磷尾礦庫環(huán)境現(xiàn)狀及綜合治理對策

韓京辰，蘇培東

(西南石油大學地球科學與技術學院，四川 成都 610500)

尾礦庫是礦山企業(yè)正常運行的必要組成部分，占據(jù)礦山總投資的5%～10%，尾礦庫的安全與穩(wěn)定對礦山企業(yè)的生態(tài)安全和正常生產(chǎn)具有直接的影響[1-2]。據(jù)統(tǒng)計，世界上各類尾礦庫總數(shù)超過2萬座[3]。尾礦庫發(fā)生安全事故后影響十分嚴重，不僅阻礙礦山企業(yè)的正常運行，而且會威脅到下游地區(qū)人民的財產(chǎn)安全，同時造成生態(tài)環(huán)境的破壞[4]。加大對尾礦庫的關注和治理力度至關重要。磷是農作物生長的必要元素，也是重要的化工原料，工業(yè)用磷主要從磷礦中提取。我國磷礦資源總量較為豐富，但中低品位磷礦占據(jù)總資源的80%以上，中低品位的磷礦含雜質較多，在開采過程中會產(chǎn)生大量的廢渣，過量廢渣需要堆存在尾礦庫中[5-7]。同時，磷化工企業(yè)中采用硫酸法處理磷精礦后會產(chǎn)生大量的磷石膏，不能完全處理消耗的磷石膏也需要堆存于尾礦庫中。因此，磷尾礦庫主要可分為兩大類，一是用于堆存礦山開采過程中選礦工藝產(chǎn)生的尾礦及廢渣[8]；二是用于堆存冶煉工藝硫酸法處理磷精礦后產(chǎn)生的磷石膏[9]。

1 磷尾礦庫的環(huán)境現(xiàn)狀

早期我國尾礦庫總量呈逐年增長的趨勢，截止2010年底登記在冊的尾礦庫區(qū)總數(shù)為12718座，占用了大量的土地資源，同時對環(huán)境有很大的影響[3]。隨著國家生態(tài)文明建設政策的推進，管理部門已經(jīng)制定了一些相應的管理措施，數(shù)據(jù)顯示2018年全國尾礦庫數(shù)量比2012年減少了40%。2020年2月21日，應急管理部等八部委印發(fā)《防范化解尾礦庫安全風險工作方案》，自2020年起全國尾礦庫數(shù)量原則上只減不增。磷礦是我國重要的非金屬礦產(chǎn)資源，尾礦庫也存在相應的環(huán)境問題，主要體現(xiàn)在地質環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等方面的影響。

1.1 地質環(huán)境的影響

尾礦庫工程常分布于礦區(qū)山谷、洼地。且多利用自然溝谷地形，筑壩成庫，三面環(huán)坡，上游匯水面積較大,直接面對暴雨、山洪沖擊[10]。從地質條件分析，尾礦庫是一個具有高勢能人造泥石流的來源[11]，因滲流破壞、壩體失穩(wěn)、排洪設施損壞等因素的影響，尾礦庫存在潰壩的安全風險，潰壩后易導致泥石流造成嚴重的安全事故[12]。據(jù)統(tǒng)計，2001-2009年期間我們共計發(fā)生了66起潰壩安全事故，總死亡人數(shù)達356人。最為嚴重的事故是2008年山西襄汾縣某礦業(yè)公司尾礦庫潰壩，導致277人死亡，4人失蹤，33人受傷，經(jīng)濟損失巨大，后果極其嚴重[13]。尾礦庫事故總體上可以分為巖土體破壞和排洪設施破壞兩個方面。排尾礦庫排洪設施的損壞后易導致尾礦庫事故的發(fā)生。巖土體破壞主要是壩體本身存在滲水、漏礦等問題，長期積累后導致問題嚴重，也可能由于地震造成壩體的內部結構的損壞，從而導致尾礦庫事故的發(fā)生。

1.2 礦區(qū)水環(huán)境污染

磷礦開采過程中形成的尾礦主要由鈣鎂碳酸鹽礦物組成，尾礦庫泄露后對水體的污染主要是選礦廢水中的選礦藥劑本身的污染，以及磷元素和共伴生的重金屬或氟元素等有害物質富集后流入河流、地下水等，造成淡水資源的污染，影響人們的正常生活[14]。但是，在磷化工廠中磷石膏尾礦庫帶來的水污染問題更加嚴重。磷石膏是磷精礦經(jīng)硫酸分解后產(chǎn)生的副產(chǎn)物。磷石膏具有酸性強，磷、氟、有機物等有害元素含量多等特點[9]。尾礦庫長期存放后，酸性廢水容易將廢渣中的重金屬浸出并富集，滲入地下后造成較為嚴重的地下水污染，廢水流入河流后還會造成地表水的污染。

