黃金礦山氰化尾渣充填技術探究

郭樹林　閔忠鵬　劉龍瓊　侯俊　蘭馨輝

摘要：氰化提金工藝在黃金生產過程中產生大量的氰化尾渣，氰化尾渣的處理已成為黃金行業目前面臨的主要問題之一。氰化尾渣無害化處理后，采用膏體充填技術將氰化尾渣充填至井下采空區，為氰化尾渣處理提供一種新的思路。詳細介紹了黃金礦山氰化尾渣的充填現狀，分析了國內外黃金礦山氰化尾渣進行井下回填的標準及氰化尾渣回填之前的處理技術，同時針對氰化尾渣進行井下回填的安全性、可靠性及優勢進行了探索，以期為氰化尾渣充填應用提供參考借鑒。

關鍵詞：黃金礦山;氰化尾渣;膏體充填;無害化處理;充填標準

中圖分類號：TD853.34 文章編號：1001-1277（2020）09-0072-05

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20200911

引 言

自19世紀80年代末，氰化法首次在黃金礦山中應用以來，其就以適應性強、成本低、回收率高、就地產金等顯著優勢而被黃金礦山廣泛采用。據不完全統計，目前世界黃金產量的80 %以上是采用氰化提金技術獲得的[1-2]。

據統計，全國黃金行業每年氰化尾渣產生量約1億t。 目前，國內氰化尾渣的處理方式以無害化處理后進行尾礦庫干堆為主。近年來，隨著國家對生態環境保護工作重視力度的逐漸加大，一大批與環保相關的法律法規、規范和產業政策相繼出臺。例如：2016年6月 1日起施行的《土壤污染防治行動計劃》，將金礦采選和金冶煉行業列為重點監管行業;2016年8月1日起實施的新版《國家危險廢物名錄》，將“采用氰化物進行黃金選礦過程中產生的氰化尾渣和含氰廢水處理污泥”列入危險廢物目錄;2017年5月印發的《關于加快建設綠色礦山的實施意見》，明確將綠色礦山建設上升為國家行為;2018年6月24日發布的《關于全面加強生態環境保護 堅決打好污染防治攻堅戰的意見》中提出，要積極推進露天礦山綜合整治，加快環境修復和綠化，開展病危險尾礦庫和“頭頂庫”專項整治。這些法律法規、產業政策的出臺無疑對黃金行業的發展提出了更高的要求。氰化尾渣的處理，是黃金行業目前面臨的主要問題之一。本文調查了國內外黃金礦山氰化尾渣充填現狀，分析了氰化尾渣充填標準及氰化尾渣充填之前處理技術，同時研究了氰化尾渣制作充填骨料的安全性、力學適應性，以及膏體充填的優勢等，以期為氰化尾渣的處理及充填提供參考借鑒。

1 黃金礦山氰化尾渣充填現狀

尾礦庫與采空區是礦山生產過程中主要的安全隱患，調查表明：在全國已確定安全度的1 035座尾礦庫中，危庫、險庫及病庫所占的比例約37.9 %，嚴重威脅人員及環境安全。2018年3月，環境保護部頒布實施的HJ 943—2018 《黃金行業氰渣污染控制技術規范》（下稱“氰渣規范”）中，明確規定氰化尾渣經無害化處理后，可進行地表尾礦庫堆存。這種處理方式由于其處理技術相對成熟、成本相對低廉，成為目前黃金行業絕大多數氰化提金企業的主要處理方式。近年來，受國家環保政策、征地困難、投資日益增高等因素影響，企業新建尾礦庫十分困難，如山東省膠東半島地區已經禁止新建尾礦庫。由此可見，采用地表尾礦庫堆存的方式處理氰化尾渣將越來越難，必須尋找新的處理方式。

從國家政策來看，國家鼓勵采用充填法進行地下礦山開采。《礦山生態環境保護與污染防治技術政策》要求“推廣應用充填采礦工藝技術，提倡廢石不出井，利用尾砂、廢石充填采空區”。充填采礦法具有較強的適用性，不僅適應各種復雜多變的礦體，降低開采難度，大幅度提高資源綜合回收率和出礦品位，而且對提高礦山安全、保護地表不遭破壞、維持原有的生態環境均有積極的促進作用。因此，在采用地表尾礦庫堆存處理氰化尾渣難度增加的情況下，可將無害化處理后的氰化尾渣充填至井下采空區，“一舉兩得”，這也是氰化尾渣一種環保、可靠的處理方式。

