Se ries N o . 395
M ay 2009
金 属 矿 山 总第395期
M ETAL M INE
2009年第5期
有色金属尾矿的问题及处理现状
孙 燕
1, 2
*
刘和峰 刘建明 孟繁威 张伟庆
3141, 2
(11中国科学院地质与地球物理研究所;
21中国科学院研究生院; 31赤峰地质勘查开发院; 41内蒙古阿鲁科尔沁旗地震局)
摘 要 随着排放量越来越大, 有色金属尾矿所带来的问题日趋严重。综述了我国有色金属尾矿处理的现状, 并针对有色金属尾矿粒度细, 有价元素关系复杂, 含有有毒有害物质, 数量大的特点, 指出了有色金属尾矿所带来的问题, 提出了看法和建议。
关键词 有色金属尾矿 综合利用 直接利用
Current Proble m s i n t he D isposal of N onferrousM et a llic Tailings Sun Y an L i u H efeng L i u Jianm ing M eng Fanw e i Zhang W e i q i n g
1, 2
3
1
4
1, 2
(1. Instit u te of Geo logy and G eop hys ics , CA S; 2. G raduate S choo l of CA S ; 3. Ch i feng Instit u te of Geo log ical Investi gation and Exp l o itati on ; 4. A rhorchin Banner Seismo l ogical B urea of Inner M ongo lia)
Abstrac t T he prob le m s caused by nonferrous me tallic ta ili ngs a re i ncreas i ng ly sev ere r w ith t he i ncrease of taili ngs d i scharg e a m ount . T he pape r rev i ews t he curren t state of the d i sposa l o f nonfe rrous m eta lli c ta ili ng s i n Ch i na , po i nts out the prob l em s i n re lati on to t he ir characteristics , such as fi ne s i ze , com plex va l uab l e e l em ent re l a tion , po i sonous substance con -tent and larg e a m ount , and pu ts f o r w ard the i m prove m en t suggesti ons .
K eywords N onferrous m eta ls taili ngs , Comprehensi ve utilizati on , D irec t utiliza ti on
矿产资源是人类生存和社会发展的重要物质基础。我国是有色金属生产大国, 而有色金属矿山的
尾矿量达70%~95%, 既造成了大量资源损失于尾矿中, 尾矿对环境等也产生了很大的危害。因此, 有色金属尾矿的治理及综合开发利用是当前迫在眉睫的问题。
1 有色金属尾矿概述
1. 1 有色金属尾矿有关的数据
(3) 大多是硫化物尾矿, 易氧化形成酸性水。(4) 有少量的有毒有害物质。一是矿石中带来的如铜、铅、砷、锡、汞、镍等; 二是药剂中带来的氰化物、硫化物、重铬酸盐、硅氟化钠、硫酸铜、硫酸锌和黄药、黑药、松醇油等。
(5) 数量大、易流动、输送浓度很低。由于选矿过程需大量的水, 尾矿排放后多呈尾矿浆, 含20%的固体质量, 80%以上为水, 一般每得到1t 金属量的铜精矿, 就要产出近1000t 尾矿浆, 其中含有100
[4-5]
多t 尾矿。
1. 3 有色金属尾矿所带来的问题
目前, 由于我国有色金属矿产80%是共(伴)
生、金属品位低, 有色金属采选回收率为50%~60%(比发达国家低10%~15%), 伴生有色金属回
[1]
收率为40%(比外国低20%) 。我国现有300多个国营有色金属尾矿坝, 堆存的尾矿量为22亿t 以上, 并以每年1. 4亿t 增长, 而尾矿坝正常运行的仅占52%, 尾矿平均利用率为8. 2%
1. 2 有色金属尾矿的特点
[2-3]
有色金属尾矿地表堆放, 主要存在以下几方面的问题。
1. 3. 1 资源的浪费
。
由于以前选矿技术及意识的原因, 尾矿中含大量的可回收金属元素, 并且对占尾矿大半乃至90%
有色金属的尾矿一般由矿石、脉石及围岩中所含多种矿物组成, 其主要化学成分为S i O 2, C a O, M g O, A l 2O 3, Fe 2O 3等。具有以下几方面的特点:
(1) 颗粒极细, 多数小于-0. 074mm 。
(2) 尾矿中多达40种金属元素且关系复杂。
#[4]
*国家重点基础研究规划/9730项目(编号:2006CB403507) 。孙 燕(1985) ), 女, 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室, 中国科学院研究生院, 硕士研究生, 100029北京市朝阳区北土城西路19号。
孙 燕等:有色金属尾矿的问题及处理现状 以上的非金属组分极少开发利用
[6]
2009年第5期
。例如云锡老减少尾矿的占地面积; 选矿厂排出的尾矿经砂泵站加压后送至尾矿库; 进行尾矿库安全管理与监测, 安排专职人员定时进行坝体浸润线、坝体沉降位移、渗流量、库水位排水井溢流水质等项目的观测。
2. 1. 2 尾矿库对环境污染的防治
尾矿数量已达到1亿t 以上, 平均含锡为0. 15%, 损
[7]
失的金属锡达20万t 以上。
1. 3. 2 耗费巨资建立尾矿库和运营管理并且占用大面积的土地或农田
随着尾矿量的增加, 堆坝和管理工作量越来越大, 越来越困难, 而只有少部分得到利用。因此会耗费大量的人力、物力、财力并要占用大量的农田、山地。据统计, 我国冶金矿山每吨尾矿需尾矿库基建投资1~3元, 生产经营管理费用3~5元, 尾矿库的
[8]
设施费占采选总投资的5%~40%。据预测, 到2010年, 全国固体矿产采选排出尾矿破坏土地和堆存占地面积将达到2. 47~4. 69万k m 。1. 3. 3 尾矿坝潜在的工程灾害危及人民生命财产的安全和矿山的安全
目前国内大部分尾矿库超期服务, 超库容使用, 使原设计坝体的稳定性和抗渗性受到严重影响, 并且尾矿结构松软, 含大量的水, 尾矿库溃坝等灾害事故时有发生。如云南锡业公司新冠选矿厂火谷都尾矿坝失稳决口, 约3个多小时奔涌出尾矿浆346533
m , 库水3952m , 造成下游村民伤亡和数千公顷农田被淹没, 选矿厂停产3a 。
1. 3. 4 严重地污染周边的环境
[4]
2[9]
(1) 尾矿库扬尘的防治。对尾矿采取固结和稳
定措施。主要有化学药剂使尾矿絮凝结团与快速沉积固结、物理覆盖、植被法、湿润法抑砂压尘、尾矿干法处置等
