吳 鵬，胡建軍，郭利杰，鄭 磊

（北京礦冶研究總院，北京100160）

長(zhǎng)期以來(lái)，尾礦通常作為選礦廢棄物以尾礦庫(kù)的方式貯存。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)固體礦產(chǎn)長(zhǎng)期采選排出的尾礦與廢石的堆存量占地面積已達(dá)1.87～2.47萬(wàn)km2，全國(guó)現(xiàn)有尾礦庫(kù)達(dá)12600多個(gè)，金屬礦山堆存的尾礦量已經(jīng)超過(guò)50億t，并且以每年6億t的速度遞增［1］。這不僅占用大量土地、污染環(huán)境，同時(shí)造成巨大浪費(fèi)。據(jù)測(cè)算，我國(guó)每年因固體廢棄物污染造成的經(jīng)濟(jì)損失在300億元人民幣左右，其中每年堆存尾礦花費(fèi)10～15億元，維護(hù)尾礦庫(kù)花費(fèi)15～25億元［2］。另外，尾礦庫(kù)作為礦山開采的兩大隱患之一（另一個(gè)是采空區(qū)），事故頻發(fā)，給礦山安全生產(chǎn)及人民生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。其中，2008年9月8日發(fā)生在山西省臨汾市襄汾縣新塔礦區(qū)的特大尾礦庫(kù)潰壩事故，是我國(guó)迄今為止死亡人數(shù)最多的尾礦庫(kù)潰壩事故，造成277人死亡，4人失蹤。

因此，為了實(shí)現(xiàn)安全、低成本、環(huán)保地處置礦山尾礦，在加強(qiáng)尾礦庫(kù)安全管理的同時(shí)，還應(yīng)不斷研發(fā)、推廣新型尾礦處置技術(shù)。

1 尾礦干式堆存技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

尾礦干式堆存技術(shù)是一種新型尾礦處置技術(shù)，它在國(guó)外已經(jīng)經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，近幾年在國(guó)內(nèi)部分礦山也有所應(yīng)用。所謂干式堆存，實(shí)質(zhì)上是一種“半干法”堆存。其特點(diǎn)是尾礦經(jīng)過(guò)脫水后堆存于地表，從而可以節(jié)省建設(shè)常規(guī)尾礦庫(kù)的投資。實(shí)現(xiàn)尾礦干式堆存的關(guān)鍵在于尾礦經(jīng)過(guò)脫水后能夠達(dá)到足夠高的濃度，在堆存的過(guò)程中不發(fā)生偏析或滲析水少，從而使其具有一定的支撐強(qiáng)度，并能夠自然堆積一定高度。該方法通常在峽谷、低洼、平地、緩坡等地形條件下應(yīng)用，不需要建尾礦壩，因此基建投資少、維護(hù)簡(jiǎn)單、綜合成本低［3］。

根據(jù)尾礦濃度與特性的差異（如圖1所示），在此將尾礦干式堆存的范疇定義為以下兩種：一種為壓濾干堆，尾礦濃縮→尾礦脫水→干式堆存；另一種為膏體堆存，尾礦濃縮→深度濃縮→膏體堆存。

目前，壓濾干堆技術(shù)在我國(guó)黃金礦山應(yīng)用普遍。最初，壓濾干堆技術(shù)在黃金礦山的應(yīng)用是出于環(huán)保角度考慮，后來(lái)在節(jié)能降耗、安全方面顯示出優(yōu)勢(shì)，受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。

1.1 壓濾干堆

圖1 不同濃度尾礦特性

尾礦壓濾干堆技術(shù)的特點(diǎn)是尾礦漿先經(jīng)過(guò)濃密機(jī)脫水，高濃度底流經(jīng)過(guò)濾設(shè)備脫水至含水率很低的濾餅，濾餅采用皮帶運(yùn)輸機(jī)或汽車的運(yùn)輸方式運(yùn)至尾礦干堆場(chǎng)。其工藝流程如圖2。此技術(shù)在操作過(guò)程中因尾礦脫水設(shè)備的差異，涌現(xiàn)出很多新設(shè)備與新工藝，例如旋流器在尾礦濃密過(guò)程中的應(yīng)用、陶瓷過(guò)濾機(jī)在尾礦過(guò)濾過(guò)程中的應(yīng)用等。壓濾干堆技術(shù)于1994年首先在山東平邑歸來(lái)莊金礦應(yīng)用，并由國(guó)家黃金局作為新技術(shù)在全國(guó)黃金礦山推廣。先后在多個(gè)黃金礦山及個(gè)別鐵礦成功應(yīng)用，并取得良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如遼寧省排山樓金礦［4］、北京市的京都全泥氰化炭漿廠、內(nèi)蒙古撰山子［5］、柴胡欄子金礦［6］、山東金嶺鐵礦［7］等。

