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一、主要工作开展情况
一是结合2009年环保专项行动工作,进一步加强农村周边污染源现场监察力度。对全县所有排污企业,环保治理设施运行情况,污染物排放情况,排污申报登记、排污许可证制度执行情况,新改扩建项目“环评”和“三同时”制度执行情况等进行了全面检查落实。
二是提高认识,落实责任,抓好尾矿库汛期安全工作。我县认真吸取近期尾矿库安全事故教训,坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针,从维护人民群众的根本利益、保稳定、促发展的高度,进一步提高对汛期尾矿库安全生产工作重要性的认识。加强源头管理,严格安全准入条件、切实落实生产企业的主体责任。认真制定了切实有效的防汛措施和事故应急预案。做到“防汛组织、防汛队伍、防汛物资、防汛措施”四落实、四到位。各生产企业建立健全相应的管理机构和岗位责任制度,完善应急救援预案和安全度汛方案,配备适当的人员、筹集必要的经费和防汛物资,24小时派人对尾矿库安全情况进行巡查。做到责任到位、措施到位、任务到人,各负其责。针对汛期尾矿库安全工作的特点,认真查找存在的薄弱环节和隐患,制定切实可行的有效措施进行整改,扎扎实实抓好汛期尾矿库的安全生产工作,对发现的隐患立即整改,确保汛期尾矿库的安全运行。
三是开展汛期安全检查和尾矿库专项整治工作。按照国家和省、州的有关要求,把防汛工作与尾矿库专项整治工作结合起来,在防汛工作中排查治理隐患,在隐患排查治理中落实防汛措施。定期不定期组织开展深入、细致的防汛安全检查和隐患排查治理工作。重点查防洪度汛措施,查安全管理及主要负责人、安全管理人员和特种作业人员培训持证情况,查生产运行情况,查隐患排查排除治理情况,查坝体稳定性及库区边坡稳定情况等,加强公路附近尾矿库的安全环境检查。对查出的问题及隐患,制订切实可行的整改措施,限期整改确保安全度汛。
根据《云南省尾矿库专项整治验收办法的通知》要求,在去年工作的基础上,对全县运行使用的尾矿库进行了再次调查摸底。县委、县政府高度重视,抓紧布置,成立了专项整治验收领导小组,制定了专项整治行动工作方案,并安排专人负责此项工作,根据尾矿库的基本情况,制定了工作方案,建立尾矿库数据库,落实责任,保证尾矿库专项整治验收工作的顺利开展。
四是加大宣传,强化培训。充分利用广播、印发安全知识传单等多种形式宣传和普及有关安全生产的基本知识,加强对群众的宣传教育工作,引导群众充分认识尾矿库发生事故的危害性,理解和支持企业采取的各项安全、环保防范措施,切实提高广大干部群众的抗灾、减灾和自救能力。
五是齐抓共管,形成合力。加强与部门和企业之间的通力协作,进一步完善工作联合机制,及时了解和掌握汛情,统筹安排好防汛工作。严格执行汛期的值班制度和事故专报制度,确保领导带班制度,做到对各种异常情况能及时进行处理。
通过以上工作的开展落实,走访了各排污企业附近居民群众,到目前为止我县未发生因企业环境污染,生态破坏而引起的厂群冲突、矛盾纠纷、群体上访等环境案件。
二、下一步工作打算
一是进一步统一思想,提高认识,高度重视环境工作。集中精力排查环境中存在的突出问题,及时、就地有效化解关系人民群众生产生活和影响当前社会和谐稳定的环境污染纠纷,努力消除激化矛盾纠纷和引起社会不稳定因素。
关键词:生态矿业;尾矿库;综合治理
中图分类号:X752 文献标识码:A
亓传铎(1985-),男,山东潍坊人,本科,助理工程师,主要从事选矿工艺技术管理工作。15854537819,
1引 言
尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源,存在溃坝危险,且尾矿水中往往含有多种药剂。如果尾矿库一旦发生溃坝、裂缝和沉陷、滑坡和渗漏等事故,就会造成对周围土壤、水系等生态系统的污染。[1]
尾矿库是矿山企业最大的环境保护工程项目。对尾矿库进行合理的治理利用不仅能够充分保障其安全运行,而且能够最大限度的存放尾砂,满足选厂的排尾要求,发挥其效用。
因此,对尾矿库的综合治理工作关系到矿山安全生产的大局,必须加大对尾矿库的管理力度,确保尾矿库的安全运行。
2尾矿库的综合治理技术
近年,某黄金矿山的生产规模不断扩大,日处理矿量迅速增长,随之尾矿的排放量也在日渐增长,尾矿库汇水面积逐渐减小,每次筑坝加高后的使用年限也在逐渐缩短。
该矿山尾矿库后期坝加高方式为尾砂池填法筑坝分次加高,每级子坝高3米,坝顶宽6米,外坡坡比1:2—1:3,内坡坡比1:1,库内回水方式为中央浮船回水,从坝顶一侧至浮船架有浮桥,便于巡检与维修。随着库内尾砂高度的不断抬升,当库区水位上升至浮桥底板0.5米时,进行浮桥加高工程;为了减少筑坝工程量,降低筑坝投资,同时又要确保尾矿的安全运行,当库内四周尾砂距离坝顶≤0.5米时,进行坝体加高;坝体加高结束后,将原坝顶放矿主管道上移至新坝顶外侧,移放矿主管路时,要与选厂积极协调沟通,不能影响选厂正常生产;最后将坝体外坡及坝顶进行绿化,在外坡修筑排水构筑物,以满足安全环保要求。
2.1筑坝工艺
目前,该矿山运用比较成熟的筑坝工艺为尾砂池填法筑坝工艺。
采用池填法筑坝工艺,可充分利用尾矿粗砂自然沉积规律,提高滩顶高程,解决沉积滩坡度缓、尾矿砂土固结速度慢等问题,能够满足汛期尾矿库安全运行要求。[2]具体方法为:首先在一次筑坝区段上分几个小池,近方形,池边长20m,然后用人工或机械筑围埝,埝高0.5m,顶宽0.5m,边坡1:1左右,再安设溢流管,溢流管采用DN50的钢管,间距5m,共10根,溢流管顶口低于埝顶0.1m,溢流口进水口设在靠近里侧围埝2m处,出口断设在坝外2m,便于回收,待围埝筑好后,采用分散放矿向池内冲填,粗粒于池内沉积,细粒随水一起由溢流管排向库内。当冲积至埝顶时,停止放矿,干燥一段时间,再筑围埝,重复上述作业直至达到要求的子坝高度。[3]
尾砂筑坝工艺的优点是工艺简单,筑坝成本低,不需要大型机械设备,坝体密实程度高,不易透水,对库容利用系数高;缺点是筑坝过程中需要有人24小时看护,难以一次成型,筑坝周期长,受尾砂质量影响大。
2.2植被绿化
由于矿石品位低,选矿要求磨矿粒度细,筑坝的尾矿颗粒也细[4],且坝体标高越高,坝顶风速越大,从而增加了尾矿库扬尘的发生几率。[5]坝体加高结束后,其表面的细砂干燥后极易形成扬尘,对周边环境带来不利影响。将加高后的坝体覆土绿化后,能够有效避免扬尘的影响,并且能够极大的减少雨水对坝体冲刷的影响,防止对周边的水污染,保障了尾矿库的安全。
绿化方式采用在坝体外坡覆盖草袋种植土,覆盖厚度25cm,草袋之间不能留缝。坝顶覆盖20cm厚种植土,覆土厚度要均匀并且压实,坝顶向排水口出形成坡度,便于坝顶排水。
2.3排渗设施
坝体浸润线变化的速度,一般决定于库区水位变化的速度、土体的渗透系数和土体的给水度等因素,与坝体的结构形式特别是坝体的排水条件有很大的关系。[6]
该矿山尾砂的排放浓度为35-40%,尾砂带入库内的水量相对较大,在库内形成水区,通过水区中央的排水管排出,最终返回选厂循环利用。尾矿库内的大量生产用水,能够抬升坝体浸润线高度,造成坝体失稳。为了降低坝体浸润线高度,保证坝体稳定性,需要布置排渗设施。
排渗设施采用预埋的方式进行布置,在坝体加高前提前埋设,排渗管由导水管和透水管组成,导水管埋设在坝体中,透水管埋设在库内,库内透水管进口用土工布封闭,由库区内至坝体外整个排水管形成1%的坡度,便于库内渗水排出坝外。
通过以上工程措施的实施,可以有效的降低坝体内的浸润线埋深,从而使坝体能够满足渗流、边坡稳定及抗震的构造要求。
2.4排水设施
施工排水设施的目的是及时排出雨季期间的降水及排渗管的渗水,防止坝面积水浸泡坝体,造成坝体失稳。
在每级子坝外坡表面砌筑纵向排水沟,必须与下面一级子坝的纵向排水沟上下一致。在有排渗管的坝脚砌筑横向排水沟,横向排水沟由相邻两条纵向排水明沟连线的中间点向两侧方向按1%的坡度放坡。
