710054； 2.西北有色地質(zhì)礦業(yè)集團(tuán)有限公司， 陜西 西安 710054)

1 前言

2017年3月，六部委聯(lián)合出臺(tái)了《加快建設(shè)綠色礦山的實(shí)施意見》，其中明確要求對(duì)廢石、尾礦等固體廢物分類處理，實(shí)現(xiàn)合理利用，固廢利用率達(dá)到國家要求。鼓勵(lì)大中型礦山廢石不出坑，尾礦井下充填，或固廢利用。綠色礦山的建設(shè)以國家多部委正式下發(fā)文件要求實(shí)施，可見天藍(lán)、地綠、水清的礦業(yè)開發(fā)要求形勢緊迫。有關(guān)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國黃金產(chǎn)量為世界第一，2009—2013年，黃金尾礦生產(chǎn)量達(dá)到12.98億t，利用率卻不足20%，主要用于充填和建材[1]。目前，尾礦的處理方法有綜合利用、堆存和井下充填3種，其中，井下充填是最理想的處理方式。然而，囿于井下充填技術(shù)和成本因素，很多礦山將尾礦直接堆存，由于提取黃金過程中添加了各種藥劑以及劇毒物，堆存導(dǎo)致環(huán)境被污染，影響周邊的環(huán)境安全，污染土壤空氣，甚至造成生命財(cái)產(chǎn)損失，百害而無一益。尾礦井下充填就是將尾礦充填料按照一定配比制備成為流體，輸送至采場或井下充填采空區(qū)凝結(jié)為固體達(dá)到支撐圍巖或堆存尾礦廢料方法，可以避免占用地表和地面污染，穩(wěn)固礦體或圍巖，最終達(dá)到無廢渣排放。

2 黃金礦山尾礦的概況

黃金礦石中的金含量很低，黃金尾礦量占礦石量的99%以上，因此，黃金礦山的尾礦量十分巨大。由于黃金嵌布粒度細(xì)，磨礦粒度要求也細(xì)，因而尾礦粒度也比較細(xì)。另外，黃金提取常要求高pH和使用劇毒氰化物，如果直接二次開發(fā)或者充填將對(duì)環(huán)境帶來新的危害，因此對(duì)井下充填有更高的要求。多年來，對(duì)于黃金尾礦的綜合利用進(jìn)行了很多研究，但多數(shù)受制于尾礦處理成本高，技術(shù)難度大，工藝不成熟等因素，黃金尾礦的綜合利用都未獲得普遍的應(yīng)用，因此，加強(qiáng)黃金尾礦的再利用和井下充填技術(shù)的研究，功在當(dāng)代，利在千秋[2]。據(jù)新版《國家危險(xiǎn)廢物名錄》自2016年8月1日起施行，將“采用氰化物進(jìn)行黃金選礦過程中產(chǎn)生的氰化尾渣”定為危險(xiǎn)廢物，而根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)稅法》的相關(guān)規(guī)定，2018年起對(duì)危險(xiǎn)廢物征收1 000元/噸的環(huán)境保護(hù)稅。

可見，黃金尾礦具有粒度細(xì)、含氰化物高、堆存量大的特點(diǎn)，而尾礦資源化及處置比例低，而對(duì)尾礦的利用及處理的現(xiàn)實(shí)意義又缺少足夠的前瞻性。隨著新的環(huán)保要求及生產(chǎn)成本提高，對(duì)黃金尾礦的利用刻不容緩。

3 我國黃金礦山尾礦井下充填現(xiàn)狀

3.1 我國尾礦井下充填技術(shù)概況

我國礦山尾礦井下充填經(jīng)歷了臥式砂池工藝—立式沙倉工藝，干式充填—水力充填，分級(jí)尾砂充填—全尾砂充填，高濃度自流充填—膏體泵送充填的過程。目前，全尾砂充填和分級(jí)尾砂充填是主要充填方式，全尾砂充填是直接將尾砂加入一定比例水泥攪拌后充填井下采空區(qū)或者儲(chǔ)存井下以待以后二次開發(fā)，全尾砂充填技術(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(dòng)，適宜深部開采。分級(jí)尾砂充填是將尾砂預(yù)先脫水脫泥分級(jí)后的一種的方法，該方法增加了細(xì)粒尾礦堆積難度，通常流程為尾礦濃密—加入比例水泥—攪拌—泵送—由下往上填充井下區(qū)域。目前主要井下充填技術(shù)見表1。

