黃金尾礦井下充填現狀綜述

陳 軍

(1.陜西黃金集團股份有限公司， 陜西 西安 710054； 2.西北有色地質礦業集團有限公司， 陜西 西安 710054)

1 前言

2017年3月，六部委聯合出臺了《加快建設綠色礦山的實施意見》，其中明確要求對廢石、尾礦等固體廢物分類處理，實現合理利用，固廢利用率達到國家要求。鼓勵大中型礦山廢石不出坑，尾礦井下充填，或固廢利用。綠色礦山的建設以國家多部委正式下發文件要求實施，可見天藍、地綠、水清的礦業開發要求形勢緊迫。有關統計，當前我國黃金產量為世界第一，2009—2013年，黃金尾礦生產量達到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，堆存導致環境被污染，影響周邊的環境安全，污染土壤空氣，甚至造成生命財產損失，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凝結為固體達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，穩固礦體或圍巖，最終達到無廢渣排放。

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，磨礦粒度要求也細，因而尾礦粒度也比較細。另外，黃金提取常要求高pH和使用劇毒氰化物，如果直接二次開發或者充填將對環境帶來新的危害，因此對井下充填有更高的要求。多年來，對于黃金尾礦的綜合利用進行了很多研究，但多數受制于尾礦處理成本高，技術難度大，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用，因此，加強黃金尾礦的再利用和井下充填技術的研究，功在當代，利在千秋[2]。據新版《國家危險廢物名錄》自2016年8月1日起施行，將“采用氰化物進行黃金選礦過程中產生的氰化尾渣”定為危險廢物，而根據《中華人民共和國環境保護稅法》的相關規定，2018年起對危險廢物征收1 000元/噸的環境保護稅。

可見，黃金尾礦具有粒度細、含氰化物高、堆存量大的特點，而尾礦資源化及處置比例低，而對尾礦的利用及處理的現實意義又缺少足夠的前瞻性。隨著新的環保要求及生產成本提高，對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狀

3.1 我國尾礦井下充填技術概況

我國礦山尾礦井下充填經歷了臥式砂池工藝—立式沙倉工藝，干式充填—水力充填，分級尾砂充填—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或者儲存井下以待以后二次開發，全尾砂充填技術可以實現礦山采礦、選礦、充填三者互為依托、綜合平衡的良性閉路循環，可控制地壓和巖爆活動，適宜深部開采。分級尾砂充填是將尾砂預先脫水脫泥分級后的一種的方法，該方法增加了細粒尾礦堆積難度，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域。目前主要井下充填技術見表1。

實際應用中，大多數礦山企業的充填濃度在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，會降低充填強度，主要原因是控制風水聯動造漿的濃度不穩定。同時，砂漿濃度波動較大，水灰比波動較大，最終導致充填體凝結強度難以保證。自動化控制技術與智能識別處理技術則可以有效對膠結充填過程進行控制，避免了砂漿濃度波動，提高了尾礦充填的質量。這種現代化控制技術在新疆銅輝全尾砂膏體充填的應用，打破了全尾砂充填的質量難以保證的認知，使得全尾砂膏體充填工藝取得預期效果[3]。

表1 井下充填主要技術

山東富全礦業有限公司對細粒全尾砂膠結充填技術研究，獲得尾礦性質分析、尾礦膠結試驗、料漿流動性試驗等參數，確定出適宜的膠凝材料種類、膠結工藝參數和輸送工藝條件，選擇優化后的尾礦濃縮充填工藝，取得了良好的實踐[4]。

尾礦充填技術當前難點主要為自動控制和全尾砂濃縮脫水的先進裝備欠缺，施士虎等[5]采用深錐濃縮充填工藝應用在會澤鉛鋅礦，獲得了高濃度的充填膏體，較好地解決了極細粒級的全尾砂脫水問題，其濃度可達到74%以上，對黃金尾礦的適應性強。施士虎等認為膏體或者高濃度充填是今后深井充填的發展方向，膠凝體充填質量與濃度、尾砂粒徑、級配、膠凝材料等有關，選擇合適的級配可使強度提高。