纵向排水沟的砌筑方式采用砖铺底、两边挡墙用砖砌。两级子坝排水溜槽之间地面用砼垫层,并向坝外侧形成1%的坡度。横向排水沟采用砖砌结构,并用水泥砂浆抹面。
2.5回水系统
随尾砂进入尾矿库的水除蒸发、渗漏损失外,余者全部经回水系统排出坝外,经沉淀澄清后返回选厂使用。排水系统常用的基本形式有:排水管、隧洞、溢洪道和山坡截洪沟等。[4]该矿山尾矿库的排水系统为排水管式,利用浮船进行回水,库内清水经浮船上回水泵直接打入矿区水处理系统,经处理后返回至选厂循环利用。
库区中央回水系统至坝面架设浮桥进行连接,便于对回水系统进行巡检与维修。随着尾矿库的不断加高,浮桥也必须进行相应加高,以保证回水系统的正常工作。
2.6尾矿输送系统
尾矿库内尾砂排放方式为四周分散放矿,放矿时必须保证尾砂四周均匀分布,可以有效增长库内干滩长度。
尾砂输送主管路绕坝顶一周布置,均匀安装放矿支管,合理布置阀门,通过调整阀门达到周边均匀放矿的目的。尾矿库每加高一级子坝,尾矿主管路随之上移,降低材料成本。
2.7观测设施
准确掌握尾矿坝的运行状态,及时采取应急措施,确保尾矿库安全运行,必须对尾矿库布置观测设施,采用人工观测系统,对位移和浸润线进行观测。
浸润线观测孔根据尾矿库的需求,布置在相应坝面。定期对浸润线观测孔进行人工测量,根据孔内的水位情况,掌握尾矿库四周坝体的浸润线高度,对尾矿库的运行状态进行合理评价。
3应用结论
通过近几年尾矿库运行情况看,尾矿库的综合治理工作在生产过程中发挥了巨大的作用,确保了尾矿库服务于生产的目的,发挥了尾矿库的最大效用。同时,保障了尾矿库的安全环保要求,使尾矿库能够与当地生态环境友好相处,为该矿山打造生态矿山迈出了一大步。
(1)利用草袋种植土进行绿化的方法取得了良好的效果,整个坝体表面植物生长良好,坝面完全被绿草覆盖,植物生长茂密,并且避免扬尘,防止环境污染。
(2)坝体纵横排水沟的修筑,对降水进行了有效的汇集,防止了雨季坝顶路面积水的现象,减少了雨水冲刷坝体造成局部坍塌的情况。
(3)利用浮船回水效果明显,库内进出水基本平衡,回水顺畅且澄清,杜绝淤管的现象。
(4)排渗管的安装,达到了预期效果,坝体浸润线明显降低,从而使坝体能够满足渗流、边坡稳定及抗震的构造要求。
总之,尾矿库的综合治理工作保证了尾矿库的安全运行,使尾矿库的环境与周边环境和谐美观,符合安全环保要求,为企业在当地赢得了良好的声誉。
参考文献
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摸清现状 明确责任
在对尾矿库进行综合整治前,首先要摸清莱西市内尾矿库的状况。为此,莱西市政府成立尾矿库专项整治行动领导小组,多次召开专题会议抓好部署和督查。行动期间,莱西市政府统一制订了《尾矿库安全隐患排查登记表》(简称《登记表》),各镇、街道根据《登记表》的要求对辖区内尾矿库进行全面排查,彻底摸清已取证、基建、废弃停用以及非法运行尾矿库的底数和基本情况,包括危及矿井、采空区、水库、河流、公路、居民区或重要设施的尾矿库情况;违规设计、超量储存、超期服役、有垮坝险情和病库、险库、危库尾矿库的情况。
莱西市对摸底排查的尾矿库情况,按照“属地管理”和“谁的责任、谁出资治理”的原则,明确了34座废弃尾矿库的安全监管责任主体和责任人。莱西市国土局、安监局、公安局、工商局、供电公司等职能部门和各镇、街道结合实际,层层制定整治方案,层层细化工作措施,层层签订责任状,确保各项工作措施落实到位。各镇、街道和涉矿企业对每一处尾矿库逐一落实监管责任单位和责任人,采取专人盯防和远程监控等措施,使尾矿库始终在控和受控。对超期基建和边运行边基建的尾矿库,坚决予以停建,限期整改;对废弃停用尾矿库进行治理或严格履行闭库手续;对非法尾矿库坚决予以取缔和关闭。
在综合整治尾矿库安全隐患期间,莱西市政府每月召开一次督查汇报会,专项整治行动领导小组每季度进行一次现场督查,督促各镇、街道积极推进各项前期工作,落实各项建设条件。在分清企业、政府责任的基础上,制定治理计划,落实治理资金,抓好整改治理措施,确保隐患治理工作取得实效。
源头预防 分步整治
摸清尾矿库状况后,莱西市全面开展隐患排查治理工作。按照隐患大小和环境敏感程度,莱西市政府和各镇、街道制定出综合治理方案,采取分步实施的方法,最终达到整体推进。
莱西市按照国家法律、法规、规章、标准的要求,从尾矿库项目选址、立项、土地使用、安全、环保等多方面强化源头管理,加大尾矿库安全、环保的监督、检查力度,加强安全监管能力建设,促进尾矿库安全运行。同时提高尾矿库的审批门槛,控制尾矿库总量。
莱西市政府明文规定:在全市境内无采矿许可证的选矿厂一律不予批建;符合建设条件的采矿企业必须经市政府常务会议统一研究确定,严禁各镇、街道和村庄私自与矿山企业签订协议,否则以违反廉政规定处理,严重者追究刑事责任。对未经正规设计,先期建设和生产运行管理不规范,存在防洪排水、排渗系统不完善,干滩长度达不到规范要求,坝体稳定性差,防洪能力低,未进行闭库设计和验收等的尾矿库进行取缔和关闭,对存在重大事故隐患的尾矿库进行政府挂牌督办,限时治理整治整改。
为调动各级单位对尾矿库隐患整治的积极性,莱西市一方面鼓励镇、街道、办事处通过发包、委托或打包经营等方式,与有关企业、村委会等签订治理合同,发挥市场经济作用,筹集资金,落实整改措施。另一方面莱西市政府从财政安全生产专项资金中,安排100万元用于尾矿库治理,并对所植树木实行无偿供给,极大地调动基层政府和企业治理尾矿库的积极性。2010年,莱西市还争取到青岛市级安全专项资金80万元用于尾矿库专项治理补助。
治理和利用并举
在尾矿库安全隐患治理工作中,莱西市分别采取清运尾砂、降低坝高、削减坝坡度、整平复耕、植树被覆等措施,最大限度地消灭尾矿库,降低尾矿库总库容,减少尾矿库数量,以消除安全隐患。同时莱西市鼓励镇政府、村委或有关企业通过清运尾矿回填矿坑造田、降低库坝高度并摊平尾矿库复垦、利用尾砂充填等方式对尾矿进行再利用。
尾矿库覆土造田
尾矿库在雨季容易造成洪涝灾害,在旱季容易形成风沙,这两种情况对尾矿库附近居民的生产生活安全都造成一定影响。为一劳永逸地消除尾矿库安全威胁,莱西市对部分尾矿库进行土地复垦。对在雨季被冲刷形成冲沟的尾矿库坝坡面进行修整填平,并在上面覆盖一层厚度不小于30cm、适于植物生长的黏土,黏土层上再种植草皮。尾矿库内,先将矿坑进行平整,平整后的库面上覆盖30~50cm厚的黏土,以便种植农作物、草皮或木质植物等植被。莱西市河头店镇李家泊子村北的顺天铁选厂尾矿库和河头店镇拦马庄村北的拦马庄铁选厂尾矿库,先后进行了尾矿库土地复垦,种植葡萄、蓝莓等作物,不仅消除了尾矿库的安全隐患,还取得了良好的经济效益。
尾矿充填露天采坑或低洼地带
一些露天矿山采矿结束后,会遗留下巨大的采坑。莱西市鼓励这些企业将尾矿废料充填到矿坑或低洼地带,进行复垦造田;或者将露天采坑改做尾矿库,以节约新建尾矿库的土地占用面积。莱西市要求将露天采坑改做尾矿库时要做好深部矿体的保护工作,矿坑底部排尾时,需经过技术分析论证,采取尾矿固化措施,避免给以后的地下开采埋下事故隐患和造成不必要的损失。青岛金丰石业有限公司和青岛豪邦矿产品加工厂都是运用这种办法对露天采坑进行复垦,节约土地近10万m2。
尾矿充填井下采空区
矿山开采在攫取资源的同时,导致地下形成大量的采空区。采空区的存在,使周边产生应力集中,继而形成地压,易发生顶板冒落和地表塌陷等生产安全事故。因矿山开采而诱发的地面崩塌、滑坡、塌陷等地质灾害和生产安全事故已十分普遍,是安全生产的重大隐患。用尾矿充填法回填采矿体时,采掘空间随着矿石的采出而被充填,是目前保护围岩不发生塌陷、实现采矿工业安全生产与环境协调发展的最可靠的技术之一。莱西市鼓励矿山采选企业对尾矿进行采空区充填处理,既减少尾矿库内存放尾矿的数量,又提高了采空区的安全性。青岛顺誉铁选厂就将30多万t废弃多年的尾矿填充至地下矿井采空区,不仅解决了尾矿堆存问题,防止了采矿造成的地面塌陷等地质灾害,还大幅度提高了矿石回采率,带来了经济效益。
此外,有些选矿厂利用尾矿废料开发人行道面砖等建筑材料,利用废弃尾矿料110多万t,减少了尾矿库的容量,降低了尾矿库的隐患。