[4, 12-13]
。
(2) 尾矿水的防治。有色金属废水处理技术发展较快, 有自然净化法、中和法、硫化法、离子交换法、萃取法、铁置换法、电渗析法、超滤法等, 或是组成各种联合工艺。还要注意尾矿库区岩体裂隙渗流的堵截技术, 例如设垫层、流渗障、渗漏返流系统, 防止尾矿中有害物质进入地下水
2. 1. 3 尾矿库的治理
[14]
[4]
。
(1) 复垦。它是对尾矿库已堆满库容后的后继处置措施, 分为工程复垦和生物复垦两个部分, 其主要内容包括粉尘控制、覆盖表土及防止表土流失、坝基保安、减少重金属污染物的径流量、绿化及加速自
[5, 14]
然转变过程等, 关键是填加隔离层和表层土壤。
我国利用尾矿库造地复田植被绿化, 在许多有色金属矿山中已实施
[15]
。如中条山有色金属公司
尾矿扬尘含有大量的有害物质并且颗粒细, 随
风飞扬会污染大气和环境。如金川有色金属公司的尾矿, 在狂风季节中细颗粒尾矿腾空而起, 形成长达数公里的/黄龙0, 严重污染环境。尾矿水含重金属、药剂, 并呈酸性, 污染水源和土壤, 破坏生态平衡。
2 有色金属尾矿的处置现状
有色金属矿山尾矿主要堆置于尾矿库, 不过随着研究工作的进行以及技术的进步, 很多尾矿能得到很好的处理或综合利用。
2. 1 堆置于尾矿坝
2. 1. 1 尾矿库堆置的前提及工程技术问题的解决
[4]
篦子沟铜矿两个服役期满的尾矿库, 已采用复土植
被的方法造田, 粮食、水果都获得了丰收; 云锡大屯硫化矿尾矿覆土, 能固堤保土, 效果很好; 金川有色金属公司采用/覆盖、蓄水、恢复植被、引水建立人工植被方案0, 对大型尾矿库进行环境治理, 填补了我国在该地质条件下尾矿治理的空白, 都取得了明显的经济效益和社会效益。
(2) 露天矿山利用尾矿库做排土场。已经储满尾矿并停止使用的尾矿库, 或是正在使用的尾矿库靠近坝体已干涸的部分区段, 可以设计用作露天矿山排土场。这样做的好处很多, 可以节省排土场的占地面积, 又可以防止尾矿库扬尘。关键问题是需要研究具体矿山高边坡排土场的稳定性与可能发生的泥石流问题。我国很多露天开采的钼矿山是采用此法。
2. 2 尾矿的海底排放[13,16]
[4, 16]
(1) 堆置前提。尾矿有潜在利用价值, 现在技术不能很好地利用或者经济效益太低。有合适的建库地址, 一般选人口稀少的山谷和山坡(占90%以上) 、荒地、洼地; 基岩的水文、工程、环境地质条件优良; 附近有足够的筑坝材料; 尾矿输送方便
(2) 堆置技术问题及解决
[4, 10-11]
[4]
。这种方法包括尾矿处理作业线、海水投入作业线、在排气/混合室处理尾矿, 然后把尾矿排放到局部的深处且能靠重力沉积的区域。该法1971年首
次应用于加拿大的Island 铜矿后, 随后在加拿大的
#
。常用的建库
技术是采用透水土石筑成混合坝作初期坝, 采用上游法尾矿充填, 在后期采用井管排渗设施, 高筑坝,
总第395期 金 属 矿 山 2009年第5期K itsau lt 铜矿、格陵兰的B lackAnge l 铅锌矿及巴布亚新几内亚的M isi m a 金银矿应用并有很好的效果。在我国还没有报道。
该法使用时需考虑到本地区自然条件的特殊性, 必须对尾矿的p H 值进行严格控制, 所用的选矿药剂必须是生物可降解的。
2. 3 膏体无坝地面堆放[4, 10, 17]
湿法冶金提铜技术, 最大限度地利用铜资源, 并形成了规模化生产。其下属的德兴、永丰、武山、东乡、城
门山铜矿都在回收铜、硫, 以及伴生的银、金、硒、锑。以该公司德兴铜矿为例, 2004年的铜、金、银选矿回收率依次为86. 60%, 62. 32%, 65. 09%, 分别比1995年提高了6. 6%, 0. 31%, 5. 45%, 并且还用水力旋流器对铜尾矿进行分级并重力选硫, 年回收硫精矿1000, t Cu 9. 2, t Au 33. 4kg , 产值达1300多万元
[2]
该法也叫/半干式堆存0, 是近年来发展起来的一种新的尾矿处理方法, 是指尾矿浆经脱水处理后的一种不偏析、含水低的膏状尾矿, 具有一定的支撑
强度和浓度, 能够自然堆积成有一定高度的山脊。
常用的制备方法:先用深锥浓密机将其浓缩至45%固体含量, 再用真空过滤式压滤机处理使固体浓度达75%~85%。一般采用逐层堆积。
该方法可以在峡谷、低洼、平地、缓坡等地形条件下应用, 不需要建尾矿坝, 基建投资少、维护简单、综合成本低, 也特别适合近处无合适的尾矿库, 需运到别处的矿山。经经济对比与计算, 尾矿膏体地面无坝堆放的费用仅为建尾矿库处理尾矿费用的1/3左右。
2. 4 尾矿的综合利用2. 4. 1 尾矿水的利用
。
红透山铜矿有2座尾矿库, 现有存量300万, t
每年可增加尾矿量10万, t 尾矿中含有黄铁矿、磁黄铁矿, 硫品位为6%左右。经浮选粗选) 扫选, 得硫精矿品位36%, 回收率50%, 建1000t/d的选矿
[19]
厂, 年经济效益为15. 8万元。
(2) 铅锌尾矿。我国铅锌多金属矿产资源丰富, 矿石常伴生有铜、银、金、铋、锑、硒、碲、钨、钼、锗、镓、铊、硫、铁及萤石等。我国70%的银来自铅锌矿石。
如江西铜业公司的银山铅锌矿从铅锌尾矿、铜硫尾矿以及老尾矿, 经硫化物浮选回收铅、锌、铜后,
[2, 11]
再浮选回收绢云母。
凡口铅锌矿1号尾矿库尾矿小型试验结果表明, 尾矿经0. 074mm 细筛分级、摇床重选和浮选后, 得到了含硫35. 70%, 总回收率为63. 50%的硫
[20]
精矿产品。
(3) 钼尾矿。金堆城钼矿中铜地质平均品位0. 028%, 对钼尾矿采用浓密脱药) 活化) 浮选工艺, 铜回收率达80%; 对选铜尾矿, 在不进行脱药浓缩情况下, 采用一次粗选、一次扫选、两次精选工艺即可获得品位48%以上的硫精矿; 该矿磁铁矿地质平均品位0. 77%, 嵌布粒度细, 尾矿采用磁选) 再磨) 脱泥) 筛分工艺流程可获得品位大于62100%, 含硫小于0. 20%的铁精矿
[21]
主要考虑尾矿水的循环利用, 一般采用浓密机溢流回水和尾矿库澄清回水两种形式。例如金川有
色金属公司用水力输送尾矿至尾矿库:根据选矿工艺中用水的要求, 将选矿废水回用后, 利用多余的含有过多选矿药剂和其他成分的废水将尾矿输送至
[10]
10多千米远的尾矿库。
2. 4. 2 二次再选
近年来, 有色金属行业的科技工作者, 通过科技创新, 攻克了有色金属尾矿有价组分的回收技术, 并取得了一定成绩, 使得我国有色金属尾矿回收率得到很大的提高, 也给企业带来巨大的经济效益。实现方法有:完善回收工艺、进行简单的预选、采用高效选别设备、优化产品方案。
(1) 铜尾矿。根据尾矿成分, 从铜尾矿中, 可以选出铜、金、银、铁、硫、萤石、硅灰石、重晶石等多种有用成分。
铜官山是有色金属行业中最早再选尾矿的矿山, 采用先硫后铁的工艺, 年最高利润达281万元
[3]
[18]
。
河南栾川某钼矿从浮选钼后的尾矿中, 用磁选) 重选流程再选, 回收钨精矿, 选钨后的尾矿再回收长石精矿和石英精矿, 使得尾矿不足原矿的30%
[2]
。
(4) 锡尾矿。云南云龙锡矿采用重选) 浮选流
[12]
程从锡尾矿回收锡; 栗木锡矿也成功应用先重选后浮选流程(先硫化物后锡石) 从老尾矿中回收锡, 回收率63. 11%
