王振興,蘇星月
(長春黃金設計院有限公司,吉林 長春 130012)
近年來,隨著西部大開發(fā)及一帶一路政策的逐漸深入,干旱缺水地區(qū)的礦業(yè)發(fā)展加快,用水成為制約礦業(yè)發(fā)展的最主要因素之一。尾礦漿回水率直接決定了選廠清水補水率,而尾礦漿排放濃度直接影響回水率。
目前尾礦漿排放方式主要分為直接濕式排放、高濃度排放、膏體排放和脫水后干式排放。直接排放尾礦庫回水率低、高濃度排放回水率相對較高、膏體排放回水率較高但投資較高,脫水后干式堆存回水率最高但投資及運營費均很高。
相比較而言,膏體排放回水率較高,且前期投資和后期運營費都較干式堆存要小,因此在滿足安全環(huán)保的情況下,膏體排放方式適宜采用。但同時膏體自身特殊的性質,實際排放存在諸多問題,論文將詳細介紹。
膏體通常表現(xiàn)為漿體粘度迅速增大,呈非牛頓體的流變特性,顆粒的慣性在漿體中影響很小。固體顆粒均勻的分布在整個液體介質之中。由于尾礦漿濃度高,細顆粒尾砂與水形成一重介質,使粗尾砂懸浮于漿體之中,表現(xiàn)為非沉降性,形象為粥狀漿體。
膏體通常有較高的屈服應力和較低的塌陷度,沒有或僅有少量的滲濾水析出。
尾礦漿采用一般濃密設備難以濃密至膏體狀態(tài),目前國內尚無可靠的膏體濃密設備,礦山多采用進口深錐濃密機,價格高昂。
1.3.1 不離析
膏體尾礦內部水分子和尾礦顆粒之間保持著相對的力的平衡,即使干裂后也不會出現(xiàn)粗細顆粒的離析,干裂后變得更加密實,即使大風天氣也不會有揚塵,對于環(huán)境保護具有重要的意義。
1.3.2 低滲透性
膏體尾礦不存在粗細顆粒的離析,導致尾砂密實度明顯增大,滲透性減小,排水不暢,尾砂排水固結過程非常緩慢,尾砂強度低,尾砂筑壩困難,壩體穩(wěn)定性差,不利于尾礦庫安全。
1.4.1 庫前排放
庫前排放即在初期壩壩頂排放,后期采用上游法筑壩,庫區(qū)需布置相應的排水設施。該種排放方式主要在國內采用,主要為內蒙古烏山銅鉬礦和西藏甲瑪銅鉬礦。
由于關于膏體排放的研究尚淺,對膏體不離析和低滲透性估計不足,實際運行中兩座礦山尾礦庫初期壩排滿之后均出現(xiàn)了庫區(qū)無干灘,尾砂無法筑壩的情況。后期經(jīng)論證均改為膜袋筑壩,不僅存在一定的安全隱患,而且運營費用巨大,不利于企業(yè)發(fā)展。
圖1 庫前排放示意圖
1.4.2 庫中排放
該種排放方式適于平緩地區(qū),首先布置一個環(huán)形的攔擋壩,放礦點置于環(huán)形壩的中心點,之后在某一高程進行放礦,膏體排放后將形成一個圓錐體,該種排放方式管理方便,排水設施簡單、安全性高,但占地面積大。考慮到國內征地難且單價高,國內尚無礦山采用此類排放方式。
庫中排放時庫區(qū)會自然堆積形成椎體,椎體周邊自然沉積坡比對尾礦庫庫容影響很大,尤其是沉積坡比變小時導致可利用庫容嚴重減少,影響尾礦庫正常運行。
圖2 庫中排放示意圖
1.4.3 庫尾排放
庫尾排放同庫前排放一樣,應布置初期壩。膏體從庫尾高處排放,尾礦漿依靠自身重力向初期壩一側流動,該種排放方式排放簡單,排水設施簡單、安全性高。但該種排放方式對溝谷空間利用率較小,尾礦排放綜合單價較高,目前國內已有礦山采用此種排放方式。
圖3 庫尾排放示意圖
尾礦庫庫區(qū)膏體沉積坡比對尾礦庫庫容影響很大,尤其是沉積坡比變小時導致可利用庫容嚴重減少,影響尾礦庫正常運行。
(1)膏體排放適用于干旱缺水地區(qū),降雨充沛的地區(qū)不宜采用;
(2)膏體排放前期投入巨大,且后期運行存在諸多問題,5000t/d以下礦山不建議采用膏體排放;
(3)不建議采用庫前排放,尤其是高地震烈度區(qū),若采用庫前排放應采用一次性筑壩;
(4)庫尾排放管理簡單,在滿足安全環(huán)評的前提下可優(yōu)先采用;
(5)庫中排放管理簡單,尾礦庫庫容受環(huán)形壩所圍面積決定,庫容越大,環(huán)形壩壩體工程量越大,并且占地面積也越大,考慮到國內征地條件等因素的限制,實施難度很大。