淺析特定工況下的尾礦處置方案

戴海旭，李云清

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

金屬非金屬礦山為維持選礦廠正常生產、保護環境和資源儲備需設置尾礦庫，以堆存選礦廠進行礦石選別后排出的尾礦。尾礦庫既是重要的生產設施，同時從環保和安全上來說也是重大的污染源和危險源，因此科學合理地設計尾礦庫、選擇尾礦處置方案，對于金屬非金屬礦山企業意義重大。

對于每個具體的金屬非金屬礦山工程項目，選擇什么類型的尾礦庫，采用哪種尾礦堆存方式，應該依據項目特定的工況，通過技術經濟比選而確定。本文結合剛果（金）某銅礦項目，來分析特定工況下尾礦處置方案的選擇。

1 基礎資料

剛果（金）某銅礦項目目前采用露天開采，項目現場建設有完善的露天采礦場、濕法冶煉廠、硫磺制酸廠、機修及行政福利設施，處理對象為氧化礦。礦山廠區存有閑置數年的氧化礦選礦設施。按照現有的地質資料，露天開采約剩下兩三年時間，之后計劃轉入地下開采，主要采出硫化礦。

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

濕法冶煉廠產生的冶煉渣和選礦廠產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。我國現有的多數大、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。國內低山丘陵地區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缺點

（3）平地型尾礦庫——在地勢平緩的地方周邊筑壩所圍成的尾礦庫。國內沙漠戈壁或平原地區經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。截河型尾礦庫國內采用的不多，目前已知在智利、阿根廷的一些金礦項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缺點見表1。

2.2 尾礦庫類型選擇

通過上一節尾礦庫類型的介紹可知，對于一個工程項目而言，尾礦庫類型的選擇主要以項目所在地現場的地形而定。剛果（金）某銅礦項目現場地形平坦，地勢平緩，適宜采用平地型尾礦庫，再參考現場已有的冶煉渣庫，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）某銅礦項目礦區位于南半球熱帶，所在區域為熱帶草原性氣候，一年中分為旱季、雨季兩個季節，年均降雨量1244mm，蒸發量1526.8mm。根據工程經驗，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。結合礦山實際情況，對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，無需在廠區布置尾礦濃密機，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，運行費用高。

（2）高濃度堆存

在選礦廠前設濃密機回水，盡量提高濃密機的底流濃度，在選礦廠區通過尾礦濃密機回收尾礦中的部分水量，減少尾礦漿帶入尾礦庫的水量，在尾礦庫內設回水設施，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，但是礦漿濃度提高，尾礦輸送與回水工程投資、運行費用都明顯減少。

（3）膏體（超高濃度）堆存

目前這種尾礦堆存方式在干旱地區使用較多。在選礦廠附近設高效濃密機，將尾礦濃縮至50%的重量濃度后，輸送至深錐濃密機，將尾礦進行二次濃縮至膏體或超高濃度，膏體濃密機的底流重量濃度一般為68%左右，膏體濃密機的底流再通過高揚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施，尾礦濃縮與輸送的投資、運行費與高濃度堆存相對將大幅增加。

（4）干堆

在選礦廠附近設高效濃密機，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，同時運行費用較高，尤其在生產規模較大的條件下，尾礦壓濾廠房占地面積大，投資較大。

根據選礦工藝條件，選廠排出的尾礦重量濃度約為27%，參考該項目現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

根據尾礦堆存方式，選礦廠復產后產生尾礦采用低濃度堆存。為了減少工程投資，應盡量利用現有設施，即充分利用現有冶煉渣庫堆存尾礦，但是根據業主提供的相關資料，尾礦庫壩體上升速度不能超過2.5m/a。

現有冶煉渣庫采用上游法堆壩，根據冶煉渣庫建設歷史情況和冶煉渣堆存現狀，同時考慮礦山未來發展情況，對以下兩個尾礦處置方案進行比選，分別敘述如下：

4.1 方案一：現有冶煉渣庫加高方案

通過對現有冶煉渣庫的庫容進行復核，若冶煉渣和尾礦同時排入現有冶煉渣庫，壩體上升速度將大于2.5m/a，為保證壩體安全穩定，壩體需采用采場廢石上游法加高筑壩，分期堆筑各級子壩。

各級子壩上游壩坡鋪設細粒廢石和無紡土工布作反濾，防止冶煉渣和尾礦排放過程中發生外泄。子壩堆筑過程中鋪設水平排滲管，各級馬道及壩面設橫向和縱向排水溝。

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

4.2 方案二：新建尾礦庫方案

冶煉渣單獨排入現有冶煉渣庫，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，壩腳設置貼坡排滲對壩體進行排滲加固處理，以保證加高后壩體的安全穩定。

根據項目現場的地形，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。尾礦庫底部一定區域范圍內鋪設排滲墊層，四周壩腳設置貼坡排滲及排水溝對壩體進行排滲加固處理，以保證壩體的安全穩定。

表2 尾礦處置方案比較表

4.3 尾礦處置方案比選

針對上述兩個尾礦處置方案，再綜合考慮每個方案主要的尾礦設施，分別從尾礦壩、尾礦輸送、排滲加固、尾礦回水等幾個方面，對以上兩個尾礦處置方案進行分析比較[2]，比較結果見表2。

根據表2的對比分析并考慮該項目實際情況，可以得出，方案二（即新建尾礦庫方案）無論安全性、環保性還是工程投資，均優于方案一（即現有冶煉渣庫加高方案），因此該項目最終采用新建尾礦庫方案。

5 結語

每個金屬非金屬礦山工程項目都有其獨特性和唯一性，項目的工況千差萬別，因此針對具體的工程項目，在選擇尾礦處置方案的時候，要充分考慮項目所在地相關的法律法規及規范要求、項目現場的地形及水文地質情況、尾礦特性資料、項目所在地的慣用尾礦處置方法、基建成本及運營成本等特定的工況和基礎資料，綜合進行技術經濟比選，方能最終確定科學合理的尾礦處置方案。