[3]
。; 大厂锡矿对尾矿进行回采, 回收
[22]
近年来, 江铜集团攻克/含铜废石0堆浸技术难
关, 掌握了当今世界先进的/堆浸) 电萃取) 电积0
#0. 5%以上尾矿为主, 综合回收了铅、锌、锑、银。
(5) 钨尾矿。至2004年已经有8个钨矿从钨
孙 燕等:有色金属尾矿的问题及处理现状 尾矿中回收钼
[12]
2009年第5期
, 如漂塘钨矿、湘东钨矿、荡平钨矿杭州市闲埠钼铁矿研究用钼铁尾矿代替部分水泥原料烧制水泥的生产技术, 并在余杭县和睦水泥
厂的工业性生产中一次试验成功, 收到了明显的经济效益。
(c) 制玻璃、微晶玻璃及装饰面。20世纪90年代以来, 国内开始了利用尾矿制取玻化砖及微晶玻璃等的研究。前者将尾矿加适量粘土后, 经喷雾干燥、压制成型、高温烧成, 供地面、墙面装饰之用; 后者以S i O 2成分为主, 尾矿可掺入15%~50%, 加上碎玻璃可达80%~90%, 经过熔化、水淬、升温晶化后成为玻璃相和结晶相的复合多晶陶瓷, 可代替天然花岗岩作高级装饰材料
[7]
等, 其中漂塘钨矿采用两段浮选流程从重选尾矿细
[2]
泥中回收钼、铋和银。
2. 4. 3 尾矿的直接利用
将尾矿利用起来是消除尾矿污染, 利用资源的积极措施, 是指尾矿不经过再选而直接使用, 一般要求其中的有害成分含量低于标准。主要有建筑原料和充填两方面的应用。
(1) 作建筑材料。20世纪80年代以来, 我国开展大量的利用尾矿作建筑材料的研究, 并取得了一系列成果。主要依据有色金属矿山尾矿的矿物成分、化学成分和工艺性能, 尤其是以石英为主要成分的细粒尾矿利用最多。目前, 国内外已经开发出来的尾矿建筑材料很多, 最为常见的产品包括微晶玻璃、建筑陶瓷、尾矿水泥、铸石制品、玻璃制品、尾矿肥料和灰砂砖等。
(a) 制免烧砖。尾矿制砖是利用尾矿主要出路, 既可以节省大量堆积尾矿占用的土地和投资, 也可消除或减少尾矿对环境污染。一般以密度较轻的细粒尾矿石英砂为主料经钙化处理而获得。
例如月山铜矿以尾矿和石灰为原料, 经坯料制备, 压制成型, 饱和蒸压养护制成灰砂砖, 经检验质量均达部颁标准, 年产砖2000万块, 产值100多万元
[3]
。
同济大学与上海玻璃器皿二厂合作, 以安徽琅琊山铜矿尾矿为原料, 已研制出可代替大理石、花岗岩和陶瓷面砖等具有高强、耐磨和耐蚀的铜尾矿微晶玻璃
[1]
。
大厂铅锌尾矿中含硅80%以上, 并含有一定数量的钾长石和钠长石, 多年来一直是株洲玻璃厂生产平板玻璃、压花玻璃和玻璃球的重要原料之一
[15]
。
(d) 生产化肥及土壤改良剂。尾矿中往往含有
锌、锰、钼、钒、硼、铁等微量元素, 这些微量元素是维持植物生长和发育所必需的元素。利用尾矿中的这些元素可以生产各种微量元素肥料:对含有钙矿物的尾矿, 可用作土壤改良剂施于酸性土壤; 对于含有钙、镁和硅的氧化物尾矿, 可用作农业肥料对酸性土壤进行钙化; 将某些钼矿的尾矿作为微量元素肥料施于缺钼的土壤, 则既有利于农业增产, 又有利于降低食道癌的发病率。
(e) 其他用途。除上述各种产品外, 还有部分尾矿被用作工艺美术陶瓷、日用陶瓷原料, 混凝土骨料、铁路道渣、砂浆、筑路砂石等。
(2) 充填。矿山采空区的回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一。一般每采1t 矿石需要回
3[3]
填0. 25~0. 4m 废石。而且尾矿做充填料, 其充填费仅为碎石水力充填费用的1/4~1/10。不仅解决了尾矿排放问题, 减轻了企业的经济负担, 还取得了良好的社会效益。有的矿山由于地形的原因, 不可能设置尾矿库, 将尾矿填入采空区就更有意义。如在建的安徽前常铜铁矿, 地处淮北平原, 由于地形及环保等特殊要求, 必须将选矿厂排出的尾矿全部充填于采空区。
近10多年来, 随着在充填料制备、输送技术、充
#
[22]
。
江铜银山铅锌矿, 利用该矿的尾矿化学成分比
较稳定来生产蒸压硅酸盐砖, 经测定达到国标150号砖, 1995年建成1个年产1000万块砖的尾矿砖
[9]
厂, 获得了良好的经济效益和社会效益。
江西西华山钨矿利用尾矿与石灰生产钙化砖, 年生产砖达1000万块, 成品砖经检测各项指标均达国家150号标准砖的要求。
(b) 生产水泥。尾矿用于生产水泥, 就是利用尾矿中的某些微量元素影响熟料的形成和矿物的组成。目前, 国内外对利用尾矿煅烧水泥的研究主要是使用铅锌尾矿和铜尾矿, 这两种尾矿不仅可以代替部分水泥原料, 而且还能起矿化作用, 有效的提高熟料产量和质量以及降低煤耗。
例如山东省昌乐县特种水泥厂用5. 32%的铜尾矿进行配料后, 熟料质量有所提高, 能满足高标号水泥。
凡口铅锌矿于1978年利用含方解石、石灰石为主的尾矿生产水泥, 年生产水泥15万, t 其标号达到600号。
总第395期 金 属 矿 山 2009年第5期填材料开发和充填回采工艺技术等方面均取得了长足的发展, 加之井下无轨自行设备的广泛应用, 我国充填技术达到了世界先进水平, 充填采矿法现已成为我国一种高效的开采方法
[16-17, 21]
[22]
年起进行了一系列研究, 主要有:最大限度地提高矿石中有价元素的回收率, 降低尾矿产率, 尾矿渣的21%外销做水泥辅料而得到利用, 79%就地回填井下, 实现了尾矿渣的零排放, 彻底避免了尾矿废渣对环境的污染。3 结论及展望
有色金属矿山尾矿的处理在世界范围内是一个亟待解决的问题。我国从20世纪80年代以来在尾矿的处理与利用方面取得了不少的进展, 不仅可以防治环境污染, 还能产生一定的经济效益。然而, 我国有色金属尾矿的治理工作落实不够:大多尾矿库运行不正常, 很多地方中小企业无环境意识, 甚至不堆坝直接排放; 综合利用意识不强, 技术开发能力低, 尾矿的利用率还很低, 大多停留在回收主要金属及开发粗糙的制品, 并且开发的产品市场竞争性不强, 研发和生产上脱钩; 矿产资源综合利用资金投人严重不足; 国家很多政策法制不健全:比如矿山分类开采, 各部门协调不够, 激励措施不够。
由于我国尾矿积存多, 新增量巨大, 分布十分广泛, 性质又较复杂, 各个矿山的尾矿在化学组成和物化性质方面差异较大。因此, 在尾矿的治理及利用方面还有待加强:转变观念, 提高尾矿治理及利用意识; 技术革新; 加强政府的宏观指导, 完成相关体制建设; 加强企业管理; 通过工程示范, 推动尾矿利用发展; 引进市场机制。最终目的是实现无废矿山, 走可持续发展路线。
参 考 文 献
[1] 徐凤平, 周兴龙, 胡天喜. 我国尾矿资源利用现状及建议[J ].
云南冶金, 2007(4):25-27.
[2] 徐 慧, 徐 凯. 加快我国有色金属矿山尾矿开发利用[J].中
国有色金属, 2006(10):49-51.
[3] 章庆和, 苏蓉晖. 有色金属矿尾矿的资源化[J].矿产综合利
用, 1996(4):27-30.
[4] 蔡嗣经, 杨 鹏. 金属矿山尾矿问题及其综合利用与治理[J ].
中国工程科学, 2000(2):89-92.
[5] 张 华, 张忠辉. 浅析四川有色金属矿山的尾矿处置[J].四川
有色金属, 2000(1):49-53.
