王廣成 鄧永前

(南山礦業(yè)公司高村鐵礦)

南山礦尾礦堆放方案的選擇和綜合利用途徑

王廣成 鄧永前

(南山礦業(yè)公司高村鐵礦)

針對(duì)南山礦凹山總尾礦庫及城門峒尾礦庫即將閉庫的現(xiàn)狀，為確保南山礦生產(chǎn)的可持續(xù)運(yùn)行，對(duì)南山地區(qū)礦權(quán)范圍的土地和采場(chǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，確定可行的尾礦堆放方案并進(jìn)行優(yōu)化選擇；同時(shí)，為盡可能降低尾礦的排放量，提出了尾礦的綜合利用途徑。

鐵尾礦 堆放方案 綜合利用

尾礦是礦石經(jīng)提取有用成分之后剩余的礦渣，是在當(dāng)時(shí)條件下不宜再分選的礦山固體廢棄物。尾礦一般堆放在開采礦山附近修建的尾礦庫內(nèi)，日積月累，堆存數(shù)量越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年，我國尾礦產(chǎn)生量約12.3億t，尾礦綜合利用量為1.72億t，利用率約14%。鐵尾礦產(chǎn)量占比最大，占到尾礦總量的40%，約5億t/a，利用率為7%～9%[1]。鐵尾礦化學(xué)成分復(fù)雜，有價(jià)成分含量較低，尾礦粒度較細(xì)[2-4]。為保護(hù)周邊環(huán)境和生產(chǎn)安全，需要對(duì)其進(jìn)行合理堆放。

根據(jù)凹山總尾礦庫、城門峒尾礦庫有效庫容，依據(jù)南山礦近幾年排尾總量預(yù)測(cè)以及南山礦現(xiàn)有排尾能力，若不增加新的庫容，2018年之后，南山礦所產(chǎn)生的尾礦將無處可排。

1 尾礦堆放方案的選擇

根據(jù)南山礦礦權(quán)范圍以及目前礦山開采開發(fā)的現(xiàn)狀，新生產(chǎn)的尾礦只能利用現(xiàn)有的閉坑采場(chǎng)進(jìn)行堆放。東山采場(chǎng)已經(jīng)閉坑，凹山采場(chǎng)正處于地質(zhì)環(huán)境治理階段，丁山鐵礦已取得探礦權(quán)，這些采場(chǎng)已形成或即將形成的采坑，是未來南山礦產(chǎn)生的尾礦最直接的堆放場(chǎng)地。

1.1 排放途徑

(1)尾礦充填凹山采坑。目前，凹山采場(chǎng)露天坑封閉圈標(biāo)高+45 m，面積81.5萬m2，封閉圈周長(zhǎng)3 615 m，按開挖最低標(biāo)高-210 m，坑深255 m，全庫容乘以充填系數(shù)0.9后作為有效庫容，采礦坑容積為8 235萬m3。 +45 m以上至+90 m標(biāo)高有西、東、北3個(gè)出口；+90 m以上北部有殿庵山，東部為排土場(chǎng)，西部有大王山。+45 m以上用采礦廢石筑壩，分別堵塞西、北2個(gè)出口后，尾砂堆積可加高到+90 m。估算+45～+90 m可增加尾礦容量 4 400萬m3。

(2)凹山南幫開采后和凹山一起采用尾礦填充。凹山南幫為破裂狀巖石組成的邊坡。由于采場(chǎng)廣泛發(fā)育X型節(jié)理，兩組裂隙相交叉切割巖層，破壞了巖體的完整性。裂隙的結(jié)構(gòu)面傾角為70°，與凹山開采邊坡角度一致，當(dāng)裂隙遇水后，弱化巖體強(qiáng)度，臨幫的爆破作業(yè)能誘發(fā)邊坡巖體失穩(wěn)產(chǎn)生滑動(dòng)。為了對(duì)南幫邊坡進(jìn)行綜合治理，對(duì)部分殘礦進(jìn)行回收，同時(shí)擴(kuò)大凹山采坑的容積，以便將來能填充更多的尾礦，對(duì)凹山南幫進(jìn)行擴(kuò)幫處理勢(shì)在必行。擴(kuò)幫后，可增加凹山采坑容積約4 800萬m3。