1.1 國內外氰化尾渣充填概況

一些發達國家金礦企業已實現了氰化尾渣降氰/脫氰處理后井下采空區充填。據調查，澳大利亞的頂峰金礦、卡若納·貝勒金礦、深成巖金礦、阿格紐金礦等都采用氰化尾渣進行井下充填。其中，頂峰金礦含氰尾礦充填砂漿中游離氰化物質量濃度在低于50 mg/L 的情況下，可以采用水力充填進行井下采空區充填作業，其滲出液（泌水）經礦井涌水稀釋后能夠達到澳大利亞環保標準。在多年的充填過程中，氰化氫（HCN）氣體體積分數始終低于10×10-6，無安全環保事故發生。卡若納·貝勒金礦采用膏體充填技術，將含氰尾渣和水泥按一定比例混合攪拌后輸送至井下充填。含氰尾礦漿中的游離氰化物質量濃度低于75 mg/L，攪拌過程中擴散到周圍空氣中的氰化氫氣體體積分數未超過5×10-6。而且，膠結充填料漿泌水中的氰化物更是微乎其微。目前，該技術已經運行10多年，沒有發生安全環保問題。南非的Savuka、Tau Tona和Mponeng等礦山均采用氰化尾渣進行井下充填。

由于國內缺乏在氰化尾渣充填方面的法律法規，同時對氰化尾渣的認知不足，普遍存在“談氰色變”的現象。因此，截至目前國內黃金礦山使用含氰尾渣進行井下充填尚未有成功案列，僅在氰化尾渣井下充填方面做了部分探索性試驗。例如：吉林某金礦采用氰化炭漿工藝提金，對氰化尾礦開展了無害化處理和充填體浸出液（泌水）毒性方面的小型實驗室研究。內蒙古某金礦聯合長春黃金研究院有限公司開展氰化尾渣脫氰/降氰無害化處理、氰化尾渣充填體泌水中氰化物檢測等試驗。研究結果表明：全泥氰化尾渣采用壓濾調漿+OOT法處理后，可以達到GB 8978—1996 《污水綜合排放標準》要求。處理后的氰化尾渣制作的充填體，浸出液中的氰化物和pH滿足GB 8978—1996 《污水綜合排放標準》和GB/T 14848—2017 《地下水質量標準》，在氰化尾礦無害化處理和充填環境影響研究方面取得了一定的進展。

1.2 氰化尾渣充填標準

基于目前國際上對氰化物的認知，各國黃金礦山對氰化物提金后產生的氰化尾渣充填至井下制定的標準也不一樣。①美國EPA公布的通用處理標準（The Universal Treatment Standard）規定：危險廢物填埋入場要求總氰化合物質量分數低于590 mg/kg，易釋放氰化物質量分數低于30 mg/kg;②美國內達華州規定：廢石堆存設施不能影響當地地表水環境質量，設施所在地地下水中WAD（易釋放氰化物）質量濃度在0.2 mg/L以下;③德國《廢物地下貯存規范》要求：固體中總氰化合物質量分數為100 mg/kg以下，滲出液中總氰化合物質量濃度為50 μg/L以下，易釋放氰化物質量濃度為10 μg/L以下;對于進入不設置防滲襯層的惰性廢物填埋，其浸出液中的易釋放氰化物質量濃度應小于0.01 mg/L;④歐盟指令2006/21/EC規定：2008年5月1日前已獲批或已投產的金礦，尾渣中易釋放氰化物質量分數自2008年5月1日起不得高于50×10-6，2013年5月1日起不得高于25×10-6，2018年5月1日起不得高于10×10-6;2008年5月1日后獲得批準的金礦，尾渣中易釋放氰化物質量分數不得高于10×10-6;⑤托尼·格萊斯在“2015中國國際黃金礦業技術高峰論壇”作題為《炭浸尾礦在全球礦山充填上的應用》的報告時指出：澳大利亞早開始進行氰化尾渣井下充填方面的技術研究，目前已有3家進入生產實踐階段。氰化尾渣充填砂漿中總氰化合物質量濃度在低于50 mg/L的情況下，可以進行井下采空區充填。基于國外大量氰化尾渣充填應用的成功案例，同時兼顧中國的實際情況，通過大量的科學模擬試驗，中國黃金協會、中國環境科學研究院與長春黃金研究院有限公司等多家單位首次將氰化尾渣充填利用納入了氰渣規范。具體內容規定如下： 利用氰化尾渣作為回填骨料的替代原料時，根據HJ/T 299—2007 《固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》進行毒性浸出試驗，毒性浸出液中的氰化物（以CN-計）按照HJ 484—2009 《水質 氰化物的測定 容量法和分光光度法》易釋放氰化物測定方法得到的值應低于GB/T 14848—2017 《地下水質量標準》規定的回填所在地地下水質量分類的相應指標限值，并且銅、鉛、鋅、砷、汞、鎘、總鉻、鉻（六價）質量濃度應符合GB 18599—2001 《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制標準》中第Ⅰ類一般工業固體廢物要求。

