淺析特定工況下的尾礦處置方案

戴海旭，李云清

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

金屬非金屬礦山為維持選礦廠正常生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境和資源儲(chǔ)備需設(shè)置尾礦庫，以堆存選礦廠進(jìn)行礦石選別后排出的尾礦。尾礦庫既是重要的生產(chǎn)設(shè)施，同時(shí)從環(huán)保和安全上來說也是重大的污染源和危險(xiǎn)源，因此科學(xué)合理地設(shè)計(jì)尾礦庫、選擇尾礦處置方案，對(duì)于金屬非金屬礦山企業(yè)意義重大。

對(duì)于每個(gè)具體的金屬非金屬礦山工程項(xiàng)目，選擇什么類型的尾礦庫，采用哪種尾礦堆存方式，應(yīng)該依據(jù)項(xiàng)目特定的工況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選而確定。本文結(jié)合剛果（金）某銅礦項(xiàng)目，來分析特定工況下尾礦處置方案的選擇。

1 基礎(chǔ)資料

剛果（金）某銅礦項(xiàng)目目前采用露天開采，項(xiàng)目現(xiàn)場建設(shè)有完善的露天采礦場、濕法冶煉廠、硫磺制酸廠、機(jī)修及行政福利設(shè)施，處理對(duì)象為氧化礦。礦山廠區(qū)存有閑置數(shù)年的氧化礦選礦設(shè)施。按照現(xiàn)有的地質(zhì)資料，露天開采約剩下兩三年時(shí)間，之后計(jì)劃轉(zhuǎn)入地下開采，主要采出硫化礦。

采出硫化礦后，重新啟用現(xiàn)有閑置的選礦廠，選礦后產(chǎn)生的大量尾礦需要合理處置?，F(xiàn)場有一個(gè)冶煉渣庫，用于堆存濕法冶煉廠產(chǎn)生的冶煉渣。

濕法冶煉廠產(chǎn)生的冶煉渣和選礦廠產(chǎn)生的硫化礦尾礦濃度均為27%左右。

2 尾礦庫類型

2.1 常見尾礦庫類型

尾礦庫通常有以下四種類型[1]：

（1）山谷型尾礦庫——即在山谷谷口處堆筑尾礦壩形成的尾礦庫。我國現(xiàn)有的多數(shù)大、中型尾礦庫都屬于這種類型。山谷型尾礦庫示意圖如圖1所示。

（2）傍山型尾礦庫——在山坡腳下傍山筑壩而圍成的尾礦庫。國內(nèi)低山丘陵地區(qū)的中小礦山多選用這種類型的尾礦庫。傍山型尾礦庫示意圖如圖2所示。

圖1 山谷型尾礦庫示意圖

圖2 傍山型尾礦庫示意圖

圖3 平地型尾礦庫示意圖

圖4 截河型尾礦庫示意圖

表1 四種常見類型尾礦庫的優(yōu)缺點(diǎn)

（3）平地型尾礦庫——在地勢(shì)平緩的地方周邊筑壩所圍成的尾礦庫。國內(nèi)沙漠戈壁或平原地區(qū)經(jīng)常采用這種類型的尾礦庫。平地型尾礦庫示意圖如圖3所示。

（3）截河型尾礦庫——截取一段河床，在其上下游兩端分別堆筑尾礦壩所形成的尾礦庫。截河型尾礦庫國內(nèi)采用的不多，目前已知在智利、阿根廷的一些金礦項(xiàng)目上有采用這種類型的尾礦庫。截河型尾礦庫示意圖如圖4所示。

以上四種常見類型尾礦庫的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

2.2 尾礦庫類型選擇

通過上一節(jié)尾礦庫類型的介紹可知，對(duì)于一個(gè)工程項(xiàng)目而言，尾礦庫類型的選擇主要以項(xiàng)目所在地現(xiàn)場的地形而定。剛果（金）某銅礦項(xiàng)目現(xiàn)場地形平坦，地勢(shì)平緩，適宜采用平地型尾礦庫，再參考現(xiàn)場已有的冶煉渣庫，同樣采用的是平地筑壩建庫的形式，所以新建尾礦庫采用平地型尾礦庫，四面筑壩。

