韓京辰，蘇培東

(西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500)

尾礦庫(kù)是礦山企業(yè)正常運(yùn)行的必要組成部分，占據(jù)礦山總投資的5%～10%，尾礦庫(kù)的安全與穩(wěn)定對(duì)礦山企業(yè)的生態(tài)安全和正常生產(chǎn)具有直接的影響[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上各類尾礦庫(kù)總數(shù)超過2萬(wàn)座[3]。尾礦庫(kù)發(fā)生安全事故后影響十分嚴(yán)重，不僅阻礙礦山企業(yè)的正常運(yùn)行，而且會(huì)威脅到下游地區(qū)人民的財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)造成生態(tài)環(huán)境的破壞[4]。加大對(duì)尾礦庫(kù)的關(guān)注和治理力度至關(guān)重要。磷是農(nóng)作物生長(zhǎng)的必要元素，也是重要的化工原料，工業(yè)用磷主要從磷礦中提取。我國(guó)磷礦資源總量較為豐富，但中低品位磷礦占據(jù)總資源的80%以上，中低品位的磷礦含雜質(zhì)較多，在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣，過量廢渣需要堆存在尾礦庫(kù)中[5-7]。同時(shí)，磷化工企業(yè)中采用硫酸法處理磷精礦后會(huì)產(chǎn)生大量的磷石膏，不能完全處理消耗的磷石膏也需要堆存于尾礦庫(kù)中。因此，磷尾礦庫(kù)主要可分為兩大類，一是用于堆存礦山開采過程中選礦工藝產(chǎn)生的尾礦及廢渣[8]；二是用于堆存冶煉工藝硫酸法處理磷精礦后產(chǎn)生的磷石膏[9]。

1 磷尾礦庫(kù)的環(huán)境現(xiàn)狀

早期我國(guó)尾礦庫(kù)總量呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，截止2010年底登記在冊(cè)的尾礦庫(kù)區(qū)總數(shù)為12718座，占用了大量的土地資源，同時(shí)對(duì)環(huán)境有很大的影響[3]。隨著國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)政策的推進(jìn)，管理部門已經(jīng)制定了一些相應(yīng)的管理措施，數(shù)據(jù)顯示2018年全國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)量比2012年減少了40%。2020年2月21日，應(yīng)急管理部等八部委印發(fā)《防范化解尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》，自2020年起全國(guó)尾礦庫(kù)數(shù)量原則上只減不增。磷礦是我國(guó)重要的非金屬礦產(chǎn)資源，尾礦庫(kù)也存在相應(yīng)的環(huán)境問題，主要體現(xiàn)在地質(zhì)環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境、生態(tài)環(huán)境等方面的影響。

1.1 地質(zhì)環(huán)境的影響

尾礦庫(kù)工程常分布于礦區(qū)山谷、洼地。且多利用自然溝谷地形，筑壩成庫(kù)，三面環(huán)坡，上游匯水面積較大,直接面對(duì)暴雨、山洪沖擊[10]。從地質(zhì)條件分析，尾礦庫(kù)是一個(gè)具有高勢(shì)能人造泥石流的來源[11]，因滲流破壞、壩體失穩(wěn)、排洪設(shè)施損壞等因素的影響，尾礦庫(kù)存在潰壩的安全風(fēng)險(xiǎn)，潰壩后易導(dǎo)致泥石流造成嚴(yán)重的安全事故[12]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001-2009年期間我們共計(jì)發(fā)生了66起潰壩安全事故，總死亡人數(shù)達(dá)356人。最為嚴(yán)重的事故是2008年山西襄汾縣某礦業(yè)公司尾礦庫(kù)潰壩，導(dǎo)致277人死亡，4人失蹤，33人受傷，經(jīng)濟(jì)損失巨大，后果極其嚴(yán)重[13]。尾礦庫(kù)事故總體上可以分為巖土體破壞和排洪設(shè)施破壞兩個(gè)方面。排尾礦庫(kù)排洪設(shè)施的損壞后易導(dǎo)致尾礦庫(kù)事故的發(fā)生。巖土體破壞主要是壩體本身存在滲水、漏礦等問題，長(zhǎng)期積累后導(dǎo)致問題嚴(yán)重，也可能由于地震造成壩體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞，從而導(dǎo)致尾礦庫(kù)事故的發(fā)生。