1.3 氰化尾渣處理技術

金礦石氰化尾渣回填之前應進行脫氰處理，其技術要求為：

1）氰化尾礦漿應先采用固液分離洗滌法進行脫氰處理。

2）固液分離洗滌后的濾渣應采用臭氧氧化法、過氧化氫氧化法等不易產生二次污染的方法進行深度脫氰處理。

3）不應采用因科法、堿性氯化法和降氰沉淀法對回填氰化尾渣進行脫氰處理。

國內外常用的氰化物處理技術[3]見表1。

由表1可知：目前國內含氰廢水/氰化尾渣的處理技術與國際水平相當，各種處理技術均有成功的應用案例。但是，通過這些方法使氰化尾渣達到氰渣規范回填利用要求，在經濟上和技術上均存在一定的難度。例如：因科法和堿性氯化法由于會引入SO2-4、Cl-，對地下水環境存在環境影響風險;降氰法處理機理為將液相中的氰化物轉化為難溶性氰化物，進而進入氰化尾渣固相，最終實現液相中氰化物濃度的降低，該方法同樣對地下水環境存在環境影響風險;臭氧氧化法、過氧化氫氧化法雖然在處理過程中無有害物質引入，且不產生二次污染，但單獨采用這2種方法均存在處理成本高、指標不穩定的問題[4-6]。

2 黃金礦山氰化尾渣充填技術研究

2.1 氰化尾渣制作充填骨料的安全性

氰化尾渣制作充填骨料前需對氰化尾渣進行無害化處理，確保無害化處理后的氰化尾渣是一種安全可靠的充填材料，對地下水、環境空氣等污染影響在可接受范圍內。

為降低氰化尾渣回填后對地下水環境的影響，同時使氰化尾渣無害化處理成本控制在企業可接受范圍內，長春黃金研究院有限公司在內蒙古某金礦和吉林某金礦現場開展了“氰化尾渣無害化+地面模擬充填”試驗，采用的無害化處理工藝為“壓濾調漿+OOT法或壓濾洗滌法+OOT法”。試驗結果顯示：采用處理后的氰化尾渣制備的充填體，對地下水、環境空氣等污染影響在可接受范圍內，氰化尾渣達到氰渣規范回填利用要求，試驗期間各監測數據見表2、表3。

固化后模擬充填體毒性浸出試驗結果表明，充填體毒性浸出液中污染物質量濃度均低于GB/T 14848—2017 《地下水質量標準》Ⅲ級標準限值。同時，試驗期間充填體采用塑料膜套筒進行密封，并對密封空間內的HCN氣體采用泵吸式氣體檢測報警儀進行監測，結果顯示HCN氣體濃度低于設備檢出限，說明經脫氰處理后的氰化尾渣進行回填時，不會向周圍環境釋放HCN氣體，即不會對周圍環境空氣造成污染，同時也不會對人員造成安全風險。