參考現(xiàn)有冶煉渣庫，利用尾礦庫地面天然地基土層作為防滲層，尾礦庫底部需進(jìn)行多次碾壓，減小庫底土壤孔隙率，阻止尾礦水滲入地下，以免對(duì)地下水造成污染。

3 尾礦堆存方式

3.1 尾礦堆存主要方式

到目前為止，世界上對(duì)尾礦地面堆存主要方式有以下四種[1]：

（1）以選礦廠排出尾礦的濃度排入尾礦庫堆存，其濃度一般在30%以下，可以稱其為低濃度排礦堆存；

（2）將低濃度尾礦漿濃縮后排入尾礦庫堆存，其濃度一般在40～55%之間，可以稱其為高濃度排礦堆存；

（3）將尾礦漿加強(qiáng)濃縮成為膏體（超高濃度）排入尾礦庫堆存，可以稱其為膏體（超高濃度）排礦堆存；

（4）將尾礦進(jìn)行壓濾或過濾到含水量極低后再堆存于尾礦庫，一般稱為干堆。

3.2 尾礦堆存方式比選

剛果（金）某銅礦項(xiàng)目礦區(qū)位于南半球熱帶，所在區(qū)域?yàn)闊釒Р菰詺夂颍荒曛蟹譃楹导?、雨季兩個(gè)季節(jié)，年均降雨量1244mm，蒸發(fā)量1526.8mm。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，無論采用哪種堆存方式，尾礦回水率都能保證在70%左右，也都能滿足礦山用水需求。結(jié)合礦山實(shí)際情況，對(duì)這四種堆存方式簡述如下：

（1）低濃度堆存

選廠排出低濃度尾礦直接輸送至尾礦庫堆存，無需在廠區(qū)布置尾礦濃密機(jī)，尾礦采用低濃度輸送，輸送礦漿量大，尾礦庫回水量大，輸送與回水工程投資大，運(yùn)行費(fèi)用高。

（2）高濃度堆存

在選礦廠前設(shè)濃密機(jī)回水，盡量提高濃密機(jī)的底流濃度，在選礦廠區(qū)通過尾礦濃密機(jī)回收尾礦中的部分水量，減少尾礦漿帶入尾礦庫的水量，在尾礦庫內(nèi)設(shè)回水設(shè)施，盡量提高回水率。與低濃度相比，高濃度堆存需要增加尾礦濃密機(jī)，但是礦漿濃度提高，尾礦輸送與回水工程投資、運(yùn)行費(fèi)用都明顯減少。

（3）膏體（超高濃度）堆存

目前這種尾礦堆存方式在干旱地區(qū)使用較多。在選礦廠附近設(shè)高效濃密機(jī)，將尾礦濃縮至50%的重量濃度后，輸送至深錐濃密機(jī)，將尾礦進(jìn)行二次濃縮至膏體或超高濃度，膏體濃密機(jī)的底流重量濃度一般為68%左右，膏體濃密機(jī)的底流再通過高揚(yáng)程容積式泵輸送至尾礦庫有序排放、堆存。

該堆存方式由于通過二段濃密提高了尾礦的排放濃度，尾礦回水率也相應(yīng)的提高，使得尾礦回水率與尾礦高濃度堆存方案相比有一定程度的提高。但由于尾礦需要二次濃縮且增加了膏體輸送排放設(shè)施，尾礦濃縮與輸送的投資、運(yùn)行費(fèi)與高濃度堆存相對(duì)將大幅增加。

（4）干堆

在選礦廠附近設(shè)高效濃密機(jī)，將尾礦濃縮至50%的重量濃度，輸送至尾礦庫附近，在尾礦庫附近設(shè)壓濾車間，將尾礦壓濾成濾餅，將壓濾后的尾礦通過卡車或者皮帶運(yùn)至尾礦庫干式堆存。

干堆與以上幾種堆存方式相比，尾礦回水率最高，但是由于增加了尾礦濃縮、尾礦壓濾以及皮帶輸送，尾礦脫水與輸送初期投資較高，同時(shí)運(yùn)行費(fèi)用較高，尤其在生產(chǎn)規(guī)模較大的條件下，尾礦壓濾廠房占地面積大，投資較大。

