南方多雨地區宜采用的尾礦干堆工藝及環境影響分析

陸長清

(江西省科學院能源研究所，江西 南昌330096)

0 引言

金屬、非金屬礦山采選業的迅速發展產生了大量尾礦，據報道，2012年我國尾礦總產生量達到16億t［1］。國內尾礦排放方式仍采用傳統的濕排為主，目前全國共有尾礦庫12 273座［2］，濕排尾礦庫的存在不僅給生產安全帶來重大隱患，同時環境污染事件也不斷發生。據測算［3］，目前我國因尾礦造成的直接污染面積已達百萬畝，間接污染土地面積66.67萬hm2之余，每年因固體廢棄物污染造成的經濟損失在300億元左右，其中每年要花費10～15億元用于堆存尾礦，15～25億元用于維護尾礦庫。由于濕排尾礦受地形、土地占用、安全和環保等方面的限制，目前國內發展了尾礦干式堆存新技術。

針對尾礦干式堆存技術及堆存工藝，許多學者作了一定的研究和探討［3～9］，普遍認為，與傳統尾礦濕排工藝相比，尾礦干堆工藝在節水、回收廢水中重金屬、減少藥劑消耗和占地、減免地下水污染、提高庫容利用率、閉庫復墾周期短并可分期覆蓋、減小環境風險等環保方面具有明顯優勢，解決了傳統尾礦濕排工藝所面臨的老大難問題，尾礦干堆技術具有很好的發展前景。尾礦干堆工藝也存在設備投資與生產運營成本較高、目前開發的設備處理能力較小、難以在生產規模大的礦山實施應用、在降雨量較大地區的應用受到限制等問題。本文針對尾礦干式堆存工藝存在的上述問題，結合目前國內對尾礦采用的濾餅、膏體和袋式3種干堆工藝，從處理工藝流程、適宜條件和對環境影響方面進行了比較分析，提出南方多雨地區宜采用的尾礦干式堆存工藝。

1 目前尾礦干式堆存工藝及比較分析

尾礦干排主要是在選礦工藝末端增設尾礦漿濃縮系統或尾礦漿過濾系統，尾礦漿經濃縮或過濾處理后形成尾礦干渣和廢水;廢水全部回用于選礦生產，尾礦干渣送至干堆場，暫存后可作為再選回收有價金屬、生產建筑材料的原料或回填礦坑及復墾綠化等。目前對尾礦的干式堆存主要采取濾餅、膏體、袋式3種堆存方式［10］，現分別對其堆存工藝流程分析如下。

1.1 濾餅形式堆存

此種堆存方式是指將壓濾或過濾后低于或等于飽和含水率的尾礦濾餅以汽車或其他運輸方式運至尾礦堆場，在山谷或傍山、平原圍堤所形成區域內分層碾壓密實的排放方式;濾餅一般指經過壓濾或過濾脫水后不能離析，濃度在80%左右的尾礦，壓濾水回用選礦。某鐵礦尾礦濾餅干式堆存工藝流程見圖1［7］。

圖1 尾礦濾餅干式堆存工藝流程圖

尾礦濾餅干式堆存工藝目前在國內鐵礦尾礦、黃金尾礦有一定的應用，但在南方多雨地區基本沒有應用。

1.2 膏體形式堆存

膏體尾礦是一種具有流動特性和一定屈服應力，并有足夠的呈膠體狀態水的不離析尾礦固液混合體。膏體尾礦的堆存方式雖也采用管道輸送，但與傳統的尾礦漿排放的堆存方式有質的區別，尾礦膏體入庫以后，水與固體之間、固體中的粗、細顆粒之間不產生離析，膏體表面不產生流動水，屬于干法堆存。尾礦膏體干式堆存工藝流程見圖2。

將尾礦制成膏體，基本要求是－20 μm粒級的顆粒需占15%以上，因此將尾礦制成膏體，尾礦粒級的配比就顯得很重要，但因各礦石性質及成分存在差異，粒級配比也不同，不是所有的尾礦都能形成膏體，應對特定的尾礦進行必要的試驗。

膏體尾礦堆存技術在國外已經應用發展了30多年，但在我國的應用較少，主要是受技術經濟、國情和環保理念等因素的制約。

1.3 袋式形式堆存

此工藝是指在礦漿中加入一定量的絮凝劑經濃密機濃縮后達到40%～50%的濃度，通過砂漿泵裝入耐腐蝕、耐風化、滲水性強的聚丙烯樹脂袋，在平整好的場地中，按一定坡度分層順序鋪設，一定濃度的尾礦漿在袋中自然沉降，通過自濾和上部尾礦重量擠壓、濾水、固結，形成尾礦濾餅，使濾餅濃度達到80%以上，含水量僅有20%左右，使濾餅固結封閉在袋中，并使尾礦隨袋成型，分層堆筑形成干堆壩體。尾礦袋式干式堆存工藝流程見圖3。

