干式尾矿堆存技术

干式堆存尾矿库的设计包括选址、分级标准、堆场内布局、稳定性分析、排洪系统设计、滤饼堆放和运输、干堆场监测、复垦和封场等内容。近年来围绕干堆尾矿库的筑坝方法等进行了研究,并涌现出多个尾矿干堆的矿山。

干堆尾矿坝采用机械分层堆筑并进行适当碾压。胶带运输一般比汽车运输费用低,场内可采用移动式胶带机倒运,推土机推运、整平、碾压。汽车运输机动性较强但输送费用高,当堆场库容较小或运输距离较近时宜采取汽车运输,场内用推土机整平、碾压。干堆尾矿库的主要安全设施包括初期坝、拦砂坝、堆积坝、排洪及截洪设施、排渗设施、观测设施及其他影响尾矿库安全的设施。

针对干堆尾矿库设计时缺乏子坝结构参数取值依据的实际困难,文献[50] 采用数值试验和工程实证相结合的方法,系统研究了干堆尾矿库坝体结构参数对稳定性的响应规律,提出干堆尾矿库子坝结构参数选取方法;陕西铅硐山矿业有限公司木桐沟尾矿库采用尾矿干式堆筑法,在现初期坝下游设滤水坝,滤水坝以上用脱水后的干尾矿逐层碾压堆积最终坝高^[51] 。

干式尾矿堆存可采用山谷地、平地等多种堆存方式,干堆场主要构筑物有拦泥坝、干堆体、溢洪道、场内公路等。

近年来,尾矿干堆技术得到了世界各国更多的重视,美国的尾矿干堆研究成果最多,加拿大其次。目前国外很多矿山都采用了尾矿干堆工艺,如坦桑尼亚的Bulyan hulu矿山、俄罗斯的Kubaka矿山、加拿大的Ekati Diamond和印度的Hindustan铜有限公司均采用了尾矿干堆法^[52] 。智利的La Coipa矿山也采用了尾矿干堆工艺,其干堆场是世界上最大的尾矿干堆场之一^[53] 。1985年后,国外多家铝冶炼厂也开始采用尾矿干堆法,如Kwinana冶炼厂、VAW Stade冶炼厂等^[54] 。另外,Rosemont铜矿进行了尾矿干堆设计^[55] 。近年来我国的尾矿干堆技术发展也较为迅速,在铁矿、铝土矿、黄金矿山、多金属矿山均得到了应用。

在铁矿山,承德地区某300万t/a尾矿干堆场采用“下堆式”尾矿堆放方式,可在堆积体和拦泥坝之间形成较大的淤积库容和滞洪库容^[56] 。云南鑫隆公司尾矿库总坝高35 m,库容量37万m³,通过修建初期坝,由坝前向库内排放干尾渣,并经分层碾压、分台堆筑逐步上升,最终形成坡比1︰6的堆坝外坝坡,库尾积水及洪水期库内汇水则通过溢水管和排渗盲沟顺利导入下游。昆钢罗茨分公司临时干堆渣场,总坝高39 m,库容量73.5万m³。渣料由皮带输送至库内,通过分层碾压及逐级堆筑,形成坡比不陡于1︰5的外坝坡。此外,堆坝坡脚处设有拦渣坝,其下游170 m处设有挡水坝,两者之间封闭区域作为调节池。挡水坝左岸设有溢洪道,用于排泄多余来水。云南大沙地选厂所排尾矿浆经浓密及压滤脱水处理后,经移动式皮带输送系统运送至场区,并由推土机进行分层碾压。多余水量通过排渗盲沟汇入东侧集液池内,经处理后回抽至选厂,满足生产需要。干堆实施过程中,该库由于场内面积大(达到10万m²以上),通过控制皮带的移动传输,可有效将矿渣进行分块、分区堆放、晾晒,而且通过推土机的辅助堆放及碾压,可使尾矿最大干密度满足设计要求,同时可加快尾矿固结速度、提高坝坡稳定性,充分保证尾矿库的库容利用率^[57] 。

在铝矿山,山西上木章山谷型干法赤泥库总库容3 427万m³,初期坝坝体高度33~40 m,后期采用赤泥堆子坝,子坝高度80 m,总坝高120 m,该库距离厂区直线距离约7 km,采用远距离(约15 km)水力输送、近距离汽车运输相结合的运输方式。赤泥浆液经压滤后赤泥滤饼采用自卸式汽车运输至库内卸料点,卸料点布置装载机协助摊铺布料,平均摊铺厚度约1m,经晾晒至指定含水率后,采用推土机推平,采用压实设备进行压实。赤泥滤饼在各分库区内采用自坝前向库内堆存方式。库区采用水平防渗,防渗结构采用1.5~2 mm厚HDPE土工膜。

在黄金矿山,贵州锦丰金矿炭浸尾矿库首次在南方多雨地区黄金矿山实施了尾矿干排技术,该矿采取了全水平防渗和完善的清污分流设施,拦挡坝下游设置了截渗坝,分期加高坝体,从而大大降低了环境污染风险,提高了尾矿库的安全度^[58] 。山东省归来庄金矿是我国黄金行业首次在新建选矿厂设计中采用尾矿压滤、干式堆存的工艺技术^[59] 。排山楼金矿采用尾矿压滤干堆工艺后,每年可节约水费、药剂费,并能从返回液中提取金等,可增经济效益近500万元。中国黄金集团石湖矿业有限公司浮选尾矿和浸渣尾矿滤饼堆入尾矿库内,滤液与浓密机溢流水合并为回水,自流进入高位回水池再利用^[60] 。甘肃省天水李子金矿尾矿浆由离心式渣浆泵送至双叶轮搅拌槽内,通过给料泵送至箱式压滤机,实现固液分离。固体为滤饼,由皮带输送机送至选矿厂临时储存点,再经装载机和汽车装运至新建尾矿干堆场,并用推土机碾压平整。滤液进入回水池,由回水泵供选矿厂生产再利用^[61] 。

在多金属矿山,广东某多金属矿的干尾矿堆场^[62] 场区为一深且长的不规则山谷,在沟谷出口修建挡土坝。挡土坝坝型采用碾压堆石坝,挡土坝坝顶标高155 m,坝高约21 m,坝长67 m,坝顶宽度4 m。干尾矿堆放采用从下往上、分台阶堆放方式,干尾矿堆场堆填顺序为由库前向库尾逐渐推进,每堆填1.0m厚度尾矿即可进行碾压作业。在尾矿堆填过程中实行边生产边复垦植被,防止雨水渗透。干尾矿堆场从环保角度考虑,设置泄洪系统与渗滤液收集系统,从而实现雨污分流。九谋锡矿将尾矿进行浓缩压滤后到渣场进行干式堆存,干尾矿的含水量为15%~18%,用皮带运输机将干尾矿运至渣场,推土机分层推平,压路机压实^[63] 。

目前全国已超过30座矿山采用了尾矿干式堆存法,而且在建的矿山较多,主要集中在黄金矿山,原矿处理规模为100~2 000 t/d。