關于在我國南方多雨地區(qū)實施尾礦干堆技術的探討

曾憲坤,沈樓燕,2

(1.中國瑞林工程技術有限公司,江西南昌330002;2.武漢大學經(jīng)濟與管理學院,湖北武漢430070)

作為對尾礦傳統(tǒng)濕式貯存方法的一種革新,將尾礦壓濾后貯存,即尾礦干堆技術,在20世紀90年代初在國內(nèi)個別黃金礦山開始應用。與傳統(tǒng)的水力沖填筑壩工藝相比,該技術可以減少環(huán)境污染,降低尾礦堆壩的安全風險,并提高庫容利用率,具有顯著的環(huán)保、社會和經(jīng)濟效益。由于尾礦庫相關設計規(guī)范并沒有對尾礦干堆作強制性規(guī)定,僅北方地區(qū),如山東、遼寧、內(nèi)蒙等地黃金礦山企業(yè),出于環(huán)保或回水利用等原因,加之北方干燥少雨,對尾礦實施干堆貯存,生產(chǎn)管理較為方便,因此得到廣泛運用。南方省份由于其地域氣候?qū)俣嘤陞^(qū),暴雨強度大,對尾礦干堆后的管理造成極大的不便,加之尾礦干堆運營成本相比傳統(tǒng)的水力沖填法偏高,因此,大多南方礦山企業(yè)對尾礦干堆技術持謹慎態(tài)度,目前運用較少,且效果不甚理想。筆者曾參與了南方地區(qū)某黃金礦山尾礦干堆的設計、施工全過程,也考察了幾個實施尾礦干堆技術的現(xiàn)場,認為南方多雨地區(qū)實施尾礦干堆技術存在一些誤區(qū),借此文與同行們進行探討。

1 尾礦干堆技術的特點

20世紀90年代,山東歸來莊金礦首次將壓濾設備用于尾礦壓濾,并對尾礦進行干式堆存,實現(xiàn)了我國尾礦濕式貯存方式的創(chuàng)新。其后,遼寧排山樓金礦、內(nèi)蒙古撰山子金礦與柴胡欄子金礦等,先后實施了尾礦干堆并獲得成功。尾礦干堆技術主要有以下一些優(yōu)缺點:

優(yōu)點:①廢水不進庫,降低了環(huán)境污染的風險,環(huán)保效益顯著。例如:一座400t/d全泥氰化炭漿廠,每年可減少排放污水量35.1萬m3,按國家含氰污水排放標準0.5mg/L計算,每年向環(huán)境少排放175.5kg的氰化鈉[1]。②提高了尾礦庫庫容利用率,延長尾礦庫的服務年限,具有較高的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)尾礦濕式貯存其庫容利用系數(shù)受地形、放礦工藝等因素限制,一般為0.6～0.9之間,堆積干容重一般為1.2～1.4t/m3,而尾礦干堆其庫容利用系數(shù)基本接近于1.0,堆積容重高達1.7t/m3以上。因此,尾礦干堆可延長尾礦庫服務年限約30%以上。在處置同等量的尾礦時,干堆工藝較之濕式貯存工藝可使尾礦庫投資大大降低。③尾礦壓濾的濾液返回再利用,可以回收大部分已溶金屬,有利于提高金的浸出率和選冶總回收率[1]。④尾礦采用干式堆存,大大降低了尾礦壩潰壩等安全風險。從目前已失事的尾礦庫來看,絕大部分以“水患”為誘因。⑤廢水中相關化學材料得到循環(huán)利用,節(jié)約大量藥劑消耗。以遼寧排山樓金礦為例,實施尾礦干堆后,單位礦石消耗氰化鈉500g/t相比濕法工藝單位消耗800g/t[2]下降了37.5%。

缺點:①基建期設備投資及生產(chǎn)期運營成本與傳統(tǒng)濕法工藝相比相對較高,一般企業(yè)從感情上較難接受;②尾礦干堆維護相對復雜,主要需解決尾礦濾餅運輸沿途的環(huán)境污染、作業(yè)面的機械整平等問題。③運用條件有一定的范圍限制:尾礦壓濾干堆技術對于氰化炭漿工藝其環(huán)保、經(jīng)濟效益明顯,但對于采用浮選法生產(chǎn)的礦山其效益不明顯[1]。對于北方干旱地區(qū)較為適用,而對于多雨的南方地區(qū),筆者建議經(jīng)過技術經(jīng)濟綜合比選后采用。