尾矿库治理成效
关键词: 尾矿;干堆工艺;应用;趋势
中图分类号:TD926 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)1210037-02
0 引言
中国是世界上尾矿库数量和尾矿存放量最多国家之一,过去,绝大多数矿山是通过新建和扩建地面尾矿库来解决尾矿的排放问题,但是存在尾矿对环境造成危害与占用土地,并易产生由尾矿库而引起的安全隐患问题,在经济和政策方面已越来越不适应今后发展的需求,必须寻找新途径来有效解决。在国外浓缩尾矿最早应用于采矿过程中,对采空区进行充填。后来浓缩尾矿又被应用到了选矿厂尾矿地表堆存上,取得了良好的效果,并在非金属、金属矿山尾矿处理中得到应用。这种尾矿干式堆存工艺被引进到了国内,在黄金矿山尾矿处理方面应用较多,并取得了更好的经济效益。并开始逐步推广到铁矿、其他有色金属矿山,解决了某些矿山生产中尾矿排放的安全、环保等问题。实践证明,具有很大的使用价值。
1 尾矿干堆工艺的术语定义
1)浓缩尾矿:是指经过浓缩设备(浓密机、旋流器等)将尾矿浓缩脱水后,能够泵送的尾矿。
2)膏体尾矿:尾矿固体颗粒均匀地分布在整个液体介质之中,由于砂浆浓度高,细颗粒与水形成一“重介质”,使粗颗粒悬浮于浆体之中,表现为“非沉降”性,形象为”膏体尾矿”。通常在脱水工艺中要采用了添加剂。
3)滤饼:是指经过压滤或过滤脱水后,不能离析,浓度在80%以上的尾矿。
4)干堆:尾矿浓缩膏体、压滤或过滤后滤饼以汽车或其他输送方式运至尾矿堆场,在山谷或傍山、平原围堤所形成区域内存放尾矿的排放方式。
5)浓缩尾矿场: 堆存滤饼或膏体尾矿的场所。
2 国外干堆工艺发展进程与实践
在20世纪70年代多伦多大学的Ronbinsky教授提出了尾矿浓缩后膏体、高浓度尾矿地面堆存的概念,于1973年在加拿大安大略省建成了世界上第一个浓缩尾矿地表堆放设施(K idd Creek尾矿堆场)。初期生产时采用了多级浓缩机串联浓缩工艺,但是尾矿浓缩后没有达到不离析,分级的膏体状态,尾矿漫流堆存没有达到设计要求的坡度角。后来更换了高效浓缩机后情况有所好转,并达到了预期的效果,至今仍然在运行。逐渐这种尾矿膏体地表堆存的新理念逐步被人接受,并且得到了推广应用。
20世纪80-90年代浓缩技术和尾矿膏体的输送技术的发展,制约膏体尾矿堆存的技术瓶颈大大缓解,国外矿山采用高效(PPsM型浓缩机)浓缩机或深锥浓缩机浓缩将尾矿浓缩成的膏体尾矿,用泵(离心泵、隔膜泵、活塞正排量泵)输送尾矿到浓缩尾矿场或者将干堆浓缩设备放到干堆的高点上直接排放。大多数浓缩尾矿场采用锥形中心排放排放(平坦地区)和沟谷斜坡的漫流排放,少数采用平台逐级加高排放(平坦和沟谷地区)。这种膏体干堆工艺日渐成熟,使得尾矿浓缩地表堆放成为取代传统尾矿库的一种安全环保的新选择。
世界上现已投入运行的大规模膏体尾矿堆存的项目并不很多,澳大利亚和加拿大占比例较大,且主要应用于干旱缺水,建设常规尾矿库成本较高地区。当今应用比较成功且有代表性干堆工艺处理尾矿的矿山有:坦桑尼亚的Bulyanhulu矿、印度的Hindustan铜有限公司、澳大利亚Sino Iron铁矿(年产尾矿6000万t左右)、美国格林克里克地区的矿山、美国爱达荷州New Jersey露天金矿、非洲坦桑尼亚北部Bulyanhulu金矿、俄罗斯的Kubaka金矿、智利La Co ipa矿山、加拿大的Ekati Diamond矿等。
3 国内滤饼(膏体)干堆工艺应用
国内90年代干堆尾矿处理技术首先应用到了黄金尾矿处理方面,平邑归来庄金矿经过多次试验,独创了“全泥氰化尾矿处理新工艺”工艺使选矿用水循环利用,不外排,不设尾矿库,只设尾矿干堆场,不仅成功地解决了“无废水”的课题,这种尾矿压滤,干式堆存和滤液循环使用的新工艺应用比较成功,取得了好的经济效益:1994年以后干堆技术在山东省铜石金矿,焦家金矿,三山岛、仑上、新城、金城、河东、河西、金翅岭、招远、岭南、尹格庄等金矿也陆续被采用。后再全国推广:北方辽宁排山楼金矿、内蒙古撰山子与柴胡栏子金矿、北京市的京都400t/d全泥氰化炭浆厂等都采用这项技术。长江以南的浙江省遂昌金矿以及广东高要河台金矿、广东信宜东坑金矿、华东有色地勘局控股的金山公司播卡金矿,新疆阿希金矿,云南思茅山水铜业公司等。
采用压滤(过滤)干堆工艺:这种工艺采用了浓密机进行浓缩尾矿,用过滤机(盘式,陶瓷)或者压滤机(板框、箱式、立式)脱水至75%-85%的滤饼,采用皮带或车辆运输到尾矿干堆场进行逐级台阶排放。这种工艺主要适合处理中细粒级尾矿和精矿脱水。
部分矿山及设备企业把旋流器、带式过滤机应用到了干堆尾矿的系统之中,组建了浓密机+旋流器+带式过滤机+压滤机:分级过滤系统,适合于粒级范围宽尾矿,代表性的矿山有:于2009年3月5日建成的山东蔡园镇金岭铁矿尾矿干堆系统,2010年7月年建成山西娄烦山东鲁地矿业尾矿干堆工艺系统。
通过对膏体尾矿干堆的深入研究以及矿山设备在浓缩设备方面的进步,干渣与膏体联合干堆糸统得以应用:这种浓缩脱水型水力旋流器+高效深锥多锥浓密机+高效多频脱水筛联合机组工艺适合处理粒级范围较大,更加高效节能,在大型化的矿山得到应用:正在运行的有中国黄金集团(30000t/d)铜钼矿;包钢白云鄂博西矿、辽宁鞍山齐大山铁矿,内蒙有两座铁矿。
4 企业应用尾矿膏体(滤饼)干堆工艺解决问题
1)提高了尾矿库安全性能。通过采用干堆技术,可以把尾矿含水量降低到25%以下,通过合适的尾矿堆存的方式可以防止尾矿库因渗透和溃坝而导致的安全和环保问题。
2)有效的延长了尾矿库原设计的使用寿命。对于闭库的尾矿库可以再利用,对于超期服役的尾矿库能增加库容。
3)提高了回水利用率。由于干堆尾矿库可以有效避免地下渗透、地表蒸发等因素,从而将选厂回水利用率提高到80%以上,节约新水补给。
4)减少了土地资源的占用。由于尾矿经过干式处理后达到相当高的浓度,可以在不建常规尾矿库的情况下使尾矿安全堆存于峡谷、低洼、平地、缓坡等地形条件,使尾矿处理大为简化,还可大大节省尾矿占地。
5)降低了常规尾矿库的建设运营费用。地形平坦地区以及干旱缺水的环境更适合进行尾矿干堆工艺的应用。
6)减少生态环境污染。通过尾矿干堆技术应用,浮选以及化学选矿方法添加的药剂可以重新进入了选别流程,一定程度上减少了药剂使用量,提高了工艺指标,减少了因渗透、排放导致的环境污染,干堆后可以复垦和生态恢复,减少对周边环境产生粉尘污染,土地沙化的问题,在一定程度上有效解决了矿山企业的环境保护与企业效益的矛盾问题。
5 采用膏体(滤饼)干堆处理尾矿,必须考虑的个关键因素
1)技术经济可行性。
2)环保、节水的合理性。
3)在降雨较大地区能够实现的可能性较小。
4)运营成本、备件耗材的更新成本。
5)场地条件。
这些因素制约尾矿干堆技术推广。
6 趋势及展望
在国内膏体(滤饼)干堆是个新事物,但是在国外应用已经比较广泛的应用。对于这种尾矿堆放的新手段,我们要学习新知识,接受新事物,但是也要因地制宜,具体事物具体分析,客观对待,没有必要断然否定或肯定。
7 结论
虽然尾矿干堆技术只能在特定的情况下解决某些矿山尾矿堆放问题,暂时还不能取代常规尾矿排放处理方式。但是,随着国家对矿山企业管理的法律和法规的健全和完善,企业不得不有效的解决安全、环保等问题,从而企业要综合、全面考虑和面对尾矿排放的问题。随着时间增加,通过对尾矿干堆处理设备的研究、尾矿干堆技术工艺的进步,尾矿干堆技术将逐渐成为尾矿处理、运行管理的一个选择。通过科技进步降低尾矿处理成本,简化工艺流程及人员操作管理,这是尾矿干堆技术发展要求,只有这样干堆技术才能得到有效推广。
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关键词:黄金;尾矿;压滤
中图分类号:C35 文献标识码: A
尾矿压滤、尾渣干式堆存工艺在国内黄金矿山的应用已有近十年时间,这种工艺最早成功应用于山东平邑归来庄金矿,1994年底通过鉴定后,国家黄金局将其作为新技术在全国黄金矿山推广。
