露天采空区建设锰渣库的实践及相关问题探讨

周立强，顾湛琦，李庆梅

(1.中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530028；2.广西壮族自治区环境保护厅，广西 南宁 530028)

露天采空区建设锰渣库的实践及相关问题探讨

周立强1，顾湛琦2，李庆梅1

(1.中信大锰矿业有限责任公司，广西 南宁 530028；2.广西壮族自治区环境保护厅，广西 南宁 530028)

摘要：锰渣库建设和运营过程中出现的诸多环境安全问题、建设用地与周边农民争地矛盾突出问题如何在项目建设阶段采取措施降低事故发生几率是锰行业企业的追求，也是本文研究的目的。本文通过历史回顾的办法对我国电解锰渣库建设历史状况的回顾、分析，剖析电解锰渣库建设、运营中出现的问题及原因所在；通过对几起典型锰渣库造成的环境安全事故案例的分析，剖析了锰渣库建设可能出现的关键所在。而后根据电解锰渣的特性分析传统堆存方式面临的困难，本文提出采用废弃露天采坑解决传统电解锰渣堆存的优势、需要注意的有关事项，并以中信大锰公司下属的天等新材料有限公司电解金属锰厂锰渣库(以下简称“天等锰渣库”)的建设实践，探索了使用矿山废弃露天采坑作为尾矿库建设用地、露天采坑改建为尾矿库的步骤和措施。

关键词：露天;采空区;建设;锰渣库;问题;探讨

作为重要的生产和环保设施，电解锰厂锰渣库的建设是项目建设、运营必须确保的设施。目前锰渣库的建设运营在专门的技术规程出台前基本参照尾矿库建设的相关规程、规范开展工作：大量的锰渣库建设沿用了传统的湿式排尾工艺，即选择能够进行存放锰渣的空间、按照尾矿库建设的规程、规范开展建设运营工作。但是，由于近年来尾矿库和锰渣库运营中出现的生产安全事故、环境突发事件造成项目业主、政府主管部门均希望有相应的改进以增加锰渣库设施运营的安全性，并最终减少锰渣库运营带来的生产安全事故、突发环境事件威胁。本文在锰渣库的建设如何利用露天采空区建设锰渣库问题上开展一些探索。

1锰渣库建设及运营状况分析

1.1锰渣库建设情况的历史回顾

我国的电解锰产业起步于20世纪60年代，当时为了满足钢铁工业炼制特种钢的需求，国家在工业基础较好的沿海城市进行了电解锰生产，由于产量较低故渣量也少，因而当时也没有专门设置堆场；中国电解锰发展速度最快的是本世纪第一个十年，由于行业门槛较低，相关规范的认识和执行也不到位，对锰渣可能带来的危害也缺乏认识，虽产业发展速度惊人(年增长率曾高达50%左右)[1]，但锰渣堆场建设则表现在能找到存放空间即可：大量堆场建设在河边、江边、湖库边，也建设了一些“头顶库”，而渣库对环境带来的环境问题终于在2005年秋季爆发，中央和国务院领导多次批示要求搞好锰三角环境治理工作，而这其中的工作重点就包括解决电解锰渣库的环境治理问题[2]。在此背景下，电解锰渣库建设和运营中可能出现的问题及如何应对等成为政府环保部门、安监部门、电解锰行业探讨的重要话题，通过近十年来的努力，电解锰渣库的建设、运营已经能够做到规范操作，由锰渣库运营带来的环境突发事件、生产安全事故得到了遏制。