1.3 礦區(qū)土壤環(huán)境污染

磷尾礦庫區(qū)土壤污染和一般的礦區(qū)污染既有共性也有個性。磷石膏尾礦庫是硫酸分解后的副產(chǎn)物，長期受雨水沖洗會有酸性較強的污水遷移至附近的土地和農田中，破壞土壤中原有的生態(tài)平衡。同時，尾礦中還含有少量的重金屬、放射性元素、氟化物等[6]，長期在酸性環(huán)境中堆存，易于發(fā)生遷移，造成附近較為嚴重的污染。以我國磷礦資源較富集的四川沱江流域磷礦礦區(qū)為例，2017年通過對其流域沿岸土壤土樣進行調研工作，結果表明，受磷礦開采和尾礦堆積的影響，其岸邊土壤平均總磷含量分別較四川省土壤背景值超出約2倍，平均總磷含量較中國土壤背景值超出1.56倍，總磷污染嚴重。礦區(qū)土壤污染后，土壤中酸堿平衡被破壞，重金屬、放射性元素、氟化物等有害物質超過原有背景值，會直接影響動植物的生長發(fā)育，威脅到人們的食品安全，造成當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的損壞。

1.4 生態(tài)環(huán)境的破壞

磷尾礦庫一般是圍地形成或在谷口筑壩攔截而成，在堆存的過程中會帶來一定的生態(tài)環(huán)境的破壞，主要表現(xiàn)在三方面：首先，尾礦庫直接占用土地，導致原有的耕地、林地遭到破壞，荒地面積增加；其次，磷尾礦庫對當?shù)氐纳锃h(huán)境造成了破壞，大面積的尾礦庫破壞了地表植被等，原有生態(tài)系統(tǒng)被打破，改變了野生動物的生存環(huán)境；最后，磷尾礦庫會不同程度的影響當?shù)氐乃|、土壤、空氣等，從而導致礦區(qū)居民的生活環(huán)境遭到破壞，嚴重影響了周邊村莊的生態(tài)平衡。

2 磷尾礦庫綜合治理對策

磷尾礦庫的治理是一個系統(tǒng)工程，需要管理、資金、技術等方面的配合與支持才能切實改善磷礦尾礦庫的環(huán)境現(xiàn)狀。本文結合應急管理部門布的《防范化解尾礦庫安全風險工作方案》，從綜合治理的角度，提出了以下幾點治理措施。

2.1 加強監(jiān)管，完善相關的法律法規(guī)

生態(tài)環(huán)境治理，首先得做到有法可依。法律是制定相關政策的依據(jù)，也是實踐治理措施的保障[15]。20世紀80年代以來，我國陸續(xù)制定并頒布了一系列與環(huán)境保護相關的法律法規(guī)，其中與涉及磷礦污染防治的主要有《環(huán)境保護法》、《水污染防治法》、《大氣污染防治法》、《環(huán)境影響評價法》、《礦山地質環(huán)境保護規(guī)定》、《礦山生態(tài)環(huán)境保護與恢復治理方案》、《全國礦山地質環(huán)境保護與治理規(guī)劃(2009-2015)》、《污水綜合排放標準》、《環(huán)境空氣質量標準》、《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》等等，這些法律法規(guī)對磷礦的規(guī)范性開采起到了良好的約束作用，但同時也看到，即使有這些法律的頒布與實施，我國對磷礦尾礦庫的生態(tài)環(huán)境治理效果仍然不夠理想。其主要原因是針對尾礦庫的法律法規(guī)欠缺，而目前正在實施的法律法規(guī)其針對性和可操作性不夠強，目前有很多礦山開發(fā)者仍然在走“先污染，后治理”的老路。因此，針對磷礦尾礦庫的生態(tài)環(huán)境問題，各級人民政府應加快推動立法，從法律上明確環(huán)境治理責任主體，從根本上確保礦山生態(tài)環(huán)境防治有法可依。同時，當?shù)卣肮芾聿块T應結合具體實際，在各項土地法規(guī)及環(huán)保法的基礎上制定符合自身管理實際的法律法規(guī)，增強法律法規(guī)的針對性和可操作性。

