關于在我國南方多雨地區實施尾礦干堆技術的探討

曾憲坤,沈樓燕,2

(1.中國瑞林工程技術有限公司,江西南昌330002;2.武漢大學經濟與管理學院,湖北武漢430070)

作為對尾礦傳統濕式貯存方法的一種革新,將尾礦壓濾后貯存,即尾礦干堆技術,在20世紀90年代初在國內個別黃金礦山開始應用。與傳統的水力沖填筑壩工藝相比,該技術可以減少環境污染,降低尾礦堆壩的安全風險,并提高庫容利用率,具有顯著的環保、社會和經濟效益。由于尾礦庫相關設計規范并沒有對尾礦干堆作強制性規定,僅北方地區,如山東、遼寧、內蒙等地黃金礦山企業,出于環保或回水利用等原因,加之北方干燥少雨,對尾礦實施干堆貯存,生產管理較為方便,因此得到廣泛運用。南方省份由于其地域氣候屬多雨區,暴雨強度大,對尾礦干堆后的管理造成極大的不便,加之尾礦干堆運營成本相比傳統的水力沖填法偏高,因此,大多南方礦山企業對尾礦干堆技術持謹慎態度,目前運用較少,且效果不甚理想。筆者曾參與了南方地區某黃金礦山尾礦干堆的設計、施工全過程,也考察了幾個實施尾礦干堆技術的現場,認為南方多雨地區實施尾礦干堆技術存在一些誤區,借此文與同行們進行探討。

1 尾礦干堆技術的特點

20世紀90年代,山東歸來莊金礦首次將壓濾設備用于尾礦壓濾,并對尾礦進行干式堆存,實現了我國尾礦濕式貯存方式的創新。其后,遼寧排山樓金礦、內蒙古撰山子金礦與柴胡欄子金礦等,先后實施了尾礦干堆并獲得成功。尾礦干堆技術主要有以下一些優缺點:

優點:①廢水不進庫,降低了環境污染的風險,環保效益顯著。例如:一座400t/d全泥氰化炭漿廠,每年可減少排放污水量35.1萬m3,按國家含氰污水排放標準0.5mg/L計算,每年向環境少排放175.5kg的氰化鈉[1]。②提高了尾礦庫庫容利用率,延長尾礦庫的服務年限,具有較高的經濟效益。傳統尾礦濕式貯存其庫容利用系數受地形、放礦工藝等因素限制,一般為0.6～0.9之間,堆積干容重一般為1.2～1.4t/m3,而尾礦干堆其庫容利用系數基本接近于1.0,堆積容重高達1.7t/m3以上。因此,尾礦干堆可延長尾礦庫服務年限約30%以上。在處置同等量的尾礦時,干堆工藝較之濕式貯存工藝可使尾礦庫投資大大降低。③尾礦壓濾的濾液返回再利用,可以回收大部分已溶金屬,有利于提高金的浸出率和選冶總回收率[1]。④尾礦采用干式堆存,大大降低了尾礦壩潰壩等安全風險。從目前已失事的尾礦庫來看,絕大部分以“水患”為誘因。⑤廢水中相關化學材料得到循環利用,節約大量藥劑消耗。以遼寧排山樓金礦為例,實施尾礦干堆后,單位礦石消耗氰化鈉500g/t相比濕法工藝單位消耗800g/t[2]下降了37.5%。

缺點:①基建期設備投資及生產期運營成本與傳統濕法工藝相比相對較高,一般企業從感情上較難接受;②尾礦干堆維護相對復雜,主要需解決尾礦濾餅運輸沿途的環境污染、作業面的機械整平等問題。③運用條件有一定的范圍限制:尾礦壓濾干堆技術對于氰化炭漿工藝其環保、經濟效益明顯,但對于采用浮選法生產的礦山其效益不明顯[1]。對于北方干旱地區較為適用,而對于多雨的南方地區,筆者建議經過技術經濟綜合比選后采用。

