尾礦干堆對環境的影響研究與應用*

張志明，謝平全，周 亮，李小洛，敖 江

（1.云南科力新材料有限公司，云南 昆明 650031；2.四川鵬晨廢渣利用有限公司，四川 會理 615141）

尾礦是指在工業生產中含有用成分低，根據目前的經濟、技術條件不易在分選，多以泥漿形態外排；我國礦產資源日益“貧、細、雜”，在工業生產過程中產生的尾礦漿逐年增加[1]；怎樣增強尾礦漿的處理成為礦產資源開發利用的關鍵。傳統的尾礦漿處理是將尾礦漿未經處理或進行簡單的濃縮輸送到尾礦庫，尾礦水回用，此方式產生長期高成本的低效模式，由于尾礦綜合利用技術的成本過高，尾礦綜合利用率還很低，大量的尾礦只能堆放在尾礦庫；近年來土地征購越來越困難，傳統尾礦庫占地面積大，新建傳統尾礦庫及配套設施費用越來越高，居高不下，占選礦廠投資的28%以上；大型尾礦漿輸送設備、大口徑耐磨管線的運行、維修成本較高，占選礦廠生產成本的23%以上[2]；再加之傳統尾礦庫是生產中最大的危險源，一旦尾礦失事，危及周邊及下游居民生命、財產和公共設施安全，增加對周邊及下游地表水、地下水、大氣、生態環境的影響，造成巨大的經濟損失。傳統尾礦庫處理尾礦漿的常見流程如圖1。

圖1 傳統尾礦庫處理尾礦漿常見流程圖Fig.1 Common flow diagram for treatment of tailings slurry of traditional tailings pond

近幾年來國內外工程研究人員對增強尾礦漿處理進行了一系列的探索，結合對尾礦漿處理的特點及環境影響，不斷完善尾礦漿處理的新技術（尾礦干堆），該技術利用尾礦干礦堆積，可以節省土地、水、電等資源，基本杜絕尾礦庫坍塌和污染環境，解決傳統尾礦庫存在的危險源。因干式堆存的尾礦只含有14%～20%左右的水分，可依地形、土壤性質、尾礦性質而堆存，不易垮塌，不僅可以節省常規維護費用，還可促進尾礦土地的復墾、節省占用土地面積、時間，縮短了綠色礦山建設的生命周期；同時提高循環水資源利用率，解決了尾礦漿流入附近的河流和尾礦水滲入地下水污染水資源和水生生態，消除尾礦漿輸送過程中的安全事故，防止揚沙污染生態、土壤和大氣環境的風險隱患；因此該技術有利于生產安全和環境保護，提高了社會效益、經濟效益和環境效益[3-5]。同時干排的尾礦還可方便二次應用，如圍堰造田、制作建材產品等，有助于樹立良好的企業形象。隨著民眾對自身安全、環境保護要求日益提高，尾礦干堆技術越來越受到人們的重視，尾礦干堆也隨著技術的進步，得到不斷的完善，為尾礦漿的處理探索出了一條經濟、可行的新路子；尾礦干堆常見尾礦漿處理流程如圖2、圖3、圖4，所以說尾礦干堆技術即可實現尾礦庫安全生產、節能降耗的雙重功效[6-7]；又同時提高循環水利用率，藥劑消耗量，降低生產成本。闡述了近年來尾礦漿處理的新技術（尾礦干堆）的一些研究成功案例，總結傳統尾礦漿處理和尾礦干堆技術的優勢和不足，該模式有助于消除傳統尾礦庫存在的風險，有利于安全生產和環境保護。

圖2 濃縮—過濾尾礦漿處理流程Fig.2 Concentration-filtration treatment flow of tailings slurry

圖3 濃縮—膏體濃縮尾礦漿處理流程Fig.3 Concentration-paste concentrates treatment flow of tailings slurry

圖4 旋流器--高效濃縮機--脫水篩尾礦漿處理流程Fig.4 The treatment process that hydrocyclone-high efficiency concentrator-dewatering and screening of tailings of tailings slurry

