尾矿库闭库方案的选择

尾矿库闭库方案的选择2011-3-1014:28:23中国选矿技术网尾矿库闭库方案主要根据以下因素选择：形地貌、尾矿类型和矿物特性、当地地下水和水文条件、尾矿排放方法、排水难易程度、水位高度。每个尾矿库场地都有它特定的条件，为了确保闭库和恢复工程能满足环境约束，必须根据具体的场地条件，选择适宜的闭库方案，实现闭库系统最佳化。否则，由于闭库方案选择不当，需求长期维护，高额的维护费将续传给后代。为此，采矿公司必须在作业期间投入适当的恢复工程基建费，开始执行闭库方案，以在不花费过高代价和长期维护情况下安全闭库。一、非硫化物尾矿闭库方案非硫化物尾矿闭库方案如图1所示。图1非硫化物尾矿闭库方案如果尾矿材料易排水，如钾碱、某些铀尾矿等，可以采用导流沟和导流堤，用地质聚合物稳固表面，然后再用土壤和植物覆盖，从而完成闭库；如果尾矿材料难以排水，如磷酸盐粘土、含氢氧化物的尾矿泥等，在不进行总体排水的场合，采用导流沟、导流堤和下游被动处理的湿地可以改善渗漏问题，湿地可为植物提供生长条件，有些地区可以采用振动技术排水或开导流沟和疏干方法，这样可在其上植被。为了减少含硫化物尾矿库区向环境排放酸性水，可有各种方案，包括压密粘土覆盖；合成膜覆盖；接种细菌；表面填加石灰石；导流沟；充填碱、其它化学品或生物沟；排至湖内；化学处理；下游湿地；湿地覆盖；土壤和植物覆盖；形成硬壳；稳固地表（地质聚合物）。二、硫化物尾矿闭库方案硫化物尾矿闭库方案，可以考虑两种情况，即水位高的低位尾矿区和水位低的高位尾矿区。前者，如果在整个尾矿区建立起湿地沼泽，下游湿地将为渗漏水酸度降低及从中提取金属创造条件，也许有些地区，特别是尾矿区可以稳固的地区，适于覆盖以地质聚合物。后者要求有良好的导流沟和导流堤，以汇聚酸性的和含污染物的渗漏水，以在下游湿地进行处理。高位区尾矿表面适于用地质聚合物稳固，继后采用土壤和植物覆盖。陆地面和浓密排放是较新的尾矿沉积方法，由于不存在尾矿库排放方法所遇到的排水问题，闭库后立即可以采用地质聚合物覆盖、稳固尾矿达到有效闭库。实际上，为了在闭库之前建立起足够厚度的稳固层（形成合成硬壳），可以在作业的后期阶段开始进行地质聚合物沉积，实现的方法是直接在选厂尾矿浆内、或排放管内或尾矿库区内填加地质聚合物。硫化物尾矿堆置在坑内（露天矿坑或专门挖掘的深坑），可以充填尾矿接近顶部，或保留一定高度的超高，排水后，采用地质聚合物覆盖。在大多数情况下，可以考虑采用湿地和地质聚合物覆盖，或两者的联合。三、中小铁矿尾矿库闭库复垦方案1.河滩围池尾矿复垦模式该复垦模式已应用于有大面积河滩地的马兰庄铁矿。复垦工程程序：①将河滩地坝区划分成方形池（每池2.67hm2）便于顺序排尾、复垦。②围埝，埝高3m，埝顶宽1～1.5m，边坡1：1，坝内底平面形成向溢流管倾斜的3%～5%坡度。③埝内一侧设溢流口，清水溢流池外排入田间或入河流，溢流管每隔30～50㎝开一排也以减少溢水积存深度。溢流管每隔20m设一排尾矿管，一池排尾矿，排满后，干燥20天，再平整，在上部复土大于30㎝后可种植农作物，然后尾矿管转排相邻另一池，重复上述作业，其复垦工艺示意图见图2。工艺流程见图3。图2河滩围池尾矿复垦工艺示意图1-管路基；2-围埝；3-矿浆管；4-阀门；5-支管；6-溢流管；7-闸阀；A-干燥段；B-筑坝段；C-准备段。图3尾矿复垦工艺流程图2.尾矿充填低洼地或冲沟复垦模式迁安市赵店子铁矿、包官营铁矿、迁西县汉儿庄铁矿、遵化市王爷陵铁矿、已用此模式建造了百亩沙地梨，间种旱田作物和小麦，水稻也成方成片，长势良好。这种复垦模式选用于选厂附近有冲沟、山谷或低洼地。这种尾矿库坝短，工程最小，基建费用低。