1.2目前国内锰渣库运营情况分类

从电解锰渣建设的历史可以看出，2005年秋季前许多渣库基本是在能够找到存放空间即可的情况下建设的，这一时期建设的电解锰渣库集中了许多“三边库”(河边、江边、湖库边)、“头顶库”，2009年5月14日发生在湖南花苑的电解锰渣坝垮塌事故[6]即为“头顶库”造成、“7.21”四川某电解锰厂尾矿渣污染涪江事件即为“三边库”(河边、江边、湖库边)在泥石流作用下造成的突发环境事件[7]、2012年11月7日发生的贵州铜仁万泰锰业有限公司锰渣库底部泄露事件[5]则是建设在岩溶地区且没能解决好底部防渗防漏问题的典型案例;2005年至今，虽然电解锰行业已经认识到电解锰渣库建设、运营可能带来的生产安全事故隐患、突发环境事件对企业生产运营和当地生产生活带来的严重影响，但由于对国家相关规定、规范、标准理解上的偏差，致使部分电解锰渣库的建设仍未能得到规范，从而使电解锰渣库运营留下了生产安全事故隐患及突发环境事件发生的潜在威胁，此问题突出表现在对库区周边水文地质勘察某些问题的认识上、表现在防渗措施如何保证周边环境不受影响、表现在如何保障库内渗滤液和雨季的雨水能够通过渗滤液收集池完成收集的问题上；2005年至今，国内一部分电解锰企业在充分实践并认真研究国家相关规定、规范、标准的基础上，严格按照国家规范要求高标准地建设了电解锰渣库，从而解决了电解锰渣库建设中可能出现的问题，而生产运营时只要按照国家相关要求做好日常管理及应急工作，渣库的安全运营就能得到保障。

为了规范锰渣库的建设、运营，近年来国家陆续出台或准备出台一批规程、规范；如：《尾矿库安全监督管理规定》(国家安监总局38号令)、《一般固体废弃物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)、《尾矿库环境应急管理工作指南(试行)》(环办〔2010〕138 号)、《尾矿库安全技术规程》(AQ2005-2006)、《尾矿设施设计规范》(GB50863-2013)、《锰渣库安全技术规程》(征求意见稿)等。

2锰渣库建设、运营需要考虑的相关问题

2.1电解金属锰锰渣特性分析

电解锰渣产生在电解金属锰生产过程中的过滤环节，即锰矿粉经硫酸浸出、净化除杂后使用压滤机进行固液分离后的固体产物。电解锰渣为粒度微细、粘性较大、难溶于水的黑色泥状微酸性渣，自然干燥后板结成块状。其主要矿物质为石膏(CaSO4·2H2O)、石英(SiO2)、云母(KAl2〔AlSi3O10〕〔OH〕2)及微量Zn、Co、Ni等重金属硫化沉淀物。压滤机在线清水洗渣后渣含水主要为硫酸铵((NH4)2SO440～50g/L)和硫酸锰溶液(MnSO4Mn2+15～20g/L，pH 6.5～7)。电解锰渣的粒径分布情况、含水率及密度、化学成分分别见表1、表2、表3。

表1　电解锰渣粒径参照表

表3　电解锰渣化学成分参照表/%

注：表1、表2、表3均引自参考文献4(锰渣库安全技术规程)。

根据固体废物鉴别标准GB5085.1～3-2007《危险废物鉴别标准—腐蚀性鉴别》、《危险废物签别标准—急性毒性初筛》、《危险废物签别标准—浸出毒性鉴别》及和《中华人民共和国国家标准一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)，经多地环保部门组织的浸出毒性确定电解金属锰渣属于第Ⅱ类一般工业固体废物。

长期以来的工作实践告诉我们：电解金属锰渣经过一定时间堆存后，其表面会由于风吹日晒而出现固化板结现象、表面一定深度以下的渣中水份则由于其粘性较大等特点而向下方、周边的渗透均表现得较为缓慢，渣间挤压作用比较明显，一旦某个方向可能得到压力释放，大量的电解锰渣就会从该方向狂泻而出形成溃坝、漫坝事故，事故的出现可能造成人员伤亡及财产损失，对周边环境也会带来严重污染影响。