圖2 尾礦壓濾干堆工藝流程示意圖

尾礦壓濾干堆的主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：①濾液返回工藝流程中，可回收利用已溶的金屬；②增加尾礦回水利用率，對(duì)干旱地區(qū)十分重要；③減少有毒污水的排放；④壓濾干堆場(chǎng)內(nèi)不積水，安全度高；⑤減少尾礦庫(kù)的維護(hù)費(fèi)用；⑥尾礦庫(kù)利用系數(shù)高，節(jié)約占地。

然而，尾礦壓濾干堆也具有下列幾項(xiàng)缺點(diǎn)：①設(shè)備投資大，運(yùn)營(yíng)成本高；②對(duì)黃金礦山較適用，對(duì)于其他金屬礦山效益不明顯，應(yīng)用條件受到限制；③對(duì)干旱地區(qū)較為適用，對(duì)于多雨地區(qū)，堆積體穩(wěn)定性問(wèn)題需慎重考慮。

1.2 工程實(shí)例

“塌陷區(qū)尾砂干式排放工藝技術(shù)”是由北京礦冶研究總院、承德銅興礦業(yè)公司等科研單位經(jīng)過(guò)三年多系統(tǒng)、全面的研究試驗(yàn)工作而形成的一種將尾礦干式堆存與塌陷區(qū)治理相結(jié)合的新技術(shù)，并建成了示范工程。該研究具有“高壓深錐濃縮、遠(yuǎn)程一段輸送、陶瓷過(guò)濾脫水、干式排放治患”的鮮明技術(shù)特色，成功解決承德銅興礦業(yè)公司尾砂堆存和塌陷區(qū)治理技術(shù)難題的同時(shí)，在環(huán)境、安全、節(jié)能、占用土地等方面也顯示出良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

該技術(shù)的工藝流程是，尾砂首先經(jīng)高壓深錐濃密機(jī)濃縮，達(dá)到重量濃度為50%左右；然后采用水隔離泵泵送至水平距離約2600m，高差約200m的脫水車間；再經(jīng)陶瓷過(guò)濾機(jī)脫水至含水15%的尾礦濾餅，最后經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)輸送至塌陷區(qū)堆存［8］，圖3；塌陷區(qū)內(nèi)采用電耙倒運(yùn)。

該項(xiàng)目采用“塌陷區(qū)尾砂干式排放工藝技術(shù)”后，既保障產(chǎn)能，又節(jié)約大量新建尾礦庫(kù)征地和投資費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該研究所采用的工藝技術(shù)及設(shè)備具有創(chuàng)新性，既實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、以廢治患、保護(hù)環(huán)境，又對(duì)尾礦干式堆存及塌陷區(qū)綜合治理具有借鑒意義。

圖3 工藝流程示意圖

1.3 膏體堆存

尾礦膏體堆存最早由多倫多大學(xué)的Ronbinsky教授提出，并首先成功運(yùn)用于加拿大的Kidd－Creak礦山［9］。膏體堆存工藝流程簡(jiǎn)單講是尾礦經(jīng)濃密機(jī)濃縮至膏體狀態(tài)，運(yùn)送至尾礦干堆場(chǎng)堆存。在操作過(guò)程中因尾礦脫水設(shè)備差異而有“多段濃密”和“單段濃密”之分，在運(yùn)輸過(guò)程中也因運(yùn)輸設(shè)備的不同而分為管道運(yùn)輸、汽車運(yùn)輸和皮帶運(yùn)輸。起初尾礦膏體是為礦山充填所采用，后來(lái)用于地表堆存。最初尾礦膏體堆存的目的并不是提高回水率，而是由于尾礦水污染嚴(yán)重，需要處理，同時(shí)處理費(fèi)用又比較高。

上世紀(jì)末以及進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著礦山機(jī)械制造水平以及礦漿濃縮和高濃度礦漿輸送技術(shù)水平的發(fā)展，使得制約尾礦膏體堆存的技術(shù)瓶頸得以緩解。隨后在澳大利亞，為了解決紅土鋁礦尾礦的堆存問(wèn)題，尾礦膏體堆存技術(shù)在西澳得到應(yīng)用和較快發(fā)展。