根據(jù)選礦工藝條件，選廠排出的尾礦重量濃度約為27%，參考該項(xiàng)目現(xiàn)有冶煉渣庫堆存方式，選廠排出尾礦直接通過渣漿泵管道壓力輸送至尾礦庫低濃度地面堆存。

4 尾礦處置方案

根據(jù)尾礦堆存方式，選礦廠復(fù)產(chǎn)后產(chǎn)生尾礦采用低濃度堆存。為了減少工程投資，應(yīng)盡量利用現(xiàn)有設(shè)施，即充分利用現(xiàn)有冶煉渣庫堆存尾礦，但是根據(jù)業(yè)主提供的相關(guān)資料，尾礦庫壩體上升速度不能超過2.5m/a。

現(xiàn)有冶煉渣庫采用上游法堆壩，根據(jù)冶煉渣庫建設(shè)歷史情況和冶煉渣堆存現(xiàn)狀，同時(shí)考慮礦山未來發(fā)展情況，對(duì)以下兩個(gè)尾礦處置方案進(jìn)行比選，分別敘述如下：

4.1 方案一：現(xiàn)有冶煉渣庫加高方案

通過對(duì)現(xiàn)有冶煉渣庫的庫容進(jìn)行復(fù)核，若冶煉渣和尾礦同時(shí)排入現(xiàn)有冶煉渣庫，壩體上升速度將大于2.5m/a，為保證壩體安全穩(wěn)定，壩體需采用采場廢石上游法加高筑壩，分期堆筑各級(jí)子壩。

各級(jí)子壩上游壩坡鋪設(shè)細(xì)粒廢石和無紡?fù)凉げ甲鞣礊V，防止冶煉渣和尾礦排放過程中發(fā)生外泄。子壩堆筑過程中鋪設(shè)水平排滲管，各級(jí)馬道及壩面設(shè)橫向和縱向排水溝。

在加高壩體的過程中，采用輻射井和壩腳貼坡排滲對(duì)壩體進(jìn)行排滲加固處理，以保證加高后壩體的安全穩(wěn)定。

4.2 方案二：新建尾礦庫方案

冶煉渣單獨(dú)排入現(xiàn)有冶煉渣庫，另外新建尾礦庫堆存尾礦。

冶煉渣庫采用冶煉渣上游法分期加高，壩腳設(shè)置貼坡排滲對(duì)壩體進(jìn)行排滲加固處理，以保證加高后壩體的安全穩(wěn)定。

根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場的地形，新建尾礦庫采用平地型尾礦庫，四面筑壩，尾礦采用上游法堆筑。尾礦庫底部一定區(qū)域范圍內(nèi)鋪設(shè)排滲墊層，四周壩腳設(shè)置貼坡排滲及排水溝對(duì)壩體進(jìn)行排滲加固處理，以保證壩體的安全穩(wěn)定。

表2 尾礦處置方案比較表

4.3 尾礦處置方案比選

針對(duì)上述兩個(gè)尾礦處置方案，再綜合考慮每個(gè)方案主要的尾礦設(shè)施，分別從尾礦壩、尾礦輸送、排滲加固、尾礦回水等幾個(gè)方面，對(duì)以上兩個(gè)尾礦處置方案進(jìn)行分析比較[2]，比較結(jié)果見表2。

根據(jù)表2的對(duì)比分析并考慮該項(xiàng)目實(shí)際情況，可以得出，方案二（即新建尾礦庫方案）無論安全性、環(huán)保性還是工程投資，均優(yōu)于方案一（即現(xiàn)有冶煉渣庫加高方案），因此該項(xiàng)目最終采用新建尾礦庫方案。

5 結(jié)語

每個(gè)金屬非金屬礦山工程項(xiàng)目都有其獨(dú)特性和唯一性，項(xiàng)目的工況千差萬別，因此針對(duì)具體的工程項(xiàng)目，在選擇尾礦處置方案的時(shí)候，要充分考慮項(xiàng)目所在地相關(guān)的法律法規(guī)及規(guī)范要求、項(xiàng)目現(xiàn)場的地形及水文地質(zhì)情況、尾礦特性資料、項(xiàng)目所在地的慣用尾礦處置方法、基建成本及運(yùn)營成本等特定的工況和基礎(chǔ)資料，綜合進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，方能最終確定科學(xué)合理的尾礦處置方案。