西部干旱區(qū)金礦歷史遺留堆浸氰化尾渣污染管控技術(shù)及應(yīng)用

郝建青,何新春,文 星,徐冬冬

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司)

引 言

堆浸氰化尾渣是以金礦石為原料,經(jīng)破碎后按一定層次和高度堆放到鋪有防滲漏且能自動(dòng)收集含金貴液場地上,采用氰化物淋洗礦堆氰化浸出提金后的工業(yè)固體廢物[1-2]。氰化提金工藝具有工藝成熟、成本低廉、金回收率高、對礦石適應(yīng)性強(qiáng)、可以就地產(chǎn)金等優(yōu)點(diǎn),在當(dāng)前黃金工業(yè)生產(chǎn)中處于主導(dǎo)地位[3]。但是,該工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的堆浸氰化尾渣綜合利用處置率低,歷史累積量更是巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì),全國黃金冶煉廠每年氰化尾渣產(chǎn)生量約2 000萬t[4]。巨量氰化尾渣堆存占用大量土地,同時(shí)存在極大的水體和土壤污染等風(fēng)險(xiǎn)[5-6]。中國西部干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)屬于典型生態(tài)脆弱地區(qū),具有穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)單一等特點(diǎn)。長期礦業(yè)活動(dòng)影響了其生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能,造成水體和土壤污染,引起了社會(huì)的關(guān)注[7]。

堆浸氰化尾渣中氰化物污染防控技術(shù)主要包括物理、化學(xué)、生物、自然降解等方法[5,8],不同工藝通過相應(yīng)的技術(shù)方法對其中的氰化物進(jìn)行脫除處理,以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中處置或利用要求,從而降低其對環(huán)境的危害程度。目前,對于堆浸氰化尾渣資源化利用的研究,多集中在提金方法的改進(jìn)方面[9-13],以此實(shí)現(xiàn)最大化的有價(jià)金屬回收。對于暫不具備資源化利用條件,尤其是無主礦區(qū)堆浸氰化尾渣,無法按照HJ 943—2018 《黃金行業(yè)氰渣污染控制技術(shù)規(guī)范》處理處置,亦無條件按照危險(xiǎn)廢物處理處置的大部分廢渣存在極大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患[14]。此外,氰化物含量較低的歷史遺留堆浸氰化尾渣污染控制相關(guān)的研究較少。

本文以西部干旱區(qū)金礦歷史遺留堆浸氰化尾渣為研究對象,利用原位封存阻隔實(shí)現(xiàn)堆浸氰化尾渣污染管控,可以有效阻隔污染物通過降雨等方式擴(kuò)散和滲透,工程實(shí)施后管控效果明顯,達(dá)到預(yù)期的工程目標(biāo)。

1 工程概況

本文作為案例研究的金礦歷史遺留堆浸氰化尾渣位于中國西部,該金礦于20世紀(jì)90年代開始采用公路拓展汽車運(yùn)輸方案露天開采,金礦石為地表氧化礦,采用氰化堆浸提金工藝。歷經(jīng)10余年的開采,累計(jì)共生產(chǎn)黃金2.5 t,目前該金礦地表氧化礦資源已經(jīng)枯竭。金礦采坑兩側(cè)遺留有近百個(gè)堆浸氰化尾渣堆,總占地面積約63.40萬m2,堆存方量約240萬m3,這部分堆浸氰化尾渣體量巨大且無任何環(huán)保措施。

1.1 氣候環(huán)境

該金礦所處區(qū)域?qū)俅箨懶院疁貛Ц珊禋夂?冬季嚴(yán)寒且漫長,夏季炎熱干燥,春秋季短暫,日照充足,年平均日照2 900 h,平均氣溫3.0 ℃,極端最高氣溫42.2 ℃,極端最低氣溫-51.5 ℃,平均無霜期137 d,全年干旱少雨,年平均降水量僅158.3 mm,多集中在7—8月,冬季降雪厚度400 mm左右,年蒸發(fā)量約1 731.5 mm。

1.2 水文地質(zhì)