[6] 卢 颖, 孙胜义. 我国矿山尾矿生产现状及综合治理利用[J ].
矿业工程, 2007(5):53-55.
[7] 张锦瑞, 等. 循环经济与金属矿山尾矿的资源化研究[J].矿产
综合利用, 2005(3):29-32.
[8] 常前发. 我国尾矿综合利用的现状及对策[J].中国矿业, 1999
(2):20-23.
[9] 朱维根. 矿产资源开发与可持续发展[J].中国矿业, 2004(9):
44-46.
[2]
。目前, 我国应用充
[9]
填采矿法的有色金属矿山占1/4左右。
(a) 主要技术。传统的水力充填。选用
分级粗尾砂作为充填料, 伴混水泥胶结充填送井下充填, 细尾矿进尾矿库。要求尾矿稳定, 粒级大部分在0. 037mm 以上。然而受采矿工艺、充填技术和设备的限制, 该法使井下生产环境污染严重、充填体强度不均、充填成本较高。
全尾砂膏体充填:包括全尾砂胶结充填和高水固结全尾砂充填两种方法, 20世纪80年代发展起来的。主要特点是:¹充填骨料为全粒级尾矿, 其中-20L m 细粒的含量不少于15%; º尾矿需过滤或浓缩达到80%左右的浓度; »添加水泥等胶结剂和水调节充填料的流变性和强度。高浓度膏体充填的优越性在于其基本不析水, 胶结剂用量少, 充填体稳定性好、强度高、尾矿用量大、对井下污染少, 因此得到国内外矿山的广泛应用。
利用尾矿井下充填, 还要充分估计地下尾矿库对相邻采矿作业的影响:如尾矿排放浓度与井下排水经营费用的关系; 封堵工程的稳定性问题; 废弃空区排放尾矿后的安全监控措施。
(b) 应用实例。金川有色金属公司于1985年开始进行尾砂充填试验, 1988年成功发现尾砂全水速凝低浓度充填应用潜力较大, 使得尾矿井下大面积充填在技术上可行, 在经济上合理, 每年可节约800万元。
凡口铅锌矿和长沙矿山研究院共同开发的高浓度全尾砂胶结充填工艺, 尾矿利用率高达95%
2. 4. 4 选矿尾矿综合利用和零排放研究实践
[7]
。
实现无尾矿矿山生产最终依赖于尾矿的整体利用, 一般根据原矿石的矿物组成、化学成分及其工艺特点, 进行无尾矿选矿工艺的研究和论证。我国有色金属矿山在这方面有很多成功的例子:
李家湾铜矿在选铜尾矿中, 粗砂作为采矿尾矿充填料, 对细粒尾矿进行湿式强磁选, 选出硅灰石精矿用于生产釉面砖和水泥混合材料等, 其硅灰石尾矿用于生产外墙砖和地砖, 实现了无尾矿选矿工艺, 最大限度地利用了选铜尾矿中的各种矿物成分
[15]
。
南京栖霞山铅锌银矿原矿经选矿, 产出选矿废
3
水5400m /d、选矿尾矿约400t/d左右。从1999
#(下转第15页)
丁新启等:基于模糊聚类分析的回采巷道围岩分类与支护研究 设
5. 2 第Ô类巷道围岩的支护方案
2009年第5期
6 结 论
本研究根据模糊聚类分析原理, 选择巷道围岩多指标分类方法, 利用VB6. 0语言编制分类程序对西石门铁矿回采巷道围岩进行了分类。根据分类结果, 我们对不同类别的回采巷道围岩分别提出相应的支护方案, 与该矿以前的围岩变形控制方案相比, 支护效果和经济效益有明显提高。
运用模糊聚类分析的方法对围岩进行分类和支护进行研究, 本研究只是进行了一个初步的尝试。该方法将会在更多的工程实践中得到应用和提高, 使得分类指标的选取更详细、更具代表性, 分类结果与事实更加吻合。
参 考 文 献
[1] 朱剑英. 应用模糊数学方法的若干关键问题及处理方法[J ].
模糊系统与数学, 1992, 11(2):57-631
[2] 李安贵. 模糊数学及其应用[M].2版1北京:冶金工业出版
社, 20051
[3] 蔡美峰, 何满朝, 刘东燕, 等. 岩石力学与工程[M ].北京:科学
出版社, 20021
[4] W i ckha m. H andbook on M echan ical Properties of Rocks[M].[S .
. l ]:Pub licati on Tran s T ech, 19781
[5] 乔 兰, 李 远, 朱兰洋, 等. 基于屈服接近度的西石门铁矿巷
道稳定性模拟研究[J].中国矿业, 2007, 16(12):68-711[6] C han K P , Cheung Y S. M od ified f uzzy ISODATA f or t h e class ifica -ti on of handw ritten chinese characters[C ]//ProcIn tC onf Ch i n ese C o m pu t 1S i ngapore :[s . n. ],1986:61-641
[7] 姚 巍. V i sual Basic 数据库开发及工程实例[M].北京:人民
邮电出版社, 20031
[8] 蔡美峰. 金属矿山采矿设计优化与地压控制[M].北京:科学
出版社, 20011
[9] 高 磊. 矿山岩石力学[M].北京:机械工业出版社, 19871
对于此类巷道围岩, 也采用锚杆+钢筋网+喷射混凝土支护的方法, 但支护参数不同。在巷道开挖成形以后, 允许其围岩有一定的变形发生, 然后选择最佳支护时间进行支护。对这类巷道设计锚杆长
度为2. 5m, 间距为1m, 排距为4m, 锚杆呈扇形状布置, 顶板锚杆的控制角分别为45b , 60b , 两帮的锚杆控制角分别为0b 和向上15b , 如图5
所示。
图5 第Ô类巷道支护
支护施工时遵循如下步骤:¹巷道顶板全部挂设
5. 3 第Ó类巷道围岩的支护方案
这类巷道的围岩为中等稳固, 根据实际情况, 在局部位置采用喷射混凝土或单体锚杆支护即可, 故在此不再具体论述。
(收稿日期 2009-04-10)
江西有色金属, 2002(16):1-4.
[17] 吕宪俊, 连民杰. 金属矿山尾矿处理技术进展[J].金属矿山,
2005(8):1-4.
[18] 梁雪海, 刘 清. 提高选厂尾矿中有用矿物综合回收效益的
途径[J].金属矿山, 1998(12):26-28.
[19] 吴东国, 于 雪. 尾矿再利用的试验研究[J].有色矿冶, 2007
(3):26-29.
[20] 曾懋华, 等. 从凡口铅锌矿尾矿中回收硫精矿的研究[J].矿
冶工程, 2007(1):36-43.
[21] 张培安. 金堆城钼矿床有价元素的综合回收利用研究[J].有
色金属, 2002(5):1-4.
[22] 严志强. 广西有色金属工业尾矿处置模式研究[J].广西师范
学院学报, 2003(3):16-20.
(上接第10页)
[10] 赵志龙. 金属矿采选项目环评中与尾矿有关的环境问题[J].
有色金属, 2007(4):156-159.
[11] 夏 青. 银山铅锌矿尾矿处理实践[J].有色金属:选矿部分,
2001(4):29-32.
[12] 曾祥文. 当前我国尾矿处理的对策[J ].工业安全与防尘,
1997(2):22-23.
[13] 毕上刚. 选矿尾矿的处理与利用[J ].世界有色金属, 2001
(4):66-67.
[14] 赵英姿. 浅谈尾矿库防渗措施与生态重建[J].矿业工程,
2007(3):55-57.
[15] 孙 伟. 有色金属矿山尾矿综合回收与利用[J].青岛建筑工
程学院, 44-47.
[16] 郭金峰. 矿山废弃空间排放尾矿的技术进展及应用前景[J].