2.2 加強尾礦環(huán)境影響評價

環(huán)境影響評價是指對建設項目和規(guī)劃項目實施后可能造成的環(huán)境污染問題進行分析、預測和評估?？v觀磷礦的生產(chǎn)及尾礦庫堆存，其主要環(huán)境問題主要集中在水土污染及植被侵占和破壞。因此，其環(huán)境影響評價也主要集中在水污染影響評價、土壤污染影響評價、生態(tài)環(huán)境影響評價[16]。(1)水污染影響評價。磷尾礦在長期堆放過程中，受內外因素的影響，會析出如重金屬、有機物、硫酸根等污染物，這些污染物經(jīng)滲濾液進入周邊水系污染地表水，對周邊居民飲用水造成不利影響。因此，尾礦需進行嚴格的防滲處理及水污染影響評價，防止地下水污染，危害人體健康。(2)土壤污染影響評價。選冶過程中會使用大量藥劑，尾礦在堆放過程中，會析出大量有機及無機污染物，污染物進入土壤，造成植物枯萎焉、作物減產(chǎn)，同時造成嚴重的食品安全問題。因此對磷尾礦周邊土壤需進行嚴格的土壤污染評價，嚴防尾礦庫周邊土壤污染。(3)生態(tài)環(huán)境影響評價。磷尾礦在施工過程中，涉及到剝離表土、植被清理等，從而造成水土流失及生態(tài)環(huán)境破壞。因此，同樣需對磷尾礦進行生態(tài)環(huán)境影響評價，從而保證當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 合理選擇磷礦尾礦庫庫址

尾礦庫是礦山生產(chǎn)必不可少的組成部分，其主要功能是用來堆積選礦產(chǎn)生的固體廢棄物，也是礦山企業(yè)最大的污染防控工程項目，因此在堆積前的合理選址就顯得尤為重要[17]。從生態(tài)環(huán)境保護的角度來看，磷礦尾礦庫應選擇在水源地、水產(chǎn)基地、居民區(qū)以及重點保護名勝古跡的下游，從而避免廢渣、廢石等固體廢棄物中的污染物遷移而導致嚴重污染下游水體、土壤的情況，以保障居民健康安全；同時，磷礦尾礦庫的選址還應盡量避免在農田及村莊附近，防止尾礦庫的污染物對農作物造成污染，危害人體健康；還應盡可能少占或不占用農田，避免遷移村莊，如實在無法避免，應盡量少遷；此外，應充分考察預選址的地層結構，盡量避免在地質狀況不良的位置選址，防止污染物透過基巖縫隙污染地下水。從選冶經(jīng)濟成本的角度來看，尾礦庫應離磷礦選礦廠要近，這樣可使尾礦的運輸距離減少，造成的揚程少，并且也可降低對選廠的負面影響；同時，磷礦尾礦庫庫址不應選在有開采價值的礦床上部，避免造成資源浪費[18]。

2.4 尾礦資源化利用

尾礦是指在礦山的生產(chǎn)過程中，因受限于當時的經(jīng)濟技術條件而產(chǎn)生的固體“廢棄物”，隨著選冶技術的提高，又可能成為二次礦產(chǎn)資源。面對日益嚴峻的資源形式和環(huán)境問題，磷礦尾礦的資源化利用不僅解決了部分尾礦的“去留”問題，同時也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益，為解決磷礦尾礦庫的環(huán)境問題提供了重要的研究途徑[8]。

磷選礦尾礦中P2O5的質量分數(shù)一般在13%以下，處于較低水平，目前一般采用尾礦再選、制備肥料、制備建筑生產(chǎn)材料、制備微晶玻璃等方法對磷礦尾礦庫進行資源化利用[19]。(1)尾礦再選。目前對磷礦尾礦再選回收技術的研究報道較多，其回收利用理論研究也較為完善。在美國，對磷尾礦中富集含量較高的白云石，可直接采用浮選的方法予以脫出，從而回收磷酸鹽[20]。(2)制備肥料。將磷尾礦制成肥料是磷礦尾礦資源化的重要創(chuàng)新途徑。據(jù)鄭君花[21]報道，將磷尾礦與醬油渣、秸稈混合，并通過生物發(fā)酵制備的肥料能顯著改善土壤理化性質，并且肥效持久。(3)制備建筑生產(chǎn)材料。我國利用磷尾礦生產(chǎn)建筑材料的研究較早，始于19實際80年代，是磷尾礦資源化利用的重要途徑，其主要是利用磷尾礦制備水泥和建筑用磚[22-23]。(4)制備微晶玻璃。將磷尾礦制成微晶玻璃具有廣闊的發(fā)展前景及應用前景。其生產(chǎn)具有工業(yè)附加值高、生產(chǎn)過程污染程度低等特點，是目前研究的熱點領域之一[24]。

