南方多雨地区宜采用的尾矿干堆工艺及环境影响分析.pdf

收稿日期 2014 －01 －02; 修订日期 2014 －02 －10 作者简介 陆长清 1957 － ， 男， 副研究员， 研究方向 环境影响评价与环境工程。 第 32 卷第 1 期 2014 年 2 月 江西科学 JIANGXISCIENCE Vol． 32 No． 1 Feb． 2014 文章编号 1001 －3679 2014 01 －0099 －05 南方多雨地区宜采用的尾矿 干堆工艺及环境影响分析 陆长清 江西省科学院能源研究所， 江西南昌 330096 摘要 传统的尾矿处理方法是采取尾矿湿排技术， 即建立尾矿库湿式堆存; 为解决尾矿湿式堆存受地形、 土地 占用、 安全和环保等方面的限制， 目前国内发展了尾矿干式堆存新技术， 尾矿干式堆存具有很好的发展前景。 我国南方属多雨地区， 使尾矿干堆工艺的运用受到了一定限制。结合目前常用的滤饼、 膏体和袋式 3 种尾矿 干堆工艺， 从处理工艺流程、 适宜条件和对环境影响等方面作了比较， 提出了适宜南方多雨地区的尾矿干堆工 艺。 关键词 尾矿干堆工艺; 南方多雨地区; 环境影响 中图分类号 TK16文献标识码 A Analysis on the Process and Environmental Impact of Dry Tailings Pile in Ｒainy Southern Ｒegions LU Chang- qing Institute of Energy Conversion， Jiangxi Academy of Sciences， Jiangxi Nangchang 330096 PＲC Abstract In order to solve the tailings wet stockpiling restrictions on terrain， land use， safety and en- vironmental aspects， the domestic development of dry tailings stockpile of new technologies has good prospects， comparing to the traditional wet tailings discharge technology． However， dry stack tailings technology rainy areas in the south have been using certain restrictions in our country． In this paper， analysis on the handling process， appropriate conditions and the environment impact was taken in the three kinds of tailings using cake， cream and bag dry stack process， and dry stack tailings technology was proposed． Key words Dry stack tailings process， Ｒainy southern regions， Environmental impact 0引言 金属、 非金属矿山采选业的迅速发展产生了 大量尾矿， 据报道， 2012 年我国尾矿总产生量达 到16 亿 t［1 ］。国内尾矿排放方式仍采用传统的湿 排为主， 目前全国共有尾矿库 12 273 座 ［2 ］， 湿排 尾矿库的存在不仅给生产安全带来重大隐患， 同 时环境污染事件也不断发生。据测算 ［3 ］， 目前我 国因尾矿造成的直接污染面积已达百万亩， 间接 污染土地面积 66． 67 万 hm2之余， 每年因固体废 弃物污染造成的经济损失在 300 亿元左右， 其中 每年要花费 10 ～ 15 亿元用于堆存尾矿， 15 ～ 25 亿元用于维护尾矿库。由于湿排尾矿受地形、 土 地占用、 安全和环保等方面的限制， 目前国内发展 了尾矿干式堆存新技术。 