(收稿日期 2009-03-17)
##
Se ries N o . 395
M ay 2009
金 属 矿 山 总第395期
M ETAL M INE
2009年第5期
有色金属尾矿的问题及处理现状
孙 燕
1, 2
*
刘和峰 刘建明 孟繁威 张伟庆
3141, 2
(11中国科学院地质与地球物理研究所;
21中国科学院研究生院; 31赤峰地质勘查开发院; 41内蒙古阿鲁科尔沁旗地震局)
摘 要 随着排放量越来越大, 有色金属尾矿所带来的问题日趋严重。综述了我国有色金属尾矿处理的现状, 并针对有色金属尾矿粒度细, 有价元素关系复杂, 含有有毒有害物质, 数量大的特点, 指出了有色金属尾矿所带来的问题, 提出了看法和建议。
关键词 有色金属尾矿 综合利用 直接利用
Current Proble m s i n t he D isposal of N onferrousM et a llic Tailings Sun Y an L i u H efeng L i u Jianm ing M eng Fanw e i Zhang W e i q i n g
1, 2
3
1
4
1, 2
(1. Instit u te of Geo logy and G eop hys ics , CA S; 2. G raduate S choo l of CA S ; 3. Ch i feng Instit u te of Geo log ical Investi gation and Exp l o itati on ; 4. A rhorchin Banner Seismo l ogical B urea of Inner M ongo lia)
Abstrac t T he prob le m s caused by nonferrous me tallic ta ili ngs a re i ncreas i ng ly sev ere r w ith t he i ncrease of taili ngs d i scharg e a m ount . T he pape r rev i ews t he curren t state of the d i sposa l o f nonfe rrous m eta lli c ta ili ng s i n Ch i na , po i nts out the prob l em s i n re lati on to t he ir characteristics , such as fi ne s i ze , com plex va l uab l e e l em ent re l a tion , po i sonous substance con -tent and larg e a m ount , and pu ts f o r w ard the i m prove m en t suggesti ons .
K eywords N onferrous m eta ls taili ngs , Comprehensi ve utilizati on , D irec t utiliza ti on
矿产资源是人类生存和社会发展的重要物质基础。我国是有色金属生产大国, 而有色金属矿山的
尾矿量达70%~95%, 既造成了大量资源损失于尾矿中, 尾矿对环境等也产生了很大的危害。因此, 有色金属尾矿的治理及综合开发利用是当前迫在眉睫的问题。
1 有色金属尾矿概述
1. 1 有色金属尾矿有关的数据
(3) 大多是硫化物尾矿, 易氧化形成酸性水。(4) 有少量的有毒有害物质。一是矿石中带来的如铜、铅、砷、锡、汞、镍等; 二是药剂中带来的氰化物、硫化物、重铬酸盐、硅氟化钠、硫酸铜、硫酸锌和黄药、黑药、松醇油等。
(5) 数量大、易流动、输送浓度很低。由于选矿过程需大量的水, 尾矿排放后多呈尾矿浆, 含20%的固体质量, 80%以上为水, 一般每得到1t 金属量的铜精矿, 就要产出近1000t 尾矿浆, 其中含有100
[4-5]
多t 尾矿。
1. 3 有色金属尾矿所带来的问题
目前, 由于我国有色金属矿产80%是共(伴)
生、金属品位低, 有色金属采选回收率为50%~60%(比发达国家低10%~15%), 伴生有色金属回
[1]
收率为40%(比外国低20%) 。我国现有300多个国营有色金属尾矿坝, 堆存的尾矿量为22亿t 以上, 并以每年1. 4亿t 增长, 而尾矿坝正常运行的仅占52%, 尾矿平均利用率为8. 2%
1. 2 有色金属尾矿的特点
[2-3]
有色金属尾矿地表堆放, 主要存在以下几方面的问题。
1. 3. 1 资源的浪费
。
由于以前选矿技术及意识的原因, 尾矿中含大量的可回收金属元素, 并且对占尾矿大半乃至90%
有色金属的尾矿一般由矿石、脉石及围岩中所含多种矿物组成, 其主要化学成分为S i O 2, C a O, M g O, A l 2O 3, Fe 2O 3等。具有以下几方面的特点:
(1) 颗粒极细, 多数小于-0. 074mm 。
(2) 尾矿中多达40种金属元素且关系复杂。
#[4]
*国家重点基础研究规划/9730项目(编号:2006CB403507) 。孙 燕(1985) ), 女, 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室, 中国科学院研究生院, 硕士研究生, 100029北京市朝阳区北土城西路19号。
孙 燕等:有色金属尾矿的问题及处理现状 以上的非金属组分极少开发利用
[6]
2009年第5期
。例如云锡老减少尾矿的占地面积; 选矿厂排出的尾矿经砂泵站加压后送至尾矿库; 进行尾矿库安全管理与监测, 安排专职人员定时进行坝体浸润线、坝体沉降位移、渗流量、库水位排水井溢流水质等项目的观测。
2. 1. 2 尾矿库对环境污染的防治
尾矿数量已达到1亿t 以上, 平均含锡为0. 15%, 损
[7]
失的金属锡达20万t 以上。
1. 3. 2 耗费巨资建立尾矿库和运营管理并且占用大面积的土地或农田
随着尾矿量的增加, 堆坝和管理工作量越来越大, 越来越困难, 而只有少部分得到利用。因此会耗费大量的人力、物力、财力并要占用大量的农田、山地。据统计, 我国冶金矿山每吨尾矿需尾矿库基建投资1~3元, 生产经营管理费用3~5元, 尾矿库的
[8]
设施费占采选总投资的5%~40%。据预测, 到2010年, 全国固体矿产采选排出尾矿破坏土地和堆存占地面积将达到2. 47~4. 69万k m 。1. 3. 3 尾矿坝潜在的工程灾害危及人民生命财产的安全和矿山的安全
目前国内大部分尾矿库超期服务, 超库容使用, 使原设计坝体的稳定性和抗渗性受到严重影响, 并且尾矿结构松软, 含大量的水, 尾矿库溃坝等灾害事故时有发生。如云南锡业公司新冠选矿厂火谷都尾矿坝失稳决口, 约3个多小时奔涌出尾矿浆346533
m , 库水3952m , 造成下游村民伤亡和数千公顷农田被淹没, 选矿厂停产3a 。
1. 3. 4 严重地污染周边的环境
[4]
2[9]
(1) 尾矿库扬尘的防治。对尾矿采取固结和稳
定措施。主要有化学药剂使尾矿絮凝结团与快速沉积固结、物理覆盖、植被法、湿润法抑砂压尘、尾矿干法处置等