2.2露天采坑用作锰渣库建设运营需要考虑的问题

我国当前电解锰渣库多数采用类似于矿山尾矿堆存的地表堆存方式，即传统的地表尾矿堆存方式，但由于传统地表堆存尾矿库的建设目前已经出现了征地困难、安全隐患突出等不利因素，迫使政府管理部门、企业、尾矿库的设计及监理单位不得不寻求建设成本低、安全管理较为容易又降低环境污染风险的办法。作为矿山露天采坑则由于其具有较大的空间且不需企业再次征地而引起了关注，由于尾矿(电解锰锰渣)的充填又降低了露天采坑发生地质灾害的威胁。故采用露天采坑做电解金属锰渣库的优势在于：①建设周期短、一次性投资少、日常运营费用低、安全可靠，充分利用原废弃设施；②锰渣库经过优化设计，锰渣库设计得到创新，使锰渣库建设、生产运营组织更简单；③大量的电解金属锰锰渣回填到废弃采坑，避免露天堆放出现的地质灾害问题；④降低了建设常规山谷型尾矿库征地及建设的巨额投资；⑤可以不用占用土地、动迁农户，避免了建设锰渣库对土地资源和环境的破坏，同时利用锰渣对采坑进行回填可解决露天采坑的治理；⑥锰渣库建设周期明显缩短，可以充分保证锰渣库按期投入使用，减轻了建设常规尾矿库建设周期长带来的风险。

利用废弃的露天采坑作为锰渣库堆存锰渣的注意事项：①矿产资源利用与露天采坑利用间的管理：必须解决好废弃的露天采坑下部是否存在仍然需要开发利用的矿产资源、下部矿产资源开发与作为锰渣堆存的露天采坑之间是否解决了下部矿产资源开发利用的安全措施问题；②露天采坑作为锰渣库建设可能涉及的对周边水文地质环境影响问题：露天采坑作为锰渣库建设必须解决锰渣库建设是否会造成对周边水文地质环境的不利影响，因此必须按照环保部相关地下水环境规范进行评估，评估需要把握是露天采空区作为金属锰锰渣库建设前、后对周边水文地质单元的影响并对可能出现的不利影响提出相应的处理措施。

3天等锰渣库建设实践分析

3.1天等露天采坑用作锰渣库建设基本条件分析

结合锰渣库建设、运营需考虑的相关事宜，则露天采坑用作锰渣库需具备的基本条件应当是：首先具有锰渣库需要的库容容积；其次是选址要满足《尾矿库安全技术规程》(AQ2005-2006)、《尾矿库安全监督管理规定》(国家安监总局38号令)、《一般固体废弃物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)要求;为了解决矿产资源利用方面带来的问题，要求露天采坑用作锰渣库后其底部没有可利用的矿产资源。为此，项目业主多次组织有关工作人员会同相关专家赴现场实地踏勘并查阅有关资料确认：目前的地质资料可以确认在天等锰矿拟用做锰渣库的露天采坑下部及周边不存在可以利用的矿产资源，初步地形测量匡算库容能够满足3万t电解锰厂生产库容要求，库址满足《尾矿库安全技术规程》(AQ2005-2006)、《尾矿库安全监督管理规定》(安监总局38号令)、《一般固体废弃物贮存、处置场污染控制标准》(GB18599-2001)要求。

3.2天等露天采坑用作锰渣库建设的工程地质、水文地质条件分析

天等锰矿拟用做锰渣库露天采坑及其周边开展工程地质、水文地质工作后，其基本情况为：项目堆场选址于满足承载力要求的地基上“本场地作为Ⅱ类工业固体废物堆放场，其地形地貌适合作为渣库，其它水文地质条件等达不到自然防渗的技术要求，因此，必须采取有效的防渗工程措施后，该场址方可用作Ⅱ类工业固体废物堆放场”[3]；项目堆场避开了断层、断裂破碎带、溶洞区及天然滑坡或泥石流影响区，位于江河、湖泊、水库最高水位以上，避开地下水主要补给区和饮用水源含水层，选在防渗性能好的地基上。天然基础层地表距地下水位的距离大于1.5m；拟建堆放场设置截洪沟和排洪沟，为防止雨水径流进入堆放场内，避免渗滤液量增加和滑坡；堆放场堆场设沉淀池，收集堆渣的渗滤水用罐车运输回电解金属锰厂回用于生产工序，不外排；堆放场为凹坑型上游式，汇水面积较小，也便于修建截水沟；堆放场下游500m范围内没有农田、农户等环境敏感点。