针对尾矿干式堆存技术及堆存工艺， 许多学 者作了一定的研究和探讨［3 ～9 ］， 普遍认为， 与传统 尾矿湿排工艺相比， 尾矿干堆工艺在节水、 回收废 水中重金属、 减少药剂消耗和占地、 减免地下水污 染、 提高库容利用率、 闭库复垦周期短并可分期覆 盖、 减小环境风险等环保方面具有明显优势， 解决 了传统尾矿湿排工艺所面临的老大难问题， 尾矿 干堆技术具有很好的发展前景。尾矿干堆工艺也 存在设备投资与生产运营成本较高、 目前开发的 设备处理能力较小、 难以在生产规模大的矿山实 施应用、 在降雨量较大地区的应用受到限制等问 题。本文针对尾矿干式堆存工艺存在的上述问 题， 结合目前国内对尾矿采用的滤饼、 膏体和袋式 3 种干堆工艺， 从处理工艺流程、 适宜条件和对环 境影响方面进行了比较分析， 提出南方多雨地区 宜采用的尾矿干式堆存工艺。 1目前尾矿干式堆存工艺及比较分析 尾矿干排主要是在选矿工艺末端增设尾矿浆 浓缩系统或尾矿浆过滤系统， 尾矿浆经浓缩或过 滤处理后形成尾矿干渣和废水; 废水全部回用于 选矿生产， 尾矿干渣送至干堆场， 暂存后可作为再 选回收有价金属、 生产建筑材料的原料或回填矿 坑及复垦绿化等。目前对尾矿的干式堆存主要采 取滤饼、 膏体、 袋式 3 种堆存方式 ［10 ］， 现分别对其 堆存工艺流程分析如下。 1． 1滤饼形式堆存 此种堆存方式是指将压滤或过滤后低于或等 于饱和含水率的尾矿滤饼以汽车或其他运输方式 运至尾矿堆场， 在山谷或傍山、 平原围堤所形成区 域内分层碾压密实的排放方式; 滤饼一般指经过 压滤或过滤脱水后不能离析， 浓度在 80 左右的 尾矿， 压滤水回用选矿。某铁矿尾矿滤饼干式堆 存工艺流程见图 1［7 ］。 选矿 铁矿尾矿 旋流器 粗颗粒 细颗粒 水平带式真空过滤机 浓缩机 滤饼 滤液溢流水全自动立式压滤机 滤液滤饼 回收有 价金属 建筑 材料 回填 矿坑 造地 绿化 回收有 价金属 建筑 材料 回填 矿坑 造地 绿化 回收水池 图 1尾矿滤饼干式堆存工艺流程图 尾矿滤饼干式堆存工艺目前在国内铁矿尾 矿、 黄金尾矿有一定的应用， 但在南方多雨地区基 本没有应用。 1． 2膏体形式堆存 膏体尾矿是一种具有流动特性和一定屈服应 力， 并有足够的呈胶体状态水的不离析尾矿固液 混合体。膏体尾矿的堆存方式虽也采用管道输 送， 但与传统的尾矿浆排放的堆存方式有质的区 别， 尾矿膏体入库以后， 水与固体之间、 固体中的 粗、 细颗粒之间不产生离析， 膏体表面不产生流动 水， 属于干法堆存。尾矿膏体干式堆存工艺流程 见图 2。 将尾矿制成膏体， 基本要求是 － 20 μm 粒级 的颗粒需占 15 以上， 因此将尾矿制成膏体， 尾 矿粒级的配比就显得很重要， 但因各矿石性质及 成分存在差异， 粒级配比也不同， 不是所有的尾矿 都能形成膏体， 应对特定的尾矿进行必要的试验。 膏体尾矿堆存技术在国外已经应用发展了 30 多年， 但在我国的应用较少， 主要是受技术经 济、 国情和环保理念等因素的制约。 1． 3袋式形式堆存 此工艺是指在矿浆中加入一定量的絮凝剂经 浓密机浓缩后达到 40 ～50 的浓度， 通过砂浆 泵装入耐腐蚀、 耐风化、 渗水性强的聚丙烯树脂 袋， 在平整好的场地中， 按一定坡度分层顺序铺 设， 一定浓度的尾矿浆在袋中自然沉降， 通过自滤 001江西科学2014 年第 32 卷 和上部尾矿重量挤压、 滤水、 固结， 形成尾矿滤饼， 使滤饼浓度达到 80 以上， 含水量仅有 20 左 右， 使滤饼固结封闭在袋中， 并使尾矿随袋成型， 分层堆筑形成干堆坝体。尾矿袋式干式堆存工艺 流程见图 3。 该工艺不需要建坝， 形成的尾矿堆坝安全性 高， 操作简单， 取消了机械压滤， 减少投资， 便于复 垦。 “ 尾矿浆 絮凝剂 添加料 废水废水 回用水 膏体 浓密机压滤机搅拌机隔膜泵干堆场 处理池循 环水池 选矿 图 2尾矿膏体干式堆存工艺流程图 尾矿桨 絮凝剂 自然压滤水 回用水 回用水 废水 袋装 浓密机 桨泵干堆场收集池 处理池 循环水池 选矿 图 3尾矿袋式干式堆存工艺流程图 1． 