[4, 12-13]
。
(2) 尾矿水的防治。有色金属废水处理技术发展较快, 有自然净化法、中和法、硫化法、离子交换法、萃取法、铁置换法、电渗析法、超滤法等, 或是组成各种联合工艺。还要注意尾矿库区岩体裂隙渗流的堵截技术, 例如设垫层、流渗障、渗漏返流系统, 防止尾矿中有害物质进入地下水
2. 1. 3 尾矿库的治理
[14]
[4]
。
(1) 复垦。它是对尾矿库已堆满库容后的后继处置措施, 分为工程复垦和生物复垦两个部分, 其主要内容包括粉尘控制、覆盖表土及防止表土流失、坝基保安、减少重金属污染物的径流量、绿化及加速自
[5, 14]
然转变过程等, 关键是填加隔离层和表层土壤。
我国利用尾矿库造地复田植被绿化, 在许多有色金属矿山中已实施
[15]
。如中条山有色金属公司
尾矿扬尘含有大量的有害物质并且颗粒细, 随
风飞扬会污染大气和环境。如金川有色金属公司的尾矿, 在狂风季节中细颗粒尾矿腾空而起, 形成长达数公里的/黄龙0, 严重污染环境。尾矿水含重金属、药剂, 并呈酸性, 污染水源和土壤, 破坏生态平衡。
2 有色金属尾矿的处置现状
有色金属矿山尾矿主要堆置于尾矿库, 不过随着研究工作的进行以及技术的进步, 很多尾矿能得到很好的处理或综合利用。
2. 1 堆置于尾矿坝
2. 1. 1 尾矿库堆置的前提及工程技术问题的解决
[4]
篦子沟铜矿两个服役期满的尾矿库, 已采用复土植
被的方法造田, 粮食、水果都获得了丰收; 云锡大屯硫化矿尾矿覆土, 能固堤保土, 效果很好; 金川有色金属公司采用/覆盖、蓄水、恢复植被、引水建立人工植被方案0, 对大型尾矿库进行环境治理, 填补了我国在该地质条件下尾矿治理的空白, 都取得了明显的经济效益和社会效益。
(2) 露天矿山利用尾矿库做排土场。已经储满尾矿并停止使用的尾矿库, 或是正在使用的尾矿库靠近坝体已干涸的部分区段, 可以设计用作露天矿山排土场。这样做的好处很多, 可以节省排土场的占地面积, 又可以防止尾矿库扬尘。关键问题是需要研究具体矿山高边坡排土场的稳定性与可能发生的泥石流问题。我国很多露天开采的钼矿山是采用此法。
2. 2 尾矿的海底排放[13,16]
[4, 16]
(1) 堆置前提。尾矿有潜在利用价值, 现在技术不能很好地利用或者经济效益太低。有合适的建库地址, 一般选人口稀少的山谷和山坡(占90%以上) 、荒地、洼地; 基岩的水文、工程、环境地质条件优良; 附近有足够的筑坝材料; 尾矿输送方便
(2) 堆置技术问题及解决
[4, 10-11]
[4]
。这种方法包括尾矿处理作业线、海水投入作业线、在排气/混合室处理尾矿, 然后把尾矿排放到局部的深处且能靠重力沉积的区域。该法1971年首
次应用于加拿大的Island 铜矿后, 随后在加拿大的
#
。常用的建库
技术是采用透水土石筑成混合坝作初期坝, 采用上游法尾矿充填, 在后期采用井管排渗设施, 高筑坝,
总第395期 金 属 矿 山 2009年第5期K itsau lt 铜矿、格陵兰的B lackAnge l 铅锌矿及巴布亚新几内亚的M isi m a 金银矿应用并有很好的效果。在我国还没有报道。
该法使用时需考虑到本地区自然条件的特殊性, 必须对尾矿的p H 值进行严格控制, 所用的选矿药剂必须是生物可降解的。
2. 3 膏体无坝地面堆放[4, 10, 17]
湿法冶金提铜技术, 最大限度地利用铜资源, 并形成了规模化生产。其下属的德兴、永丰、武山、东乡、城
门山铜矿都在回收铜、硫, 以及伴生的银、金、硒、锑。以该公司德兴铜矿为例, 2004年的铜、金、银选矿回收率依次为86. 60%, 62. 32%, 65. 09%, 分别比1995年提高了6. 6%, 0. 31%, 5. 45%, 并且还用水力旋流器对铜尾矿进行分级并重力选硫, 年回收硫精矿1000, t Cu 9. 2, t Au 33. 4kg , 产值达1300多万元
[2]
该法也叫/半干式堆存0, 是近年来发展起来的一种新的尾矿处理方法, 是指尾矿浆经脱水处理后的一种不偏析、含水低的膏状尾矿, 具有一定的支撑
强度和浓度, 能够自然堆积成有一定高度的山脊。
常用的制备方法:先用深锥浓密机将其浓缩至45%固体含量, 再用真空过滤式压滤机处理使固体浓度达75%~85%。一般采用逐层堆积。
该方法可以在峡谷、低洼、平地、缓坡等地形条件下应用, 不需要建尾矿坝, 基建投资少、维护简单、综合成本低, 也特别适合近处无合适的尾矿库, 需运到别处的矿山。经经济对比与计算, 尾矿膏体地面无坝堆放的费用仅为建尾矿库处理尾矿费用的1/3左右。
2. 4 尾矿的综合利用2. 4. 1 尾矿水的利用
。
红透山铜矿有2座尾矿库, 现有存量300万, t
每年可增加尾矿量10万, t 尾矿中含有黄铁矿、磁黄铁矿, 硫品位为6%左右。经浮选粗选) 扫选, 得硫精矿品位36%, 回收率50%, 建1000t/d的选矿
[19]
厂, 年经济效益为15. 8万元。
(2) 铅锌尾矿。我国铅锌多金属矿产资源丰富, 矿石常伴生有铜、银、金、铋、锑、硒、碲、钨、钼、锗、镓、铊、硫、铁及萤石等。我国70%的银来自铅锌矿石。
如江西铜业公司的银山铅锌矿从铅锌尾矿、铜硫尾矿以及老尾矿, 经硫化物浮选回收铅、锌、铜后,
[2, 11]
再浮选回收绢云母。
凡口铅锌矿1号尾矿库尾矿小型试验结果表明, 尾矿经0. 074mm 细筛分级、摇床重选和浮选后, 得到了含硫35. 70%, 总回收率为63. 50%的硫
[20]
精矿产品。
(3) 钼尾矿。金堆城钼矿中铜地质平均品位0. 028%, 对钼尾矿采用浓密脱药) 活化) 浮选工艺, 铜回收率达80%; 对选铜尾矿, 在不进行脱药浓缩情况下, 采用一次粗选、一次扫选、两次精选工艺即可获得品位48%以上的硫精矿; 该矿磁铁矿地质平均品位0. 77%, 嵌布粒度细, 尾矿采用磁选) 再磨) 脱泥) 筛分工艺流程可获得品位大于62100%, 含硫小于0. 20%的铁精矿
[21]
主要考虑尾矿水的循环利用, 一般采用浓密机溢流回水和尾矿库澄清回水两种形式。例如金川有
色金属公司用水力输送尾矿至尾矿库:根据选矿工艺中用水的要求, 将选矿废水回用后, 利用多余的含有过多选矿药剂和其他成分的废水将尾矿输送至
[10]
10多千米远的尾矿库。
2. 4. 2 二次再选
近年来, 有色金属行业的科技工作者, 通过科技创新, 攻克了有色金属尾矿有价组分的回收技术, 并取得了一定成绩, 使得我国有色金属尾矿回收率得到很大的提高, 也给企业带来巨大的经济效益。实现方法有:完善回收工艺、进行简单的预选、采用高效选别设备、优化产品方案。
(1) 铜尾矿。根据尾矿成分, 从铜尾矿中, 可以选出铜、金、银、铁、硫、萤石、硅灰石、重晶石等多种有用成分。
铜官山是有色金属行业中最早再选尾矿的矿山, 采用先硫后铁的工艺, 年最高利润达281万元
[3]
[18]
。
河南栾川某钼矿从浮选钼后的尾矿中, 用磁选) 重选流程再选, 回收钨精矿, 选钨后的尾矿再回收长石精矿和石英精矿, 使得尾矿不足原矿的30%
[2]
。
(4) 锡尾矿。云南云龙锡矿采用重选) 浮选流
[12]