該工藝不需要建壩，形成的尾礦堆壩安全性高，操作簡單，取消了機械壓濾，減少投資，便于復墾。

圖2 尾礦膏體干式堆存工藝流程圖

圖3 尾礦袋式干式堆存工藝流程圖

1.4 3種尾礦干式堆存工藝比較分析

根據上述的3種尾礦干式堆存工藝流程，從堆存工藝的工程要求、設備投資及運行成本進行比較，其比較結果見表1。

表1 3種尾礦干式堆存工藝的工程要求、設備投資及運行成本比較

從表1可看出，袋式干式堆存尾礦具有投資小、運行成本低、堆存場要求低、適用多雨地區等優勢。

2 尾礦干式堆存對環境影響的比較分析及相關問題

2.1 對環境影響的比較分析

根據上述的3種尾礦干式堆存工藝的各自工藝流程和要求，不同的尾礦干式堆存工藝對環境影響也不同，對南方多雨地區采取濾餅、膏體、袋式等尾礦干式堆存方式可能造成的環境影響分析結果見表2。

表2 3種尾礦干式堆存工藝對環境影響分析

從表2分析結果可以看出，從占地、生產廢水回用率、對環境空氣影響、地下水保護、環境風險、淋溶廢水污染、二次資源利用、土地復墾和生態恢復等方面分析，南方多雨地區采取袋式干堆工藝堆存尾礦對環境影響較小。

2.2 推廣應用尾礦袋式干堆工藝的相關問題

雖然袋式干堆工藝宜用于南方多雨地區的尾礦堆存，但應注意以下幾點。

2.2.1 膜袋選用 膜袋作為尾礦的承載介質，應根據尾礦的特性及堆存場地的自然條件來確定膜袋的規格、材質及加工方法，以確保袋裝尾礦及尾礦堆體的穩定性。

2.2.2 尾礦實施分區堆存 根據干堆場的地形地貌，對尾礦堆存場進行合理分區，按分區和作業單元進行分期實施，盡量減少堆存作業區的面積，以減少堆場淋溶廢水產生量，利于做到邊堆存、邊復墾和生態恢復。

2.2.3 做好堆場的清污分流 在堆場周邊修建截洪溝，防止周邊雨水進行堆場。

2.2.4 分層堆筑形成干堆壩體 由于尾礦隨袋成型，應按一定坡度分層順序鋪設，分層堆筑形成干堆壩體。

2.2.5 需建堆場自然壓濾水收集處理設施 由于袋式干堆工藝的入袋尾礦含水率仍達50%左右，在堆存過程中通過自濾和上部尾礦重量擠壓、濾水、固結，形成尾礦濾餅，才使濾餅濃度達到80%以上。在袋式干堆過程中會產生約30%左右的廢水，應對此廢水進行收集處理后回用，因此，需建堆場自然壓濾水收集處理設施。

3 結束語

綜上所述，與傳統尾礦濕排工藝相比，尾礦干堆工藝在節水、回收廢水中重金屬、減少藥劑消耗和占地、減免地下水污染、提高庫容利用率、閉庫復墾周期短并可分期覆蓋、環境風險小等環保方面具有明顯的優勢，解決了傳統尾礦濕排工藝所面臨的老大難問題，尾礦干堆技術具有很好的發展前景。但尾礦干堆工藝也存在設備投資與生產運營成本較高、目前開發的設備處理能力較小、難以在生產規模大的礦山應用、在降雨較大地區的應用受到限制等問題。本文針對尾礦干式堆存上述問題，結合目前國內對尾礦采用的濾餅、膏體和袋式3種干堆工藝，從處理工藝流程、適宜條件和對環境影響方面進行了比較分析，認為南方多雨地區宜采用尾礦袋式干堆工藝。

［1］ 中國國土資源經濟研究院.加強礦產資源節約與綜合利用，推進生態文明建設研討會［R］.2013，6.

［2］ 國家安全生產監督管理總局、環保部等七部委［R］.深入開展尾礦庫綜合治理行動方案，2013，5.

［3］ 鄧政斌，童 雄.淺述尾礦干堆技術的前景［J］.礦冶，2011，20(2):10－14.

［4］ 范向偉.尾礦干式堆存工藝的研究與實踐［J］.金屬礦山，2010，(8):281－285.

［5］ 遲春霞，沈 強.尾礦干堆技術探討［J］.黃金，2002，(8):47－49.

［6］ 邢萬芳，金英豪，姚 香.黃金尾礦干堆技術若干問題探討［J］.有色金屬，2008，(1):48－49.

［7］ 趙龍錄，楊玉華，賈承恩.鐵礦尾礦干法排放工藝及設備［J］.金屬礦山，2009，(12):148－150.

［8］ 陳華君，何艷明，熊國煥，等.尾礦堆存處理工藝比較及應用［J］.云南冶金，2012，(8):68－73.

［9］ 付永祥.大型山谷型尾礦干堆場設計理念與實例［J］.金屬礦山，2009，(10):1－4.

［10］文 枚，趙定柱，龔愛民，等.尾礦干式堆存工藝要點分析及技術優勢探討［J］.科技信息，2011，(8): 812－813.