尾礦干堆對環(huán)境的影響研究與應(yīng)用*

張志明，謝平全，周 亮，李小洛，敖 江

（1.云南科力新材料有限公司，云南 昆明 650031；2.四川鵬晨廢渣利用有限公司，四川 會理 615141）

尾礦是指在工業(yè)生產(chǎn)中含有用成分低，根據(jù)目前的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件不易在分選，多以泥漿形態(tài)外排；我國礦產(chǎn)資源日益“貧、細(xì)、雜”，在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾礦漿逐年增加[1]；怎樣增強(qiáng)尾礦漿的處理成為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的尾礦漿處理是將尾礦漿未經(jīng)處理或進(jìn)行簡單的濃縮輸送到尾礦庫，尾礦水回用，此方式產(chǎn)生長期高成本的低效模式，由于尾礦綜合利用技術(shù)的成本過高，尾礦綜合利用率還很低，大量的尾礦只能堆放在尾礦庫；近年來土地征購越來越困難，傳統(tǒng)尾礦庫占地面積大，新建傳統(tǒng)尾礦庫及配套設(shè)施費用越來越高，居高不下，占選礦廠投資的28%以上；大型尾礦漿輸送設(shè)備、大口徑耐磨管線的運行、維修成本較高，占選礦廠生產(chǎn)成本的23%以上[2]；再加之傳統(tǒng)尾礦庫是生產(chǎn)中最大的危險源，一旦尾礦失事，危及周邊及下游居民生命、財產(chǎn)和公共設(shè)施安全，增加對周邊及下游地表水、地下水、大氣、生態(tài)環(huán)境的影響，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。傳統(tǒng)尾礦庫處理尾礦漿的常見流程如圖1。

圖1 傳統(tǒng)尾礦庫處理尾礦漿常見流程圖Fig.1 Common flow diagram for treatment of tailings slurry of traditional tailings pond

近幾年來國內(nèi)外工程研究人員對增強(qiáng)尾礦漿處理進(jìn)行了一系列的探索，結(jié)合對尾礦漿處理的特點及環(huán)境影響，不斷完善尾礦漿處理的新技術(shù)（尾礦干堆），該技術(shù)利用尾礦干礦堆積，可以節(jié)省土地、水、電等資源，基本杜絕尾礦庫坍塌和污染環(huán)境，解決傳統(tǒng)尾礦庫存在的危險源。因干式堆存的尾礦只含有14%～20%左右的水分，可依地形、土壤性質(zhì)、尾礦性質(zhì)而堆存，不易垮塌，不僅可以節(jié)省常規(guī)維護(hù)費用，還可促進(jìn)尾礦土地的復(fù)墾、節(jié)省占用土地面積、時間，縮短了綠色礦山建設(shè)的生命周期；同時提高循環(huán)水資源利用率，解決了尾礦漿流入附近的河流和尾礦水滲入地下水污染水資源和水生生態(tài)，消除尾礦漿輸送過程中的安全事故，防止揚沙污染生態(tài)、土壤和大氣環(huán)境的風(fēng)險隱患；因此該技術(shù)有利于生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)，提高了社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益[3-5]。同時干排的尾礦還可方便二次應(yīng)用，如圍堰造田、制作建材產(chǎn)品等，有助于樹立良好的企業(yè)形象。隨著民眾對自身安全、環(huán)境保護(hù)要求日益提高，尾礦干堆技術(shù)越來越受到人們的重視，尾礦干堆也隨著技術(shù)的進(jìn)步，得到不斷的完善，為尾礦漿的處理探索出了一條經(jīng)濟(jì)、可行的新路子；尾礦干堆常見尾礦漿處理流程如圖2、圖3、圖4，所以說尾礦干堆技術(shù)即可實現(xiàn)尾礦庫安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗的雙重功效[6-7]；又同時提高循環(huán)水利用率，藥劑消耗量，降低生產(chǎn)成本。闡述了近年來尾礦漿處理的新技術(shù)（尾礦干堆）的一些研究成功案例，總結(jié)傳統(tǒng)尾礦漿處理和尾礦干堆技術(shù)的優(yōu)勢和不足，該模式有助于消除傳統(tǒng)尾礦庫存在的風(fēng)險，有利于安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。

圖2 濃縮—過濾尾礦漿處理流程Fig.2 Concentration-filtration treatment flow of tailings slurry

圖3 濃縮—膏體濃縮尾礦漿處理流程Fig.3 Concentration-paste concentrates treatment flow of tailings slurry

圖4 旋流器--高效濃縮機(jī)--脫水篩尾礦漿處理流程Fig.4 The treatment process that hydrocyclone-high efficiency concentrator-dewatering and screening of tailings of tailings slurry

1 尾礦干堆工藝的優(yōu)缺點

尾礦干堆場與傳統(tǒng)尾礦庫相比，有以下優(yōu)缺點，詳見表1。

表1 尾礦干堆場與傳統(tǒng)尾礦庫優(yōu)、缺點對比Tab.1 Advantages and disadvantages of dry-tailing stacking and traditional tailings pond