程从锡尾矿回收锡; 栗木锡矿也成功应用先重选后浮选流程(先硫化物后锡石) 从老尾矿中回收锡, 回收率63. 11%
[3]
。; 大厂锡矿对尾矿进行回采, 回收
[22]
近年来, 江铜集团攻克/含铜废石0堆浸技术难
关, 掌握了当今世界先进的/堆浸) 电萃取) 电积0
#0. 5%以上尾矿为主, 综合回收了铅、锌、锑、银。
(5) 钨尾矿。至2004年已经有8个钨矿从钨
孙 燕等:有色金属尾矿的问题及处理现状 尾矿中回收钼
[12]
2009年第5期
, 如漂塘钨矿、湘东钨矿、荡平钨矿杭州市闲埠钼铁矿研究用钼铁尾矿代替部分水泥原料烧制水泥的生产技术, 并在余杭县和睦水泥
厂的工业性生产中一次试验成功, 收到了明显的经济效益。
(c) 制玻璃、微晶玻璃及装饰面。20世纪90年代以来, 国内开始了利用尾矿制取玻化砖及微晶玻璃等的研究。前者将尾矿加适量粘土后, 经喷雾干燥、压制成型、高温烧成, 供地面、墙面装饰之用; 后者以S i O 2成分为主, 尾矿可掺入15%~50%, 加上碎玻璃可达80%~90%, 经过熔化、水淬、升温晶化后成为玻璃相和结晶相的复合多晶陶瓷, 可代替天然花岗岩作高级装饰材料
[7]
等, 其中漂塘钨矿采用两段浮选流程从重选尾矿细
[2]
泥中回收钼、铋和银。
2. 4. 3 尾矿的直接利用
将尾矿利用起来是消除尾矿污染, 利用资源的积极措施, 是指尾矿不经过再选而直接使用, 一般要求其中的有害成分含量低于标准。主要有建筑原料和充填两方面的应用。
(1) 作建筑材料。20世纪80年代以来, 我国开展大量的利用尾矿作建筑材料的研究, 并取得了一系列成果。主要依据有色金属矿山尾矿的矿物成分、化学成分和工艺性能, 尤其是以石英为主要成分的细粒尾矿利用最多。目前, 国内外已经开发出来的尾矿建筑材料很多, 最为常见的产品包括微晶玻璃、建筑陶瓷、尾矿水泥、铸石制品、玻璃制品、尾矿肥料和灰砂砖等。
(a) 制免烧砖。尾矿制砖是利用尾矿主要出路, 既可以节省大量堆积尾矿占用的土地和投资, 也可消除或减少尾矿对环境污染。一般以密度较轻的细粒尾矿石英砂为主料经钙化处理而获得。
例如月山铜矿以尾矿和石灰为原料, 经坯料制备, 压制成型, 饱和蒸压养护制成灰砂砖, 经检验质量均达部颁标准, 年产砖2000万块, 产值100多万元
[3]
。
同济大学与上海玻璃器皿二厂合作, 以安徽琅琊山铜矿尾矿为原料, 已研制出可代替大理石、花岗岩和陶瓷面砖等具有高强、耐磨和耐蚀的铜尾矿微晶玻璃
[1]
。
大厂铅锌尾矿中含硅80%以上, 并含有一定数量的钾长石和钠长石, 多年来一直是株洲玻璃厂生产平板玻璃、压花玻璃和玻璃球的重要原料之一
[15]
。
(d) 生产化肥及土壤改良剂。尾矿中往往含有
锌、锰、钼、钒、硼、铁等微量元素, 这些微量元素是维持植物生长和发育所必需的元素。利用尾矿中的这些元素可以生产各种微量元素肥料:对含有钙矿物的尾矿, 可用作土壤改良剂施于酸性土壤; 对于含有钙、镁和硅的氧化物尾矿, 可用作农业肥料对酸性土壤进行钙化; 将某些钼矿的尾矿作为微量元素肥料施于缺钼的土壤, 则既有利于农业增产, 又有利于降低食道癌的发病率。
(e) 其他用途。除上述各种产品外, 还有部分尾矿被用作工艺美术陶瓷、日用陶瓷原料, 混凝土骨料、铁路道渣、砂浆、筑路砂石等。
(2) 充填。矿山采空区的回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一。一般每采1t 矿石需要回
3[3]
填0. 25~0. 4m 废石。而且尾矿做充填料, 其充填费仅为碎石水力充填费用的1/4~1/10。不仅解决了尾矿排放问题, 减轻了企业的经济负担, 还取得了良好的社会效益。有的矿山由于地形的原因, 不可能设置尾矿库, 将尾矿填入采空区就更有意义。如在建的安徽前常铜铁矿, 地处淮北平原, 由于地形及环保等特殊要求, 必须将选矿厂排出的尾矿全部充填于采空区。
近10多年来, 随着在充填料制备、输送技术、充
#
[22]
。
江铜银山铅锌矿, 利用该矿的尾矿化学成分比
较稳定来生产蒸压硅酸盐砖, 经测定达到国标150号砖, 1995年建成1个年产1000万块砖的尾矿砖
[9]
厂, 获得了良好的经济效益和社会效益。
江西西华山钨矿利用尾矿与石灰生产钙化砖, 年生产砖达1000万块, 成品砖经检测各项指标均达国家150号标准砖的要求。
(b) 生产水泥。尾矿用于生产水泥, 就是利用尾矿中的某些微量元素影响熟料的形成和矿物的组成。目前, 国内外对利用尾矿煅烧水泥的研究主要是使用铅锌尾矿和铜尾矿, 这两种尾矿不仅可以代替部分水泥原料, 而且还能起矿化作用, 有效的提高熟料产量和质量以及降低煤耗。
例如山东省昌乐县特种水泥厂用5. 32%的铜尾矿进行配料后, 熟料质量有所提高, 能满足高标号水泥。
凡口铅锌矿于1978年利用含方解石、石灰石为主的尾矿生产水泥, 年生产水泥15万, t 其标号达到600号。
总第395期 金 属 矿 山 2009年第5期填材料开发和充填回采工艺技术等方面均取得了长足的发展, 加之井下无轨自行设备的广泛应用, 我国充填技术达到了世界先进水平, 充填采矿法现已成为我国一种高效的开采方法
[16-17, 21]
[22]
年起进行了一系列研究, 主要有:最大限度地提高矿石中有价元素的回收率, 降低尾矿产率, 尾矿渣的21%外销做水泥辅料而得到利用, 79%就地回填井下, 实现了尾矿渣的零排放, 彻底避免了尾矿废渣对环境的污染。3 结论及展望
有色金属矿山尾矿的处理在世界范围内是一个亟待解决的问题。我国从20世纪80年代以来在尾矿的处理与利用方面取得了不少的进展, 不仅可以防治环境污染, 还能产生一定的经济效益。然而, 我国有色金属尾矿的治理工作落实不够:大多尾矿库运行不正常, 很多地方中小企业无环境意识, 甚至不堆坝直接排放; 综合利用意识不强, 技术开发能力低, 尾矿的利用率还很低, 大多停留在回收主要金属及开发粗糙的制品, 并且开发的产品市场竞争性不强, 研发和生产上脱钩; 矿产资源综合利用资金投人严重不足; 国家很多政策法制不健全:比如矿山分类开采, 各部门协调不够, 激励措施不够。
由于我国尾矿积存多, 新增量巨大, 分布十分广泛, 性质又较复杂, 各个矿山的尾矿在化学组成和物化性质方面差异较大。因此, 在尾矿的治理及利用方面还有待加强:转变观念, 提高尾矿治理及利用意识; 技术革新; 加强政府的宏观指导, 完成相关体制建设; 加强企业管理; 通过工程示范, 推动尾矿利用发展; 引进市场机制。最终目的是实现无废矿山, 走可持续发展路线。
参 考 文 献
[1] 徐凤平, 周兴龙, 胡天喜. 我国尾矿资源利用现状及建议[J ].
云南冶金, 2007(4):25-27.
[2] 徐 慧, 徐 凯. 加快我国有色金属矿山尾矿开发利用[J].中
国有色金属, 2006(10):49-51.
[3] 章庆和, 苏蓉晖. 有色金属矿尾矿的资源化[J].矿产综合利
用, 1996(4):27-30.
[4] 蔡嗣经, 杨 鹏. 金属矿山尾矿问题及其综合利用与治理[J ].
中国工程科学, 2000(2):89-92.
[5] 张 华, 张忠辉. 浅析四川有色金属矿山的尾矿处置[J].四川
有色金属, 2000(1):49-53.
