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我国细粒尾矿堆存与处置技术北京矿冶研究总院汇报人：周汉民2015年4月18日汇报提纲细粒尾矿定义1我国细粒尾矿堆存现状2存在的问题3解决问题的可能途径41细粒尾矿定义《中国有色尾矿库概论》中认为细粒尾矿是：平均粒径dcp≤0.03mm-0.019mm含量一般50%+0.074mm含量10%+0.037mm含量≤30%《尾矿堆积坝岩土工程技术规范》（GB50547-2010）中规定，尾矿可根据其粒度成分和塑性指数按下表确定其类别和名称：北京矿冶研究总院～50%尾粗砂粒径大于0.5mm的颗粒质量超过总质量的50%尾中砂粒径大于0.25mm的颗粒质量超过总质量的50%尾细砂粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的85%尾粉砂粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的50%粉性尾矿尾粉土粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数不大于10粘性尾矿尾粉质粘土塑性指数大于10，且小于或等于17尾粘土塑性指数大于17北京矿冶研究总院尾矿库——金属非金属矿山重大危险源。随着矿产资源综合利用水平及选矿工艺技术水平的日益提高，尾矿入库量逐年增多，而尾矿粒径越来越细。细粒尾矿的堆存问题是尾矿处理技术遇到的难题之一，且广泛存在于我国铜矿、铅锌矿、氧化铝矿、磷矿等多领域。2我国细粒尾矿堆存现状2我国细粒尾矿堆存现状上游法细粒尾矿筑坝与砂类尾矿筑坝形成的坝体结构的差别北京矿冶研究总院上游法尾矿筑坝仅对砂性尾矿显示出一定优越性，而对于细粒尾矿，不存在任何优越性北京矿冶研究总院在我国矿产资源持续高速发展、尾矿堆存矛盾非常突出的情况下，经济合理和安全高效的处置这些细粒尾矿非常必要、意义重大。细粒尾矿的特点是入库后透水性差、固结时间长、力学强度低、超孔隙水压力难以消散。尾矿堆积往往会遇到筑坝困难、坝体排渗不畅、沉积滩坡度缓、稳定性差等问题。因此开发安全高效的细粒尾矿堆存技术，一直是国内外矿业界追求的目标。2我国细粒尾矿堆存现状2我国细粒尾矿堆存现状目前我国细粒尾矿堆积坝高度多在20m左右，最高可达28m北京矿冶研究总院尾矿库名称原尾矿粒度分析（mm）初期坝坝体结构尾矿堆积坝+0.0740.074～0.0370.037～0.019-0.019平均粒径设计堆高（m）实际堆高（m）堆坝方法老厂背阴山冲12.357.919.8869.860.0272浆砌石坝2528.00渠槽法期六寨9.5915.1611.2064.030.0270堆石坝2020.07渠槽法黄选背阴山冲14.6410.319.5665.490.0289贴皮土坝1018.33旋流器分段卡房犀牛圹13.1110.359.1866.860.0282均质土坝1017.35旋流器分段古山广街13.409.548.5868.460.0281土坝1017.95池填法火谷部13.5212.828.2065.460.0287均质土坝2我国细粒尾矿堆存现状堆坝方法：废石与尾砂混合堆筑个别采用池填法，其它均采用渠槽法或水力旋流器法北京矿冶研究总院什么是膏体尾矿尾矿大量脱水，形成的不离析、不沉淀、不脱水、可流动的非牛顿塑性流体，在泵送时不存在临界流速。从管道排出时，产生最小量的渗水，不会离析。