對磷石膏的資源化，目前主要集中在建筑行業(yè)、農業(yè)、化肥工業(yè)等[25]，資源化利用手段有以下幾個方面：(1)制成水泥緩凝劑以及硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥。王英等[26]采用磷石膏與石灰混合后，在適當?shù)臏囟认蚂褵瞥伤嗑從齽?，水凝的初凝時間提前，抗壓強度有一定提高；王辛龍[27]利用硫磺分解磷石膏制備高濃度二氧化硫，建立了低溫分解磷石膏制酸的示范裝置，使磷石膏達到了99%的轉化率(硫磺分解磷石膏制硫酸技術進展及推廣應用)。(2)制成建筑材料以及工程基礎材料。將磷石膏用作建筑基礎材料，不僅可以減少環(huán)境污染，還可以降低建筑成本[25,28]。(3)制成土壤改良劑。以磷石膏為原材料制備土壤改良劑，不僅解決了其去留問題，還改善了土壤環(huán)境[29-30]。(4)制作化肥。磷石膏中含有大量植物生長所需的營養(yǎng)元素，如磷、鈣、硫等，將磷石膏制成肥料可促進植物生長，增加作物產(chǎn)量[31]。

2.5 加強地質災害災情評估

地質災害災情評估是指通過調查評估區(qū)的地質狀況，分析、預測、評價建設項目和規(guī)劃項目對地質環(huán)境的影響及可能引發(fā)的地質災害的危險性，并提出預防措施[32]。研究表明，磷礦尾礦庫主要存在溢流井坍陷及潰壩的風險。康明雄對磷礦尾礦庫潰壩的環(huán)境風險進行了分析，在發(fā)生特大暴雨，下壩坡抗滑安全系數(shù)不滿足要求時，其尾礦庫潰壩風險值高達1.8×10-2，屬于不可接受的范圍[7]。因此，必須對尾礦的地質災害災情進行評估，并采用削坡整形、覆土種草護坡、壩體加固改造等手段增加壩體的穩(wěn)定性，同時設置排滲降水工程，降低壩體浸潤線，增加壩體的安全性[33-34]。

2.6 構建基于物聯(lián)網(wǎng)的磷尾礦監(jiān)測系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)是通過紅外感應器、激光掃描器、射頻識別以及全球定位系統(tǒng)等信息傳感設備，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，從而實現(xiàn)物品的識別、跟蹤、定位和監(jiān)控的一種網(wǎng)絡，目前物聯(lián)網(wǎng)已成為我國的五大新型戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。磷尾礦可基于物聯(lián)網(wǎng)，同時結合GIS系統(tǒng)，構建尾礦實時安全監(jiān)測、分析與預警系統(tǒng)，對尾礦進行綜合設計及實時監(jiān)測[35-37]。張浩在分析國內外尾礦安全監(jiān)測現(xiàn)狀的基礎上，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的尾礦自動監(jiān)測系統(tǒng)，并成功應用到黃麥嶺磷化工尾礦，有效地監(jiān)控了其尾礦庫的運行狀態(tài)，對于尾礦的安全運行和礦山的安全生產(chǎn)具有十分重大的意義[11]。

3 結 語

在我國經(jīng)濟快速發(fā)展之下，消耗了大量的磷資源，產(chǎn)量了大量的磷尾礦庫。巨量的磷尾礦堆存，不僅侵占了土地，還污染了周邊土壤、水體和大氣，同時還伴隨著嚴重的潰壩安全風險，給周圍居民身體健康及人身安全帶來嚴重威脅。在國家生態(tài)文明建設的穩(wěn)步推進的過程中，磷尾礦庫的生態(tài)環(huán)境問題需引起足夠的重視。

同時各級政府也需加強監(jiān)管，及時出臺政策并采取措施，在達到尾礦庫綜合治理的同時，實現(xiàn)尾礦庫的資源化利用。此外，還需不斷探索循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式，并付諸于實踐，在實踐中總結出切實可行的處理措施，從而促進礦產(chǎn)資源行業(yè)的綠色發(fā)展，實現(xiàn)“礦地”和諧。