李瑞林 陳 歡

(金建工程設(shè)計有限公司))

選礦工藝流程中會利用大量的水，為節(jié)約水資源，一般要求盡可能利用循環(huán)水，減少新水使用。尾礦庫回水與其他工業(yè)廢水相比具有水量較大、有害物質(zhì)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(nèi)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(huán)水中通常占有較大比重，有些甚至可以作為循環(huán)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(jié)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(fā)量、尾礦孔隙含水量和滲透損失水量等，可經(jīng)過水量平衡計算確定[1]。入庫水量主要包括排入庫內(nèi)尾礦漿所攜帶的水量和匯水范圍內(nèi)的降水。水面蒸發(fā)量與庫區(qū)當(dāng)?shù)啬暾舭l(fā)量和庫內(nèi)水面面積有關(guān)。滲透損失水量與尾礦庫地基工程地質(zhì)情況和庫內(nèi)水面面積有關(guān)。尾礦孔隙含水量與尾礦顆粒密度、礦漿密度有關(guān)。

排入庫內(nèi)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(yīng)增大。匯水范圍內(nèi)降水、當(dāng)?shù)卣舭l(fā)量與工程區(qū)地形、氣候有關(guān)，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(qū)水文地質(zhì)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(qū)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(nèi)尾礦漿的濃度。根據(jù)《尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(GB 50863—2013)[1]，上游式堆壩的尾礦漿質(zhì)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(dāng)尾礦漿質(zhì)量濃度超過35%，且采用沖積法直接上游式筑壩時，應(yīng)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(wěn)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(qū)域暴露于陽光下，蒸發(fā)量較大，對于干旱少雨地區(qū)，年蒸發(fā)量達到2 000 mm左右。內(nèi)蒙古錫林郭勒盟地區(qū)某濕排尾礦庫占地約1.46 km2，常年水域面積約0.24 km2，當(dāng)?shù)啬暾舭l(fā)量為1 856 mm。理論上該尾礦庫的年蒸發(fā)量可達44.544萬m3(以水面面積平均值24萬m2、年蒸發(fā)量1 856 mm/a計)，這在缺水地區(qū)來講水量很可觀。因此，為減少尾礦庫匯水蒸發(fā)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(nèi)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(qū)周邊向庫內(nèi)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(fā)生翻滾而增加蒸發(fā)量。球體顏色宜為淺色，可避免因深色吸熱而增加蒸發(fā)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(fā)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(jīng)過20 d時間，對兩者的蒸發(fā)量進行了計算。結(jié)果表明，水面覆蓋懸浮球后，蒸發(fā)量為12 mm，而未覆蓋懸浮球的水面蒸發(fā)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(fā)量，但減少量僅為1/2，并非理論計算的90%的蒸發(fā)量，是因為水面上方大氣濕度增加，其中的水汽分子數(shù)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(fā)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(fā)量[6-10]。

3 結(jié) 語

為有效降低尾礦庫匯水蒸發(fā)量，提高匯水循環(huán)利用率，提出了一種采用懸浮球增大回水量的方法。理論分析和現(xiàn)場試驗表明，在水面鋪滿直徑為10 cm的特制懸浮球體后，可以減少約50%的蒸發(fā)量，對于大幅降低庫內(nèi)水體蒸發(fā)量具有重要意義。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50863—2013 尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2] 《尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料》編寫組.尾礦設(shè)施設(shè)計參考資料[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

[3] 沃廷樞.尾礦庫手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[4] 宋志飛，馬 騰.某礦膏體尾礦庫筑埂沉壩法的應(yīng)用實踐[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017(1)：223-224.

[5] 宋志飛，趙澤印，馬 騰，等.子壩高度對膏體尾礦庫初期壩壩體穩(wěn)定性的影響[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017(3)：213-215.

[6] 民勤縣威瑞環(huán)保有限責(zé)任公司.節(jié)水抗旱塑料球：ZL2015109 73851.9[P].2016-05-11.

[7] 詹道江，葉守澤.工程水文學(xué)[M].3版.北京：中國水利水電出版社，2000.

[8] 趙曉松，李 梅，王仕剛，等.鄱陽湖夏季水面蒸發(fā)與蒸發(fā)皿蒸發(fā)的比較[J].湖泊科學(xué)，2015，27(2)：343-351.

[9] 楊凌云，楊盛凱，尹升華.尾砂膏體蒸發(fā)實驗研究[J].中國礦山工程，2013，42(3)：18-20.

[10] 王永義.水面蒸發(fā)計算方法及其檢驗[J].地下水，2006，28(1)：15-16.