不難看出，尾礦井下充填技術的應用越來越成熟，采用現代化控制技術避免了砂漿濃度的波動引起的水泥與尾砂的離析現象，保證了充填質量，而對細粒級尾礦采用全尾砂高濃度的充填膏體的井下充填技術和裝備的研究也獲得大的進展。

3.2 國內黃金礦山尾礦無毒化研究

針對黃金尾礦的高堿和殘余氰化物可能對地下環境造成的二次危害，需要對黃金尾礦進行無害化預處理達到國家標準后再進行利用或井下充填。

國家對充填固體廢物氰含量鑒別標準：氰化物以CN-計，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、強絡合氰化物、弱絡合氰化物。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，但對于對尾礦中總氰化物的去除毒性研究很少[6-7]。

劉云飛[9]應用堿氯法處理含氰廢水和廢礦漿后氰化物濃度可以達到國家的《污水綜合排放標準》要求。試驗表明：用次氯酸鈣的效果要優于漂白粉, 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，實現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，具有良好的經濟效益。

可見，無毒化處理對井下充填的生態環境保護尤為重要。

3.3 黃金尾礦井下充填工藝應用

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研究中提到采用螺旋溜槽和搖床對某金礦尾礦進行分選,獲得的長石粉,可作為建筑陶瓷原料。選別過程中產生的粗粒級尾礦集中返回井下充填，可使尾礦綜合利用率達到61.22%，具有較好的經濟效益和社會效益[10]。

招遠金礦靈山分礦采用高水固結尾砂充填采礦法，比原來水泥河沙膠結充填工藝提高了生產能力、節約成本，其尾砂代替砂石作井下充填料在技術上和經濟上都取得良好效果[11]。

根據排山樓金礦采空區穩定到亞穩定的現狀以及地表尾礦庫需要保護程度的要求，提出留“L”字形保安礦柱和從地表打井分區充填采空區的綜合治理方案[12]。焦家金礦用尾礦做采空區充填料，尾礦利用率已經達到57%以上，節約了充填成本，實現了采礦作業安全生產與環境協調發展[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堆排、充填等尾礦處理方式的成本進行了分析計算，得出尾礦充填單位成本為56.58元/m3，綜合成本具良好的經濟可行性[14]。

綜上，黃金尾礦充填應用在國內多個礦山已經取得了良好的效果，其經濟成本也可行。

4 國外黃金礦山充填

國外尾礦井下充填技術廣泛的應用在黃金礦山。

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

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

南非是世界上黃金生產量最多的地方，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。在20世紀80年代，南非充填工藝發展最快，主要有廢石膠結充填、脫泥尾砂膠結充填。目前，南非許多礦山的開采深度已經達到2 135m以上，其中Anglogold 有限公司西部深水平金礦，采礦深度達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應用起步早，裝備和技術應用成熟，已經將充填技術應用在深部礦產開發中。

5 結論

我國的黃金礦山數量眾多，井下充填技術是礦山開發的一項利國利民的技術，該技術在全球范圍尤其國外已經取得了較為廣泛應用和發展，國內近年來也逐漸開始重視和推廣，對于未來深部采礦也是不可或缺的技術之一。對黃金尾礦充填有以下幾個方面的結論及建議。

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

(2) 黃金尾礦處置的工藝和其他尾礦處置有所不同，需要預先進行無害化處置，達到國家充填物標準后再選擇合適的充填方法充填。雖然近年來，井下充填技術已經取得較大的進展，但是廣泛應用還會遇到更多的問題。因此，加強對尾礦充填技術的研究刻不容緩，現代化技術裝備的研究是未來主要趨勢。

(3) 新建礦山企業，應該將充填系統設計進來，為后期建設及開發利用做好前提條件。因地制宜，建設具有自身特色的充填系統。井下采空區的充填可以使采礦、選礦形成良性閉路循環，可控制地壓和巖爆活動，這將是未來綠色礦山建設的一個重要的思路。