一、尾矿问题分析
尾矿库所带来的问题,远不止决堤,溃坝这种容易造成特大安全事故。(1)尾矿库环保问题。尾矿在低浓度时不容易干燥,流入河流或渗入地下就导致尾矿中所残留的化学药剂对当地居民或人畜的生存环境带来很大的危害,而流入河流的化学药剂则会对河水造成污染而带来当地生态环境的破坏。(2)尾矿库经济问题。尾矿库占地面积庞大:对于一个大型黄金矿的尾矿库,需要上百万方的库容,同时,国家对耕地采取政策性保护措施,因为往往占地问题成为矿山企业无法直面的最大投资。尾矿库维护运营费用高昂:一个大型黄金矿每年尾矿库物料泵送的费用高达上千万。资源消耗巨大:由于矿山生产过程中需要消耗大量的水,每年尾矿库库容蒸发的水量巨大,损失不可估量。由于夏季汛期或其他原因等造成的溃坝或小范围的决堤所带来的突发性原因造成毁坏下游农田或环境破坏需要赔偿,并给矿山企业带来经济或民事纠纷。针对黄金生产的实际情况和特点,结合烂泥沟金矿的具体情况,在细菌氧化工艺中,以尾矿压滤处理为核心,解决了金矿浸出率低、排水氰浓度超标、尾矿排放污染严重的问题,并利用下游堆法一千堆坝方式堆存滤饼。
二、尾矿高效脱水技术一尾矿压滤
通常压滤机主要用于黏度大、颗粒细的化工产品脱水和选矿厂精矿的脱水、黄金氰化洗涤等作业,在尾矿处理方面应用较少。然而,由于其脱水效果好、适应性强,压滤脱水后尾矿的处理方式灵活,近年来在黄金矿山尾矿处理中得到了广泛应用。烂泥沟金矿采用细菌氧化尾矿压滤、滤饼干式堆存和滤液循环使用的新工艺,该工艺与常规尾矿处理工艺相比有以下优点:滤饼干式堆存,只建干渣堆场不建尾矿库,使尾矿处理工艺大大简化;滤液返回磨矿分级作业代替新水补给,不仅节省了新水,而且大大减少了已溶金在尾矿中的损失,又利用了尾液中的剩余氰化物;通过尾矿压滤和利用滤液,实现了从磨矿分级到尾矿压滤的全程浸出,延长了浸出时间、提高了金的浸出率。
三、尾矿膏体堆存
目前对于尾矿膏体的堆存主要有全尾充填和膏体尾矿干堆式堆存。
1、全尾充填
采空区利用分级尾砂作为矿山充填料的胶结充填技术,已经被国内外矿山广泛应用,但是选厂尾矿全部用作充填料在20世纪80年代才受到人们的重视。这首先是由于生态和环境保护13益受到各国政府的重视,环保法规对工业固体废弃物的处理作出了种种规定,追求无废矿山的目标提到了议事日程;其次,由于一些矿山分级尾砂产率低,不得不购买或远距离运输其它砂石(河砂、海砂等)来补充充填骨料。因此,全尾充填采空区,一方面可以使尾砂废料得到合理利用,另一方面可以省去尾矿库。改善矿山环境,具有经济、环境和安全等多项效益。目前,中国采用全尾充填采空区的主要有全尾砂胶结充填和高水固结全尾砂充填两种方法。
2、膏体尾矿干式堆存
膏体尾矿干式堆存是近年来发展起来的尾矿处理方法,其特点是:尾矿经过脱水后干式堆存于地表,可节省建设常规尾矿库的投资。干式堆存实际上是半干法堆存,膏体尾矿经过脱水处理后产出一种不偏析、低含水的膏状尾矿。实现膏体尾矿干式堆存的关键在于,尾矿经过脱水后达到相当高的浓度,在堆积过程中不发生偏析、渗析水少,具有一定的支撑强度,能够自然堆积成一定高度的山脊形。该方法可以在峡谷。低洼、平地、缓坡等地形条件下堆存,不需要建尾矿坝,基建投资少、维护简单,综合成本低。烂泥沟金矿采用压滤浓缩方法将尾矿浓缩至75%―85%的膏状固体。临时堆存于压滤车间的临时堆场,堆积量达到一定储量,通过自卸汽车运输的方式将尾矿膏体运到炭浸库区层层摊铺压实堆存,大大减少了堆积物的占地面积。由于露天开采还未闭矿,采空区不行进行全尾充填,在炭浸库区修建了干堆坝作为临时的滤饼膏体堆存地。对尾矿库区进行了HDPE土工膜全防渗施工。该矿已经运行3年,情况良好。预计年底露天开采闭矿,炭浸库区的临时堆存地废址,进行采空区全尾充填。澳大利亚,加拿大等国家膏体尾矿处理的研究和实践表明,将尾矿脱水浓缩后干式堆存或尾渣填埋,不仅可以节省常规尾矿库的建设和维护费用,使回水得到充分利用,而且还可大大节省占地面积,消除尾矿库的安全隐患,并且能够在矿山生产过程中对尾矿堆存场进行复垦,有利于环境保护。
3、安全管理措施
1)组织管理。要定期演练应急救援预案;安排专人检查库区排水设施,汛期应24h巡逻值班,做好记录;建立重大事故隐患报告制度;照明、通讯、警报、交通设施应样样俱全。2)监测管理。内容包括:初期坝变形与裂缝等异常;排水构筑物是否畅通;排渗设施的水量、水质有无异常变化;尾矿排放是否正常。如发现异常,应及时处理或上报,以便进一步采取措施。3)维修管理。每年洪水期和化冰期后,应检查分析、列出维修项目和补充措施项目,安排维修计划。如有地震预报,因事先提出抗震方案。平时发现问题及时处理,如填补塌坑、冲沟,修补排水设施,清除排水设施内於积物等。4)尾矿堆存管理。尾矿堆放须有0.01的坡度,下坡向指向库外,使库区洪水顺利排至库外;堆积到设计最终标高以后,应进行闭库处理设计,未取得设计部门加高设计,不允许继续加高使用。5)汛期管理。做好汛期前准备工作,包括防洪抢险所需的物资、材料、用具等,还有防洪抢险组织人员的准备。
结语
为了克服尾矿库地表堆存尾矿存在的环境、安全、占用土地等问题,尾矿高效脱水、全尾充填采空区,膏体尾矿地表堆存等尾矿处理新方法具有广阔的应用前景,尾矿处理方法的选择取决于尾矿的性能和技术经济合理性。
参考文献:
关键词:尾矿库 闭库设计 复垦植被
1.引言
废弃尾矿库恢复和有效利用已成为当今世界呼声极高的环境和资源问题。相应地,对尾矿库工程管理的认识也产生根本性变化。传统认为,从矿山开发规划与作业观点,停止尾矿排放即工程寿命结束,实际上这只是排放和堆积的结束,洪水和地震的威胁仍将长期存在,况且沉积滩面在长期风吹雨淋之下滩面坡度渐趋平缓,调洪库容随之减少,防洪能力自然降低。一旦失事,造成的灾害不亚于正在运行的尾矿库。
2.尾矿库闭库程序
2.1概述
尾矿库闭库工作包括闭库前的安全评价、闭库设计与施工、闭库安全验收。尾矿库闭库工作及闭库后的安全管理由原企业负责。对解散和关闭破产的企业,其已关闭和废弃的尾矿库的管理工作,由企业出资人或其上级主管部门负责;无上级主管部门或出资人不明确的,由县级以上人民政府落实管理单位。尾矿库闭库后重新启用或改作他用时,应当经过可行性论证,并报审批闭库工作的安全生产监督管理部门审查批准[1]。
2.2闭库前的安全评价
按《尾矿库闭库安全监督管理规定》第七条:企业应当根据尾矿库设计资料,在尾矿库闭库前1年,委托具有相应资质的评价机构进行尾矿库安全评价。
评价机构向企业出具的尾矿库安全评价报告应当包括下列内容:尾矿坝安全评价、尾矿库防洪能力安全评价、尾矿库的安全度、对非正常级的尾矿库,提出尾矿库治理建议。
2.3闭库设计
企业应当根据尾矿库设计资料,在尾矿库闭库前1年,委托具有相应资质的设计单位进行尾矿库闭库设计。设计单位在进行尾矿库闭库设计时,应当根据评价机构的安全评价结论和建议,提出相应治理措施,保证闭库后的尾矿库符合国家有关法律、法规、标准和技术规范的要求[2]。
闭库设计应按以下层次编写:
尾矿库的建设、使用、管理等情况介绍。
存在问题。设计单位在对现场有所了解的前提下,对照安全评价写出尾矿库存在问题。
坝体整治。根据工程地质情况、水文地质情况、稳定性计算等综合判断采取相应的措施。如计算结果为不稳定,宜分开进行核算。初期坝不稳定常用的处理方法为贴坡,堆积坝不稳常采取贴坡、降低浸润线、削坡等处理方法。
排洪系统。根据防洪标准复核尾矿库防洪能力,当防洪能力不足时,应采取扩大调洪库容或增加排洪能力等措施;必要时,可增设永久溢洪道。当原排洪设施结构强度不能满足要求或受损严重时,应进行加固处理;必要时,可新建永久性排洪设施,同时将原排洪设施进行封堵。
库区整治。通过整治措施达到安全环保的目的。目前,普遍把植被作为尾矿库稳固和恢复的第一选择,长久性植被能控制风蚀水蚀,抑制粉尘,能在一定程度上恢复原始景观和土地利用。
检测系统。三等库及其以上要求在线监测。
管理。
工程概算。
结论。
2.4闭库施工