1.2 礦區(qū)水環(huán)境污染

磷礦開采過程中形成的尾礦主要由鈣鎂碳酸鹽礦物組成，尾礦庫(kù)泄露后對(duì)水體的污染主要是選礦廢水中的選礦藥劑本身的污染，以及磷元素和共伴生的重金屬或氟元素等有害物質(zhì)富集后流入河流、地下水等，造成淡水資源的污染，影響人們的正常生活[14]。但是，在磷化工廠中磷石膏尾礦庫(kù)帶來的水污染問題更加嚴(yán)重。磷石膏是磷精礦經(jīng)硫酸分解后產(chǎn)生的副產(chǎn)物。磷石膏具有酸性強(qiáng)，磷、氟、有機(jī)物等有害元素含量多等特點(diǎn)[9]。尾礦庫(kù)長(zhǎng)期存放后，酸性廢水容易將廢渣中的重金屬浸出并富集，滲入地下后造成較為嚴(yán)重的地下水污染，廢水流入河流后還會(huì)造成地表水的污染。

1.3 礦區(qū)土壤環(huán)境污染

磷尾礦庫(kù)區(qū)土壤污染和一般的礦區(qū)污染既有共性也有個(gè)性。磷石膏尾礦庫(kù)是硫酸分解后的副產(chǎn)物，長(zhǎng)期受雨水沖洗會(huì)有酸性較強(qiáng)的污水遷移至附近的土地和農(nóng)田中，破壞土壤中原有的生態(tài)平衡。同時(shí)，尾礦中還含有少量的重金屬、放射性元素、氟化物等[6]，長(zhǎng)期在酸性環(huán)境中堆存，易于發(fā)生遷移，造成附近較為嚴(yán)重的污染。以我國(guó)磷礦資源較富集的四川沱江流域磷礦礦區(qū)為例，2017年通過對(duì)其流域沿岸土壤土樣進(jìn)行調(diào)研工作，結(jié)果表明，受磷礦開采和尾礦堆積的影響，其岸邊土壤平均總磷含量分別較四川省土壤背景值超出約2倍，平均總磷含量較中國(guó)土壤背景值超出1.56倍，總磷污染嚴(yán)重。礦區(qū)土壤污染后，土壤中酸堿平衡被破壞，重金屬、放射性元素、氟化物等有害物質(zhì)超過原有背景值，會(huì)直接影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，威脅到人們的食品安全，造成當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的損壞。

1.4 生態(tài)環(huán)境的破壞

磷尾礦庫(kù)一般是圍地形成或在谷口筑壩攔截而成，在堆存的過程中會(huì)帶來一定的生態(tài)環(huán)境的破壞，主要表現(xiàn)在三方面：首先，尾礦庫(kù)直接占用土地，導(dǎo)致原有的耕地、林地遭到破壞，荒地面積增加；其次，磷尾礦庫(kù)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳锃h(huán)境造成了破壞，大面積的尾礦庫(kù)破壞了地表植被等，原有生態(tài)系統(tǒng)被打破，改變了野生動(dòng)物的生存環(huán)境；最后，磷尾礦庫(kù)會(huì)不同程度的影響當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)、土壤、空氣等，從而導(dǎo)致礦區(qū)居民的生活環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重影響了周邊村莊的生態(tài)平衡。

2 磷尾礦庫(kù)綜合治理對(duì)策

磷尾礦庫(kù)的治理是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要管理、資金、技術(shù)等方面的配合與支持才能切實(shí)改善磷礦尾礦庫(kù)的環(huán)境現(xiàn)狀。本文結(jié)合應(yīng)急管理部門布的《防范化解尾礦庫(kù)安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》，從綜合治理的角度，提出了以下幾點(diǎn)治理措施。