2 南方多雨地區運用尾礦干堆技術存在的問題

南方多雨地區運用尾礦干堆技術由于在實施的過程中存在以下一些問題:①太注重壓濾設備的脫水效果,而忽略尾礦的干堆效果。干堆尾礦的含水率直接影響機械壓實效果。②在濾餅進入尾礦庫后,沒有注重“清污分流”。沒有采取有效的措施對庫外洪水 (清水)進行攔截,導致干堆后雨污混流。相比傳統的水力沖填方式,干堆的優勢就是體現在保持庫內的“干燥”狀態,而雨水 (清水)一旦入庫,即變為污水不得隨便外排,尾礦干堆體就有可能變成一片“沼澤地”,直接影響干堆作業和干堆體的穩定。所以,南方多雨地區要想讓雨水不成為尾礦干堆的障礙,必須設置截洪設施,實現清水、污水分流。③對尾礦壓濾后濾餅暫存區環保防滲不重視。由于選礦工藝需要,實施干堆的金礦尾礦一般含砷、氰等有毒有害物質,屬于需采取一定防滲措施隔離的“Ⅱ類廢物”,但有些礦山企業環保意識不足,將壓濾后的濾餅由皮帶運輸機直接傾倒在暫存區。雖然尾礦庫內防滲措施齊全,但暫存區無任何防滲措施,不可避免造成污水橫流,人為制造了環境污染。④不注重分期實施的重要性。一次性建成面積過大,沒有對干堆區從平面、豎向進行合理分期,導致建成區空置時間過長,作業區匯水面積過大,從而導致庫內積水的現象發生,不利于清污分流,不利于減小污水量的產生,且致使企業投資壓力過大。⑤運營過程中防護設施不夠,防滲層破壞現象時有發生。干堆作業需要機械進行攤鋪,而操作稍有不當,對防滲層就極易造成破壞,破壞了防滲效果。

3 應對措施

針對上述問題,筆者提出如下應對措施:①合理控制壓濾后濾餅含水量,使之有利于干堆體的壓實效果,從而有利于干堆體的穩定性。②做好清污分流,通過在上游修建截水壩或者周邊修建截洪溝的方式,必要時在干堆體表面采取臨時覆蓋措施,盡可能減少進入干堆區的雨水。③分期實施:根據干堆庫的地形地貌,合理分區、分期實施,使各個分區得到合理使用并最大限度清污分流;分期投資亦可減小企業的資金壓力。④做好暫存區環保防滲及污水收集措施:南方多雨地區雨季時,不適宜進行干堆作業,因此,應充分考慮暫存區的暫存能力,防滲和污水收集都是暫存區設計時考慮的重點內容。⑤干堆庫的防滲采用復合襯里防滲方案:一般礦山尾礦庫地質情況比較復雜,單層防滲襯層的防滲效果容易失效。因此,建議干堆庫設計時,首選復合襯里防滲方案。⑥規避濾餅運輸產生的污染:無論是汽車運輸或是膠帶運輸,應考慮避免對運輸沿途的污染問題。⑦管理到位:配備專人管理,并針對干堆庫的工藝要求,培訓合格后方可上崗。

4 工程實例

筆者現將親自設計的尾礦干堆工程實例介紹如下:筆者認為,該工程實例克服了南方多雨地區實施尾礦干堆通常存在的問題和不足,可以供工程技術人員和礦山管理者參考借鑒。

某黃金礦山位于貴州省黔西南州,距貴陽市約240km,礦區屬亞熱帶濕潤氣候區,根據降雨資料,年平均降雨量1357mm,降雨主要集中在5～8月間,短歷時暴雨強度較高,年最大24 h暴雨均值102mm,屬典型的南方多雨區。該礦礦石為難選冶金礦,采用浮選、生物預氧化及炭浸技術進行處理,年處理礦石量120×104t。根據選礦工藝,浮選尾礦量平均95.38×104t/a,炭浸尾礦量平均18.0×104t/a。炭浸尾礦原設計為解毒處理后濕排工藝并已建成投產,后出于環保及安全方面考慮,對炭浸尾礦進行解毒后干堆貯存。