該金礦所處區(qū)域水文地質(zhì)條件相對簡單,第四系覆土層為不含水層,地下水類型為石炭系基巖裂隙水,其儲(chǔ)水構(gòu)造為石炭系碎屑巖的節(jié)理裂隙。含水層厚度和深度隨裂隙發(fā)育而變化,為非均質(zhì)含水層。地下水富水性為極貧乏,埋深較大,為6.20～51.53 m。地下水主要接受冰雪融水、溝谷潛流及暴雨洪流入滲補(bǔ)給,地下水流徑流水力坡度為12 ‰。礦區(qū)位于地下水徑流區(qū),主要以礦坑涌水、人工開采及泉水的方式進(jìn)行排泄。根據(jù)前期水文地質(zhì)調(diào)查資料,渣堆底部0～2 m的第四系天然包氣帶防污性能為中—弱,礦區(qū)基巖包氣帶的防污性能為強(qiáng)?，F(xiàn)場照片見圖1。

圖1 現(xiàn)場照片

2 堆浸氰化尾渣污染特征

該礦區(qū)堆浸氰化尾渣堆原責(zé)任主體滅失,堆浸生產(chǎn)資料嚴(yán)重缺失,根據(jù)僅有的資料和現(xiàn)場勘查,部分堆浸氰化尾渣堆底部設(shè)計(jì)的防滲層結(jié)構(gòu)為:原始地面平整+300～500 mm黏土壓實(shí)+土工布+防滲膜(HDPE膜/LLDPE膜/彩條布)+PVC保護(hù)板+小粒徑礦石保護(hù)層,但大多遺留堆浸氰化尾渣堆為倒堆后的堆體,底部無任何防滲措施。根據(jù)項(xiàng)目前期調(diào)查資料,礦區(qū)污染源主要為未做任何防護(hù)措施的堆浸氰化尾渣,主要污染物為氰化物、砷。

2.1 堆浸氰化尾渣檢測分析

對堆浸氰化尾渣樣品進(jìn)行浸出毒性(酸性)試驗(yàn),并對檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(見表1),樣品中鉻、銀、鎳、鋇、硒、六價(jià)鉻、烷基汞均低于檢出限,pH值為7.28～12.15,銅、鋅、鉛、鎘、鈹、砷、汞、氟化物、氰化物有檢出,但所有檢測指標(biāo)均小于GB 5085.3—2007 《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》規(guī)定的浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)濃度限值。酸浸污染物檢出率見圖2,污染物濃度范圍與限值關(guān)系見圖3。

由試驗(yàn)結(jié)果可知:堆浸氰化尾渣雖然屬于《國家危險(xiǎn)廢物名錄(2021年版)》規(guī)定的危險(xiǎn)廢物,但由于長期的自然降解,主要污染物質(zhì)量濃度低于浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)濃度限值。

對堆浸氰化尾渣樣品進(jìn)行浸出毒性(水浸)試驗(yàn)(見表2),樣品中色度、總銀、總鉛、總鉻、六價(jià)鉻、烷基汞、硫化物均低于檢出限,pH、懸浮物、磷酸鹽、總砷、總鎘、總氰化合物指標(biāo)超過GB 8978—1996 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中第二類污染物最高允許排放濃度一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),樣品總超標(biāo)率達(dá)到98.06 %。水浸污染物檢出率與超標(biāo)率見圖4,污染物濃度范圍與限值關(guān)系見圖5。

表1 浸出毒性(酸性)試驗(yàn)結(jié)果

圖2 酸浸污染物檢出率

圖3 酸浸污染物濃度范圍與限值關(guān)系

表2 浸出毒性(水浸)試驗(yàn)結(jié)果

圖4 水浸污染物檢出率與超標(biāo)率

圖5 水浸污染物濃度范圍與限值關(guān)系

由試驗(yàn)結(jié)果可知:堆浸氰化尾渣具有第II類一般工業(yè)固廢的特性,在自然狀態(tài)下,尾渣中的污染物通過雨水淋溶擴(kuò)散,存在污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)[15]。