2 南方多雨地區(qū)運用尾礦干堆技術存在的問題

南方多雨地區(qū)運用尾礦干堆技術由于在實施的過程中存在以下一些問題:①太注重壓濾設備的脫水效果,而忽略尾礦的干堆效果。干堆尾礦的含水率直接影響機械壓實效果。②在濾餅進入尾礦庫后,沒有注重“清污分流”。沒有采取有效的措施對庫外洪水 (清水)進行攔截,導致干堆后雨污混流。相比傳統(tǒng)的水力沖填方式,干堆的優(yōu)勢就是體現(xiàn)在保持庫內(nèi)的“干燥”狀態(tài),而雨水 (清水)一旦入庫,即變?yōu)槲鬯坏秒S便外排,尾礦干堆體就有可能變成一片“沼澤地”,直接影響干堆作業(yè)和干堆體的穩(wěn)定。所以,南方多雨地區(qū)要想讓雨水不成為尾礦干堆的障礙,必須設置截洪設施,實現(xiàn)清水、污水分流。③對尾礦壓濾后濾餅暫存區(qū)環(huán)保防滲不重視。由于選礦工藝需要,實施干堆的金礦尾礦一般含砷、氰等有毒有害物質(zhì),屬于需采取一定防滲措施隔離的“Ⅱ類廢物”,但有些礦山企業(yè)環(huán)保意識不足,將壓濾后的濾餅由皮帶運輸機直接傾倒在暫存區(qū)。雖然尾礦庫內(nèi)防滲措施齊全,但暫存區(qū)無任何防滲措施,不可避免造成污水橫流,人為制造了環(huán)境污染。④不注重分期實施的重要性。一次性建成面積過大,沒有對干堆區(qū)從平面、豎向進行合理分期,導致建成區(qū)空置時間過長,作業(yè)區(qū)匯水面積過大,從而導致庫內(nèi)積水的現(xiàn)象發(fā)生,不利于清污分流,不利于減小污水量的產(chǎn)生,且致使企業(yè)投資壓力過大。⑤運營過程中防護設施不夠,防滲層破壞現(xiàn)象時有發(fā)生。干堆作業(yè)需要機械進行攤鋪,而操作稍有不當,對防滲層就極易造成破壞,破壞了防滲效果。

3 應對措施

針對上述問題,筆者提出如下應對措施:①合理控制壓濾后濾餅含水量,使之有利于干堆體的壓實效果,從而有利于干堆體的穩(wěn)定性。②做好清污分流,通過在上游修建截水壩或者周邊修建截洪溝的方式,必要時在干堆體表面采取臨時覆蓋措施,盡可能減少進入干堆區(qū)的雨水。③分期實施:根據(jù)干堆庫的地形地貌,合理分區(qū)、分期實施,使各個分區(qū)得到合理使用并最大限度清污分流;分期投資亦可減小企業(yè)的資金壓力。④做好暫存區(qū)環(huán)保防滲及污水收集措施:南方多雨地區(qū)雨季時,不適宜進行干堆作業(yè),因此,應充分考慮暫存區(qū)的暫存能力,防滲和污水收集都是暫存區(qū)設計時考慮的重點內(nèi)容。⑤干堆庫的防滲采用復合襯里防滲方案:一般礦山尾礦庫地質(zhì)情況比較復雜,單層防滲襯層的防滲效果容易失效。因此,建議干堆庫設計時,首選復合襯里防滲方案。⑥規(guī)避濾餅運輸產(chǎn)生的污染:無論是汽車運輸或是膠帶運輸,應考慮避免對運輸沿途的污染問題。⑦管理到位:配備專人管理,并針對干堆庫的工藝要求,培訓合格后方可上崗。

4 工程實例

筆者現(xiàn)將親自設計的尾礦干堆工程實例介紹如下:筆者認為,該工程實例克服了南方多雨地區(qū)實施尾礦干堆通常存在的問題和不足,可以供工程技術人員和礦山管理者參考借鑒。

某黃金礦山位于貴州省黔西南州,距貴陽市約240km,礦區(qū)屬亞熱帶濕潤氣候區(qū),根據(jù)降雨資料,年平均降雨量1357mm,降雨主要集中在5～8月間,短歷時暴雨強度較高,年最大24 h暴雨均值102mm,屬典型的南方多雨區(qū)。該礦礦石為難選冶金礦,采用浮選、生物預氧化及炭浸技術進行處理,年處理礦石量120×104t。根據(jù)選礦工藝,浮選尾礦量平均95.38×104t/a,炭浸尾礦量平均18.0×104t/a。炭浸尾礦原設計為解毒處理后濕排工藝并已建成投產(chǎn),后出于環(huán)保及安全方面考慮,對炭浸尾礦進行解毒后干堆貯存。