雖然氰化尾渣通過無害化處理后達到氰化尾渣排放要求，但是否能夠作為充填骨料用于井下充填作業，還需進一步的研究。測試分析無害化處理后氰化尾渣物理、化學性質，提出基于充填需求的主要物化指標分類標準，評價無害化氰化尾渣作為井下充填骨料的理化適應性，以內蒙古某金礦無害化氰化尾渣為例，其無害化氰化尾渣化學成分分析結果見表4。

分析無害化氰化尾渣的化學成分，除幾種主要氧化物外，各個組分相差不大，SiO2的含量較高，說明內蒙古某金礦的尾砂是一種比較好的惰性材料;并且其中含有一定量的Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O，有利于膠結充填時水泥熟料活性的激發;P2O5、As2O3、SO3等有害成分不多，其溢流水對環境無有害影響。因此，該氰化尾渣無害化處理后，可以作為安全、合格的井下充填材料。

2.2 氰化尾渣作為膏體充填骨料的力學適應性

為了給膏體充填體質量檢測與膏體充填體強度設計提供理論依據，長春黃金研究院有限公司對內蒙古、貴州和浙江等3家金礦的無害化氰化尾渣進行了大量室內充填體強度試驗，結果用以評價無害化氰化尾渣作為膏體充填骨料的力學適應性。通過對不同灰砂比的充填體強度進行檢測，得到充填體強度基本參數，并以此探究充填體強度變化規律，內蒙古某金礦的試驗結果見表5。

由表5可知：當濃度55 %和60 %，灰砂比1∶8和1∶12時，28 d單軸抗壓強度均小于1.00 MPa。究其原因，無害化氰化尾渣顆粒較細，級配均勻，與缺少大顆粒骨料有直接關系。與同濃度同配比的分級尾砂膠結充填體相比，強度較小。如果礦山采礦工作對充填體強度有要求，需要考慮更換其他膠凝效果更為理想的膠凝材料，并對充填體強度進行合理設計，以滿足礦山生產要求。

2.3 氰化尾渣膏體充填的優勢

選礦廠產生的氰化尾渣若采用非膏體充填技術進行井下回填時，需加入大量的水進行造漿，造漿后漿液濃度較低，回填井下后漿液中的重金屬離子存在污染地下水的可能性。若選礦廠產生的氰化尾渣選用膏體充填時，因為膏體濃度高、泌水率低，氰化尾渣中的重金屬離子不會隨著污水進行擴散，避免了對地下水資源的污染。因而在采用氰化尾渣回填井下采空區時，應優先選用膏體充填技術。

將一種或多種礦山固體廢棄物料與水制備成具有一定穩定性、流動性、可塑性的牙膏狀漿體，在外加力（泵壓）或重力作用下以結構流的形態通過管道輸送到地下采空區，這就是井下采場膏體充填作業的工藝流程。

無害化氰化尾渣是一種較為穩定的惰性材料，可作為黃金礦山井下膏體充填主要骨料使用，采用膏體充填技術將無害化氰化尾渣進行井下充填存在以下優勢：

1）無害化氰化尾渣中的重金屬離子不滲濾，回填至井下后對水土污染小。膏體充填能夠降低無害化氰化尾渣中重金屬離子的擴散程度，滿足環評要求。由于膏體不離析，無害化氰化尾渣制作的充填料漿中的細顆粒水泥和有害離子不會析出。膏體固結后的結構致密，滲透性低，能夠有效封閉無害化氰化尾渣中的重金屬離子。

2）膏體充填能有效解決無害化氰化尾渣粒度較細引起的沉降速度慢、強度低問題。采用膏體充填技術將無害化氰化尾渣進行井下充填，充填體凝結時間短，能夠縮短采場回采周期。充填體能在短時間內達到自立并具有一定的強度，縮短了充填間隔時間，降低了充填作業對采礦生產的干擾。

3）膏體充填系統運行穩定，可長時間連續生產。膏體充填濃度高，料漿不存在臨界流速，在管道內不沉淀，避免了堵管時氰化尾渣對井下疏通充填管道作業人員的身體傷害及巷道的污染。充填系統自動化程度高，系統運行穩定可靠，充填質量有保障。膏體在管道中呈柱塞流，對泵、攪拌槽、管道磨損小。