[6] 卢 颖, 孙胜义. 我国矿山尾矿生产现状及综合治理利用[J ].
矿业工程, 2007(5):53-55.
[7] 张锦瑞, 等. 循环经济与金属矿山尾矿的资源化研究[J].矿产
综合利用, 2005(3):29-32.
[8] 常前发. 我国尾矿综合利用的现状及对策[J].中国矿业, 1999
(2):20-23.
[9] 朱维根. 矿产资源开发与可持续发展[J].中国矿业, 2004(9):
44-46.
[2]
。目前, 我国应用充
[9]
填采矿法的有色金属矿山占1/4左右。
(a) 主要技术。传统的水力充填。选用
分级粗尾砂作为充填料, 伴混水泥胶结充填送井下充填, 细尾矿进尾矿库。要求尾矿稳定, 粒级大部分在0. 037mm 以上。然而受采矿工艺、充填技术和设备的限制, 该法使井下生产环境污染严重、充填体强度不均、充填成本较高。
全尾砂膏体充填:包括全尾砂胶结充填和高水固结全尾砂充填两种方法, 20世纪80年代发展起来的。主要特点是:¹充填骨料为全粒级尾矿, 其中-20L m 细粒的含量不少于15%; º尾矿需过滤或浓缩达到80%左右的浓度; »添加水泥等胶结剂和水调节充填料的流变性和强度。高浓度膏体充填的优越性在于其基本不析水, 胶结剂用量少, 充填体稳定性好、强度高、尾矿用量大、对井下污染少, 因此得到国内外矿山的广泛应用。
利用尾矿井下充填, 还要充分估计地下尾矿库对相邻采矿作业的影响:如尾矿排放浓度与井下排水经营费用的关系; 封堵工程的稳定性问题; 废弃空区排放尾矿后的安全监控措施。
(b) 应用实例。金川有色金属公司于1985年开始进行尾砂充填试验, 1988年成功发现尾砂全水速凝低浓度充填应用潜力较大, 使得尾矿井下大面积充填在技术上可行, 在经济上合理, 每年可节约800万元。
凡口铅锌矿和长沙矿山研究院共同开发的高浓度全尾砂胶结充填工艺, 尾矿利用率高达95%
2. 4. 4 选矿尾矿综合利用和零排放研究实践
[7]
。
实现无尾矿矿山生产最终依赖于尾矿的整体利用, 一般根据原矿石的矿物组成、化学成分及其工艺特点, 进行无尾矿选矿工艺的研究和论证。我国有色金属矿山在这方面有很多成功的例子:
李家湾铜矿在选铜尾矿中, 粗砂作为采矿尾矿充填料, 对细粒尾矿进行湿式强磁选, 选出硅灰石精矿用于生产釉面砖和水泥混合材料等, 其硅灰石尾矿用于生产外墙砖和地砖, 实现了无尾矿选矿工艺, 最大限度地利用了选铜尾矿中的各种矿物成分
[15]
。
南京栖霞山铅锌银矿原矿经选矿, 产出选矿废
3
水5400m /d、选矿尾矿约400t/d左右。从1999
#(下转第15页)
丁新启等:基于模糊聚类分析的回采巷道围岩分类与支护研究 设
5. 2 第Ô类巷道围岩的支护方案
2009年第5期
6 结 论
本研究根据模糊聚类分析原理, 选择巷道围岩多指标分类方法, 利用VB6. 0语言编制分类程序对西石门铁矿回采巷道围岩进行了分类。根据分类结果, 我们对不同类别的回采巷道围岩分别提出相应的支护方案, 与该矿以前的围岩变形控制方案相比, 支护效果和经济效益有明显提高。
运用模糊聚类分析的方法对围岩进行分类和支护进行研究, 本研究只是进行了一个初步的尝试。该方法将会在更多的工程实践中得到应用和提高, 使得分类指标的选取更详细、更具代表性, 分类结果与事实更加吻合。
参 考 文 献
[1] 朱剑英. 应用模糊数学方法的若干关键问题及处理方法[J ].
模糊系统与数学, 1992, 11(2):57-631
[2] 李安贵. 模糊数学及其应用[M].2版1北京:冶金工业出版
社, 20051
[3] 蔡美峰, 何满朝, 刘东燕, 等. 岩石力学与工程[M ].北京:科学
出版社, 20021
[4] W i ckha m. H andbook on M echan ical Properties of Rocks[M].[S .
. l ]:Pub licati on Tran s T ech, 19781
[5] 乔 兰, 李 远, 朱兰洋, 等. 基于屈服接近度的西石门铁矿巷
道稳定性模拟研究[J].中国矿业, 2007, 16(12):68-711[6] C han K P , Cheung Y S. M od ified f uzzy ISODATA f or t h e class ifica -ti on of handw ritten chinese characters[C ]//ProcIn tC onf Ch i n ese C o m pu t 1S i ngapore :[s . n. ],1986:61-641
[7] 姚 巍. V i sual Basic 数据库开发及工程实例[M].北京:人民
邮电出版社, 20031
[8] 蔡美峰. 金属矿山采矿设计优化与地压控制[M].北京:科学
出版社, 20011
[9] 高 磊. 矿山岩石力学[M].北京:机械工业出版社, 19871
对于此类巷道围岩, 也采用锚杆+钢筋网+喷射混凝土支护的方法, 但支护参数不同。在巷道开挖成形以后, 允许其围岩有一定的变形发生, 然后选择最佳支护时间进行支护。对这类巷道设计锚杆长
度为2. 5m, 间距为1m, 排距为4m, 锚杆呈扇形状布置, 顶板锚杆的控制角分别为45b , 60b , 两帮的锚杆控制角分别为0b 和向上15b , 如图5
所示。
图5 第Ô类巷道支护
支护施工时遵循如下步骤:¹巷道顶板全部挂设
5. 3 第Ó类巷道围岩的支护方案
这类巷道的围岩为中等稳固, 根据实际情况, 在局部位置采用喷射混凝土或单体锚杆支护即可, 故在此不再具体论述。
(收稿日期 2009-04-10)
江西有色金属, 2002(16):1-4.
[17] 吕宪俊, 连民杰. 金属矿山尾矿处理技术进展[J].金属矿山,
2005(8):1-4.
[18] 梁雪海, 刘 清. 提高选厂尾矿中有用矿物综合回收效益的
途径[J].金属矿山, 1998(12):26-28.
[19] 吴东国, 于 雪. 尾矿再利用的试验研究[J].有色矿冶, 2007
(3):26-29.
[20] 曾懋华, 等. 从凡口铅锌矿尾矿中回收硫精矿的研究[J].矿
冶工程, 2007(1):36-43.
[21] 张培安. 金堆城钼矿床有价元素的综合回收利用研究[J].有
色金属, 2002(5):1-4.
[22] 严志强. 广西有色金属工业尾矿处置模式研究[J].广西师范
学院学报, 2003(3):16-20.
(上接第10页)
[10] 赵志龙. 金属矿采选项目环评中与尾矿有关的环境问题[J].
有色金属, 2007(4):156-159.
[11] 夏 青. 银山铅锌矿尾矿处理实践[J].有色金属:选矿部分,
2001(4):29-32.
[12] 曾祥文. 当前我国尾矿处理的对策[J ].工业安全与防尘,
1997(2):22-23.
[13] 毕上刚. 选矿尾矿的处理与利用[J ].世界有色金属, 2001
(4):66-67.
[14] 赵英姿. 浅谈尾矿库防渗措施与生态重建[J].矿业工程,
2007(3):55-57.
[15] 孙 伟. 有色金属矿山尾矿综合回收与利用[J].青岛建筑工
程学院, 44-47.
[16] 郭金峰. 矿山废弃空间排放尾矿的技术进展及应用前景[J].
(收稿日期 2009-03-17)
##