(3)丁山鐵礦單獨(dú)開采后用尾礦充填。丁山鐵礦詳查探礦權(quán)范圍內(nèi)面積為0.32 km2，根據(jù)2010年《安徽省馬鞍山市丁山鐵礦詳查地質(zhì)報(bào)告》，估算丁山鐵礦工業(yè)品位磁鐵礦礦石資源儲(chǔ)量為1 951.77萬t，按70%可采系數(shù)，本礦區(qū)利用鐵礦石資源量為1 366.24萬t。目前，礦權(quán)范圍內(nèi)已形成東西長(zhǎng)500 m、南北寬390 m、深達(dá)70 m的采坑，采坑最高開采標(biāo)高為81.39 m，最低標(biāo)高為-16.89 m。根據(jù)礦床工程地質(zhì)、巖石性質(zhì)及其分布狀況，對(duì)照其鄰近采場(chǎng)邊坡巖體的穩(wěn)定性現(xiàn)狀，本礦床露天采場(chǎng)邊坡的最終邊坡角為42°，由此估算丁山鐵礦開采完成后至+45 m可形成容積約為1 500萬m3的采坑。

(4)丁山和凹山南幫聯(lián)合開采后采用尾礦充填。根據(jù)南山礦工作計(jì)劃，丁山鐵礦正在積極申辦采礦權(quán)。丁山和凹山大南幫位置臨近，考慮到南山礦尾礦排放的緊迫性，丁山和凹山聯(lián)合開采可增加采坑容積，以便儲(chǔ)存更多的尾礦。若丁山和凹山聯(lián)合開采，聯(lián)合開采形成的采礦容積可達(dá)7 400萬m3，比丁山和凹山大南幫單獨(dú)開采增加容積約1 500萬m3。

1.2 排放方案

(1)東山排尾+凹山南幫不擴(kuò)幫+凹山排尾+丁山排尾。為了滿足南山礦生產(chǎn)需要，凹山采場(chǎng)作為尾礦庫使用。以現(xiàn)有的東山采坑容積為2 270萬m3,凹山采坑至+45 m能容納尾礦容積為8 235萬m3，遠(yuǎn)景規(guī)劃，尾礦堆積擬加高到+90 m，可增加庫容4 200萬m3。丁山鐵礦開挖完畢后也作為尾礦庫使用，可增加庫容1 500萬m3。因此，此方案中南山礦可利用的尾礦庫約總?cè)萘繛?.62億m3，若按年產(chǎn)鐵原礦1 350萬t、選礦廠排出尾礦量1 050萬t/a計(jì)算，預(yù)計(jì)可服務(wù)22 a(尾礦平均容重取1.5 t/m3)，見圖1。

圖1 方案一尾礦庫總庫容與每年排尾量關(guān)系

(2)東山排尾+凹山南幫擴(kuò)幫后凹山排尾+丁山排尾。為了滿足南山礦生產(chǎn)需要，凹山采場(chǎng)南幫擴(kuò)幫后作為尾礦庫使用。南幫擴(kuò)幫后凹山采坑至+45 m能容納尾礦容積為12 635萬m3，遠(yuǎn)景規(guī)劃，尾礦堆積擬加高到+90 m，可增加庫容4 200萬m3。丁山鐵礦開采結(jié)束后也作為尾礦庫使用，增加庫容1 500萬m3。因此，此方案中南山礦可利用的尾礦庫總?cè)萘考s為2.06億m3，若按年產(chǎn)鐵原礦 1 350萬t、選礦廠排出尾礦量1 050萬t/a計(jì)算，預(yù)計(jì)可服務(wù)27 a(尾礦平均容重取1.5 t/m3)，見圖2。

圖2 方案二尾礦庫總庫容與每年排尾量關(guān)系

(3)東山排尾+凹山南幫及丁山聯(lián)合開采后凹山排尾。為了滿足南山礦生產(chǎn)需要，凹山采場(chǎng)南幫和丁山聯(lián)合開采后和凹山一起作為尾礦庫使用。丁山和大南幫擴(kuò)幫后凹山采坑至+45 m能容納尾礦容積為14 135萬m3，遠(yuǎn)景規(guī)劃，尾礦堆積擬加高到+90 m，可增加庫容4 200萬m3。丁山鐵礦開采完畢后也作為尾礦庫使用，增加庫容1 500萬m3。因此，此方案中南山礦可利用的尾礦庫約總?cè)萘繛?.21億m3，若按年產(chǎn)鐵原礦1 350萬t、選礦廠排出尾礦量1 050萬t/a計(jì)算，預(yù)計(jì)可服務(wù)29 a(尾礦平均容重取1.5 t/m3)，見圖3。

