金礦氰渣庫生態修復與風險防控技術及應用

蘇文湫，周連碧

(礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

黃河流經青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙、陜西、山西、河南、山東9個省，連接了青藏高原、黃土高原、華北平原，黃河流域擁有三江源、祁連山等多個國家重點生態區，同時擁有豐富的煤炭、有色金屬、石油、天然氣等自然資源，是我國重要的生態屏障，也是重要的經濟帶[1-2]。十八大以來，習總書記多次考察黃河流域生態保護和發展情況，提出要堅持綠水青山就是金山銀山的理念，堅持生態優先、綠色發展，以水而定、量水而行，因地制宜、分類施策，上下游、干支流、左右岸統籌謀劃[3]。黃河流域中上游礦產資源豐富，礦山開采帶動了黃河流域的經濟發展，同時也造成了礦區環境污染、生態破壞等問題，歷史遺留礦山采坑、廢石場、尾礦庫等對礦區環境存在重大污染隱患[4]。

據統計，全國有上萬座尾礦庫，早期建設的尾礦庫環保措施不齊全，存在較大的環境污染隱患，隨著環保需求的不斷提升，歷史遺留的尾礦庫，特別是重要生態敏感區上游尾礦庫的環境污染問題逐漸凸顯。

我國是黃金生產大國，氰化法選礦占比達80%以上，每年氰化尾渣產生量約1億t[5]。2016年實施的新版《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”列為危險廢物，歷史遺留金礦尾礦庫堆存的尾礦多為氰化尾渣，這類尾礦庫通常庫底均無防滲，存在較大的環境風險，急需采取必要的工程措施，降低尾礦庫的污染風險。目前，針對此類歷史遺留氰渣庫治理工程實施案例較少，本文以某歷史遺留金礦氰渣庫為例，通過污染成因分析，篩選出主要的環境隱患，并提出可實施應用的生態修復及風險管控技術，以消除氰渣庫環境隱患，保障區域環境安全[6]。

1 氰渣庫概況

1.1 基本概況

金礦氰渣庫位于甘肅省東南部，始建于20世紀90年代，目前已閉庫。通過資料查閱，該氰渣庫為某企業黃金采選項目的配套尾礦庫，采選規模為450 t/d，選礦采取全泥氰化選礦工藝。資料調查結合現場踏勘，金礦氰渣庫為溝谷型尾礦庫，堆礦采用干堆形式，最大壩高46 m，庫內現存尾砂75萬 m3，尾礦庫等別為四等庫。

1.2 地形地貌

庫區主要溝谷走向近東西向，尾礦庫壩址處溝谷呈“倒梯形”，匯水面積1.0 km2。通過工程地形地質勘查，庫區沒有發現斷層通過，地層相對穩定。

1.3 水文地質概況

區內河谷呈北西-南東向展布，次級溝谷則多呈近東西向展布，河道位于尾礦庫初期壩下游200 m，為季節性河流，冬春兩季地表基本無流水，年平均流量為0.11 m3/s。

在勘探深度范圍內，場地地層主要為第四系全新統沖積物、坡積物及板巖。根據現場鉆孔取樣編錄、原位測試以及室內試驗結果，將場地地層綜合劃分為以下6個工程地質層，自上而下分述如下：①填土(Q4ml)：黃褐色、②尾礦粉土(Q4ml)、③含礫粉質黏土(Q4al+pl)、④圓礫(Q4al+pl)、⑤-1強風化泥質砂巖(N)、⑤-2中風化泥質砂巖(N)、⑥-1強風化板巖(K)、⑥-2中風化板巖(K)、⑥-3微風化板巖(K)。

1.4 土壤植被

周邊土壤以山地棕壤、山地草原草甸和山地麻溶褐色土為主，發育在古代基巖風化的坡殘積母質和部分黃土母質土。當地低溫多雨，草木茂盛，植被群落分布呈明顯的垂直地帶性特點。植物種類繁多，覆蓋率達50%以上。木本植物主要有楊柳、松類、云杉等，草本植物有白羊草、酸鎂屬等20余種。

1.5 存在的主要問題

根據現有資料，金礦氰渣庫對周邊地下水、地表水水質造成較大影響，污染原因分析如下：

1)氰渣庫由于建成時間較早，未按現有標準建設，無庫底防滲，尾礦在降雨的淋溶下，會產生滲濾液，持續影響周邊地表水、地下水，造成污染。

2)氰渣庫截排洪設施不完善，庫區雨水對尾礦庫造成沖刷影響，產生的廢水可能外泄對周邊地表水、地下水環境造成影響。

2 生態修復及風險管控技術方案

氰渣庫生態修復及風險管控技術方案采取“完善環庫截洪溝+垂直防滲墻+地下水抽提治理+庫面阻隔防滲及生態恢復”的措施進行治理修復。生態修復及風險管控技術方案平面布置見圖1。