闭库施工应当按照批准的闭库设计进行,并应当执行《尾矿设施施工及验收规程》(YS5418-95)和国家有关规范、规程。施工中需对设计进行局部修改的,应当经原设计单位认可;对设计进行重大修改的,应由原设计单位重新设计,并报审批闭库设计的安全生产监督管理部门批准。
2.5闭库安全验收
闭库施工完成后,企业应当向审批闭库设计的安全生产监督管理部门申请闭库验收。
3.复垦植被
3.1尾矿复垦特点
尾矿是经过一系列加工的矿岩,不同类型的矿山,不同的选矿工艺所产生的尾矿,其理化性质有很大差别。有些尾矿还有再利用的价值需要回收;尾矿库多处于山地或凹谷,取土与运土困难,对复垦极为不利;另外,尾矿库由于形成大面积干涸湖床,刮风天气易引起尘土飞扬,污染当地环境。
基于尾矿的这些特点,一般尾矿复垦利用,初期大多以环境保护为目的,后期根据其最终复垦利用目标改为实业性复垦,或作半永久性复垦(这种情况是尾矿还可能回收利用)[3]。
3.2尾矿库复垦利用方式
复垦为农业用地。
复垦为林业用地。
复垦为建筑用地。
尾矿砂直接用于种植改良土壤。
3.3尾矿库植被措施
按照“适地适树、适地适草”的原则,结合当地条件和植物的特点,根据成活率、生长量和适应性分析,选择当地耐水湿、耐贫瘠,生长速度快和适应短时间水淹等特点的树种和草种[4]。
3.4尾矿库植被监测
监测分为基建期和运行期两个阶段[5]。
基建期监测内容包括植被类型及生长情况、植被覆盖率、土石流失量,临时防护措施的效果。监测频率为从施工初期监测,每季度监测一次,到施工结束。持续24小时大暴雨降雨量达到50mm之后增加调查一次。
运行期监测内容包括降雨量、降雨强度、防护措施的实施效果及稳定性、林草成活率、控制水土流失程度、雨水沟的完好率。
4.师凤山尾矿库的闭库治理设计
4.1工程概况
狮凤山铜矿者拉母箐尾矿库原隶属单位为原易门矿务局三家厂矿。该尾矿库原设计使用标高1300m,使用库容有444.53万m3。现使用标高为1288.0m,累计使用库容已达350万m3。现由于狮凤山铜矿矿区资源逐步枯竭,矿石品质差,采选成本高,该尾矿库已于2010年停用。云南省安全评价检测中心判定云南达亚有色金属有限公司狮凤山铜矿者拉母箐尾矿库安全度为病库。云南达亚有色金属有限公司狮凤山铜矿者拉母箐尾矿库为需要闭库的尾矿库。为此,中国有色金属工业昆明勘察设计研究院根据相关规定,及现有工程勘察资料和2010年12月云南省安全评价检测中心提交的“云南达亚有色金属有限公司狮凤山铜矿者拉母箐尾矿库安全现状评价报告”,提出切实可行的云南达亚有色金属有限公司狮凤山铜矿者拉母箐尾矿库闭库治理工程设计方案。
4.2设计过程和主要内容
设计院接到任务后,即组织有关专业人员按上述程序进行设计。先是收集相关资料,如“云南省暴雨洪水计算手册”、“尾矿库现状地形图(1∶1000)”、“云南达亚有色金属有限公司狮凤山铜矿者拉母箐尾矿库安全现状评价报告(2010年12月)”、“云南达亚有色金属有限公司狮凤山矿者拉母箐尾矿库闭库阶段尾矿堆积坝岩土工程勘察报告(2011年2月)”等。收集完资料和对现场有了足够的了解后, 设计方案内容主要做了以下四点工作:对坝体的稳定性进行定性分析并作出稳定性评价结论;按尾矿库的等别确定闭库的防洪标准,根据库区现有设施的状况进行排洪计算,并确定合适的闭库排洪方式及构筑物;对坝坡及库区滩面进行复垦设计;完善该尾矿库的监测设施。值得一提的是洪水入库可能造成浸润线偏高、淹没库区植物,同时洪水入库往往会带大量的渣子入库,容易堵塞排洪井。考虑到闭库后尾矿库不再使用,为保证尾矿库的安全,所以考虑不让上游洪水入库。因此采用截洪沟排洪。在右岸设置截洪沟,库尾设置拦水坝,利用库尾设置的拦水坝将上游来的洪水拦截,然后通过截洪沟排出库外。尾矿库右岸的洪水也通过截洪沟排出库外。
关键词:地质灾害;危险性评估;泥石流;御驾泉尾矿库
1 前 言
山东省是一个地质灾害多发的省份,地质灾害种类多、分布广、影响大,其中以矿山尾矿库为主的地质灾害已成为严重制约矿山企业的发展及生存的重要因素,甚至严重影响了地区地方经济及社会的可持续发展。
尾矿库是指筑坝拦截谷口或围地构成的、用以堆存金属非金属矿山进行矿石选别后排出尾矿或其他工业废渣的场所,是维持矿山正常生产的必要设施。而尾矿库地质灾害危险性评估是对某个矿山企业尾矿库在所处区域的历史灾害活动状况、自然条件、地质环境条件、人类工程经济活动状况等条件下,遭受或引发地质灾害发生的可能性和可能造成的损失的综合估量。尾矿库是矿山企业选矿生产的主要设施,是事故易发部位,也是隐伏巨大安全隐患的危险源,因此,做好尾矿库的地质灾害危险性评估及防治,对于保障人民生命和财产安全至关重要;还能为矿山企业安全生产提供决策依据,确保矿山企业获得经济效益、社会效益、环境效益;是一项极具现实意义的重要工作,其成果具有广泛的利用价值。
2 尾矿库安全和环境现状
据有关资料统计,全国尾矿库事故近年来发生起数和死亡人数呈上升趋势,不仅给人民生命财产造成了重大损失,而且对周围环境安全构成了严重威胁,甚至影响了社会的安定。特别是2008年9月8日,山西省临汾市襄汾县新塔矿业有限公司(铁矿)尾矿库发生特大溃坝事故,死亡277人,失踪4人,受伤33人,造成严重的人员伤亡、财产损失。
据统计,截至2008年底,山东省共有尾矿库(含氧化铝厂赤泥库)444座,其中病库31座。444座尾矿库中,基建库38座、正在使用196座、关闭187座、停止使用23座;三等库11座,四等库38座,五等库395座。
随着金属、非金属矿山采选业的迅速发展,大量小选矿厂相继建成投产使用,数量多、库容小,存在安全、环保投入不足和责任不落实等突出问题,目前山东省尾矿库存在的主要问题[1]有安全设计标准低、筑坝方式落后、安全和环保方面投入不足、监管效能有待提高等,甚至有部分尾矿库未批先建、无正规设计、管理粗放、设备设施简陋,抵御危险能力比较低,总之,尾矿库监管任务十分繁重。
3 尾矿库的工程特点和主要地质灾害类型
3.1 尾矿库的作用
尾矿库是矿山选矿厂生产必不可少的设施,可以防止尾矿向江、河、湖、海沙漠及草原等处任意排放。一个矿山的选矿厂只要有尾矿产生,就必须建有尾矿库。所以说尾矿库是矿山选矿厂生产必不可少的组成部分,它的作用主要有保护环境、充分利用水资源、保护矿产资源等。
3.2 尾矿库的工程特点[2]
(1)尾矿库地理位置特殊,多分布于矿区山谷、洼地,筑坝成库,上游汇水面积大,直接面对暴雨、山洪冲击[3],下游多为交通设施、人类经济活动集中区,尾矿库事故直接威胁居民生命财产安全。
(2)坝体隐患较大,多数尾矿库采用二期筑坝法,初期坝体厚度大,稳定性好,高度小不透水,随着矿山企业的生产活动的持续进行,库底矿砂堆积,90%的矿山企业直接以初期坝体为基础不断增加坝体高度,形成后期坝体,从而在初期坝体和后期坝体之间形成一个抗剪能力极低的潜在滑动面。
(3)尾矿库不具备调洪储水能力,但是设有排洪设施,通常在库底备有排洪管道或在一侧开挖水明渠,来调节上游进库洪水。
(4)尾矿库是一个极具威胁的污染源,其沉淀池内通常含有酸性、碱性、毒性污染物及镉、砷、铅、锌、银、汞等有害重金属其污染影响面远远超过尾矿库本身[4]。
(5)尾矿库管理技术人员缺乏[6],尾矿库的服务期就是尾矿坝筑坝期,也就是尾矿坝的筑坝施工贯穿整个尾矿库的运营、服务期,管理、监督难度较大。
(6)闭库后仍存在安全隐患,闭库后尾矿库最佳利用途径是覆土恢复土地或植树、种草,恢复生态,改善矿区环境,但多数矿山企业出于经济考虑,往往简整,任其自然。由于坝体、排洪设施等相对简陋,加上尾矿库所处自然环境条件较差,即使闭库后尾矿库仍存在发生安全事故进而引发地质灾害的隐患[5]。
3.3 尾矿库的主要地质灾害类型及特点[2]
尾矿库遭受或引发的地质灾害类型主要有泥石流、滑坡和水土污染,引起尾矿库地质灾害的主要原因有坝体渗流、坝体滑坡以及地震3大类(见表1)[7]。
表1 尾矿库地质灾害原因分类统计表
(1)泥石流