2.1 加強(qiáng)監(jiān)管，完善相關(guān)的法律法規(guī)

生態(tài)環(huán)境治理，首先得做到有法可依。法律是制定相關(guān)政策的依據(jù)，也是實(shí)踐治理措施的保障[15]。20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)陸續(xù)制定并頒布了一系列與環(huán)境保護(hù)相關(guān)的法律法規(guī)，其中與涉及磷礦污染防治的主要有《環(huán)境保護(hù)法》、《水污染防治法》、《大氣污染防治法》、《環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》、《礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)規(guī)定》、《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案》、《全國(guó)礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理規(guī)劃(2009-2015)》、《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》、《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等等，這些法律法規(guī)對(duì)磷礦的規(guī)范性開采起到了良好的約束作用，但同時(shí)也看到，即使有這些法律的頒布與實(shí)施，我國(guó)對(duì)磷礦尾礦庫(kù)的生態(tài)環(huán)境治理效果仍然不夠理想。其主要原因是針對(duì)尾礦庫(kù)的法律法規(guī)欠缺，而目前正在實(shí)施的法律法規(guī)其針對(duì)性和可操作性不夠強(qiáng)，目前有很多礦山開發(fā)者仍然在走“先污染，后治理”的老路。因此，針對(duì)磷礦尾礦庫(kù)的生態(tài)環(huán)境問題，各級(jí)人民政府應(yīng)加快推動(dòng)立法，從法律上明確環(huán)境治理責(zé)任主體，從根本上確保礦山生態(tài)環(huán)境防治有法可依。同時(shí)，當(dāng)?shù)卣肮芾聿块T應(yīng)結(jié)合具體實(shí)際，在各項(xiàng)土地法規(guī)及環(huán)保法的基礎(chǔ)上制定符合自身管理實(shí)際的法律法規(guī)，增強(qiáng)法律法規(guī)的針對(duì)性和可操作性。

2.2 加強(qiáng)尾礦環(huán)境影響評(píng)價(jià)

環(huán)境影響評(píng)價(jià)是指對(duì)建設(shè)項(xiàng)目和規(guī)劃項(xiàng)目實(shí)施后可能造成的環(huán)境污染問題進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和評(píng)估?？v觀磷礦的生產(chǎn)及尾礦庫(kù)堆存，其主要環(huán)境問題主要集中在水土污染及植被侵占和破壞。因此，其環(huán)境影響評(píng)價(jià)也主要集中在水污染影響評(píng)價(jià)、土壤污染影響評(píng)價(jià)、生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)[16]。(1)水污染影響評(píng)價(jià)。磷尾礦在長(zhǎng)期堆放過程中，受內(nèi)外因素的影響，會(huì)析出如重金屬、有機(jī)物、硫酸根等污染物，這些污染物經(jīng)滲濾液進(jìn)入周邊水系污染地表水，對(duì)周邊居民飲用水造成不利影響。因此，尾礦需進(jìn)行嚴(yán)格的防滲處理及水污染影響評(píng)價(jià)，防止地下水污染，危害人體健康。(2)土壤污染影響評(píng)價(jià)。選冶過程中會(huì)使用大量藥劑，尾礦在堆放過程中，會(huì)析出大量有機(jī)及無機(jī)污染物，污染物進(jìn)入土壤，造成植物枯萎焉、作物減產(chǎn)，同時(shí)造成嚴(yán)重的食品安全問題。因此對(duì)磷尾礦周邊土壤需進(jìn)行嚴(yán)格的土壤污染評(píng)價(jià)，嚴(yán)防尾礦庫(kù)周邊土壤污染。(3)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)。磷尾礦在施工過程中，涉及到剝離表土、植被清理等，從而造成水土流失及生態(tài)環(huán)境破壞。因此，同樣需對(duì)磷尾礦進(jìn)行生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)，從而保證當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 合理選擇磷礦尾礦庫(kù)庫(kù)址