2 尾礦干堆需注意的幾個問題

2.1 干堆場址的選擇基本要求

根據(jù)尾礦干堆場地環(huán)境功能區(qū)劃列出的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，在選擇場址時要符合《一般工業(yè)固體廢物存儲、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)的法律、法規(guī)的要求，主要有：①尾礦干堆場址應(yīng)選在工業(yè)區(qū)和居民區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，干堆場界距居民區(qū)應(yīng)有一定的安全距離，防止影響大氣環(huán)境質(zhì)量和人員的正常生產(chǎn)、生活；②禁止尾礦干堆選址在江河、湖泊、水庫最高水位線以下的灘地和洪泛區(qū)；③禁止尾礦干堆場建在自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)和其他需要特別保護(hù)的區(qū)域及附近；④禁止將有毒、有害元素含量超標(biāo)的尾礦堆放在地質(zhì)斷層、斷層破碎帶、天然滑坡以及泥石流影響區(qū)，防止尾礦流失，破壞和污染環(huán)境;⑤禁止尾礦干堆選址在地下水水源含水層和主要的水補(bǔ)給區(qū)的地區(qū)，污染水資源；⑥有毒、有害元素含量超標(biāo)的尾礦應(yīng)選址在承載能力滿足要求，自然防滲性或人工制作的防滲性能好的地基上，地基層防滲系數(shù)小于1.0×10-7cm/s，距地下水位距離不小于1.5 m，避免尾礦的流失污染土壤和水資源。

2.2 尾礦干堆場地的有關(guān)參數(shù)

尾礦干堆場地的建設(shè)需要注意的主要參數(shù)有：尾礦干堆攔渣壩臺階的高度，臺階坡面角的大小、馬道寬度，為充分利用堆放空間，臺階坡面角適可，不要盲日追求低投資，修建的馬道寬度過窄、臺階坡面角過大，進(jìn)而影響到攔渣壩地基的承載能力、抗側(cè)壓力，造成潰壩等安全事故，所以應(yīng)該將安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三要素綜合、動態(tài)地進(jìn)行考慮，合理的選擇臺階高度與坡面角。另外尾礦干堆場地的承載能力與土壤性質(zhì)、地基的承載能力、容積也有密切關(guān)系，在進(jìn)行尾礦干堆場設(shè)計時，需要參照相關(guān)的工程地質(zhì)資料、尾礦的實際資料，熟悉工程地質(zhì)報告，也要進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，特別注重的是：藥劑、含有毒、有害尾礦在尾礦堆放場地的降解和流失對環(huán)境的影響。

2.3 尾礦干堆場地對外來水的防治

對近100年來受過暴雨、暴雪及洪水影響的區(qū)域，尾礦堆放場地應(yīng)根據(jù)實際情況設(shè)計截水溝、回水系統(tǒng)。對于尾礦干堆場地而言，由于尾礦水絕大部分的水分已經(jīng)返回到生產(chǎn)工藝流程中去，因此其排水系統(tǒng)面對暴雨、暴雪及洪水的影響，需要設(shè)置符合實際的截水溝和回水池及回噴系統(tǒng)，防止受污染的水無組織漫流，防止尾礦流失，污染環(huán)境，必要時攔渣壩體下游還需要設(shè)置集水系統(tǒng)，隨時監(jiān)測水質(zhì)，返回回水池再利用。

2.4 環(huán)境風(fēng)險預(yù)測

尾礦干堆場內(nèi)需要進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險預(yù)測，主要是潰壩、含有毒、有害元素的尾礦在堆場的流失風(fēng)險預(yù)測，根據(jù)相關(guān)法律、法規(guī)及相關(guān)條文規(guī)范對風(fēng)險預(yù)測進(jìn)行評價，發(fā)現(xiàn)及時處理，對居民區(qū)、公共設(shè)施產(chǎn)生的危害，根據(jù)實際情況做出居民區(qū)、公共設(shè)施整體搬遷或就地保護(hù)等要求；堅決貫徹執(zhí)行清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的原則，生產(chǎn)過程中盡可能利用循環(huán)水，挖掘產(chǎn)生的棄土盡可能全部用于防滲的回填夯實或換填，基本保證沒有棄方產(chǎn)生，干堆場可根據(jù)實際情況進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)和土地復(fù)墾工作，執(zhí)行綠色礦山建設(shè)實施方案，美化環(huán)境，防止污水無組織漫流，又能防止尾砂飛揚，履行了企業(yè)的社會責(zé)任。