就尾矿库来讲,泥石流主要表现为溃坝次生地质灾害[7]。由坝体的筑坝形式及坝体所处地质环境来看,尾矿库坝体高,一般位于山谷、洼地的地质环境条件下,三面环坡,上游汇水面积较大,所以在雨季,尾矿库一旦形成溃坝,必将形成高势能、高速度、高前锋的泥石流地质灾害。例如,1994年7月13日湖北大冶有色金属公司龙角山铜矿由于暴雨冲击,尾矿库发生溃坝,死亡28人、失踪3人,给当地群众生命财产安全带来严重影响。
(2)滑坡
在尾矿库的工程特点里提到过,后期坝体往往是在初期坝体之上形成的,在初期坝体和后期坝体之间形成一个抗剪能力极低的潜在滑动面,随着尾矿库库容的增加,坝体承受的压力随库容的增加而增大;在尾矿库服务期限内,由于库内存储的尾矿砂多为饱水状态,库岸坡体的自然地质环境条件会随着浸泡、冲刷的时间积累而发生剧烈变化。在尾矿库服务期限内,在尾矿库诱发库岸坡体发生滑坡的同时,也会遭受自然滑坡地质灾害,尾矿库区域内的滑坡自然灾害可造成库容内的污水、尾矿砂溢坝、甚至溃坝事故。
(3)水土污染
库内尾矿的成分极端复杂,在矿产选矿加工过程中会有大量金属元素、硫化物、氯化物、氰化物等有害的选矿药剂残留尾矿砂及废水中,在尾矿库的服务期限内长期积累使尾矿库俨然变成一个具有巨大威胁的“毒瘤”,如果有溃坝、渗漏、裂缝等事故,必然造成周围土壤、水系等生态污染,进而威胁周围人畜的健康,甚至危害到生命安全。而这些潜在的危害具有长期性、隐蔽性的特点,其产生的危害需要花费大量的资金和时间来治理[2]。
4 莱芜市御驾泉尾矿库地质灾害危险性评估实例分析[8]
4.1 评估的目的
通过对御驾泉尾矿库地质环境条件和现有地质灾害进行调查分析,评估尾矿库可能遭受泥(渣)石流、滑坡等地质灾害的危险性及未来可能引发或加剧泥(渣)石流、滑坡等地质灾害的危险性,对尾矿库场地适宜性进行评估,提出地质灾害防治措施与建议、监测和预报预警方案,减少或避免尾矿库遭受或引发地质灾害带来的影响和损失。
4.2 御驾泉尾矿库现状
鲁中冶金矿业集团公司御驾泉尾矿库位于莱芜市张家洼镇御驾泉村村北秃尼子山下,为三面环山一面开阔的山涧谷地,于1985年9月建成初期坝投入使用,至目前已连续运行了近25年。尾矿坝采用上游法筑坝,设计总坝高94m,总库容3590万m3,主要由初期坝、尾矿堆积坝及排水系统组成。初期坝为滤水堆石坝(透水坝),高度29m,堆积坝高度65m,最终堆积标高350m,坝内设7个周边多孔溢水塔。
由于该矿山原矿中含有大量红板岩,致使尾矿中细泥含量大(-30μm约占60%),放矿后不能形成干滩,无法实现上游法筑坝。随着坝体的增高和逐渐向库内延伸,坝体随之座落在细粒的尾砂和矿泥上面,虽然在废石堆筑过程中有挤泥和固结作用,但对坝体的安全稳定仍构成较大威胁,曾一度出现过坝体漏矿、滩面塌陷、外排水超标、子坝难以堆筑等一系列问题,严重影响坝体的安全和矿山的生产,经过多年的试验研究,决定在316m水平改为中线法筑坝,以保证坝体的安全与稳定。至2009年8月,已完成第十五期子坝的堆筑,目前标高331米,坝体总长约880米,坝顶宽约50米。
4.3 尾矿库的主要地质灾害类型
御驾泉尾矿库,三面环山,山体与尾矿库高差均在150米以上。山体为出露的寒武系灰岩、页岩,裂隙较发育,判定具备形成小规模崩塌、滑坡的地质环境条件;目前坝高75m,坝体主要由废石和沉积尾矿组成,尾矿库内堆积了大量的尾矿砂和尾矿土,根据地形地貌特征,判定具备产生泥(渣)石流的条件。因此,判定御驾泉尾矿库本次评估灾种主要为崩塌、滑坡和泥(渣)石流。
(1)泥(渣)石流流量计算
库坝最严重的风险便是溃坝,高速溃坝是在蠕变拉裂――剪断复合机制下形成的,在重力和残余剪切强度作用下,自坡脚区材料强度破坏开始,缓慢累进性破坏,其过程初为坡脚蠕变,接着沿裂缝扩张,然后中部剪断贯通,当贯通剪断面形成时,斜坡开始高速滑动,与此相应,溃坝过程由静止、加速并达到整体滑动的最大速度,其后滑体自后部至前锋依次减速构成,溃坝过程往往在短时间内完成。溃坝液体下泄时一般以涌坡形式运动,涌波的高度是不断变化的,同时逐渐向下游形成扇形流推进。暴雨往往是导致尾矿库溃坝的主导因素,在这里采用雨洪法计算泥石流最大泄流量:
式中, Qp―― 频率为P的暴雨洪水设计流量(m3/s);
Qc―― 频率为P的泥石流洪峰值流量(m3/s);
Φc ―― 泥石流泥沙修正系数;
γc ―― 泥石流容重(t/m3)
γs―― 清水的比重(t/m3)
γH ―― 泥石流中固体物质的比重(t/m3)
Dc ――泥石流堵塞系数,在这里根据实际情况,取堵塞中等程度,系数值为1.5~2.5。
根据特大暴雨经验频率计算公式,按50年一遇考虑,50年内最大降水量出现在1964年,降水量为1369.6mm,50年内特大暴雨次数取3次,计算特大暴雨经验频率P=6.52%。泥石流流域面积取10km3,流域长度取3.9 km,平均坡度为0.3,根据公式计算,频率为6.52%的暴雨洪水设计流量Qp=11.13 m3/s
泥石流为尾矿渣与水的混合物夹杂石块,其容重取γc=1.244 t/m3,泥石流中固体物质为尾矿渣,其比重取γH =2.9 t/m3。
根据计算,Φc=0.147,Qc=31.92 m3/s
(2)泥(渣)石流流速计算
泥石流流速计算公式为半经验或经验公式,概括起来一般分为稀性泥石流流速计算公式、粘性泥石流流速计算公式和泥石流夹大石块运动速度计算公式,结合实际情况,尾矿库内一般为尾矿与水的粘稠混合物,因此选用粘性泥石流流速计算公式,如下:
Vc=KHc2/3•Ic1/5
式中,Vc――泥石流断面平均速度(m/s)
K ――粘性泥石流流速系数(取经验值:9)
Hc ――计算断面的平均泥深
Ic ――泥石流水力坡度(‰)
计算断面的平均泥深取相关经验值Hc=10m,泥石流水力坡度为18.75‰ ,根据计算得出泥石流流速Vc=18.8m/s
(3)泥(渣)石流冲力计算
泥石流整体冲压力计算公式:
γc
δ=λ――Vc2sina
g
式中,δ―― 泥石流体整体冲击压力(Pa)
γc―― 泥石流容重(t/m3);
Vc ―― 泥石流流速(m/s);
G ―― 重力加速度(m/s2),取g=9.8 m/s2;
a ―― 建筑物受力面与泥石流冲压力方向夹角(o);
λ―― 建筑物形状系数,圆形建筑物λ=1.0,矩形建筑物λ=1.33,方形建筑物λ=1.47。
泥石流容重γc=1.244 t/m3,泥石流流速Vc=18.8m/s,建筑物受力面与泥石流冲压力方向夹角a取平均值为15 o,根据计算,泥石流流域内:
圆形建筑物遭受的泥石流整体冲压力δ=11.615 Pa
矩形建筑物遭受的泥石流整体冲压力δ=15.448 Pa
方形建筑物遭受的泥石流整体冲压力δ=17.074 Pa
根据有关计算和论证,御驾泉尾矿库评估区崩塌、滑坡、泥(渣)石流地质灾害现状评估危险性为小;可能遭受、加剧或引发地质灾害的预测评估危险性为中等。
4.4 遭受尾矿库溃坝危害范围及损失估算
(1)殃及范围确定与分析
根据御驾泉尾矿库的地理位置,流域范围内的地形、地貌以及汇水面积、汛期最大洪水量、子坝现状高度、现有库容储存量、工程地质条件等诸多因素,经现场勘察和对照1:1万区域地形图,综合分析库坝下游地形、地貌变化趋势和沟谷的走向展布及其降坡情况,本次评价拟定御驾泉尾矿库遇溃时可能的破坏位置和主导排泄方向以及尾矿浓度、自然坡降堆积厚度和范围,按80倍现有坝高划定殃及范围的经验公式,御驾泉尾矿库+316m标高,10期子坝坝顶以下发生大规模溃坝事故可能造成的殃及范围在尾矿库下游的南西转西方向,详见图2御驾泉尾矿库溃坝殃及范围地形示意图。
预估溃坝后泥石流影响范围面积约为9.906km2,影响范围是以尾矿坝为基点,向西南侧呈扇形扩散,最远距离至南西转西方向的林马河堤堰约为3.4km。可能殃及到位于尾矿库下游的村庄有北山阳、茅次、小洼和林马庄共计4个村庄,另有变电所一座、村办砖瓦厂一个、高速公路3.1km、市级公路3.4km、镇办小型铁矿山一座、可耕地面积4035亩。
Fig.2 The topographic diagram for disaster to the scope of Yu Jia Quan tailings dam
(2)殃及区内人文地理情况统计及经济损失估算
