浅析特定工况下的尾矿处置方案

戴海旭，李云清

（中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

金属非金属矿山为维持选矿厂正常生产、保护环境和资源储备需设置尾矿库，以堆存选矿厂进行矿石选别后排出的尾矿。尾矿库既是重要的生产设施，同时从环保和安全上来说也是重大的污染源和危险源，因此科学合理地设计尾矿库、选择尾矿处置方案，对于金属非金属矿山企业意义重大。

对于每个具体的金属非金属矿山工程项目，选择什么类型的尾矿库，采用哪种尾矿堆存方式，应该依据项目特定的工况，通过技术经济比选而确定。本文结合刚果（金）某铜矿项目，来分析特定工况下尾矿处置方案的选择。

1 基础资料

刚果（金）某铜矿项目目前采用露天开采，项目现场建设有完善的露天采矿场、湿法冶炼厂、硫磺制酸厂、机修及行政福利设施，处理对象为氧化矿。矿山厂区存有闲置数年的氧化矿选矿设施。按照现有的地质资料，露天开采约剩下两三年时间，之后计划转入地下开采，主要采出硫化矿。

采出硫化矿后，重新启用现有闲置的选矿厂，选矿后产生的大量尾矿需要合理处置。现场有一个冶炼渣库，用于堆存湿法冶炼厂产生的冶炼渣。

湿法冶炼厂产生的冶炼渣和选矿厂产生的硫化矿尾矿浓度均为27%左右。

2 尾矿库类型

2.1 常见尾矿库类型

尾矿库通常有以下四种类型[1]：

（1）山谷型尾矿库——即在山谷谷口处堆筑尾矿坝形成的尾矿库。我国现有的多数大、中型尾矿库都属于这种类型。山谷型尾矿库示意图如图1所示。

（2）傍山型尾矿库——在山坡脚下傍山筑坝而围成的尾矿库。国内低山丘陵地区的中小矿山多选用这种类型的尾矿库。傍山型尾矿库示意图如图2所示。

图1 山谷型尾矿库示意图

图2 傍山型尾矿库示意图

图3 平地型尾矿库示意图

图4 截河型尾矿库示意图

表1 四种常见类型尾矿库的优缺点

（3）平地型尾矿库——在地势平缓的地方周边筑坝所围成的尾矿库。国内沙漠戈壁或平原地区经常采用这种类型的尾矿库。平地型尾矿库示意图如图3所示。

（3）截河型尾矿库——截取一段河床，在其上下游两端分别堆筑尾矿坝所形成的尾矿库。截河型尾矿库国内采用的不多，目前已知在智利、阿根廷的一些金矿项目上有采用这种类型的尾矿库。截河型尾矿库示意图如图4所示。

以上四种常见类型尾矿库的优缺点见表1。

2.2 尾矿库类型选择

通过上一节尾矿库类型的介绍可知，对于一个工程项目而言，尾矿库类型的选择主要以项目所在地现场的地形而定。刚果（金）某铜矿项目现场地形平坦，地势平缓，适宜采用平地型尾矿库，再参考现场已有的冶炼渣库，同样采用的是平地筑坝建库的形式，所以新建尾矿库采用平地型尾矿库，四面筑坝。

参考现有冶炼渣库，利用尾矿库地面天然地基土层作为防渗层，尾矿库底部需进行多次碾压，减小库底土壤孔隙率，阻止尾矿水渗入地下，以免对地下水造成污染。

3 尾矿堆存方式

3.1 尾矿堆存主要方式

到目前为止，世界上对尾矿地面堆存主要方式有以下四种[1]：

（1）以选矿厂排出尾矿的浓度排入尾矿库堆存，其浓度一般在30%以下，可以称其为低浓度排矿堆存；

（2）将低浓度尾矿浆浓缩后排入尾矿库堆存，其浓度一般在40～55%之间，可以称其为高浓度排矿堆存；

（3）将尾矿浆加强浓缩成为膏体（超高浓度）排入尾矿库堆存，可以称其为膏体（超高浓度）排矿堆存；

（4）将尾矿进行压滤或过滤到含水量极低后再堆存于尾矿库，一般称为干堆。

3.2 尾矿堆存方式比选

刚果（金）某铜矿项目矿区位于南半球热带，所在区域为热带草原性气候，一年中分为旱季、雨季两个季节，年均降雨量1244mm，蒸发量1526.8mm。根据工程经验，无论采用哪种堆存方式，尾矿回水率都能保证在70%左右，也都能满足矿山用水需求。结合矿山实际情况，对这四种堆存方式简述如下：