1)尾礦性質:尾礦粒度為-200目占88%,礦漿濃度為25%～30%。尾礦浸出試驗分析結果為A s 0.17mg/L、氰化物0.76 m g/L、總汞0.001 mg/L、總鉛0.002 mg/L、總銅0.075 mg/L、總鉻<0.015 mg/L、p H值8～9。由于氰化物超標,屬于“Ⅱ類”一般工業固體廢物,貯存設施需采取防滲處理,尾礦澄清水需經處理后達標排放。

2)壓濾工藝:壓濾車間脫水設計規模為1000t/d,壓濾作業選用 XM Z1060/2000壓濾機2臺,濾液返回炭浸調漿,循環利用,實現濾液“零”排放。于壓濾車間附近設置干料暫存區,存放時間按6天考慮。暫存區做防滲處理并設有集水設施,將收集到的廢水返回至炭浸廠循環利用。

3)壓濾后的濾餅物理性質:對濾餅共取了五組試樣進行三軸土工試驗,結果表明:該尾礦濾餅含水率介于液限～塑限之間,塑性指數平均值19.04,具有一定黏性;液性指數平均值0.34,呈可塑狀態,手搓可成條。

4)干堆工藝:規則、有序的分單元干堆作業可以散發濾餅內水分,為機械碾壓提供便利,從而提高庫容利用率,并增強干堆體的穩定性。筆者將干堆庫從平面、豎向劃分為若干個單元,要求在指定的幾個作業單元進行卸料并攤平,天氣睛朗時堆放2～3 d后,即可上機械碾壓。暫時已完成作業的單元,設置3%～5%坡度坡向兩側(必要時采用1.0mm的 HDPE膜進行臨時覆蓋),以便雨季來臨時覆蓋膜上的匯水流入兩側人工設置的排水溝內排至干堆區外。后進場的濾餅在已壓實的堆體表面卸料,步驟同前。

5)干堆區的設計:根據該項目的特殊性,由于濕排區一次性建壩,庫內蓄水較多,短期內無法疏干。因此,在已建成濕排區庫尾新建干堆啟動區 (約可服務2年),既避免了“干濕混排”的局面,又為疏干濕排區蓄水預留了足夠的時間。新建干堆區為一相對獨立的區域,依據“Ⅱ類處置場”標準建設,分別設有干堆區攔擋壩、庫底地下水導排系統、防滲系統、污水收集系統、豎向導滲系統和截排洪系統 (包括周邊截洪和干堆區上游的截水壩)。地下水導排和截排洪系統,可有效地排除庫底滲水和攔截周邊坡面匯流,防止雨水 (清水)進入庫內。而庫內的污水經攔擋壩、防滲系統 (由1.5mm厚 HDPE膜+GCL組成復合防滲襯墊)攔截后進入污水收集系統,抽排至污水處理廠,最終實現清污分流。

該尾礦干堆項目于2008年9月建成,由于在庫區實施了水平防滲、清污分流等設施,大大降低了環境污染風險,對入庫的尾礦濾餅基本實現了機械壓實作業,提高了庫容利用率,也降低了尾礦壩潰壩風險。

5 結 語

尾礦干堆技術作為尾礦貯存方式的一種趨勢,具有顯著的環保、社會和經濟效益,在環境保護日趨重要背景下,該技術必然將被普遍推廣使用。實踐證明,南方多雨地區巖金礦山,通過采取合理的工程技術措施,運營階段制定嚴格的管理要求,可以有效地實現清污分流,并保證尾礦干堆的安全穩定性。尾礦干堆技術將在南方多雨地區成功推廣運用。

[1] 姚香.黃金尾礦干堆技術若干問題的探討 [J].金屬礦山,2005,8(增刊):527-530.

[2] 遲春霞,沈強.尾礦干堆技術探討 [J].黃金,2002,23(08):47-49.

[3] 國家環境保護總局.一般工業固體廢物貯存處置場污染控制標準 [S].GB18599-2001,北京:中國環境科學出版社,2001.

[4] 錢學德,等.現代衛生填埋場的設計與施工 [M].北京:中國建筑工業出版社 ,2001:60.

[5] 中國有色金屬工業總公司.選礦廠尾礦設施設計規范[S].北京:中國標準出版社,1991:14-15.