實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)礦山企業(yè)的充填濃度在62%～70%( 膏體充填除外)，濃度65%以下的充填料漿在輸送過程中砂漿中的水泥與尾砂容易離析，會(huì)降低充填強(qiáng)度，主要原因是控制風(fēng)水聯(lián)動(dòng)造漿的濃度不穩(wěn)定。同時(shí)，砂漿濃度波動(dòng)較大，水灰比波動(dòng)較大，最終導(dǎo)致充填體凝結(jié)強(qiáng)度難以保證。自動(dòng)化控制技術(shù)與智能識(shí)別處理技術(shù)則可以有效對(duì)膠結(jié)充填過程進(jìn)行控制，避免了砂漿濃度波動(dòng)，提高了尾礦充填的質(zhì)量。這種現(xiàn)代化控制技術(shù)在新疆銅輝全尾砂膏體充填的應(yīng)用，打破了全尾砂充填的質(zhì)量難以保證的認(rèn)知，使得全尾砂膏體充填工藝取得預(yù)期效果[3]。

表1 井下充填主要技術(shù)

山東富全礦業(yè)有限公司對(duì)細(xì)粒全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)研究，獲得尾礦性質(zhì)分析、尾礦膠結(jié)試驗(yàn)、料漿流動(dòng)性試驗(yàn)等參數(shù)，確定出適宜的膠凝材料種類、膠結(jié)工藝參數(shù)和輸送工藝條件，選擇優(yōu)化后的尾礦濃縮充填工藝，取得了良好的實(shí)踐[4]。

尾礦充填技術(shù)當(dāng)前難點(diǎn)主要為自動(dòng)控制和全尾砂濃縮脫水的先進(jìn)裝備欠缺，施士虎等[5]采用深錐濃縮充填工藝應(yīng)用在會(huì)澤鉛鋅礦，獲得了高濃度的充填膏體，較好地解決了極細(xì)粒級(jí)的全尾砂脫水問題，其濃度可達(dá)到74%以上，對(duì)黃金尾礦的適應(yīng)性強(qiáng)。施士虎等認(rèn)為膏體或者高濃度充填是今后深井充填的發(fā)展方向，膠凝體充填質(zhì)量與濃度、尾砂粒徑、級(jí)配、膠凝材料等有關(guān)，選擇合適的級(jí)配可使強(qiáng)度提高。

不難看出，尾礦井下充填技術(shù)的應(yīng)用越來越成熟，采用現(xiàn)代化控制技術(shù)避免了砂漿濃度的波動(dòng)引起的水泥與尾砂的離析現(xiàn)象，保證了充填質(zhì)量，而對(duì)細(xì)粒級(jí)尾礦采用全尾砂高濃度的充填膏體的井下充填技術(shù)和裝備的研究也獲得大的進(jìn)展。

3.2 國內(nèi)黃金礦山尾礦無毒化研究

針對(duì)黃金尾礦的高堿和殘余氰化物可能對(duì)地下環(huán)境造成的二次危害，需要對(duì)黃金尾礦進(jìn)行無害化預(yù)處理達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行利用或井下充填。

國家對(duì)充填固體廢物氰含量鑒別標(biāo)準(zhǔn)：氰化物以CN-計(jì)，浸出液最高允許濃度不超過1.0mg/L，測定方法為硝酸銀。氰化物在尾礦中的賦存形式主要有易溶氰化物、難溶氰化物、強(qiáng)絡(luò)合氰化物、弱絡(luò)合氰化物。目前含氰廢水處理方法比較多，主要有堿氯法、 臭氧法、 電解法、 離子交換法、 生物法等，但對(duì)于對(duì)尾礦中總氰化物的去除毒性研究很少[6-7]。

劉云飛[9]應(yīng)用堿氯法處理含氰廢水和廢礦漿后氰化物濃度可以達(dá)到國家的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求。試驗(yàn)表明：用次氯酸鈣的效果要優(yōu)于漂白粉, 而且成本也可以得到降低。選擇次氯酸鈣作為氧化劑，使在降低成本的條件下，實(shí)現(xiàn)了尾礦濃縮的含氰廢水回用，解毒后的尾礦滿足井下充填要求，減少尾礦入庫量，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

可見，無毒化處理對(duì)井下充填的生態(tài)環(huán)境保護(hù)尤為重要。

3.3 黃金尾礦井下充填工藝應(yīng)用

朱仁鋒，劉家弟，李宗站等在金礦尾礦綜合回收利用工藝技術(shù)研究中提到采用螺旋溜槽和搖床對(duì)某金礦尾礦進(jìn)行分選,獲得的長石粉,可作為建筑陶瓷原料。選別過程中產(chǎn)生的粗粒級(jí)尾礦集中返回井下充填，可使尾礦綜合利用率達(dá)到61.22%，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[10]。

招遠(yuǎn)金礦靈山分礦采用高水固結(jié)尾砂充填采礦法，比原來水泥河沙膠結(jié)充填工藝提高了生產(chǎn)能力、節(jié)約成本，其尾砂代替砂石作井下充填料在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都取得良好效果[11]。