（1）低浓度堆存

选厂排出低浓度尾矿直接输送至尾矿库堆存，无需在厂区布置尾矿浓密机，尾矿采用低浓度输送，输送矿浆量大，尾矿库回水量大，输送与回水工程投资大，运行费用高。

（2）高浓度堆存

在选矿厂前设浓密机回水，尽量提高浓密机的底流浓度，在选矿厂区通过尾矿浓密机回收尾矿中的部分水量，减少尾矿浆带入尾矿库的水量，在尾矿库内设回水设施，尽量提高回水率。与低浓度相比，高浓度堆存需要增加尾矿浓密机，但是矿浆浓度提高，尾矿输送与回水工程投资、运行费用都明显减少。

（3）膏体（超高浓度）堆存

目前这种尾矿堆存方式在干旱地区使用较多。在选矿厂附近设高效浓密机，将尾矿浓缩至50%的重量浓度后，输送至深锥浓密机，将尾矿进行二次浓缩至膏体或超高浓度，膏体浓密机的底流重量浓度一般为68%左右，膏体浓密机的底流再通过高扬程容积式泵输送至尾矿库有序排放、堆存。

该堆存方式由于通过二段浓密提高了尾矿的排放浓度，尾矿回水率也相应的提高，使得尾矿回水率与尾矿高浓度堆存方案相比有一定程度的提高。但由于尾矿需要二次浓缩且增加了膏体输送排放设施，尾矿浓缩与输送的投资、运行费与高浓度堆存相对将大幅增加。

（4）干堆

在选矿厂附近设高效浓密机，将尾矿浓缩至50%的重量浓度，输送至尾矿库附近，在尾矿库附近设压滤车间，将尾矿压滤成滤饼，将压滤后的尾矿通过卡车或者皮带运至尾矿库干式堆存。

干堆与以上几种堆存方式相比，尾矿回水率最高，但是由于增加了尾矿浓缩、尾矿压滤以及皮带输送，尾矿脱水与输送初期投资较高，同时运行费用较高，尤其在生产规模较大的条件下，尾矿压滤厂房占地面积大，投资较大。

根据选矿工艺条件，选厂排出的尾矿重量浓度约为27%，参考该项目现有冶炼渣库堆存方式，选厂排出尾矿直接通过渣浆泵管道压力输送至尾矿库低浓度地面堆存。

4 尾矿处置方案

根据尾矿堆存方式，选矿厂复产后产生尾矿采用低浓度堆存。为了减少工程投资，应尽量利用现有设施，即充分利用现有冶炼渣库堆存尾矿，但是根据业主提供的相关资料，尾矿库坝体上升速度不能超过2.5m/a。

现有冶炼渣库采用上游法堆坝，根据冶炼渣库建设历史情况和冶炼渣堆存现状，同时考虑矿山未来发展情况，对以下两个尾矿处置方案进行比选，分别叙述如下：

4.1 方案一：现有冶炼渣库加高方案

通过对现有冶炼渣库的库容进行复核，若冶炼渣和尾矿同时排入现有冶炼渣库，坝体上升速度将大于2.5m/a，为保证坝体安全稳定，坝体需采用采场废石上游法加高筑坝，分期堆筑各级子坝。

各级子坝上游坝坡铺设细粒废石和无纺土工布作反滤，防止冶炼渣和尾矿排放过程中发生外泄。子坝堆筑过程中铺设水平排渗管，各级马道及坝面设横向和纵向排水沟。

在加高坝体的过程中，采用辐射井和坝脚贴坡排渗对坝体进行排渗加固处理，以保证加高后坝体的安全稳定。

4.2 方案二：新建尾矿库方案

冶炼渣单独排入现有冶炼渣库，另外新建尾矿库堆存尾矿。

冶炼渣库采用冶炼渣上游法分期加高，坝脚设置贴坡排渗对坝体进行排渗加固处理，以保证加高后坝体的安全稳定。

根据项目现场的地形，新建尾矿库采用平地型尾矿库，四面筑坝，尾矿采用上游法堆筑。尾矿库底部一定区域范围内铺设排渗垫层，四周坝脚设置贴坡排渗及排水沟对坝体进行排渗加固处理，以保证坝体的安全稳定。

表2 尾矿处置方案比较表

4.3 尾矿处置方案比选

针对上述两个尾矿处置方案，再综合考虑每个方案主要的尾矿设施，分别从尾矿坝、尾矿输送、排渗加固、尾矿回水等几个方面，对以上两个尾矿处置方案进行分析比较[2]，比较结果见表2。

根据表2的对比分析并考虑该项目实际情况，可以得出，方案二（即新建尾矿库方案）无论安全性、环保性还是工程投资，均优于方案一（即现有冶炼渣库加高方案），因此该项目最终采用新建尾矿库方案。

5 结语

每个金属非金属矿山工程项目都有其独特性和唯一性，项目的工况千差万别，因此针对具体的工程项目，在选择尾矿处置方案的时候，要充分考虑项目所在地相关的法律法规及规范要求、项目现场的地形及水文地质情况、尾矿特性资料、项目所在地的惯用尾矿处置方法、基建成本及运营成本等特定的工况和基础资料，综合进行技术经济比选，方能最终确定科学合理的尾矿处置方案。