结论：堆场选址合理，环境可行。

3.3天等露天采坑用作锰渣库建设的工程技术措施

3.3.1防渗措施

对渣场场区进行工程措施处理，即采用土工膜全渣库铺设，土工膜支持层采用200mm厚中砂，保护层采用300mm厚粘土，防止矿渣污水从场区、坝底流失造成环境污染，使渣库的地基防渗性能达到Ⅱ类场的要求。土工膜铺设前对场区库底及边坡原土进行清理整平，并将树根及石牙清理彻底。库周边坡修平时，修坡坡度应尽量修缓，利于土工膜支持层及保护层的铺设，边坡修整应分台阶进行，即每10m设土工膜锚固平台，平台宽≥2m。

3.3.2排水、防洪系统

锰渣库设有场内、场外两套排洪系统：①场内排洪设有溢流沟，排渣库505.00m标高以下为0.048km2的汇水面积的雨水至1#拦渣坝下游污水处理池。溢流沟为钢筋砼沟，其过水断面为B×H(宽×高)=0.8m×1.2m的矩形断面；②库外排洪设有截水沟，505.00m标高以上汇水面积为0.126 km2，分为3个排水区块进行泄洪。在雨季到来前，加强对排洪系统的监测及维护，避免发生截水沟及溢流沟堵塞，保证排洪通畅。汛期两套排洪系统同时正常运作，保证渣库防洪安全。

3.3.3天等锰渣库建设的安全运行措施

为确保锰渣库安全运行，针对渣坝建设和运行时面临的可能出现的溃坝、漫坝、坝体下沉、坝体管涌等危险状况进行了专门设计、施工，按照规范要求确立了筑坝方式和坝型、坝外坡坡比和最终坝轴线的位置，排洪系统的型式、布置及尺寸，建设了坝体防渗、排渗设施，建立了锰渣库安全运行的相关规章制度及汛期度汛巡查制度，从而确保了渣库的安全运行。

3.4天等露天采坑用作锰渣库建设的效果分析

经过2013年5月至2014年5月的运营，天等露天采坑用作锰渣库一年后，经广西区环境监测中心站的现场监测，锰渣库上游、下游等多个监测点的数据均显示锰渣库建设前后地下水水质没有发生变化；经过渣库建设的工程监理公司、安全评价公司开展的渣库安全验收评价工作确认：天等锰渣库建设按照设计完成了相关子项工程、运行安全是有保障的。上述情况表明：天等锰渣库建设防渗措施到位，防洪、排水系统运行正常。

3.5天等锰渣库建设运营带来的启示

天等锰渣库采用露天采坑进行建设、运行的实践使我们得到的启示为：电解金属锰渣库建设、运行是一个复杂的系统工程，其传统的建设运营是在寻求适当的锰渣库库址基础上开展建设工作，但随着建设用地紧张状况加剧等原因的出现，采用露天采坑作为锰渣库库址也已成为可能的选项。而采用露天采坑首先应当核对拟利用范围内是否存在下步开采利用的矿产资源，在解决了与下步开采矿产资源可能的矛盾后，按照安监部门、环保部门的相关规范开展电解锰渣库进行建设、运行是企业的必然选择。