尾矿库一旦发生最大可能造成的溃坝事故,以上各类固定资产损失共计折合人民币5456万元。工农业生产动态性直接经济损失共计1054万元。二者合计6510万元。见表2和表3(统计结果不含尾矿库自身设施与附属及抢险救灾、治理恢复费用)。
表2御驾泉尾矿库人文地理情况调查统计
尾矿库一旦发生溃坝事故,最大可能造成的损失预估算为6510万元。从尾矿库溃坝事故可能造成的经济损失角度看,其危害程度属一类尾矿设施。
(3)尾矿库贵坝事故可能造成的人员伤亡估算
根据殃及区内村落居民点的分布位置、居住人数、至尾矿库的距离、人口密度、房屋类型及坚固系数和尾矿库的等别等因素,溃坝事故可能造成的人员伤亡数量按下列经验公式估算:
S=∑(Ni×Ki)
其中:Ki=0.5K×Kli×K2i×K3i×K4i
S一可能造成的死亡总人数
i一尾矿坝下游80倍坝高范围内n个村落定居点的顺序数
Ni一第i个居民点的人数
Ki一第i个居民点的居民死亡率
K---尾矿库等别系数
K1i--第i个居民点到尾矿坝的距离系数
K2i一房屋不坚固系数
K3i---位置系数
K4i--密集程度系数,
经估算,可能造成的死亡人数约28人,详见表4
尾矿库一旦发生溃坝事故,最大可能造成的人员死亡人数为28人,从尾矿库溃坝事故可能造成的人员伤亡数量看,其危害程度属二类尾矿库。
5 防治措施及建议
5.1 防治措施
针对御驾泉尾矿库地区存在的崩塌、滑坡、泥(渣)石流灾种,经过相关计算和论证,参考相关安全生产资料,本次评估提出以下防治措施:
(1)必须严格遵守安全规程,加强维护坝体的安全,使排洪系统通畅,严格控制尾矿库内水位和浸润线的高度;
(2)建立常设的专职尾矿坝安全保护管理机构,负责尾矿坝的日常安全管理、维护及恢复植被等工作;
(3)对尾矿坝子坝,根据服务年限对其进行及时的分期复垦植被,绿化以种植适于当地生长条件的草本植物为主,以减少尾矿库扬尘对大气环境的影响,并进行必要的稳定处理;
(4)按设计要求在坝体上建立新的观测系统,以便及时观测尾矿库水位的变化、地下水的变化、坝移和浸润线的变化等,确保尾矿库的正常生产和安全运行。
5.2 建议
综合分析御驾泉尾矿库工程特点之后,为了矿山和尾矿库的正常运行与服务,结合本次评估的有关内容提出以下几点建议:
(1)针对尾矿库存在的地质灾害隐患,除加强观测和做好必要的防范措施外,还应做好事故应急救援预案等方面的工作,并严格尾矿库的安全管理。
(2)尾矿库筑坝附近的采石场、农民捡矿对坝体的掏挖等活动应给予取缔或坚决制止,以确保御驾泉尾矿库生产过程中的安全。
(3)尾矿库北端地势较低的沟谷,在未来尾矿库水位增高过程中,有泄流的可能,建议构筑拦截坝。
关键词:广东;铅锌尾矿;资源化途径;建材
中图分类号:D912.6 文献标识码:A 文章编号:2306-1499(2014)12-
1.引言
广东省有色金属矿产资源丰富,其中以铅锌矿和铅锌伴生矿所占比例最大,全省总计保有铅锌金属储量895 万吨左右,约为有色金属资源储量的95%以上;据统计,广东省铅锌矿采选厂年排放的尾矿高达260 余万吨。省内绝大多数的铅锌尾矿主要采取露天堆放的形式,不但占据大量的土地;长期的堆放,更使得尾矿中残留的有毒重金属进入周围生态环境,威胁生态安全。我省一些大型金属矿区尾矿库及其周边已成为类似重金属污染的典型区域,已引起了各级政府和群众的高度关注。因此,本文根据我省铅锌尾矿的具体情况,探索目前有效的尾矿资源化综合利用途径,为我省铅锌尾矿资源化综合利用提供科学的思路。
2.我省铅锌尾矿资源综合利用的现状与问题
我国对尾矿资源的综合利用起步较晚,且矿山企业盲目开采,采富弃贫的现象普遍。目前,我国尾矿资源总回收率只有30%左右,资源综合利用技术水平不高,综合利用产品档次低,市场销路有限,经济效益不理想。广东省矿山企业中大规模开展尾矿中有价金属回收利用工作的甚少,只有为数不多的一些企业从铅锌矿尾矿中回收铁精矿等,尾矿综合利用率低。如韶关乐昌某铅锌矿共设有4个尾矿库,尾矿采取坝上堆矿方式。其中两个尾矿库已服务期满,但尚未采取任何治理措施。大量尾矿积占据大量的农用、林用土地,尾矿库所在地区的土地资源失去平衡[1]。通常含有超标的污染物或有害组分,未经处理直接堆放,污染物将随雨水迁移污染土地与水体。
3.尾矿资源化综合利用的途径
3.1 铅锌尾矿再选回收有价金属
广东省有色金属资源多属于贫矿,矿石组成复杂,往往为多金属共(伴)生,有用矿物嵌布粒度细,从而造成选矿难度大,尾矿产生量大。因此,尾矿中往往遗留大量高价金属。根据尾矿成分元素分析,选择合适的金属提取工艺,如重-浮联合工艺回收金、银[2];硫化钠-石灰法回收锌[3]等。
3.2 制备绿色建筑材料
铅锌尾矿的主要组分富含SiO2、Al2O3、CaO等非金属矿物,成分与很多建筑材料十分相近;因此,可以分析尾矿的组分,掺加适合的其他原料,进行适当调配[4],通过现有成熟工艺生产多种建筑材料,如免烧尾矿砖、砌块、水泥、微晶玻璃、陶瓷等。(1) 水泥 目前国内利用铅锌尾矿和铜尾矿煅烧水泥的研究比较多,用以代替部分水泥原料,而且还能起到矿化作用,能够有效提高熟料产量和质量、降低煤耗。山东省昌乐县特种水泥厂用5.32%的尾矿进行配料后,熟料质量有所提高,满足高标号水泥生产要求,吨熟料耗煤比标定指标降低15.7%,代替复合矿化剂,生产成本降低12%。利用铅锌尾矿代替部分原料生产水泥成功应用的例子还有辽宁葫芦岛市林业水泥厂,生产实践表明,采用铅锌尾矿配料,可以显著改善生料的易烧性,降低熟料的热耗,提高产品质量。(2) 微晶玻璃 微晶玻璃作为一种高强、高档、高附加值的建筑材料,具有耐磨、耐腐、耐高温、电绝缘等多重优点,是高档天然石材的换代产品。建筑微晶玻璃原始玻璃组成基本上属于CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统,恰恰可以利用许多与其基本成分相似的矿物废渣、工业废弃物作为生产原料。近年来,利用废渣尤其是尾矿生产微晶玻璃,在发达国家早已有用于建筑装饰材料工程的实例。大量研究表明,以尾矿渣为添加原料可以生产性能优良的微晶玻璃,生产的尾矿微晶玻璃与完全采用矿物和化工原料生产的产品检测结果相对比,综合生产成本和综合能耗均有下降。我国的《金属尾矿综合利用专项规划(2010-2015年)》也指出:尾矿高值利用技术,如尾矿制备微晶玻璃等,已经在关键技术和工艺研究方面取得了突破,有望成为将来大量利用尾矿的有效技术。(3) 发泡陶瓷 发泡陶瓷是一种性能优良的建筑材料,目前,越来越多以固体废弃物为原料生产发泡陶瓷的成功案例。池跃章等以抛光砖废渣和珍珠岩尾矿为基料,在成型压力75-150 kg/cm2,烧成温度1165 ℃ -1175 ℃的条件下,制备性能优良的闭孔发泡陶瓷。王国梅等利用地方瓷砂原料和废碎玻璃试制了具有防水、保温功能的高温发泡陶瓷。马龙等在试验室利用赤泥、水泥、粉煤灰、粘结剂等为原材料,经配比混合、成型发泡、烧结等工艺制备发泡陶瓷保温材料;试验的最佳烧结温度为 1120 ℃,试样抗折强度为 0.41 MPa、抗压强度 1.15 MPa,密度达到 479 kg/m3。这些前期的成功案例,可为尾矿制备发泡陶瓷工作的开展提供了技术性的参考[2]。
3.3 其他用途
在处理得当的前提下,尾矿可用作矿区的回填材料,这种方法费用低,仅为碎石的1/4-1/10[1],且该方法有效降低矿石的贫化、提高出矿品位。安全的尾矿还可用作土壤微量元素肥料或土壤改良剂[1];在环保领域,可以尾矿为原料,制作环保工艺流程的填料、滤料等。
4.尾矿资源化综合利用的展望
积极推广尾矿资源化综合利用途径,不仅有利于提高资源综合利用率、减少占用土地、保护环境,也是消除尾矿库安全隐患的治本之策,符合国家鼓励资源综合利用发展的政策导向。企业方面,整套集成技术投资少,见效快,发展循环经济,实现自我盈利。提高了环境效益、社会效益与经济效益,实现可持续发展。
参考文献
[1] 张如筠,我国尾矿综合利用现状及展望[J]. 科技创新导报. 2012(22), 31.