2我国细粒尾矿堆存现状-膏体堆存尾矿膏体堆存地表膏体排放膏体浓缩设备美国FLSmith矿业公司研制的道尔-爱姆科深锥膏体浓密机是目前世界上最先进的膏体制备浓缩设备，其制浆浓度可达到71%-75%芬兰奥图泰公司制造的SUPAFLO®膏体浓密机，能制备出最高浓度达70%的尾矿浆体1972年在加拿大KiddCreek矿首次应用，堆放直径32m，高度20m尾矿膏体堆存特点2我国细粒尾矿堆存现状—膏体堆存尾矿膏体处理优点•滩面坡度角比浓缩尾矿高，存储相同体积的材料可以减少占地。•由于水量很少或者没有水，进一步减少环境破坏风险•存储的膏体尾矿渗水更少。•水的储存及蓄水池可以减少甚至消除1.添加剂絮凝剂&凝聚剂添加剂种类不同，尾矿在存储设施中流动时膏体状态不同2.存储存储形成圆锥形，典型边坡角2-10°膏层停止流动后干燥产生裂隙。新覆盖的膏体在夹缝中填充，形成更稳定结构层尾矿膏体处理缺点膏体尾矿排放通常需要容积式真空泵，价格昂贵。离心泵是否可以泵放膏体取决于尾矿的流变性能（主要是屈服应力）与其它方法相比，稠密膏体及输送膏体需要很高的运营费用。通过安装的浓密机无法实现膏体的高风险。保持输出固体百分比一致需要高水平的日常管理，一旦出现问题，就无法实现与膏体相比，高速率浓密机和传统存储方法更有优势2我国细粒尾矿堆存现状—膏体堆存国外膏体尾矿发展据2008年统计数据，世界上现已投入运行的大规模膏体尾矿堆存项目有32个，其中19个在澳大利亚，平原地区一般采用中心放矿形式排放。我国膏体尾矿发展的制约因素技术上：很多技术难题依然没有解决，需要进行大量现场试验；尾矿浓缩和输送的设备制造、设计施工及后期管理方面缺乏经验；设计和试验周期长，一旦实验数据和实际运行数据不符将导致整个项目失败国情上：多山，人口众多，平原区多为居民区及耕地，通常考虑人口稀少，征地容易的山谷地区、用经济性好的上游法尾矿堆坝进行浆体尾矿堆存技术法规不同，环保理念差异：国外没有定性要求尾矿库一定要防渗，但对尾矿水外排要求较严格。我国对于普通尾矿，一般允许尾矿水外排，针对有毒尾矿，要求双层土工膜防渗，尾矿水不得外排，即使企业采用膏体尾矿堆存，也不能避免投入大量资金用于尾矿库的防渗处理。我国膏体尾矿堆存现状目前我国鲜有膏体尾矿地表堆存工程实践国内建有3座膏体充填系统，分别为金川镍矿膏体充填系统、大冶铜绿山铜矿充填系统及云南会泽铅锌矿膏体泵送系统北京矿冶研究总院比膏体脱水率更高，产生干饼样固体，含水量太低，不能再进行管道运输干堆尾矿传送带或卡车运输。这种类型的尾矿贮存稳定，无需坝，被称为“干栈”。运输低于20%是可实现带、鼓、水平及垂直堆叠压力板和真空过滤系统的典型含水量。堆存2我国细粒尾矿堆存现状—干式堆存尾矿干式堆存尾矿滤饼，含水量更低（20%），无法用管道输送，可采用皮带或卡车运输。尾矿干堆优点尾矿干堆缺点2我国细粒尾矿堆存现状—干式堆存对于缺水地区有重要意义没有溃坝等灾难性破坏适用于缺少按传统方法筑坝材料的地区可逐步复原，成本分散在更长的周期内尾矿高致密状态，可实现速率更高的堆存在气候寒冷地区，可防止管道结冰和结霜问题几乎完全消除通过渗流污染地下水有更好的金属和化学成分的回收投资及运营成本高。只适合低产量（目前约2万t），设备和运营管理成本大。为防止干堆尾矿被淹没，上游需设引水系统。对表面轮廓管理有要求，易于除表面水防止积水。在干堆场中无法储存水来维持运营采矿作业等。尾矿中硫化物氧化会产生高浓度渗水，需做详细的化学测试在高降雨量环境下，运输及压实设备等的日常管理问题2我国细粒尾矿堆存现状—干式堆存北京矿冶研究总院塌陷区尾矿干式排放实例：由铜兴公司和北京矿冶研究总院等科研单位针对塌陷区和尾砂特点制定，并建成了示范工程。工艺流程（如下图）：尾砂首先经过高压深锥浓缩成重量浓度为50％，然后经过水隔离泵泵送至脱水车间，再经陶瓷过滤机脱水至含水15%的滤饼，最后经皮带输送至塌陷区。脱水车间S450m505m650m690m坡度3‰1000m1630m竖井巷道管道塌陷区选矿厂高压浓缩池水隔离泵（1）.