工程要求：用废石在适宜的山谷或冲沟处分段筑坝，坝高一般小于4~5米，岩石砌坝有孔隙可将尾矿水渗出，或在坝内埋高溢流管，排出的清水由回水系统回收供选矿厂重复使用。尾矿充填顺序是先充填山谷的地势高处，再充填低处，便于分区复垦，尾矿充满干涸后经推土机平整，在上部铺以大于30㎝复土即可种植农作物，如图4所示。图4尾矿充填低洼地或冲沟技术示意图3.分期分段种草植林复垦技术该复垦模式在迁安首钢矿山公司大石河矿区尾矿库已分段在尾矿库干坡段植树，起到了固沙固氮、绿化环境、减少污染的作用，经过种植也增加尾矿沙的有机质含量。该模式适用于较大的、服务年限较长的尾矿库，要根据尾矿库干坡段进展情况分期分段种草植林。4.尾矿库闭库复垦技术要点尾矿是经过加工的矿岩，已形成散体结构，有一定湿度，有假相胶结，它对堆积地点要产生一个集中载荷场。由于是散体结构，故要破坏地形地貌，污染环境，也影响环境地质。尾矿库选址一般都就近选在山沟、山谷，在居民区的下风侧尽量远离厂区。大中型尾矿库一般容积都在上千万吨，服务年限10～20年，故尾矿坝稳定性保护都非常重视。地方中小铁矿由于有的矿山不重视尾矿合理排放，造成占地面积大、淤积河流、污染环境。但是，经验证明矿山规模小，尾矿量少，故易于组织填沟填谷复垦，并易于采取灵活式样的形式组织实施。鉴于上述特点，在尾矿复垦决策中本着分区分期，将复垦纳入排尾工艺，循序渐进处理，结合中小铁矿特点，采取分散热排入、分片复垦工艺。（1）尾矿库闭库复垦技术要点①因地制宜，总结多种尾矿复垦技术方案。如根据地形变化的有河滩围池筑坝复垦技术，充填沟谷分段筑坝复垦技术，有尾矿覆土复垦，也有尾矿不覆土复垦，要因地制宜，既考虑简化工艺过程，又要考虑科学性。②在尾矿复垦实践中要注意完成矿区土地复垦方案设计。初步设计包括建立复垦点、测地质地形图、做工程复垦方案、完成技术经济分析，进行农林作物筛选，进行农林作物种植试点，追踪调查农作物长势、产量、施肥情况统计，追踪调查土壤熟化情况、土壤及农作物有毒有害元素含量变化，以便采取措施加速熟化土壤，治理并减少对土壤、农作物有毒有害元素污染，进行尾矿复垦效益分析（包括经济、生态、社会效益）。③制定符合本地具体条件的复垦土地技术标准，以起到指导作用。（2）生物复垦是工程复垦的延续，是土地复垦过程中不可分割的一部分。如筛选作物品种、作物轮作、间种；各种培肥措施；监测土壤及农作物有毒有害元素，采取措施减少危害；加速复垦地生土熟化，边坡植被覆盖，农、林、副、渔等复垦技术的优化配置等。这些措施对提高土壤肥力和作物产量水平都起着重要的作用。根据矿山实际条件，从不同侧面作关于生物复垦的调研、试验、总结和技术研究工作，提出如下技术要点：①根据唐山北部山区气候条件，通过测试尾矿，土壤化学成分有Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、SiO2等，且SiO2含量占68.37%，土壤中的养分含量，以马兰庄铁矿为例，全磷含量客土比复垦比较低，而速效氮、速效钾则较高；客土有机质含量高于复垦地，而二者土壤中细菌总数相差不大。这说明复垦地肥力水平低，因此在复垦地土壤应以培肥为重点，以增施有机肥和种植农作物为手段，进行农作物栽培。②通过对尾矿、废石、表土、客土土壤基本物理性质测试分析，尾矿砂属细砂土，废石表土加尾砂属多砾质粗砂土，废石土属石渣土，这些土壤砂性强、肥力低、保水、保肥能力差，但它们的透气性和渗透性较好。实践证明：尾矿复垦时与粉粒、粘粒含量高的土壤混合（如山皮土），多施有机肥，复垦土壤能适应农作物生长。