3.5 尾礦干堆環(huán)境風(fēng)險預(yù)測評價

尾礦干堆環(huán)境風(fēng)險預(yù)測評價基本要求有：①計算潰壩、含有毒、有害元素的尾礦在堆場的流失對環(huán)境污染的風(fēng)險，估計事故發(fā)生概率，判斷風(fēng)險級別和采取措施前后風(fēng)險是否可接受；②在計算的基礎(chǔ)上，運用系統(tǒng)、對比等科學(xué)的理論和方法，分析主、客觀條件，決定是否采取措施降低事故風(fēng)險，分析采取各種措施的優(yōu)缺點，分別進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性分析，將風(fēng)險降到可接受的水平，將措施的投入資金與降低的風(fēng)險值進(jìn)行比較，實現(xiàn)社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益最大化；③尾礦中有毒、有害元素含量超標(biāo)的干堆場選址選擇盡可能選在容納污染物環(huán)境容量大、無地下水、或地下水不豐富、地基承載能力等符合要求的地區(qū)，如果不行，則采取措施，并進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險預(yù)測，如果采取措施降低風(fēng)險后，風(fēng)險仍然不可接受，則放棄尾礦干堆場址；④干堆場所處區(qū)域環(huán)境質(zhì)量趨近于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)臨界值時，預(yù)測建設(shè)干堆場后對環(huán)境產(chǎn)生的危害程度，采取措施降低對環(huán)境影響的風(fēng)險，并進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析，決定措施的取舍，如果投入較大、效果不理想，則堅決放棄場址

3 尾礦干堆應(yīng)用實例

3.1 云南省馬豆溝銅礦

原礦處理量為65 t/d，尾礦-0.074 mm占92%，原有的尾礦庫已滿，為了滿足和提高安全生產(chǎn)、實現(xiàn)尾礦干堆，干堆場地選在距離選礦廠6.5 km處的山地，采用濃縮-過濾尾礦漿處理流程，如圖2所示，尾礦漿濃縮后過濾擠壓成為干片狀的尾渣餅，含水量僅有21%左右，由于壓濾處理后尾渣餅中含有黃藥、酚類化合物等易揮發(fā)物質(zhì)和微量氰化物等有害物質(zhì)，對人、畜均有一定危害的，故采用一層尾礦，一層土，分層堆放，分層碾壓；由于地質(zhì)原因，干堆場采取整體防滲，設(shè)置了一道攔渣壩、集液池；為防止粉塵污染，對進(jìn)入于堆場的尾礦用推土機(jī)推平并進(jìn)行碾壓；每逢干旱季節(jié)，還在場內(nèi)噴霧灑水，使其經(jīng)常保持濕潤狀態(tài)，并在壓土上蓋沙，種植沙棘樹；這樣，尾礦被封閉在干堆場里，避免外滲和擴(kuò)散，有毒、有害元素經(jīng)過長期的氧化、露天曝曬和自然降解，基本消除了對環(huán)境的危害。

3.2 云南恒越集團(tuán)

一選廠年處理鐵礦450萬t，年產(chǎn)51萬t鐵精粉，其尾礦干堆工藝采用：“濃縮-膏體濃縮尾礦漿”處理流程，如圖3所示，此工藝簡單，處理量大，設(shè)備采用高效的濃縮、膏體濃縮設(shè)備，投資和生產(chǎn)成本均低，維修方便，能耗低，效益明顯；尾礦干堆場距離選礦廠5 km，場地經(jīng)過人為處理后，地基承載能力滿足設(shè)計要求，層防滲系數(shù)小于1.0×10-7cm/s，配套建設(shè)了選廠循環(huán)系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、清污分流系統(tǒng)、尾礦輸送系統(tǒng)、尾礦全部送干堆場堆存；干堆設(shè)置了攔渣壩、集液池及回噴系統(tǒng)、截洪溝等環(huán)保設(shè)施，確保了尾礦、尾礦淋瀝液不外排，尾礦淋瀝液可用于灑水方式抑制揚塵的產(chǎn)生和恢復(fù)植被的澆灌，降低尾礦干堆場對礦區(qū)環(huán)境質(zhì)量的影響。

3.3 四川乾盛鎢礦

日產(chǎn)生尾礦干礦量約為100 t，濃度31%，粒度偏粗，+0.074 mm占58%，尾礦水除含固量超標(biāo)，其余均滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)；原尾礦庫已接近閉庫，為降低成本，實現(xiàn)尾礦干堆，場址選在距離選礦廠2.5 km處建設(shè)了尾礦干堆場，通過實驗采用旋流器-高效濃縮機(jī)-脫水篩尾礦漿處理流程，如圖4所示，取代了傳統(tǒng)的過濾機(jī)，尾礦干堆最高含水率小于18%；此工藝簡單、流暢、節(jié)能增效，處理量大，降低了初期投資成本和生產(chǎn)成本，該尾礦干堆場形狀酷似盆狀，周圍沒有環(huán)境敏感區(qū)，無珍惜野生動、植物、無地下水，僅設(shè)置了攔渣壩、回水池及回用系統(tǒng)，采用逐步恢復(fù)植被，嚴(yán)格按照開發(fā)利用方案做好環(huán)境的恢復(fù)和重建工作。

4 結(jié)語

1）尾礦干堆具有選址靈活、結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)成本低、生產(chǎn)安全、穩(wěn)定的特點；

2）尾礦干堆不僅可以節(jié)約投資、生產(chǎn)用水和藥劑，還能有效防治環(huán)境污染；

3）尾礦干堆符合企業(yè)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境友好的要求。