2.2 環(huán)境調(diào)查

對堆浸氰化尾渣堆底部和周邊土壤進(jìn)行取樣檢測,土壤樣品中汞、砷、鎘、鉛、鎳、銅及氰化物均有檢出,六價(jià)鉻無檢出。其中,渣堆底部土壤中氰化物檢出率為82.5 %,渣堆外圍土壤中氰化物檢出率為11.4 %。土壤中主要污染因子為砷,為6.9～16 963 mg/kg,超標(biāo)率為92.5 %。在95 %置信區(qū)間下,渣堆底部土壤含砷2 796～4 934 mg/kg;渣堆外圍土壤含砷25.2～245.5 mg/kg。渣堆底部及周邊土壤由于受渣堆中砷的污染,表現(xiàn)為渣堆底部土壤含砷明顯偏高,渣堆周邊土壤含砷也高于礦區(qū)外圍土壤背景值,但由于礦區(qū)周邊主要是巖石,且多數(shù)堆浸氰化尾渣堆所處地勢較低,影響范圍內(nèi)的土壤較少,厚度較薄。經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評估,確認(rèn)污染土壤具有不可接受的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

礦區(qū)地下水含砷超過GB/T 14848—2017 《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類地下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),滿足Ⅳ類地下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。礦區(qū)下游直線距離3 km外的地表河流達(dá)到GB 3838—2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》地表水Ⅲ類水質(zhì)要求。

3 污染風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)方案

3.1 方案確定

符合HJ 943—2018 《黃金行業(yè)氰渣污染控制技術(shù)規(guī)范》進(jìn)入堆浸場進(jìn)行原位關(guān)閉作業(yè)的金礦石氰化尾渣、金精礦氰化尾渣需滿足的技術(shù)要求為,氰渣或氰化尾礦漿中總銅、總鉛、總鋅、總砷、總汞、總鎘、總鉻、鉻(六價(jià))低于GB 18598—2019 《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》入場填埋污染控制限值要求,且根據(jù)HJ/T 299—2007 《固體廢物浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》制備的浸出液中氰化物(CN-計(jì))按照HJ 484—2009 《水質(zhì) 氰化物的測定 容量法和分光光度法》測得的值不大于5 mg/L。因此,對于底部防滲結(jié)構(gòu)還保留的氰化尾渣具備原位關(guān)閉作業(yè)的條件,可利用原位關(guān)閉并鋪設(shè)有效表面封場覆蓋防滲層的方式實(shí)現(xiàn)污染防控的目的。

在酸浸條件下,堆浸氰化尾渣不具備危險(xiǎn)廢物浸出毒性的特性,氰化物質(zhì)量濃度遠(yuǎn)低于5 mg/L。但堆浸氰化尾渣水浸結(jié)果表明,其具有明顯的第II類一般工業(yè)固廢的特性。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查報(bào)告,區(qū)域地下水埋深較深。渣堆底部0～2 m的第四系天然包氣帶防污性能為中—弱,但其下部的巖石和巖體的滲透系數(shù)較小,基巖包氣帶的防污性能強(qiáng)。因此,在良好水文地質(zhì)條件下,倒堆后形成的堆浸氰化尾渣堆也具有較好的天然底部防滲條件,也可以進(jìn)行原位關(guān)閉,并結(jié)合氰化尾渣堆表面封場覆蓋防滲阻隔方案達(dá)到進(jìn)一步污染防控的目的。

綜合考慮原位封存阻隔污染防控的可行性、項(xiàng)目所在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、氣候環(huán)境及礦區(qū)周邊環(huán)境敏感目標(biāo)等因素,可采用原位整形后對該金礦歷史遺留堆浸氰化尾渣堆進(jìn)行原位封存阻隔,以達(dá)到污染防控的目的。

3.2 原位封存阻隔方案

原金礦石破碎后堆浸作業(yè)前,部分在堆浸場底部采取了防滲措施。因此,這部分堆浸氰化尾渣堆可利用原堆浸場底部防滲措施,對分散的堆浸氰化尾渣堆及周邊受污染的土壤進(jìn)行清運(yùn)集中,采用封存覆蓋進(jìn)行污染防控。對于已經(jīng)倒堆形成的渣堆,根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件及降水等綜合條件,也可以采用原位阻隔的方法就地封存。