然而，世界上現(xiàn)已投入運(yùn)行的大規(guī)模膏體尾礦堆存的項(xiàng)目仍并不多見，目前據(jù)資料［9］統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有的32個(gè)膏體尾礦地面堆存工程有19個(gè)（占總數(shù)的60%）在澳大利亞。目前，這種新型尾礦堆存方式仍主要集中在干旱地區(qū)。

膏體尾礦堆存的優(yōu)勢(shì)主要是三點(diǎn)：①經(jīng)濟(jì)角度，減少了投資和項(xiàng)目財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)；②環(huán)保角度，降低水污染及大氣污染；③安全角度，減少潰壩的可能性。

由于技術(shù)、裝備水平、法律法規(guī)以及環(huán)保理念的差異，導(dǎo)致尾礦膏體堆存技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用很少。另外，尾礦膏體堆存技術(shù)的核心設(shè)備膏體濃密機(jī)的投資巨大，也是國(guó)內(nèi)礦山很少應(yīng)用此技術(shù)的一個(gè)重要因素。

據(jù)資料［10］報(bào)道，烏奴格土山銅鉬礦是國(guó)內(nèi)大型有色金屬礦山中第一次采用膏體堆存工藝的礦山企業(yè)。該廠尾礦濃縮選用2臺(tái)Φ40m深錐膏體濃密機(jī)，底流濃度為66%，運(yùn)行效果良好。在膏體堆存工藝方面，該廠在運(yùn)行期間積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)。

2 存在問(wèn)題與發(fā)展方向

尾礦干式堆存雖然從經(jīng)濟(jì)角度不及常規(guī)尾礦排放方式有優(yōu)勢(shì)，但是，隨著尾礦干堆技術(shù)的發(fā)展，法律的完善，以及人們環(huán)保理念的增強(qiáng)，應(yīng)用尾礦干式堆存技術(shù)的礦山會(huì)逐漸增多。應(yīng)在總結(jié)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)更符合我國(guó)國(guó)情的尾礦干式堆存技術(shù)。目前來(lái)看，尾礦干式堆存技術(shù)仍存在如下問(wèn)題需要解決。

1）壓濾干堆方面。目前，國(guó)內(nèi)采用尾礦壓濾干堆技術(shù)處理尾礦的礦山大都采用“濃縮—過(guò)濾—堆排”工藝。因此，過(guò)濾設(shè)備投資大、能耗高的特點(diǎn)也成為制約此技術(shù)推廣的一個(gè)瓶頸。急需通過(guò)尾礦低成本、高效率脫水設(shè)備及工藝的研究，解決尾礦脫水成本高、效率低、能耗高的問(wèn)題，使其能在黃金礦山以外的礦山得以推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化。

2）膏體堆存方面。我國(guó)膏體堆存應(yīng)用的案例很少，亟待解決的問(wèn)題還很多。例如，目前制備膏體常用的深錐濃密機(jī)設(shè)備投資大，并且運(yùn)行過(guò)程中隨尾礦濃度的增加，“壓耙”問(wèn)題尚未得到很好解決，導(dǎo)致膏體制備成本高、效率低。對(duì)此，需借鑒國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)膏體尾礦低成本、高效率制備技術(shù)研究和膏體堆存技術(shù)研究等理論研究以及現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)研究，為我國(guó)膏體堆存技術(shù)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和工程經(jīng)驗(yàn)。

3）另外，通過(guò)特殊添加劑的研究，提高尾礦堆積體的強(qiáng)度，一方面可提高堆積體穩(wěn)定性，另一方面可增加尾礦干式堆存技術(shù)在多雨地區(qū)的適應(yīng)性。

3 小結(jié)

尾礦干式堆存技術(shù)作為一種新生事物，短期內(nèi)雖然不能完全取代傳統(tǒng)尾礦濕排技術(shù)，但是隨著技術(shù)裝備水平的進(jìn)步、法律法規(guī)的健全以及環(huán)保理念的增強(qiáng)，尾礦干式堆存技術(shù)將為今后我國(guó)礦山設(shè)計(jì)提供一種思路。對(duì)于緩解干旱地區(qū)礦山水資源短缺的問(wèn)題以及尾礦庫(kù)安全、環(huán)保問(wèn)題將產(chǎn)生積極而深遠(yuǎn)的影響。

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