圖3 方案三尾礦庫總庫容與每年排尾量關(guān)系

1.3 排放方案的選擇

從上述排放方案中可以看出，方案一至方案三的服務(wù)年限依次遞增，方案三比方案一可增加服務(wù)年限7年。由于凹山南幫邊坡的滑坡類型為順層滑坡，邊坡穩(wěn)定性較差，凹山采場(chǎng)即將成為尾礦庫，其邊坡的穩(wěn)定性對(duì)尾礦庫的安全生產(chǎn)尤為重要。丁山鐵礦已完成了前期的地質(zhì)勘探工作，其礦石資源對(duì)馬鋼公司來說是寶貴的財(cái)富，探轉(zhuǎn)采勢(shì)在必行。凹山南幫和丁山鐵礦聯(lián)合開采后進(jìn)行排尾，不但可以增加庫容量，延長(zhǎng)服務(wù)年限，同時(shí)對(duì)尾礦工藝布置、生產(chǎn)管理帶來便利。依據(jù)以上分析，方案三是最優(yōu)的排放方案。

2 綜合利用途徑

2.1 依托礦產(chǎn)資源綜合利用示范基地建設(shè)項(xiàng)目，減輕尾礦排放壓力

高村鐵礦是國土資源部、財(cái)政部首批遴選的國家級(jí)礦產(chǎn)資源綜合利用示范基地之一，

馬鋼高村項(xiàng)目建設(shè)可盤活高村采場(chǎng)數(shù)千萬噸含鐵圍巖資源，實(shí)現(xiàn)廢石回收利用，提高礦山資源利用水平，對(duì)本地區(qū)及全國類似礦山含鐵圍巖綜合利用具有示范作用。

為綜合利用近礦含鐵圍巖，2013年12月,馬鋼礦業(yè)公司委托華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司對(duì)南山礦區(qū)高村近礦圍巖進(jìn)行選礦試驗(yàn)研究。對(duì)采自高村采場(chǎng)的近礦圍巖按照鐵品位10%、12%、14%和16%4個(gè)品位段配置樣品進(jìn)行選礦試驗(yàn)。試驗(yàn)側(cè)重研究高村含鐵圍巖大塊預(yù)選拋廢工藝，對(duì)4個(gè)品位段低品位含鐵圍巖進(jìn)行了不同粒度的大塊預(yù)選拋廢試驗(yàn)，確定預(yù)選拋廢粒度后進(jìn)行粗精礦的生產(chǎn)，對(duì)預(yù)選粗精礦進(jìn)行了階段磨礦、階段選別的弱磁選試驗(yàn)。

2014年，《半連續(xù)工藝和近礦圍巖綜合利用可行性研究報(bào)告》根據(jù)巖礦分布及凹選能力，確定近礦圍巖綜合利用量：Fe3為 300萬t/a，巖石為680萬t/a，采用三段兩閉路破碎，粗碎產(chǎn)品粒度為300～0 mm，中碎產(chǎn)品粒度為60～0 mm，細(xì)碎產(chǎn)品粒度為20～0 mm，中細(xì)碎后分別預(yù)選拋尾，回收礦石390萬t/a，TFe為19.85%，凹選多產(chǎn)鐵精礦22.78萬t/a，拋出廢石分級(jí)作為建材銷售。

此項(xiàng)目的建成，通過提前拋尾，不僅能提高入選礦石品質(zhì)、充分回收資源，而且能夠?qū)⒋蟛糠值膹U石以固體形式堆放在排土場(chǎng)，同時(shí)有效減輕了尾礦的排放空間壓力，目前，此項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)，年內(nèi)有望投產(chǎn)運(yùn)行。

