長(cháng)期以來(lái)，尾礦通常作為選礦廢棄物以尾礦庫的方式貯存。據不完全統計，我國固體礦產(chǎn)長(cháng)期采選排出的尾礦與廢石的堆存量占地面積已達1.87~2.47萬(wàn)km2，全國現有尾礦庫達12600多個(gè)，金屬礦山堆存的尾礦量已經(jīng)超過(guò)５０億ｔ，并且以每年６億ｔ的速度遞增。這不僅占用大量土地、污染環(huán)境，同時(shí)造成巨大浪費。據測算，我國每年因固體廢棄物污染造成的經(jīng)濟損失在300億元人民幣左右，其中每年堆存尾礦花費10-15億元，維護尾礦庫花費15-25億元。另外，尾礦庫作為礦山開(kāi)采的兩大隱患之一（另一個(gè)是采空區），事故頻發(fā)，給礦山安全生產(chǎn)及人民生命財產(chǎn)造成威脅。因此，為了實(shí)現安全、低成本、環(huán)保地處置礦山尾礦，在加強尾礦庫安全管理的同時(shí)，還應不斷研發(fā)、推廣新型尾礦處置技術(shù)。
１ 尾礦干式堆存技術(shù)發(fā)展現狀
尾礦干式堆存技術(shù)是一種新型尾礦處置技術(shù)，它在國外已經(jīng)經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，近幾年在國內部分礦山也有所應用。所謂干式堆存，實(shí)質(zhì)上是一種“半干法”堆存。其特點(diǎn)是尾礦經(jīng)過(guò)脫水后堆存于地表，從而可以節省建設常規尾礦庫的投資。實(shí)現尾礦干式堆存的關(guān)鍵在于尾礦經(jīng)過(guò)脫水后能夠達到足夠高的濃度，在堆存的過(guò)程中不發(fā)生偏析或滲析水少，從而使其具有一定的支撐強度，并能夠自然堆積一定高度。該方法通常在峽谷、低洼、平地、緩坡等地形條件下應用，不需要建尾礦壩，因此基建投資少、維護簡(jiǎn)單、綜合成本低。
 根據尾礦濃度與特性的差異（如圖１所示），在此將尾礦干式堆存的范疇定義為以下兩種：一種為壓濾干堆，尾礦濃縮→尾礦脫水→干式堆存；另一種為膏體堆存，尾礦濃縮→深度濃縮→膏體堆存。目前，壓濾干堆技術(shù)在我國黃金礦山應用普遍。最初，壓濾干堆技術(shù)在黃金礦山的應用是出于環(huán)保角度考慮，后來(lái)在節能降耗、安全方面顯示出優(yōu)勢，受到廣泛關(guān)注和應用。
1.1 壓濾干堆
尾礦壓濾干堆技術(shù)的特點(diǎn)是尾礦漿先經(jīng)過(guò)濃密機脫水，高濃度底流經(jīng)過(guò)濾設備脫水至含水率很低的濾餅，濾餅采用皮帶運輸機或汽車(chē)的運輸方式運至尾礦干堆場(chǎng)。其工藝流程如圖２。此技術(shù)在操作過(guò)程中因尾礦脫水設備的差異，涌現出很多新設備與新工藝，例如旋流器在尾礦濃密過(guò)程中的應用、陶瓷過(guò)濾機在尾礦過(guò)濾過(guò)程中的應用等。壓濾干堆技術(shù)于1994年首先在山東平邑歸來(lái)莊金礦應用，并由國家黃金局作為新技術(shù)在全國黃金礦山推廣。先后在多個(gè)黃金礦山及個(gè)別鐵礦成功應用，并取得良好經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。如遼寧省排山樓金礦、北京市的京都全泥氰化炭漿廠(chǎng)、內蒙古撰山子、柴胡欄子金礦、山東金嶺鐵礦等。
 尾礦壓濾干堆的主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：①濾液返回工藝流程中，可回收利用已溶的金屬；②增 加尾礦回水利用率，對干旱地區十分重要；③減少有毒污水的排放；④壓濾干堆場(chǎng)內不積水，安全度高；⑤減少尾礦庫的維護費用；⑥尾礦庫利用系數高，節約占地。
然而，尾礦壓濾干堆也具有下列幾項缺點(diǎn)：①設備投資大，運營(yíng)成本高；②對黃金礦山較適用，對于其他金屬礦山效益不明顯，應用條件受到限制；③對干旱地區較為適用，對于多雨地區，堆積體穩定性問(wèn)題需慎重考慮。
1.2 工程實(shí)例
“塌陷區尾砂干式排放工藝技術(shù)”是由北京礦冶研究總院、承德銅興礦業(yè)公司等科研單位經(jīng)過(guò)三年多系統、全面的研究試驗工作而形成的一種將尾礦干式堆存與塌陷區治理相結合的新技術(shù)，并建成了示范工程。該研究具有“高壓深錐濃縮、遠程一段輸送、陶瓷過(guò)濾脫水、干式排放治患”的鮮明技術(shù)特色，成功解決承德銅興礦業(yè)公司尾砂堆存和塌陷區治理技術(shù)難題的同時(shí)，在環(huán)境、安全、節能、占用土地等方面也顯示出良好經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