尾礦庫(kù)是礦山生產(chǎn)必不可少的組成部分，其主要功能是用來堆積選礦產(chǎn)生的固體廢棄物，也是礦山企業(yè)最大的污染防控工程項(xiàng)目，因此在堆積前的合理選址就顯得尤為重要[17]。從生態(tài)環(huán)境保護(hù)的角度來看，磷礦尾礦庫(kù)應(yīng)選擇在水源地、水產(chǎn)基地、居民區(qū)以及重點(diǎn)保護(hù)名勝古跡的下游，從而避免廢渣、廢石等固體廢棄物中的污染物遷移而導(dǎo)致嚴(yán)重污染下游水體、土壤的情況，以保障居民健康安全；同時(shí)，磷礦尾礦庫(kù)的選址還應(yīng)盡量避免在農(nóng)田及村莊附近，防止尾礦庫(kù)的污染物對(duì)農(nóng)作物造成污染，危害人體健康；還應(yīng)盡可能少占或不占用農(nóng)田，避免遷移村莊，如實(shí)在無法避免，應(yīng)盡量少遷；此外，應(yīng)充分考察預(yù)選址的地層結(jié)構(gòu)，盡量避免在地質(zhì)狀況不良的位置選址，防止污染物透過基巖縫隙污染地下水。從選冶經(jīng)濟(jì)成本的角度來看，尾礦庫(kù)應(yīng)離磷礦選礦廠要近，這樣可使尾礦的運(yùn)輸距離減少，造成的揚(yáng)程少，并且也可降低對(duì)選廠的負(fù)面影響；同時(shí)，磷礦尾礦庫(kù)庫(kù)址不應(yīng)選在有開采價(jià)值的礦床上部，避免造成資源浪費(fèi)[18]。

2.4 尾礦資源化利用

尾礦是指在礦山的生產(chǎn)過程中，因受限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件而產(chǎn)生的固體“廢棄物”，隨著選冶技術(shù)的提高，又可能成為二次礦產(chǎn)資源。面對(duì)日益嚴(yán)峻的資源形式和環(huán)境問題，磷礦尾礦的資源化利用不僅解決了部分尾礦的“去留”問題，同時(shí)也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，為解決磷礦尾礦庫(kù)的環(huán)境問題提供了重要的研究途徑[8]。

磷選礦尾礦中P2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在13%以下，處于較低水平，目前一般采用尾礦再選、制備肥料、制備建筑生產(chǎn)材料、制備微晶玻璃等方法對(duì)磷礦尾礦庫(kù)進(jìn)行資源化利用[19]。(1)尾礦再選。目前對(duì)磷礦尾礦再選回收技術(shù)的研究報(bào)道較多，其回收利用理論研究也較為完善。在美國(guó)，對(duì)磷尾礦中富集含量較高的白云石，可直接采用浮選的方法予以脫出，從而回收磷酸鹽[20]。(2)制備肥料。將磷尾礦制成肥料是磷礦尾礦資源化的重要?jiǎng)?chuàng)新途徑。據(jù)鄭君花[21]報(bào)道，將磷尾礦與醬油渣、秸稈混合，并通過生物發(fā)酵制備的肥料能顯著改善土壤理化性質(zhì)，并且肥效持久。(3)制備建筑生產(chǎn)材料。我國(guó)利用磷尾礦生產(chǎn)建筑材料的研究較早，始于19實(shí)際80年代，是磷尾礦資源化利用的重要途徑，其主要是利用磷尾礦制備水泥和建筑用磚[22-23]。(4)制備微晶玻璃。將磷尾礦制成微晶玻璃具有廣闊的發(fā)展前景及應(yīng)用前景。其生產(chǎn)具有工業(yè)附加值高、生產(chǎn)過程污染程度低等特點(diǎn)，是目前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一[24]。