③经过对尾砂与客土土壤测试，二者容重分别为1.14g/cm3、1.30g/cm3，比重为2.64t/m3、2.79t/m3，孔隙率为53.4%、58.3%，容重小，孔隙率大，客土土壤有的地区比较粘，易板结，通透性差，遵化兴旺寨乡用尾砂改良板结土壤，即用尾砂垫猪圈沤肥，然后施入粘性大的土壤，提高农作物产量10%。④经跟踪调查结果表明，复垦后要及时进行农林种植，因为随着农林种植时间延长，复垦土壤中有机质含量、碱解氮、速效磷、速效钾含量逐年增加，粘粒、粉粒含量增加，砂粒含量减少。⑤提高砂性复垦土壤肥力的途径主要有：˙砂土掺粘土改良土壤；˙增施有机肥，秸杆还田；˙建立合理轮作制。豆科作物与其它作物轮作，发挥豆科作物增磷补氮作用；˙豆科绿肥有较强的固氮能力，还可维持土壤的有机质平衡与稳定，可以改善土壤结构，降低水土流失。⑥作物及林果品种选择a.根据土壤化验结果，复垦土壤属于砂性强、低肥力水平。故在试点地要选择耐瘠薄的作物品种，如豆类、谷子、薯类、玉米等。复垦后应优先选择豆类作物，有利于加速熟化土壤。另外实践也证明，土壤底层有保水层条件下，水肥充足也可保证水稻生长。b.根据测试，复土PH值在6.8～8.1之间，属于微酸性到中性，适宜种植板栗、苹果。表土中含钾、铁，钾对糖分转化、运输和积累有很大促进作用，铁可使果实中糖分增加。迁西、迁安、遵化地区盛产香甜可口板栗是有得天独厚条件的。c.根据复垦土壤砂性强、易流失的特性，应选择种植林木和牧草。这样不但可以培肥土壤，提高土壤湿度，加速土壤熟化，而且还可以防风固沙，减少水土流失，防止环境污染。实践证明，夏季护田林气温较农田低3.6～4.3℃，相对湿度增加14%～17%，土壤含水量增加3.8%～4.7%，蒸发量减少7.5%。马兰庄铁矿滦河滩复垦地，杨柳林木成行成网，有的排土场复垦点栗树或梨树与农作物间种。首钢尾矿库大面积种植沙棘、紫穗槐已经成林，起到了防风固沙、熟化土壤的作用。d.根据复垦土壤的容重和孔隙度选择适宜的农作物和林果品种。品种各种作物生物特性不同，根系的穿透能力不同，当孔隙度小于50%时，适宜小麦生长的土壤容重为1.41～1.26g/cm3，孔隙度小于52%～6%时，当孔隙度小于50%时，小麦产量即显著下降。黄瓜根系穿透能力较弱，当土壤容重为1.45g/cm3，孔隙度为45.5%时，即不易透过。根据实践检验，迁安马兰庄铁矿和迁西汉儿庄铁矿类似的复垦土壤适宜种植小麦、黄瓜。唐山北部铁矿复垦土壤砂性强、疏松、容重小、孔隙度大，特别适合块根块茎作物的生长，如甘薯和马铃薯等。栗树对坚实土壤有较强的忍耐能力，故在土壤容重1.55～1.65g/cm3，的坡地土壤条件下能正常生长；而苹果、梨树则适合于较疏松的土壤，故在尾矿复垦地、排土场复垦地都长势良好。⑦针对复垦对农作物的生长及原粮品质是否造成不良影响，分别对尾矿砂、复垦土壤和原粮中的有毒有害元素和放射性进行测试，以便为复垦的可行性提供依据。测试证明，唐山铁矿尾矿和复土中有毒有害元素均未超过农作物生长受阻含量，有些有害元素虽然复垦地高于客土土壤，但均未超标，不会造成污染。⑧对复垦地有毒有害元素污染的防治措施：a.施加抑制剂：复垦地施加石灰，可以提高土壤PH值，施加碱性磷酸盐，可降低镉、汞等元素的溶解度，从而降低其有效性。b.增施有机肥，改良砂性土壤c.加强水肥管理。水稻在淹水条件下，可明显抑抑对镉的吸收，却增加了对砷的吸收；在干旱条件下，砷不易被作物吸收。严加控制含有毒物质的化肥品种。d.控制和消除工业“三废”的排放，控制化学农药的使用。⑨测试表明：唐山矿山复垦地的尾矿水、农用水的各种有毒成分含量均未超过农用水水质标准。这表明尾矿水排放未造成对农业环境的影响。⑩唐山铁矿经检测复垦地及客土土壤中，放射性均低于国家规定标准，说明尾矿复垦对当地土壤未造成放射性污染，也未对原粮造成放射性污染。说明鞍山式铁矿尾矿复垦的可行性。