該技術(shù)的工藝流程是,尾砂首先經(jīng)高壓深錐濃密機濃縮,達到重量濃度為50%左右;然后采用水隔離泵泵送至水平距離約2600m,高差約200m 的脫水車(chē)間;再經(jīng)陶瓷過(guò)濾機脫水至含水15%的尾礦濾餅,最后經(jīng)皮帶運輸機輸送至塌陷區堆存，圖３；塌陷區內采用電耙倒運。該項目采用“塌陷區尾砂干式排放工藝技術(shù)”后，既保障產(chǎn)能，又節約大量新建尾礦庫征地和投資費用，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。該研究所采用的工藝技術(shù)及設備具有創(chuàng )新性，既實(shí)現了節能減排、以廢治患、保護環(huán)境，又對尾礦干式堆存及塌陷區綜合治理具有借鑒意義。
 １.３ 膏體堆存
尾礦膏體堆存最早由多倫多大學(xué)的Ronbinsky教授提出，并首先成功運用于加拿大的Kidd-Creak礦山。膏體堆存工藝流程簡(jiǎn)單講是尾礦經(jīng)濃密機濃縮至膏體狀態(tài)，運送至尾礦干堆場(chǎng)堆存。在操作過(guò)程中因尾礦脫水設備差異而有“多段濃密”和“單段濃密”之分，在運輸過(guò)程中也因運輸設備的不同而分為管道運輸、汽車(chē)運輸和皮帶運輸。起初尾礦膏體是為礦山充填所采用，后來(lái)用于地表堆存。最初尾礦膏體堆存的目的并不是提高回水率，而是由于尾礦水污染嚴重，需要處理，同時(shí)處理費用又比較高。
上世紀末以及進(jìn)入新世紀以來(lái)，隨著(zhù)礦山機械制造水平以及礦漿濃縮和高濃度礦漿輸送技術(shù)水平的發(fā)展，使得制約尾礦膏體堆存的技術(shù)瓶頸得以緩解。隨后在澳大利亞，為了解決紅土鋁礦尾礦的堆存問(wèn)題，尾礦膏體堆存技術(shù)在西澳得到應用和較快發(fā)展。
然而，世界上現已投入運行的大規模膏體尾礦堆存的項目仍并不多見(jiàn)，目前據資料統計，現有的３２個(gè)膏體尾礦地面堆存工程有19個(gè)（占總數的60%）在澳大利亞。目前，這種新型尾礦堆存方式仍主要集中在干旱地區。
膏體尾礦堆存的優(yōu)勢主要是三點(diǎn)：①經(jīng)濟角度，減少了投資和項目財務(wù)風(fēng)險；②環(huán)保角度，降低水污染及大氣污染；③安全角度，減少潰壩的可能性。由于技術(shù)、裝備水平、法律法規以及環(huán)保理念的差異，導致尾礦膏體堆存技術(shù)在國內的應用很少。另外，尾礦膏體堆存技術(shù)的核心設備膏體濃密機的投資巨大，也是國內礦山很少應用此技術(shù)的一個(gè)重要因素。
據資料報道，烏奴格土山銅鉬礦是國內大型有色金屬礦山中第一次采用膏體堆存工藝的礦山企業(yè)。該廠(chǎng)尾礦濃縮選用２臺Φ４０ｍ 深錐膏體濃密機，底流濃度為６６％，運行效果良好。在膏體堆存工藝方面，該廠(chǎng)在運行期間積累了大量寶貴經(jīng)驗。
２ 存在問(wèn)題與發(fā)展方向
尾礦干式堆存雖然從經(jīng)濟角度不及常規尾礦排放方式有優(yōu)勢，但是，隨著(zhù)尾礦干堆技術(shù)的發(fā)展，法律的完善，以及人們環(huán)保理念的增強，應用尾礦干式堆存技術(shù)的礦山會(huì )逐漸增多。應在總結國內外經(jīng)驗的基礎上，研究開(kāi)發(fā)更符合我國國情的尾礦干式堆存技術(shù)。目前來(lái)看，尾礦干式堆存技術(shù)仍存在如下問(wèn)題需要解決。
１）壓濾干堆方面。目前，國內采用尾礦壓濾干堆技術(shù)處理尾礦的礦山大都采用“濃縮—過(guò)濾—堆排”工藝。因此，過(guò)濾設備投資大、能耗高的特點(diǎn)也成為制約此技術(shù)推廣的一個(gè)瓶頸。急需通過(guò)尾礦低成本、高效率脫水設備及工藝的研究，解決尾礦脫水成本高、效率低、能耗高的問(wèn)題，使其能在黃金礦山以外的礦山得以推廣應用，實(shí)現規?；?。
２）膏體堆存方面。我國膏體堆存應用的案例很少，亟待解決的問(wèn)題還很多。例如，目前制備膏體常用的深錐濃密機設備投資大，并且運行過(guò)程中隨尾礦濃度的增加，“壓耙”問(wèn)題尚未得到很好解決，導致膏體制備成本高、效率低。對此，需借鑒國外成功經(jīng)驗，通過(guò)膏體尾礦低成本、高效率制備技術(shù)研究和膏體堆存技術(shù)研究等理論研究以及現場(chǎng)工業(yè)試驗研究，為我國膏體堆存技術(shù)的發(fā)展提供理論基礎和工程經(jīng)驗。
３）另外，通過(guò)特殊添加劑的研究，提高尾礦堆積體的強度，一方面可提高堆積體穩定性，另一方面可增加尾礦干式堆存技術(shù)在多雨地區的適應性。
３ 小結
尾礦干式堆存技術(shù)作為一種新生事物，短期內雖然不能完全取代傳統尾礦濕排技術(shù)，但是隨著(zhù)技術(shù)裝備水平的進(jìn)步、法律法規的健全以及環(huán)保理念的增強，尾礦干式堆存技術(shù)將為今后我國礦山設計提供一種思路。對于緩解干旱地區礦山水資源短缺的問(wèn)題以及尾礦庫安全、環(huán)保問(wèn)題將產(chǎn)生積極而深遠的影響。
作者：吳 鵬，胡建軍，郭利杰，鄭 磊（北京礦冶研究總院）
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