1)氰化尾渣清運(yùn)集中。礦區(qū)范圍內(nèi)的堆浸氰化尾渣堆大多呈線性分布在采礦區(qū)兩側(cè),無需清運(yùn)。對于其他區(qū)域零星分布且堆渣量較小的渣堆,需進(jìn)行清運(yùn),并集中堆存在工程條件較好、堆放量較大的堆浸氰化尾渣堆區(qū)域。清運(yùn)過程應(yīng)做好二次污染防治措施和安全衛(wèi)生措施,防止運(yùn)輸過程中遺撒及氰化物中毒事件發(fā)生。

2)污染土壤清運(yùn)集中。需要清運(yùn)的污染土壤主要為兩部分:一是被清運(yùn)堆浸氰化尾渣堆底部的污染土壤,二是原渣堆周邊受污染的土壤。污染土壤集中堆存在工程條件較好的堆浸氰化尾渣堆附近,同氰化尾渣堆一并進(jìn)行污染防控。

3)渣堆修整。為了便于封場覆蓋防滲層的鋪設(shè),利于坡面雨水的收集導(dǎo)排,以及保持場區(qū)土方的整體平衡,需要對現(xiàn)有堆浸氰化尾渣堆邊坡修整。渣堆邊坡修整的原則是在滿足設(shè)計(jì)和工程目的的要求下,盡量減少挖填方量。當(dāng)氰化尾渣堆邊坡高度大于6 m時(shí),進(jìn)行削坡開級(jí),每級(jí)臺(tái)階高度不超過4 m,臺(tái)階寬度不小于3 m,以便于施工機(jī)械作業(yè)。修整后的邊坡坡度不大于1∶3.0。

4)污染防控。按照GB 18598—2019 《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》封場要求,對堆浸氰化尾渣堆進(jìn)行封場覆蓋,采用的柔性封場結(jié)構(gòu)自下而上為:

(1)防滲層。采用厚度1.5 mm以上的糙面HDPE膜或LLDPE膜;采用黏土?xí)r,厚度不小于30 cm,飽和滲透系數(shù)小于10×10-7cm/s。本方案防滲層選用雙糙面HDPE膜,厚度為1.5 mm。

(2)排水層。滲透系數(shù)不應(yīng)小于0.1 cm/s,邊坡應(yīng)采用土工復(fù)合排水網(wǎng);排水層與堆浸氰化尾渣堆四周的排水溝相連。

(3)植被層。其由營養(yǎng)植被層和覆蓋支持土層組成。營養(yǎng)植被層厚度應(yīng)大于15 cm;覆蓋支持土層應(yīng)由壓實(shí)土層構(gòu)成,厚度大于45 cm。本方案植被層由營養(yǎng)植被層150 mm+覆蓋支持層450 mm構(gòu)成。

5)生態(tài)恢復(fù)及區(qū)域排水。該金礦所處區(qū)域年降雨量較少,周邊無可直接利用的灌溉養(yǎng)護(hù)用水。因此,在降雨比較集中的月份進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),覆土完成后及時(shí)播撒草籽,并進(jìn)行一次噴灌養(yǎng)護(hù),后期進(jìn)行自然生態(tài)恢復(fù)。堆浸氰化尾渣堆經(jīng)過修理整平和封場覆蓋施工后,需在堆體外圍補(bǔ)充修建截水溝,避免在暴雨季節(jié)受雨水沖刷,防止水土流失。

6)輔助工程。堆浸氰化尾渣屬于危險(xiǎn)廢物,按照GB 15562.2—1995 《環(huán)境保護(hù)圖形標(biāo)志—固體廢物貯存(處置)場》的要求,原位封存阻隔后應(yīng)在明顯的位置設(shè)置警示牌,防止封存后的堆浸氰化尾渣堆體在生態(tài)恢復(fù)初期受當(dāng)?shù)厣蟮牟忍?造成生態(tài)植被和封存阻隔污染防控工程的破壞,因此在渣堆區(qū)域設(shè)置鐵絲圍欄。