43 种尾矿干式堆存工艺比较分析 根据上述的 3 种尾矿干式堆存工艺流程， 从 堆存工艺的工程要求、 设备投资及运行成本进行 比较， 其比较结果见表 1。 表 13 种尾矿干式堆存工艺的工程要求、 设备投资及运行成本比较 指标滤饼干堆工艺膏体干堆工艺袋式干堆工艺 主要设备浓密机 压滤机浓密机 压滤机 搅拌机浓密机 药剂不用絮凝剂絮凝剂 运输方式皮带或汽车皮带或泵送输送灌袋 库容利用率＞0． 9＞0． 9＞0． 9 堆存场的地形条件有要求有要求没有限制 筑坝一般需要一般需要不需要 气候条件 雨季时， 尾矿滤饼干堆体 有可能变成一片沼泽地， 直接影响干堆作业和干 堆体的稳定， 一般不适用 多雨地区。 雨季时， 尾矿膏体有可能 变成一片沼泽地， 直接影 响干堆作业和干堆体的 稳定， 一般不适用多雨地 区。 因尾矿处在袋内堆存， 雨 水不会直接冲刷尾矿， 尾 矿堆存场不会形成沼泽 地， 也不会 影 响 干 堆 作 业， 袋装堆存稳定， 可适 用多雨地区。 尾矿粒级要求无有无 投资设备投资较大设备投资大投资最小 运行成本耗能较高耗能高耗能低 101第 1 期陆长清 南方多雨地区宜采用的尾矿干堆工艺及环境影响分析 从表 1 可看出， 袋式干式堆存尾矿具有投资 小、 运行成本低、 堆存场要求低、 适用多雨地区等 优势。 2尾矿干式堆存对环境影响的比较 分析及相关问题 2． 1对环境影响的比较分析 根据上述的 3 种尾矿干式堆存工艺的各自工 艺流程和要求， 不同的尾矿干式堆存工艺对环境 影响也不同， 对南方多雨地区采取滤饼、 膏体、 袋 式等尾矿干式堆存方式可能造成的环境影响分析 结果见表 2。 表 2 3 种尾矿干式堆存工艺对环境影响分析 指标滤饼干堆工艺膏体干堆工艺袋式干堆工艺 占地一般要建堆放场 库 和筑坝一般要建堆放场 库 和筑坝可不筑坝 生产废水回用率8070经收集后可达 80 环境空气干燥气候可能产生粉尘一般不会产生粉尘不会产生粉尘 环境风险 下雨会使尾矿重新充水饱和， 雨季雨水对尾矿的冲刷可能 造成堆体失稳、 滑坡或形成泥 石流等。 下雨会使尾矿重新充水饱 和， 雨季雨水对尾矿的冲刷 可能造成堆体失稳、 滑坡或 形成泥石流等。 雨季雨水对尾矿冲刷不 会造成堆 体 失 稳、 滑 坡 等， 基本不存在形成泥石 流等隐患。 地下水保护 根据固废性质进行防渗， 采取 措施后影响较小， 但防渗工程 量大。 根据固废性质进行防渗， 采 取措施后影响较小， 但防渗 工程量大。 根据固废性质进行防渗， 采取分区堆存防渗工程 量小; 但可能需对自然压 滤废水收集设施进行防 渗， 防渗后影响较小。 土地复垦和生态恢复 因筑坝等场地和作业的要求， 一般待服务期满后进行复垦 和生态恢复。 因筑坝等场地和作业的要 求， 一般待服务期满后进行 复垦和生态恢复。 可分区进行堆存， 按分区 和单元实施边堆存、 边复 垦和生态恢复。 淋溶废水污染 雨季时， 尾矿中的污染物容易 随着雨水而扩散出来对水环 境产生污染， 需设置堆场淋溶 废水处理装置。 雨季时， 尾矿中的污染物容 易随着雨水而扩散出来对 水环境产生污染， 需设置堆 场淋溶废水处理装置。 分区分期进行堆存， 以减 少堆场淋溶废水产生量， 但仍需设置堆场淋溶废 水处理装置。 资源二次利用难易程度 较湿法堆存二次利用尾矿资 源容易。 较湿法堆存二次利用尾矿 资源容易。 因尾矿用袋装， 易取用， 且金属损失量相对较少。 从表 2 分析结果可以看出， 从占地、 生产废水 回用率、 对环境空气影响、 地下水保护、 环境风险、 淋溶废水污染、 二次资源利用、 土地复垦和生态恢 复等方面分析， 南方多雨地区采取袋式干堆工艺 堆存尾矿对环境影响较小。 2． 2推广应用尾矿袋式干堆工艺的相关问题 虽然袋式干堆工艺宜用于南方多雨地区的尾 矿堆存， 但应注意以下几点。 2．2． 1膜袋选用膜袋作为尾矿的承载介质， 应 根据尾矿的特性及堆存场地的自然条件来确定膜 袋的规格、 材质及加工方法， 以确保袋装尾矿及尾 矿堆体的稳定性。 2．2． 2尾矿实施分区堆存根据干堆场的地形 地貌， 对尾矿堆存场进行合理分区， 按分区和作业 单元进行分期实施， 尽量减少堆存作业区的面积， 以减少堆场淋溶废水产生量， 利于做到边堆存、 边 复垦和生态恢复。 2．2． 