根據(jù)排山樓金礦采空區(qū)穩(wěn)定到亞穩(wěn)定的現(xiàn)狀以及地表尾礦庫需要保護(hù)程度的要求，提出留“L”字形保安礦柱和從地表打井分區(qū)充填采空區(qū)的綜合治理方案[12]。焦家金礦用尾礦做采空區(qū)充填料，尾礦利用率已經(jīng)達(dá)到57%以上，節(jié)約了充填成本，實(shí)現(xiàn)了采礦作業(yè)安全生產(chǎn)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展[13]。

唐漢貴，李昌元，楊志紅等在不同尾礦處理方式的效益分析及未來展望中對(duì)堆排、充填等尾礦處理方式的成本進(jìn)行了分析計(jì)算，得出尾礦充填單位成本為56.58元/m3，綜合成本具良好的經(jīng)濟(jì)可行性[14]。

綜上，黃金尾礦充填應(yīng)用在國內(nèi)多個(gè)礦山已經(jīng)取得了良好的效果，其經(jīng)濟(jì)成本也可行。

4 國外黃金礦山充填

國外尾礦井下充填技術(shù)廣泛的應(yīng)用在黃金礦山。

美國 FL Smith 礦業(yè)公司研制的全尾砂高濃度充填和膏體充填設(shè)備——道爾- 愛姆科深錐膏體濃密機(jī)，它是目前世界上最先進(jìn)的膏體制備濃縮設(shè)備之一，其制漿濃度可達(dá)71%～75%，在世界各國都有應(yīng)用和推廣[15]。

20世紀(jì)60—70年代，澳大利亞芒特艾薩礦開始應(yīng)用尾砂膠結(jié)充填(水泥添加量為 12%)回采礦柱。為開采深部的礦體，在1998年建成一個(gè)世界最大膏體充填料制備場，具有每小時(shí)500t產(chǎn)能的全自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)。

南非是世界上黃金生產(chǎn)量最多的地方，采用較多的方法有高濃度尾礦充填工藝，廢石就地破碎水力充填，膏狀物料泵壓充填工藝等，效果都不錯(cuò)。在20世紀(jì)80年代，南非充填工藝發(fā)展最快，主要有廢石膠結(jié)充填、脫泥尾砂膠結(jié)充填。目前，南非許多礦山的開采深度已經(jīng)達(dá)到2 135m以上，其中Anglogold 有限公司西部深水平金礦，采礦深度達(dá)3 800m，巖爆成為深井開采的主要安全問題之一。所以，充填采礦是南非許多深部開采礦山的既定工藝，也是支護(hù)礦體頂板圍巖的主要方法[16]。

綜上，國外的黃金尾礦充填技術(shù)應(yīng)用起步早，裝備和技術(shù)應(yīng)用成熟，已經(jīng)將充填技術(shù)應(yīng)用在深部礦產(chǎn)開發(fā)中。

5 結(jié)論

我國的黃金礦山數(shù)量眾多，井下充填技術(shù)是礦山開發(fā)的一項(xiàng)利國利民的技術(shù)，該技術(shù)在全球范圍尤其國外已經(jīng)取得了較為廣泛應(yīng)用和發(fā)展，國內(nèi)近年來也逐漸開始重視和推廣，對(duì)于未來深部采礦也是不可或缺的技術(shù)之一。對(duì)黃金尾礦充填有以下幾個(gè)方面的結(jié)論及建議。

(1) 我國黃金尾礦處置現(xiàn)狀是尾礦充填率低，黃金尾礦pH高、粒度細(xì)、含氰化物，造成的潛在危害大，很多人對(duì)綠色礦山建設(shè)及尾礦資源化及充填等了解有限，甚至帶有偏見，對(duì)尾礦井下充填的緊迫性和現(xiàn)實(shí)意義了解不足。

(2) 黃金尾礦處置的工藝和其他尾礦處置有所不同，需要預(yù)先進(jìn)行無害化處置，達(dá)到國家充填物標(biāo)準(zhǔn)后再選擇合適的充填方法充填。雖然近年來，井下充填技術(shù)已經(jīng)取得較大的進(jìn)展，但是廣泛應(yīng)用還會(huì)遇到更多的問題。因此，加強(qiáng)對(duì)尾礦充填技術(shù)的研究刻不容緩，現(xiàn)代化技術(shù)裝備的研究是未來主要趨勢。

(3) 新建礦山企業(yè)，應(yīng)該將充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)來，為后期建設(shè)及開發(fā)利用做好前提條件。因地制宜，建設(shè)具有自身特色的充填系統(tǒng)。井下采空區(qū)的充填可以使采礦、選礦形成良性閉路循環(huán)，可控制地壓和巖爆活動(dòng)，這將是未來綠色礦山建設(shè)的一個(gè)重要的思路。