4结语

鉴于电解金属锰渣属于第Ⅱ类一般工业固体废物的特性，为避免电解锰渣库建设、运营对周边环境带来不利影响，业主单位首先就要在项目建设场址选择上做好、做足基础工作，而基础工作是否到位基本决定了项目在今后的市场竞争能否生存：渣库的位置与项目生产车间的距离远近决定了排渣成本、渣库本身的运营维护成本在相当大的程度上影响电解锰生产企业的最终经济效益，因而必须在开展锰渣库建设前就要切实摸清锰渣库的建设、运营对当地环境造成的影响是否是当地政府和居民能够承受的，采取什么措施才能解决锰渣库建设可能带来的对当地地下水、地表水环境的影响，这样的措施企业在生产运营中能否承受。

天等锰渣库建设由于综合性考虑了上述因素的影响，在开展水文地质工作时充分论证了周边可能受到影响而提出异议的村民居住和生活、生产用

水所在水文地质单元与渣库建设水文地质单元的关系，使环评单位能够有理由相信渣库建设不会影响到周边村民的生产、生活，设计、施工单位严格按照有关规范开展工作，从而奠定了天等锰渣库生产运营牢固的基础。天等锰渣库建设中加强基础工作、严格按照安全环保工作规范开展锰渣库建设、运营的做法为国内同类企业开展锰渣库建设提供了较好的参考案例。

参考文献

[1]曾湘波.中国电解金属锰行业的发展趋势[J].中国锰业，2014，32(1)：1-4.

[2]蒙美福，周立强.电解金属锰渣库建设环境安全性问题初探[J].中国锰业，2010，28(4)：51-53.

[3]广西环境科学研究院.中信大锰(天等)新材料有限公司3万t/a电解金属锰项目工程变更环境影响报告[R].2013.

[4]长沙有色冶金设计研究院有限公司.锰渣库安全技术规程(征求意见稿)[R].2013.

[5]王传涛，葛小雷.万泰锰业锰渣库泄漏环境污染事件案例分析[J].环境与生活，2014(20)：259.

[6]谭剑.湘西花垣锰渣库溃坝事件调查:无效“整改”酿惨剧[EB/OL].http://news.xinhuanet.com/2010-04/13/c_1231292.htm.

[7]吴柳锋.四川阿坝一电解锰厂尾矿渣流入涪江 绵阳水质受污染[EB/OL].http://china.newssc.org/system/2011/07/26/013247647.shtml.

Discussion about the practical issues of constructing the manganese slag impoundment in open mine pits

ZHOU Li-qiang1，GU Zhan-qi2，LI Qing-mei1

(1.CITIC DAMENG Mining Industries Ltd.，Nanning 530028，China；2.The Guangxi Zhuang Autonomous Region Environmental Protection Bureau，Nanning 530028，China)

Abstract:Manganese slag library in the process of the construction and operation of environmental safety problems to reclaim land, construction land and the surrounding farmers how contradictory prominent problems in the project construction phase to take steps to reduce the accident probability is the pursuit of the manganese industry enterprise, is also the purpose of this study. In this paper, through the historical review of the way to our country electrolytic manganese slag library construction review and analysis of the historical situation, analyze the electrolytic manganese residue problems arising from the construction, operation and reason; Based on several typical manganese slag library environmental safety accident case analysis, analyzed the manganese slag possible key to library construction. Then according to the characteristics of electrolytic manganese residue analysis of traditional storage difficulties, this paper puts forward the abandoned opencast mining pit solve traditional electrolytic manganese residue piling, need to be aware of the advantages of relevant matters, and manganese in zhongxin company subordinate days such as new materials co., LTD factory of electrolytic manganese metal manganese slag library (hereinafter referred to as the “library” days such as manganese slag) for the construction of the practice, explores the use mine abandoned open-air mining pit as tailings, open-air mining pit construction land converted into steps and measures of the tailings.

Key words：open pit;construction；manganese slag impoundment；practice；related issue

收稿日期：2015-04-25

作者简介：周立强(1963-)，男，贵州思南人，高级工程师，从事企业安全环保管理、技术研究工作。E-mail：zhouliqiang@126.com。

中图分类号：TD926.4;TD327

文献标识码：A

文章编号：1004-4051(2016)03-0093-04