4）采用膏體充填，不用脫水，工程及維護費用少，可大幅提高井下礦巖的穩定性，降低支護成本，對于礦巖“遇水泥化”的礦山，基本是最好的選擇。膏體濃度高，泌水少，可以減少井下排水，這對于泥化圍巖和松散圍巖來說，具有重要意義。

綜上所述，采用膏體充填技術對無害化氰化尾渣進行井下充填，在環保、安全、經濟、高效方面均具有巨大的優勢，是未來氰化尾渣處理技術的發展方向。

3 結 論

1）經脫氰/降氰處理后，達到氰渣規范要求的氰化尾渣，是一種較為穩定的惰性材料，可作為黃金礦山井下充填主要骨料使用。雖然目前國內尚未有黃金礦山采用氰化尾渣進行充填的案例，但國外已有成功運用的充填案例。

2）與國外發達礦業國家相比，中國的氰渣規范要求更加嚴格。目前長春黃金研究院有限公司通過壓濾調漿+OOT法/壓濾洗滌法+OOT法處理工藝，已經成功將氰化尾渣中的總氰化合物質量濃度降低到氰渣規范要求線以下，達到可充填利用要求。

3）膏體充填作為水力充填領域發展必然的趨勢，其具有運行穩定、充填成本低、強度高等顯著優勢。采用脫氰/降氰處理后的氰化尾渣作為充填骨料時，考慮降低充填泌水中氰化物對地下水的影響，降低充填成本等諸多因素，應優先考慮膏體充填。

[參 考 文 獻]

[1] 高俊峰，李曉波.我國氰化尾渣的利用現狀[J].礦業工程，2005，3（4）：38-39.

[2] 張永東.氰化尾渣的綜合利用[J].科技視界，2012（8）：23-24.

[3] 陳剛，劉硅仁，趙翠微.黃金礦山尾渣尾液綜合利用及無害化處理[J].黃金學報，1999，1（3）：176-182.

[4] 鄭曄，馮國臣，鄒積貞.大水清金礦氰化尾渣綜合回收利用研究[J].黃金，1998，19（1）：43-45.

[5] 張大鑄.綜合回收氰化尾渣及尾液的探討[J].有色金屬（選礦部分），2002（5）：24-27.

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Exploration on the technology of cyanide tailings backfill in gold mines

Guo Shulin，Min Zhongpeng，Liu Longqiong，Hou Jun，Lan Xinhui

（Changchun Gold Research Institute Co.，Ltd.）

Abstract：A large number of cyanide tailings are produced in the process of gold extraction by cyanidation.The treatment of cyanide tailings has become one of the main problems in gold industry.After detoxification treatment of cyanidation tailings，the cyanidation tailings are backfilled in the underground goaf by paste filling technology，which provides a new idea for the treatment of cyanidation tailings.The paper in detail introduces the current status of cyanide tailings backfill in gold mines，analyzes standards for underground backfill with cyanide tailings and the technology of cyanide tailings treatment before they are backfilled at home and abroad.At the same time，the safety，reliability and advantages of cyanide tailings backfill in underground mines are explored.Hopefully，the research can be used as reference for the application of cyanide tailings backfill.

Keywords：gold mines;cyanide tailings;paste backfill;detoxification treatment;backfill standards

收稿日期：2020-06-21; 修回日期：2020-08-21

作者簡介：郭樹林（1965—），男，黑龍江牡丹江人，教授級高級工程師，從事采礦工程技術研究工作;主持與參與的重大項目有“十一五”“十二五”“十三五”科技支撐計劃項目“大型難采低品位緩傾斜破碎礦體安全高效開采技術研究”“溶蝕裂隙巖層中井巷掘進與支護技術開發及應用”“深部采動巖層變形監測預警與控制”，復雜條件礦床采礦方法研究專題項目“江西金山金礦緩傾斜中厚難采礦體采礦方法試驗研究”“云南鎮沅金礦松散破碎礦體機械化卸壓開采綜合技術研究”“深井開采通風與降溫技術研究”“松軟破碎礦體上向進路式安全高效開采研究與應用 ”等;獲省部級科技進步獎一等獎10項，發表較高學術水平的論文10余篇，獲得專利4項;長春市南湖大路6760號，長春黃金研究院有限公司，130012;E-mail：1125084465@qq.com