對(duì)磷石膏的資源化，目前主要集中在建筑行業(yè)、農(nóng)業(yè)、化肥工業(yè)等[25]，資源化利用手段有以下幾個(gè)方面：(1)制成水泥緩凝劑以及硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥。王英等[26]采用磷石膏與石灰混合后，在適當(dāng)?shù)臏囟认蚂褵瞥伤嗑從齽?，水凝的初凝時(shí)間提前，抗壓強(qiáng)度有一定提高；王辛龍[27]利用硫磺分解磷石膏制備高濃度二氧化硫，建立了低溫分解磷石膏制酸的示范裝置，使磷石膏達(dá)到了99%的轉(zhuǎn)化率(硫磺分解磷石膏制硫酸技術(shù)進(jìn)展及推廣應(yīng)用)。(2)制成建筑材料以及工程基礎(chǔ)材料。將磷石膏用作建筑基礎(chǔ)材料，不僅可以減少環(huán)境污染，還可以降低建筑成本[25,28]。(3)制成土壤改良劑。以磷石膏為原材料制備土壤改良劑，不僅解決了其去留問題，還改善了土壤環(huán)境[29-30]。(4)制作化肥。磷石膏中含有大量植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)元素，如磷、鈣、硫等，將磷石膏制成肥料可促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增加作物產(chǎn)量[31]。

2.5 加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估

地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情評(píng)估是指通過調(diào)查評(píng)估區(qū)的地質(zhì)狀況，分析、預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)建設(shè)項(xiàng)目和規(guī)劃項(xiàng)目對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響及可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性，并提出預(yù)防措施[32]。研究表明，磷礦尾礦庫(kù)主要存在溢流井坍陷及潰壩的風(fēng)險(xiǎn)?？得餍蹖?duì)磷礦尾礦庫(kù)潰壩的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，在發(fā)生特大暴雨，下壩坡抗滑安全系數(shù)不滿足要求時(shí)，其尾礦庫(kù)潰壩風(fēng)險(xiǎn)值高達(dá)1.8×10-2，屬于不可接受的范圍[7]。因此，必須對(duì)尾礦的地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情進(jìn)行評(píng)估，并采用削坡整形、覆土種草護(hù)坡、壩體加固改造等手段增加壩體的穩(wěn)定性，同時(shí)設(shè)置排滲降水工程，降低壩體浸潤(rùn)線，增加壩體的安全性[33-34]。

2.6 構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的磷尾礦監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)是通過紅外感應(yīng)器、激光掃描器、射頻識(shí)別以及全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，從而實(shí)現(xiàn)物品的識(shí)別、跟蹤、定位和監(jiān)控的一種網(wǎng)絡(luò)，目前物聯(lián)網(wǎng)已成為我國(guó)的五大新型戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。磷尾礦可基于物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)結(jié)合GIS系統(tǒng)，構(gòu)建尾礦實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)尾礦進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[35-37]。張浩在分析國(guó)內(nèi)外尾礦安全監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的尾礦自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并成功應(yīng)用到黃麥嶺磷化工尾礦，有效地監(jiān)控了其尾礦庫(kù)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于尾礦的安全運(yùn)行和礦山的安全生產(chǎn)具有十分重大的意義[11]。

3 結(jié) 語(yǔ)

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展之下，消耗了大量的磷資源，產(chǎn)量了大量的磷尾礦庫(kù)。巨量的磷尾礦堆存，不僅侵占了土地，還污染了周邊土壤、水體和大氣，同時(shí)還伴隨著嚴(yán)重的潰壩安全風(fēng)險(xiǎn)，給周圍居民身體健康及人身安全帶來嚴(yán)重威脅。在國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)的過程中，磷尾礦庫(kù)的生態(tài)環(huán)境問題需引起足夠的重視。

同時(shí)各級(jí)政府也需加強(qiáng)監(jiān)管，及時(shí)出臺(tái)政策并采取措施，在達(dá)到尾礦庫(kù)綜合治理的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)尾礦庫(kù)的資源化利用。此外，還需不斷探索循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，并付諸于實(shí)踐，在實(shí)踐中總結(jié)出切實(shí)可行的處理措施，從而促進(jìn)礦產(chǎn)資源行業(yè)的綠色發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“礦地”和諧。