1 尾礦干堆工藝的優缺點

尾礦干堆場與傳統尾礦庫相比，有以下優缺點，詳見表1。

表1 尾礦干堆場與傳統尾礦庫優、缺點對比Tab.1 Advantages and disadvantages of dry-tailing stacking and traditional tailings pond

2 尾礦干堆需注意的幾個問題

2.1 干堆場址的選擇基本要求

根據尾礦干堆場地環境功能區劃列出的環境質量標準和污染物排放標準，在選擇場址時要符合《一般工業固體廢物存儲、處置場污染控制標準》等相關的法律、法規的要求，主要有：①尾礦干堆場址應選在工業區和居民區主導風向的下風向，干堆場界距居民區應有一定的安全距離，防止影響大氣環境質量和人員的正常生產、生活；②禁止尾礦干堆選址在江河、湖泊、水庫最高水位線以下的灘地和洪泛區；③禁止尾礦干堆場建在自然保護區、風景名勝區和其他需要特別保護的區域及附近；④禁止將有毒、有害元素含量超標的尾礦堆放在地質斷層、斷層破碎帶、天然滑坡以及泥石流影響區，防止尾礦流失，破壞和污染環境;⑤禁止尾礦干堆選址在地下水水源含水層和主要的水補給區的地區，污染水資源；⑥有毒、有害元素含量超標的尾礦應選址在承載能力滿足要求，自然防滲性或人工制作的防滲性能好的地基上，地基層防滲系數小于1.0×10-7cm/s，距地下水位距離不小于1.5 m，避免尾礦的流失污染土壤和水資源。

2.2 尾礦干堆場地的有關參數

尾礦干堆場地的建設需要注意的主要參數有：尾礦干堆攔渣壩臺階的高度，臺階坡面角的大小、馬道寬度，為充分利用堆放空間，臺階坡面角適可，不要盲日追求低投資，修建的馬道寬度過窄、臺階坡面角過大，進而影響到攔渣壩地基的承載能力、抗側壓力，造成潰壩等安全事故，所以應該將安全、經濟、環境三要素綜合、動態地進行考慮，合理的選擇臺階高度與坡面角。另外尾礦干堆場地的承載能力與土壤性質、地基的承載能力、容積也有密切關系，在進行尾礦干堆場設計時，需要參照相關的工程地質資料、尾礦的實際資料，熟悉工程地質報告，也要進行現場調研，特別注重的是：藥劑、含有毒、有害尾礦在尾礦堆放場地的降解和流失對環境的影響。

2.3 尾礦干堆場地對外來水的防治

對近100年來受過暴雨、暴雪及洪水影響的區域，尾礦堆放場地應根據實際情況設計截水溝、回水系統。對于尾礦干堆場地而言，由于尾礦水絕大部分的水分已經返回到生產工藝流程中去，因此其排水系統面對暴雨、暴雪及洪水的影響，需要設置符合實際的截水溝和回水池及回噴系統，防止受污染的水無組織漫流，防止尾礦流失，污染環境，必要時攔渣壩體下游還需要設置集水系統，隨時監測水質，返回回水池再利用。

2.4 環境風險預測

尾礦干堆場內需要進行環境風險預測，主要是潰壩、含有毒、有害元素的尾礦在堆場的流失風險預測，根據相關法律、法規及相關條文規范對風險預測進行評價，發現及時處理，對居民區、公共設施產生的危害，根據實際情況做出居民區、公共設施整體搬遷或就地保護等要求；堅決貫徹執行清潔生產、循環經濟、節能減排和環境保護的原則，生產過程中盡可能利用循環水，挖掘產生的棄土盡可能全部用于防滲的回填夯實或換填，基本保證沒有棄方產生，干堆場可根據實際情況進行地質環境恢復和土地復墾工作，執行綠色礦山建設實施方案，美化環境，防止污水無組織漫流，又能防止尾砂飛揚，履行了企業的社會責任。