2.2 利用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，尋找有效的尾礦綜合利用方法

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著礦山資源環(huán)境問題的日益顯現(xiàn)，國家開始逐步重視尾礦的綜合利用。在國家政策的鼓勵(lì)、支持以及鐵礦山企業(yè)的積極努力下，近年來我國鐵尾礦利用呈蓬勃發(fā)展之勢(shì)，尾礦有價(jià)組分再選回收技術(shù)研究有了較大進(jìn)展，尾礦整體利用已起步并呈加速發(fā)展之勢(shì) ，無尾礦、少尾礦生產(chǎn)工藝有所突破，遼寧本溪市、陜西商洛、河北臨城等尾礦綜合利用示范基地先后成立，涌現(xiàn)出部分無尾礦的生產(chǎn)礦山，一大批尾礦綜合利用項(xiàng)目紛紛上馬，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和資源綜合利用效益。目前，整體利用鐵尾礦的主要途徑有：①將尾礦作為加氣混凝土砌塊的原材料，已有部分礦山建設(shè)成示范基地；②將尾礦作為制磚原料，代替其中黏土成分做燒結(jié)磚，或添加粘結(jié)劑或膠接劑制取蒸壓磚；③利用尾礦作為制取微晶玻璃的主要原料，該技術(shù)已較為成熟，其特點(diǎn)是投資額大，經(jīng)濟(jì)效益好，目前已有一批礦山建立起規(guī)?；a(chǎn)業(yè)基地；④利用尾礦部分替代水泥原料，該技術(shù)投資較小，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的尾礦利用；⑤利用尾礦替代黃沙作為建筑細(xì)砂料，技術(shù)簡(jiǎn)單，可消耗大量尾砂，是大規(guī)模利用尾礦的主要途徑之一，但要求尾礦粒徑分布及有害成分含量符合建筑用砂標(biāo)準(zhǔn)。南山礦應(yīng)根據(jù)自身尾礦的性質(zhì)和特點(diǎn)，通過技術(shù)研究和合作等形式，對(duì)尾礦的綜合利用途徑進(jìn)行更深入的工作，力爭(zhēng)達(dá)到少排放或零排放的目標(biāo)。

3 結(jié) 語

南山礦隨著凹山總尾礦庫和城門峒尾礦庫的即將閉庫，尋找和形成能滿足可持續(xù)發(fā)展理念的新的尾礦庫工作已迫在眉睫。在丁山鐵礦盡快完成探轉(zhuǎn)采工作的前提下，應(yīng)在時(shí)間和空間關(guān)系上，根據(jù)自身的生產(chǎn)能力和發(fā)展規(guī)劃，對(duì)尾礦的排放方案進(jìn)行反復(fù)論證并納入目前的生產(chǎn)計(jì)劃中。要充分利用礦產(chǎn)資源利用示范基地建設(shè)項(xiàng)目，減輕生產(chǎn)物流壓力，降低尾礦的產(chǎn)出量。努力尋求適合自身特點(diǎn)的尾礦綜合利用項(xiàng)目，確保尾礦的少排放或零排放。

[1] 林藝蕓,張江山,劉常青.中國工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的預(yù)測(cè)及對(duì)策研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2008(7):51-54.

[2] 王應(yīng)燦,那 瓊.鐵尾礦制備輕質(zhì)隔熱保溫建筑材料的研究[J].金屬礦山,2007(5):78-80.

[3] 蔡 霞.鐵尾礦用作建筑材料的進(jìn)展[J].金屬礦山,2008(10):47-50.

[4] 袁劍雄,劉維平.國內(nèi)尾礦在建筑材料中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2005(1):14-17.

Nanshan Mine's Tailings Stack Scheme Selection and Comprehensive Utilization Way

Wang Guangcheng Deng Yongqian

(Gaocun Iron Mine, Nanshan Mining Company)

Aiming at the present situation of both Aoshan tailings dam and Chengmendong tailings dam are about to be closed, and to insure sustainable operation of Nanshan Mine, present situation land and stop around Nanshan mining area was analyzed, possible tailings stack scheme was determined and optimized, at the same time, to reduce the emissions of tailings, possible ways to comprehensive utilize the tailings was put forward.

Iron tailings, Stack scheme, Comprehensive utilization

2015-05-18)

王廣成(1976—)，男，工程師，243031 安徽省馬鞍山市向山鎮(zhèn)。