一種增大尾礦庫回水量的方法

2018-03-21 05:48:16李瑞林

現代礦業 2018年2期

李瑞林陳歡

(金建工程設計有限公司))

選礦工藝流程中會利用大量的水，為節約水資源，一般要求盡可能利用循環水，減少新水使用。尾礦庫回水與其他工業廢水相比具有水量較大、有害物質含量較低等特征，該類廢水可在尾礦庫較長時間澄清后，與匯水范圍內的徑流水混合后排出。尾礦庫回水一般可以滿足選礦工藝要求，其在循環水中通常占有較大比重，有些甚至可以作為循環水的主要水源。因此，為減少新水補充，盡可能增大尾礦庫回水利用率，達到降低運營成本、節約水資源的目的，本研究對尾礦庫回水量增大方法進行研究。

1 尾礦庫回水量組成

尾礦庫回水量包括入庫水量、水面蒸發量、尾礦孔隙含水量和滲透損失水量等，可經過水量平衡計算確定[1]。入庫水量主要包括排入庫內尾礦漿所攜帶的水量和匯水范圍內的降水。水面蒸發量與庫區當地年蒸發量和庫內水面面積有關。滲透損失水量與尾礦庫地基工程地質情況和庫內水面面積有關。尾礦孔隙含水量與尾礦顆粒密度、礦漿密度有關。

排入庫內的尾礦漿濃度越小，其所攜帶的水量也越多，水面面積也會越大，損失的水量也相應增大。匯水范圍內降水、當地蒸發量與工程區地形、氣候有關，即便采取工程措施也很難對其進行改變。尾礦庫使用初期受庫區水文地質條件影響較大，隨著尾礦不斷滲入，滲透通道逐漸被尾礦淤塞，滲透損失水量會逐漸減少[2-3]。對于全庫區防滲的尾礦庫，尾礦庫滲透損失水量可忽略不計。

為增大尾礦庫回水利用率(從尾礦庫回用的水量與選礦廠排入尾礦漿所攜帶水量的比值)，常用方法是提高入庫內尾礦漿的濃度。根據《尾礦設施設計規范》(GB 50863—2013)[1]，上游式堆壩的尾礦漿質量濃度超過35%(不含干堆尾礦)時，不宜采用沖積法直接筑壩；當尾礦漿質量濃度超過35%，且采用沖積法直接上游式筑壩時，應進行尾礦堆壩試驗研究[1,4-5]。因此，采用高濃度排放尾礦時須采取一定的工程措施來確保壩體穩定。如可以采用一次建壩、后期壩采用廢石堆筑等方法來確保尾礦庫安全，但該類措施勢必會增加工程費用，因而入庫的尾礦漿濃度不宜過大。

2 提高尾礦庫回水量的方法

在提高尾礦庫回水利用率時，常用的工程措施忽略了尾礦庫處于露天的情形，即尾礦庫如同一個口大底小水淺盆，盛水區域暴露于陽光下，蒸發量較大，對于干旱少雨地區，年蒸發量達到2 000 mm左右。內蒙古錫林郭勒盟地區某濕排尾礦庫占地約1.46 km2，常年水域面積約0.24 km2，當地年蒸發量為1 856 mm。理論上該尾礦庫的年蒸發量可達44.544萬m3(以水面面積平均值24萬m2、年蒸發量1 856 mm/a計)，這在缺水地區來講水量很可觀。因此，為減少尾礦庫匯水蒸發損失量，可以從減少水面面積角度進行研究。比如在尾礦庫運行過程中，在尾礦庫內投入懸浮球，要求其能覆蓋庫面，懸浮球以直徑10 cm為宜，便于運輸和從庫區周邊向庫內滾動。在水面上要求懸浮球恰好被浸沒1/2體積，此時覆蓋的水面最大。球體可采用聚乙烯材料制作，密度上要求不均勻，須一半球體重，另一半球體輕，可以避免懸浮球在水面上發生翻滾而增加蒸發量。球體顏色宜為淺色，可避免因深色吸熱而增加蒸發量。

尾礦庫面布滿懸浮球后，與空氣接觸的水面減少了90.69%，理論上能減少9成的蒸發損失量。

圖1 懸浮球占尾礦庫面面積計算示意

通過對比試驗，將一水池平均分為2個部分，對其中一部分水表面覆蓋直徑為10 cm的懸浮球，另一部分水則直接放置。經過20 d時間，對兩者的蒸發量進行了計算。結果表明，水面覆蓋懸浮球后，蒸發量為12 mm，而未覆蓋懸浮球的水面蒸發量高達25 mm。試驗表明，水面布滿懸浮球可以明顯減少水分蒸發量，但減少量僅為1/2，并非理論計算的90%的蒸發量，是因為水面上方大氣濕度增加，其中的水汽分子數量增加，飽和水汽壓差減小，水面與大氣的水汽壓差減小，水分子由水面逸出的速度減慢，實際減少的蒸發量小于理論計算值，盡管如此，采用本研究方法后，仍然可以大幅降低尾礦庫匯水蒸發量[6-10]。