3.5 尾礦干堆環境風險預測評價

尾礦干堆環境風險預測評價基本要求有：①計算潰壩、含有毒、有害元素的尾礦在堆場的流失對環境污染的風險，估計事故發生概率，判斷風險級別和采取措施前后風險是否可接受；②在計算的基礎上，運用系統、對比等科學的理論和方法，分析主、客觀條件，決定是否采取措施降低事故風險，分析采取各種措施的優缺點，分別進行技術、經濟可行性分析，將風險降到可接受的水平，將措施的投入資金與降低的風險值進行比較，實現社會、環境和經濟效益最大化；③尾礦中有毒、有害元素含量超標的干堆場選址選擇盡可能選在容納污染物環境容量大、無地下水、或地下水不豐富、地基承載能力等符合要求的地區，如果不行，則采取措施，并進行環境風險預測，如果采取措施降低風險后，風險仍然不可接受，則放棄尾礦干堆場址；④干堆場所處區域環境質量趨近于環境標準臨界值時，預測建設干堆場后對環境產生的危害程度，采取措施降低對環境影響的風險，并進行技術、經濟分析，決定措施的取舍，如果投入較大、效果不理想，則堅決放棄場址

3 尾礦干堆應用實例

3.1 云南省馬豆溝銅礦

原礦處理量為65 t/d，尾礦-0.074 mm占92%，原有的尾礦庫已滿，為了滿足和提高安全生產、實現尾礦干堆，干堆場地選在距離選礦廠6.5 km處的山地，采用濃縮-過濾尾礦漿處理流程，如圖2所示，尾礦漿濃縮后過濾擠壓成為干片狀的尾渣餅，含水量僅有21%左右，由于壓濾處理后尾渣餅中含有黃藥、酚類化合物等易揮發物質和微量氰化物等有害物質，對人、畜均有一定危害的，故采用一層尾礦，一層土，分層堆放，分層碾壓；由于地質原因，干堆場采取整體防滲，設置了一道攔渣壩、集液池；為防止粉塵污染，對進入于堆場的尾礦用推土機推平并進行碾壓；每逢干旱季節，還在場內噴霧灑水，使其經常保持濕潤狀態，并在壓土上蓋沙，種植沙棘樹；這樣，尾礦被封閉在干堆場里，避免外滲和擴散，有毒、有害元素經過長期的氧化、露天曝曬和自然降解，基本消除了對環境的危害。

3.2 云南恒越集團

一選廠年處理鐵礦450萬t，年產51萬t鐵精粉，其尾礦干堆工藝采用：“濃縮-膏體濃縮尾礦漿”處理流程，如圖3所示，此工藝簡單，處理量大，設備采用高效的濃縮、膏體濃縮設備，投資和生產成本均低，維修方便，能耗低，效益明顯；尾礦干堆場距離選礦廠5 km，場地經過人為處理后，地基承載能力滿足設計要求，層防滲系數小于1.0×10-7cm/s，配套建設了選廠循環系統、回水系統、清污分流系統、尾礦輸送系統、尾礦全部送干堆場堆存；干堆設置了攔渣壩、集液池及回噴系統、截洪溝等環保設施，確保了尾礦、尾礦淋瀝液不外排，尾礦淋瀝液可用于灑水方式抑制揚塵的產生和恢復植被的澆灌，降低尾礦干堆場對礦區環境質量的影響。

3.3 四川乾盛鎢礦

日產生尾礦干礦量約為100 t，濃度31%，粒度偏粗，+0.074 mm占58%，尾礦水除含固量超標，其余均滿足污水排放標準；原尾礦庫已接近閉庫，為降低成本，實現尾礦干堆，場址選在距離選礦廠2.5 km處建設了尾礦干堆場，通過實驗采用旋流器-高效濃縮機-脫水篩尾礦漿處理流程，如圖4所示，取代了傳統的過濾機，尾礦干堆最高含水率小于18%；此工藝簡單、流暢、節能增效，處理量大，降低了初期投資成本和生產成本，該尾礦干堆場形狀酷似盆狀，周圍沒有環境敏感區，無珍惜野生動、植物、無地下水，僅設置了攔渣壩、回水池及回用系統，采用逐步恢復植被，嚴格按照開發利用方案做好環境的恢復和重建工作。

4 結語

1）尾礦干堆具有選址靈活、結構簡單、建設成本低、生產安全、穩定的特點；

2）尾礦干堆不僅可以節約投資、生產用水和藥劑，還能有效防治環境污染；

3）尾礦干堆符合企業可持續發展、環境友好的要求。