3.3 管控監(jiān)測及輔助方案

按照HJ 943—2018 《黃金行業(yè)氰渣污染控制技術(shù)規(guī)范》和有關(guān)法律法規(guī)規(guī)定,原位封存阻隔污染防控工程施工完成后應(yīng)制訂監(jiān)測方案,對堆浸氰化尾渣堆后期的污染物狀況及其對周邊環(huán)境的影響開展監(jiān)測。

根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件、地下水補(bǔ)徑排特點(diǎn),結(jié)合可能的污染影響,以控制地下水水質(zhì)變化為原則,合理布設(shè)地下水監(jiān)測點(diǎn)。本方案地下水監(jiān)測井布設(shè)要求如下:

1)本底井,1眼,設(shè)在處置場地下水流向上游30～50 m處。

2)污染擴(kuò)散井,2眼,分別設(shè)在垂直處置場地下水流向的兩側(cè),30～50 m處。

3)污染監(jiān)視井,2眼,分別設(shè)在處置場地下水流向下游30 m、50 m處。

地下水監(jiān)測因子由金礦生產(chǎn)運(yùn)營中可能產(chǎn)生的污染物確定。本污染防控技術(shù)方案特征污染測定項(xiàng)目至少包括氰化物、銅、鉛、鋅、砷、汞、鎘、鉻(六價(jià))。

污染防控工程竣工后的第1年,采樣頻次每月至少1次;1年后,采樣頻次每季度至少1次。若發(fā)現(xiàn)地下水水質(zhì)出現(xiàn)異常,應(yīng)加大監(jiān)測頻次。

3.4 滲濾液收集處理系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,堆浸氰化尾渣堆底部完全無滲濾液流出或無下滲的跡象,項(xiàng)目區(qū)域較小的降雨量和極大的蒸發(fā)量導(dǎo)致基本無滲濾液產(chǎn)生。此外,由于原位封存阻隔工程的實(shí)施完全阻斷了降水進(jìn)入堆浸氰化尾渣堆對其進(jìn)行淋濾的途徑,更進(jìn)一步阻斷了滲濾液產(chǎn)生的可能性,因此本方案不設(shè)置滲濾液收集處理系統(tǒng)。

3.5 應(yīng)用效果

該堆浸氰化尾渣污染管控技術(shù)已在工程中應(yīng)用,根據(jù)工程實(shí)施效果,原位封存阻隔可以有效阻隔氰化尾渣中污染物通過降雨等方式擴(kuò)散和滲透,環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制,項(xiàng)目周邊環(huán)境得到明顯改善。此外,由于渣堆整形改造和生態(tài)恢復(fù)措施的實(shí)施,渣堆表面復(fù)綠效果明顯,達(dá)到預(yù)期工程目標(biāo)。工程現(xiàn)場見圖6。

圖6 污染管控工程實(shí)施后氰化渣堆效果

4 結(jié) 論

1)采取原位封存阻隔技術(shù)處理金礦無主礦區(qū)歷史遺留堆浸氰化尾渣和受重金屬污染土壤,實(shí)現(xiàn)污染防控的目的。該技術(shù)方案與異位風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)相比,不需要新建危廢渣庫,不需要搬運(yùn)大量廢渣,節(jié)省了工程投資,降低了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),工藝技術(shù)方案可行。

2)在具有良好水文地質(zhì)環(huán)境和干旱少雨的氣候條件下,對西北干旱區(qū)金礦歷史遺留堆浸氰化渣進(jìn)行原位封存阻隔污染防控。該工程實(shí)施后,環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制,周邊環(huán)境得到明顯改善,工程效果良好。

3)原位封存阻隔污染防控技術(shù)可以使堆浸氰化尾渣中污染物得到有效防控,消除下游地表水體、地下水及土壤環(huán)境的污染安全隱患,且項(xiàng)目所在區(qū)域植被得到有效恢復(fù),生態(tài)環(huán)境得到顯著改善,具有良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。堆浸氰化尾渣堆原位封存阻隔污染防控的實(shí)施,為以后具備開發(fā)條件的氰化尾渣的二次開發(fā)利用提供了便利。