[2] 刘茜. 大宝山铜尾矿资源化处置与综合利用途径研究[J]. 广州化工, 23(41), 2013. 12, 112-114.
[3] 黄兰椿,周永章,付善明等. 大宝山多金属硫化矿尾综合利用途径研究[J]. 397, 2009, 07, 164-168.
【关键词】:尾矿;危害;处理措施,环境保护
中图分类号:O741+.2 文献标识码:A 文章编号:
对于尾矿的处理研究,我国起步较晚,但近年来大多矿产企业已逐步认识到这一问题的严重性。历年来,在选矿过程中造成大量的尾矿堆积,既给环境带来危害,又造成资源的浪费,如何减少尾矿污染,提高资源利用率,是当前尾矿处理的方向。
尾矿带来的危害
1、严重污染周围环境
尾矿自身带有超标污染物或有害组份,在选矿过程中又加入的各种化学药剂残存在尾矿当中,在没有经过处理情况下,直接堆放在地表会严重污染周围的环境。选矿中常用的黄药、黑药、酚类化合物在水中散发出特殊气味,对人畜非常有害。在地表堆放的条件下,尾矿发生氧化、水解和风化,使原本无污染的组份变成了污染组份。流经尾矿堆放场所的地表水,通过与尾矿相互作用,溶解某些有害组份,并携带转移,扩大了污染面,甚至有些矿山的尾矿直接排入湖泊河流中,直接造成水体污染,造成大面积的生态破坏和环境污染。一些矿山矿物嵌布粒度细,为了达到单体解离,需要将矿石磨得很细,这样的尾矿被排到尾矿库自然干涸以后,遇到大风天气,表面的尾矿砂会不断地被吹到周边地区,导致土壤污染、土地退化、植被破坏,对周边的生态环境会造成严重的不良影响。
2、占用大量土地资源
尾矿堆积占用大量土地。比如我国铁矿的尾矿占地平均约为铁矿总占地的11%左右,而有些铁矿则超过20%。一个年产200万吨铁精矿的选矿厂,建一座尾矿库需占地800~1000亩,也只能维持10~15年生产之用。赤泥是氧化铝工业的废弃物,每生产1吨氧化铝就需要排出0.9~1.3吨赤泥。到2010年末,我国的赤泥堆存量达到1亿多吨,占地近30000km2。据工信部等部门制订的《金属尾矿综合利用专项规划(2010~2015年)》中数据,截至2005年我国尾矿堆放占用土地达1300多万亩。而2005年底大宗工业固体废物堆积量为108亿吨,尾矿则为54亿吨。因此,2005年时54亿吨尾矿占地1300多万亩,那么十一五期间增加的40亿吨占地约1000万亩,则至2010年底我国尾矿堆放占用土地达2300多万亩。
3、极易造成重大安全事故
国家安监总局统计数据显示,截至2009年底,我国共有12523座尾矿库,其中危库、险库和病库为2098座,普遍存在浸润线过高、调洪库容不够、坝体裂缝现象严重、坝体安全观测设施不健全等重大安全与环保隐患。另外,四五等小型库占尾矿库总数的95.4%,防范突发环境事件的能力较低。据对我国具有较大规模的2700多座尾矿库统计表明,上世纪80年代以来,我国发生泥石流和溃坝200余起。如1986年黄梅山铁矿尾矿库溃坝,冲倒尾矿库下游3km2内所有建筑,掩埋数百亩土地,19人在溃坝中死亡;2000年广西南丹县大厂镇鸿图选矿厂尾砂溃坝,殃及附近住宅区,造成70人伤亡;2008年山西襄汾“9・8”尾矿库溃坝事故造成267人遇难。
4、尾矿的废弃也是矿产资源的巨大浪费。
对于某些性质复杂,在目前技术经济条件下无甚价值的尾矿,完全可以废弃不用。但对那些性质简单,投资少,生产加工方便,很有利用价值的尾矿,就应当加以研究,综合回收,废弃就很可惜。因为在开采挖掘过程中需要投入大量的人力、物力、财力甚至人的生命。我们在使用矿产资源时,如不加珍惜,那就是有愧于采矿工人的血汗的。如日用瓷和目前突飞猛进的建筑陶瓷所消耗的高岭土是非常多的,但我国的高岭土矿山在开采和加工精选过程中,在获得高岭土的同时,往往会造成大量的石英、云母、长石等有用非金属矿产资源的大量浪费。
二、对尾矿的处理措施
1、尾矿再选
尾矿中大多含有各种有色、黑色、稀贵、稀土和非金属矿物等,是宝贵的二次矿产资源。20世纪70年代以来,美国、加拿大、德国等国家针对尾矿资源的特点,开展选、冶新工艺和新设备的研究,建立了一批二次选矿厂,从尾矿中再选了大量有用组份。美国明尼苏达州的安尼斯山的二次选矿厂,年处理尾矿100万吨,从中生产出20万吨含铁60%的铁精矿。仅就从铁尾矿中回收铁精矿而言,全国铁尾矿品位平均11%,最高达27%,如以回收品位达61%的铁精矿,产率2%~3%计算,每年从铁尾矿中就可增产三四百万吨铁精矿,相当于投资几十亿元建设的一个大型联合企业。智利楚基卡马塔铜矿山采用大浸出槽硫酸浸出―电解工艺,从堆存多年的尾矿中回收铜,每年从中产出铜5.25万吨,已从尾矿中累计回收了90万吨铜[1]。我国从上个世纪末加大了对尾矿综合利用的研究,如攀枝花钒钛磁铁矿,已积存有近亿吨尾矿,通过科技攻关,从尾矿中回收钒、钛、钴、钪,总价值占矿石总价值的60%以上[2]。
2、用作建材
尾矿的整体利用很大部分是应用于建材工业中,作为建材原料。20世纪60年代,前苏联已开始了尾矿建材的研究和生产。乌克兰克里沃罗格铁矿积存的5亿多吨尾矿,除将尾矿进行适当分级后用作混凝土的粗细骨料外,还用细粒级的尾矿生产硅酸盐建材制品。美国绝大多数尾矿被用作混凝土填料和铺路材料,以及用铁燧石岩尾矿制成轻质砖。日本将铁尾矿与10%的硅藻土混合,烧制成轻质骨料[3]。矿山采空区回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一。胶结充填采矿法目前已属于成熟技术,可以使地下采矿回采率提高20%~50%,并使原来根本无法开采的位于水体下方、重要交通干线下面和居民区下的矿体能够被开采出来。
3、土地复垦
尾矿库复垦是解决尾矿库表面沙化的重要措施。尾矿库复垦不仅防止扬沙,而且美化环境、减少污染,兼具经济、社会和环境效益。在国际上,矿区生态环境恢复治理作为生态建设和环境保护的重要内容倍受重视。美国、加拿大、澳大利亚、德国、巴西和西班牙等国都制定了专门计划,政府和企业投入大量资金进行矿山生态环境恢复治理,矿山土地复垦率已达到50%~70%以上,远远高于我国12%左右的复垦率,不少国家要求新建矿山复垦率100%[4]。
4、无尾矿选矿工艺的研究
这是选矿艺研究的最终方向,世界各国都很注重这方面的研究。现在国内外有些选厂已经做到了无尾矿排放或少量尾矿排放。江苏吴县青山白泥矿,现在采取的是无尾矿生产工艺,所有的矿石都得到了很好的利用,因此选矿厂的尾矿堆积地面积小,且排出的尾砂及时地被运走利用。
三、结语
尾矿综合利用、变废为宝,既有效保护了环境又充分利用了资源,还提高了土地利用率可谓一举多得。现在,世界各国已普遍认识到这一问题。因此,矿山企业应加速对尾矿的综合利用及治理的进程,保护有限的矿产资源、促进经济发展,走可持续发展之路。
参考文献:
[1]程琳琳,朱申红.国内外尾矿综合利用浅析[J].中国资源综合利用,2005,(11):30-32.
[2]王儒,等.我国有色金属尾矿的利用现状与发展方向[J].现代矿业,2010,(6):6-9.