3做好堆场的清污分流在堆场周边修建 截洪沟， 防止周边雨水进行堆场。 2．2． 4分层堆筑形成干堆坝体由于尾矿随袋 成型， 应按一定坡度分层顺序铺设， 分层堆筑形成 干堆坝体。 2．2． 5需建堆场自然压滤水收集处理设施由 于袋式干堆工艺的入袋尾矿含水率仍达 50 左 右， 在堆存过程中通过自滤和上部尾矿重量挤压、 滤水、 固结， 形成尾矿滤饼， 才使滤饼浓度达到 80以上。在袋式干堆过程中会产生约 30 左 右的废水， 应对此废水进行收集处理后回用， 因 201江西科学2014 年第 32 卷 此， 需建堆场自然压滤水收集处理设施。 3结束语 综上所述， 与传统尾矿湿排工艺相比， 尾矿干 堆工艺在节水、 回收废水中重金属、 减少药剂消耗 和占地、 减免地下水污染、 提高库容利用率、 闭库 复垦周期短并可分期覆盖、 环境风险小等环保方 面具有明显的优势， 解决了传统尾矿湿排工艺所 面临的老大难问题， 尾矿干堆技术具有很好的发 展前景。但尾矿干堆工艺也存在设备投资与生产 运营成本较高、 目前开发的设备处理能力较小、 难 以在生产规模大的矿山应用、 在降雨较大地区的 应用受到限制等问题。本文针对尾矿干式堆存上 述问题， 结合目前国内对尾矿采用的滤饼、 膏体和 袋式 3 种干堆工艺， 从处理工艺流程、 适宜条件和 对环境影响方面进行了比较分析， 认为南方多雨 地区宜采用尾矿袋式干堆工艺。 参考文献 ［ 1］ 中国国土资源经济研究院． 加强矿产资源节约与综 合利用， 推进生态文明建设研讨会［ Ｒ］ ． 2013， 6． ［ 2］ 国家安全生产监督管理总局、 环保部等七部委 ［ Ｒ］ ． 深入开展尾矿库综合治理行动方案， 2013， 5． ［ 3］ 邓政斌， 童雄． 浅述尾矿干堆技术的前景［J］ ． 矿 冶， 2011， 20 2 10 －14． ［ 4］ 范向伟． 尾矿干式堆存工艺的研究与实践［ J］ ． 金属 矿山， 2010， 8 281 －285． ［ 5］迟春霞， 沈强． 尾矿干堆技术探讨［J］ ． 黄金， 2002， 8 47 －49． ［ 6］ 邢万芳， 金英豪， 姚香． 黄金尾矿干堆技术若干问 题探讨［ J］ ． 有色金属， 2008， 1 48 －49． ［ 7］ 赵龙录， 杨玉华， 贾承恩． 铁矿尾矿干法排放工艺及 设备［ J］ ． 金属矿山， 2009， 12 148 －150． ［ 8］ 陈华君， 何艳明， 熊国焕， 等． 尾矿堆存处理工艺比 较及应用［ J］ ． 云南冶金， 2012， 8 68 －73． ［ 9］ 付永祥． 大型山谷型尾矿干堆场设计理念与实例 ［ J］ ． 金属矿山， 2009， 10 1 －4． ［ 10］ 文枚， 赵定柱， 龚爱民， 等． 尾矿干式堆存工艺要 点分析及技术优势探讨［J］ ． 科技信息， 2011， 8 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 812 －813． 上接第 53 页 ［ 3］ 周毅峰， 罗云霞， 刘华中． 解钾菌的筛选［ J］ ． 湖北民 族学院学报 自然科学版 ， 2009， 3 27 285 －288． ［ 4］ Sheng X F． Growth promotion and increased potassium uptake of cotton and rape by a potassium releasing strain of Bacillus edaphicus［J］ ． Soil Biology and Bio- chemistry， 2005， 37 10 1918 －1922． ［ 5］龚凤娟， 恩特马克布拉提白， 张宇凤， 等． 具有 ACC 脱氨酶活性的杜仲内生细菌的分离鉴定及其 抗菌活［ J］ ． 微生物学通报， 2011， 38 10 1526 － 1532． ［ 6］ 赵现伟， Chaudhary Hassan Japed， 何玉梅， 等． 先锋 牧草 － 香根草联合固氮菌多样性［ J］ ． 微生物学报， 2009， 49 11 1430 －1437． 301第 1 期陆长清 南方多雨地区宜采用的尾矿干堆工艺及环境影响分析