尾矿浓缩与过滤颗粒组成较细，选用两套直径为25m的高压深锥浓缩池，尾矿浓缩后浓度50%左右；4台陶瓷过滤机，脱水后尾矿浓度达90%以上。（2）.塌陷区尾矿干式排放工艺沟谷排放区设置装运皮带，往塌陷区排放；在塌陷区选择电耙耙运尾砂，使之形成台阶坡面形状，形成的尾砂台阶坡面工作面往外推进。脱水后尾矿滤饼状态塌陷区尾矿排放情况图（3）.堆场防洪与复垦为防止雨季大气降雨将尾砂带入塌陷区，在塌陷区底部要铺设一层土工织物；尾砂堆存厚度达到约0.5m后，在塌陷区尾砂上铺设土工织物滤层使土工织物受力均匀；塌陷区四周修建排水沟；塌陷区排满后，在排放尾砂上铺设一层300mm厚的表土层，在表土层上种植当地耐旱草种。2我国细粒尾矿堆存现状—一次性筑坝一次性筑坝可解决尾矿粒度较细难以堆坝、库深纵深较短或冰冻期长等条件下的尾矿库建设难题，具有基建投资较大、后期运行费用低、尾矿库管理简便、安全性高等特点北京矿冶研究总院存在的问题各方法优缺点比较：综合分析我国目前细粒尾矿堆存方法，仍难以解决大多数矿山的细粒尾矿堆存问题需发展细粒尾矿堆存、处置的新技术北京矿冶研究总院堆存方式适用范围优点缺点上游法+旋流器尾矿粒度偏细，难以用冲积法堆坝工艺简单，管理方便，成本低对细粒尾矿堆积坝稳定性的改善有限一次性筑坝尾砂粒度过细，完全无法堆坝不涉及到后期尾砂筑坝，坝安全性高基建投资过高膏体、干堆少雨、缺水地区回水利用率高、尾矿库利用率高运行成本过高，不适用于多雨地区4解决问题的可能途径—模袋法堆坝北京矿冶研究总院一种土工编织袋，由于其对于细颗粒土的固结成型起作用，被称为“模袋”模袋模袋法堆坝采用高强度、透水性土工织物制作大面积连续模袋，通过向模袋内充灌尾砂并经压力排水形成固结充填体，利用充填体连续交错堆筑子坝,并辅以相应加筋与排渗措施而形成的一种新型堆坝方法。4解决问题的可能途径—模袋法堆坝北京矿冶研究总院尾砂固结时间缩短4倍以上袋内尾砂压实度可提高10%-15%模袋体强度提高：经稳定性分析，坝体安全系数可提高15%-30%模袋法引入尾矿堆坝领域的四个作用机理北京矿冶研究总院解决问题的可能途径—模袋法堆坝细粒尾矿筑坝难于解决，取砂难，固结慢。可配套措施多，固结强度提高，利于坝体稳定。远低于一次性筑坝，并且运行费用低，比干堆膏体等有明显优势。筑坝安全效益模袋法新型技术，基础研究不足，需在广泛应用的过程中加快理论研究。模袋法优点模袋法前景展望目前的实践经验指出：-200目颗粒含量90%的尾矿可以进行模袋法堆坝；细粒尾矿充灌袋技术：对于尾矿充灌粒度的适用性，细到什么程度的尾矿可以进行模袋法堆坝？模袋坝体坝型设计：在传统上游法上可以进行什么样的改进？是否可以采用其它坝型？模袋法在尾矿坝领导的绿色、环保发展前景。4解决问题的可能途径—模袋法堆坝云南大平掌尾矿库云南东川汤丹尾矿库中电投山西铝业上封存赤泥库甘肃厂坝铅锌矿尾矿库新型技术，在水利等领域成功应用几十年。在矿山行业刚刚开始应用，目前应用案例较少，效果很好。模袋法工程应用武山铜矿尾矿库凤凰山铜矿相思谷尾矿库大冶铜山口尾矿库金山金矿尾矿库4解决问题的可能途径—模袋法堆坝4解决问题的可能途径—充填全尾砂胶结充填：特点是以全尾砂作为充填骨料,通过活化搅拌,在高浓度状态下输送到采场冬瓜山铜矿充填系统是目前国内较为先进的高浓度全尾砂胶结充填系统高水固结尾砂充填：使用“高水速凝固化材料”作胶凝材料，不用脱水便可凝结为固态充填体高水材料在我国已实现工厂化生产，自1990年开始已在中国煤炭系统沿空留巷开采中进行了巷旁支护实际工程应用高水固结充填：已在山东省焦家金矿、招远金矿灵山分矿、湖北铜绿山铜矿等矿山进行了工业化应用或工业试验北京矿冶研究总院解决问题的可能途径—改变筑坝工艺改变