圖1 技術方案平面布置圖Fig.1 Layout plan of technical scheme

2.1 完善環庫截洪溝

完善庫區雨洪水導排系統，形成場外雨、洪水截留和場內雨、洪水導排的復合型雨水導排及防洪系統，攔截庫區外降水進入庫區，實現庫區的清污分流。

1)排水現狀

根據現場踏勘，氰渣庫南側已有一條排洪明渠，壩體設有排水溝，排水溝連接南側排水明渠，北側和東側靠近山體部分因地形條件限制，暫無排水溝，山體匯水直接流入氰渣庫內。庫尾(東側)有3條山谷支溝，支溝溝谷狹長且兩側山體陡峭，難以修建排水溝。

2)環庫截洪方案

3條支溝溝谷狹長，且兩側山體陡峭，修建排水溝難度大，擬在溝口建3座攔擋壩，壩內填土墊高，壩兩端與截洪溝相接，上游來水通過截洪溝排出氰渣庫。

沿氰渣庫邊界修建截洪溝，與攔擋壩和現有排水溝相連接形成環庫排水系統，截洪溝布置見圖2。

圖2 現有和新建截洪溝示意圖Fig.2 Schematic diagram of existing and new drainage ditch

2.2 庫面阻隔防滲及生態修復

氰渣庫目前已閉庫，為了避免降水匯入庫區繼續淋濾尾礦，同時達到修復生態環境、保持水土的目的，庫面采取多層阻隔防滲措施，自下而上分別為：庫面從下往上依次為墊層、防滲層、排水層、生物保護層、覆蓋土層，植被恢復層。其中，墊層采用30 cm天然土墊層，防滲層采用1.5 mm厚的高密度聚乙烯膜(HDPE土工膜)；排水層采用7 mm厚復合排水網；生物保護層采用20 cm厚卵石層，防止生物破壞防滲層；覆土層為60 cm厚植被土；植被恢復層及時鋪種草皮或者種植短根系植物，改善景觀和生態環境，同時起到保持封場覆土層流失的作用，生態修復對比效果見圖3。

圖3 生態修復前后效果對比圖Fig.3 Effect comparison before and after ecological restoration

2.3 垂直防滲墻及抽提設施

針對場地本身及區域污染源形態特征，結合水文地質結構和污染途徑特點，為了確保氰渣庫滲濾液不對下游地下水環境產生影響，在氰渣庫初期壩下游100 m修建地下垂直防滲墻，切斷氰渣庫滲濾液擴散到下游地下水的通道。

垂直防滲墻采用混凝土防滲墻+帷幕灌漿進行防滲處理，防滲處理采用“上墻下幕”的綜合防滲方案，防滲系統需深入基巖層，保障整體防滲系數達到1.0×10-7cm/s。防滲墻頂面長度100.43 m，防滲墻頂高程為1 792.31 m，防滲墻深度確定為強風化下限向下伸長1 m，防滲墻厚度為0.8 m。防滲墻底部設置兩排帷幕灌漿孔，帷幕灌漿孔排距0.6 m，孔距為1.5 m，帷幕灌漿深入微風化板巖1.5 m。

在截滲墻與初期壩間設抽提井，并配套抽提裝置，高出原有水位后，啟動抽提，利用氰渣庫下游現有的處理池處理達標后返回選廠使用。

3 結論

尾礦庫作為礦山企業的工業固體廢物重要貯存設施，是礦區的主要污染源之一。通過對典型礦種尾礦庫的生態修復及環境整治研究，將有助于結合地域特點，全方位落實污染源頭預防、風險管控、治理與修復等重點修復目標，相關的工作成果和經驗，可以為類似尾礦庫環境整治提供參考。

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列為危險廢物，歷史遺留金礦氰渣庫庫底未防滲，存在較大的環境風險。本文創新性提出通過采取隔離、阻斷等環境風險管控措施，減少庫外雨水匯入氰渣庫，阻隔庫內降水下滲對氰渣產生淋溶效應，阻斷氰渣庫滲濾液擴散途徑，可以消除氰渣庫對區域環境的負面影響，提升區域環境質量水平，是一種可推廣實施的金礦氰渣庫生態修復及風險管控措施。