尾矿库排水设施.doc

第十章 尾矿库排水设施往尾矿库排放的尾矿，在矿粒沉积以后，矿浆中的水就在库内低洼处澄清出来。为了控制库内一定的水位，必须把澄清了的尾矿水，以及汇集的雨水、融雪、溪流与山洪等及时地从库内排出或返回选矿厂使用。这就需要设置排水系统。第一节 排水构筑物排水构筑物是尾矿库排水系统的主要部分，常用的有：排水管、隧洞、溢洪道和山坡截洪沟等。 一、排水管排水管是排水系统的泄水通道，有多种型式。在尾矿处理业务中，通常按结构及断面形状的不同，将排水管分为如表101所列的几种型式。 表10-1 排 水 管 型 式排水管型式是根据库内水的流量，管的承受荷载、铺设地段的地形地质情况，当地的建筑材料，以及施工条件等因素选定的。排水管的基础，一般应设于均质地基上，不宜设在淤泥质土壤地基上，设在均质地基上，是为了避免由于上部尾矿逐渐沉积而使管上荷载不断增大，地基可能发生不均匀沉降，导致排水管断裂。这类事故，在以往尾矿的业务中占有很大比例。为了防止下沉，通常还在排水管基础下面铺设垫层，后者的厚度为0.1-0.2米；通过坝体的管段，应设碎石垫层或混凝土垫层，后者的厚度为0.1-0.15米。为了减少管顶的垂直压力，可在排水管两侧填筑压缩性小的土料或提高两侧填土的碾压质量。为了泄水顺畅，排水管应铺设成一定坡度。二、隧洞尾矿库内的隧洞主要用于回水和排洪。对于大、中型尾矿库，隧洞排洪常比水管经济可靠，如地形地质条件允许，设计上都优先考虑。隧洞的常用断面形状如表102所示。表102 隧 洞 型 式断面形状示意图特点适用条件圆形从水力学和结构力学的观点看最有利，但施工困难有压隧洞园拱直播式施工较方便水利学条件较圆形差无测向山老压力的坚硬岩石层；无压或低压隧洞马蹄形(R=2r)水利学条件较园拱直墙式好，施工较复杂顶委两侧和底部具有较大山岩压力作用（即岩石较软弱）时；无压或低压隧洞马蹄形(R=3r)同上，有利于机械化施工适用条件同上隧洞断面的最小尺寸主要根据施工条件决定。一般圆形断面净空气内径小于2米，非圆形断面净高不小于1.8米，净宽不小于1.5米。当排水斜槽和隧洞的泄流方向不一致时，常用一般盲井将二者连接起来。图101所示，是云南某铜矿厂使用中的排水斜槽一隧洞排水系统实例。当隧洞的进口不设其它进水构筑物，而由洞口直接进水时，叫做明口隧洞。 图10-1 斜槽隧洞排水系统 三、溢洪道尾矿库的溢洪道是主要用于排泄洪水的明渠，为了不致被尾矿砂淤塞或埋没，一般都设置在库外，而由布置在库内的引水渠将水引入。溢洪道一般都采用自由溢流的型式，并在引水渠首部的溢水口做一条堰。由于尾矿库的尾矿堆积是随着生长年限的增长而逐渐提高的，因此溢洪道的溢流堰顶标高也随尾矿库水位的升高而逐渐提高。提高的方式可如图102所示，即由低到高逐一适用不同标高的引水渠（引水渠首端设有溢流堰）。有些厂也有使用同一条引水渠而只是将溢流堰顶分期分层加高的情况。图102 尾矿库坝段溢流洪道布置示意图1引水渠 2堆积坝 3初期坝 4溢洪道 5排水管 6排水井 四、截洪沟截洪沟的作用在于截住库区回水面积内可能汇入尾矿库的洪水，以减少雨季时尾矿库的泄水量，因此可将排水系统做的小些。与溢洪道比较，区别在于一个是从库区排洪，一个是在洪水进入尾矿库之前即将其截去。鉴于截洪沟所起的作用，一般都是环绕着山坡布置的，往往通过多个沟谷，为了保证排洪可靠，必须注意截洪沟的维护清理工作。第二节 进水构筑物进水构筑物是排水系统的头部。因为尾矿库内的水位要随尾矿砂的堆积而逐渐升高，所以进入水构筑物也需具有能在不同水位进水的特点。常用的进水构筑物有排水井和排水斜槽。一 排水井排水井一般呈圆筒形，进水的孔口以不同形式开设在井壁或井筒上部，底部预留有供承插排水管用的孔洞。水井的形式有窗口式、框架挡板式、砌块式和井圈叠装式等（见图103）。