1)尾礦性質(zhì):尾礦粒度為-200目占88%,礦漿濃度為25%～30%。尾礦浸出試驗分析結果為A s 0.17mg/L、氰化物0.76 m g/L、總汞0.001 mg/L、總鉛0.002 mg/L、總銅0.075 mg/L、總鉻<0.015 mg/L、p H值8～9。由于氰化物超標,屬于“Ⅱ類”一般工業(yè)固體廢物,貯存設施需采取防滲處理,尾礦澄清水需經(jīng)處理后達標排放。

2)壓濾工藝:壓濾車間脫水設計規(guī)模為1000t/d,壓濾作業(yè)選用 XM Z1060/2000壓濾機2臺,濾液返回炭浸調(diào)漿,循環(huán)利用,實現(xiàn)濾液“零”排放。于壓濾車間附近設置干料暫存區(qū),存放時間按6天考慮。暫存區(qū)做防滲處理并設有集水設施,將收集到的廢水返回至炭浸廠循環(huán)利用。

3)壓濾后的濾餅物理性質(zhì):對濾餅共取了五組試樣進行三軸土工試驗,結果表明:該尾礦濾餅含水率介于液限～塑限之間,塑性指數(shù)平均值19.04,具有一定黏性;液性指數(shù)平均值0.34,呈可塑狀態(tài),手搓可成條。

4)干堆工藝:規(guī)則、有序的分單元干堆作業(yè)可以散發(fā)濾餅內(nèi)水分,為機械碾壓提供便利,從而提高庫容利用率,并增強干堆體的穩(wěn)定性。筆者將干堆庫從平面、豎向劃分為若干個單元,要求在指定的幾個作業(yè)單元進行卸料并攤平,天氣睛朗時堆放2～3 d后,即可上機械碾壓。暫時已完成作業(yè)的單元,設置3%～5%坡度坡向兩側(cè)(必要時采用1.0mm的 HDPE膜進行臨時覆蓋),以便雨季來臨時覆蓋膜上的匯水流入兩側(cè)人工設置的排水溝內(nèi)排至干堆區(qū)外。后進場的濾餅在已壓實的堆體表面卸料,步驟同前。

5)干堆區(qū)的設計:根據(jù)該項目的特殊性,由于濕排區(qū)一次性建壩,庫內(nèi)蓄水較多,短期內(nèi)無法疏干。因此,在已建成濕排區(qū)庫尾新建干堆啟動區(qū) (約可服務2年),既避免了“干濕混排”的局面,又為疏干濕排區(qū)蓄水預留了足夠的時間。新建干堆區(qū)為一相對獨立的區(qū)域,依據(jù)“Ⅱ類處置場”標準建設,分別設有干堆區(qū)攔擋壩、庫底地下水導排系統(tǒng)、防滲系統(tǒng)、污水收集系統(tǒng)、豎向?qū)B系統(tǒng)和截排洪系統(tǒng) (包括周邊截洪和干堆區(qū)上游的截水壩)。地下水導排和截排洪系統(tǒng),可有效地排除庫底滲水和攔截周邊坡面匯流,防止雨水 (清水)進入庫內(nèi)。而庫內(nèi)的污水經(jīng)攔擋壩、防滲系統(tǒng) (由1.5mm厚 HDPE膜+GCL組成復合防滲襯墊)攔截后進入污水收集系統(tǒng),抽排至污水處理廠,最終實現(xiàn)清污分流。

該尾礦干堆項目于2008年9月建成,由于在庫區(qū)實施了水平防滲、清污分流等設施,大大降低了環(huán)境污染風險,對入庫的尾礦濾餅基本實現(xiàn)了機械壓實作業(yè),提高了庫容利用率,也降低了尾礦壩潰壩風險。

5 結 語

尾礦干堆技術作為尾礦貯存方式的一種趨勢,具有顯著的環(huán)保、社會和經(jīng)濟效益,在環(huán)境保護日趨重要背景下,該技術必然將被普遍推廣使用。實踐證明,南方多雨地區(qū)巖金礦山,通過采取合理的工程技術措施,運營階段制定嚴格的管理要求,可以有效地實現(xiàn)清污分流,并保證尾礦干堆的安全穩(wěn)定性。尾礦干堆技術將在南方多雨地區(qū)成功推廣運用。

[1] 姚香.黃金尾礦干堆技術若干問題的探討 [J].金屬礦山,2005,8(增刊):527-530.

[2] 遲春霞,沈強.尾礦干堆技術探討 [J].黃金,2002,23(08):47-49.

[3] 國家環(huán)境保護總局.一般工業(yè)固體廢物貯存處置場污染控制標準 [S].GB18599-2001,北京:中國環(huán)境科學出版社,2001.

[4] 錢學德,等.現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場的設計與施工 [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社 ,2001:60.

[5] 中國有色金屬工業(yè)總公司.選礦廠尾礦設施設計規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,1991:14-15.