其中窗口式和框架挡板式适用于小流量的排水；砌块式和井圈叠装式适用于大、中流量的排水。图103 排水井型式示意图a窗口式 b框架开板式 c砌块式 d井圈叠装式1 窗口式排水井窗口式排水井是在圆筒形井筒四周开设若干宛如窗口的孔洞，做为泄水口（见图103a）泄水首先发生在位置最低的窗口，当尾矿砂堆积到接近该窗口下沿时，即需将其封闭，以免尾矿砂随水泄出。此窗口封闭以后，待库内水位升高到一个无窗口时，泄水便在较高的表高上进行。窗口式排水井需一次建成，具有结构整体性好，操作维护简单的优点，但泄水量较小。2 框架挡板式排水井框架挡板式排水井是与以下部井筒连为一体的四根立柱作为框架，利用框架间的敞口泄水（见图103b）。每用四块圆弧形挡板拼装在框架上便构成一圈井筒。随着尾矿的沉积加高井筒，库内水位即被提高，泄水便可在新的标高上进行。同窗口式比较，这种排水井虽操作维护麻烦一些，但因泄水量显著增大，因此近年来采用较多。3 砌块式排水井砌块式排水井是用预制的弧形混凝土块一圈圈地砌合成井筒，泄水有两种方式；排水井若是一次建成，则需预留若干孔洞，泄水与窗口式相同；排水井若是随库内尾矿增高而逐渐加高，则呈井顶溢流泄水。砌块式排水井由于没有立柱（见图103c），因此泄水量可比框架式更大。4 井圈叠装式排水井井圈叠装式排水井建成叠圈式，它是用预制的井圈逐层叠装而成的，如图103d所示。因为是井顶溢流泄水,泄水量可以很大。但为叠装方便，井圈直径也受到一定的限制。叠圈式由于结构上的特点，较砌块式有更好的整体性。二 排水斜槽排水斜槽有以下几种形式：1 盖板式排水斜槽盖板式排水斜槽一般有溜槽和预制盖板组成。当槽子较宽时，为了减轻盖板重量，便于人工加盖，可将斜槽做成两格，如图104c和d所示。当槽顶荷载较大时，可采用拱形盖板，如图104所示。斜槽槽身常用混凝土或浆砌块石构筑，必要时可在工作处配入钢筋以增加强度。图104 排水斜槽型示意图a单格平盖板 b单格拱盖板 c双格平盖板 d双格拱盖板排水斜槽随库内水位的需要，加盖盖板，从盖板上沿溢流泄水。当水位骤然升高而将斜槽水口淹没时，泄水量即受泄水口断面控制，槽中水流将成为半压力流或压力流（即满管流）必要时，也要用增加或撤去盖板的办法来调节库内水位。盖办式排水斜槽，除头部外，最终要被尾矿埋没。2 封闭式排水斜槽当排水斜槽坡度较缓时，往往做成封闭式，间隔开有泄水孔，宛如一个放倒了的窗口式排水井。孔口可随水位升高的需要依次封闭，最终被尾矿覆盖。第三节 排水系统尾矿库的排水系统由排水构筑物和进水构筑物组合而成，依二者组合的不同有多种型式。排水系统型式的选择要根据排水量的大小、尾矿库地形地质情况、使用要求和施工条件等因素，通过技术经济比较之后加以确定。一般地说，小流量的排水，多半采用排水管；中等流量的排水，可选用排水管或隧洞，库区地形适宜时，也有使用溢洪道的。比较典型的排水系统有下述两种：一 井管（或隧洞）式排水系统井管（或隧洞）式排水系统是由排水井和排水管(或隧洞)联合构成的，如图105所示。为了使排水系统在使用中随时都能排放澄清的尾矿水，排放井通常不只一个。排水井在库内布置的一般要求是，标高最低的第一井的位置和高程，即要使初期坝使用时有相当的澄清区，又能尽早的从库内排出清水供选矿厂使用。其余各井位置渐次抬高，并使各井井筒有一定的重叠（一般为0.5-1米），以保证排水井在更替使用时，排水不致中断。 图105 井管排水系统二斜槽管（或隧洞）式排水系统对于低洼傍山的尾矿库，采用斜槽和排水管（或隧洞）联合构成的排水系统，不但施工容易，而且维护管理也很方便。图106所示的斜槽管式排水系统斜槽和排水管都采用了长圆形的断面，斜槽的拱形盖板扣在流槽的台阶中用水泥砂浆勾缝，即可封闭牢固。图106斜槽管排水系统第四节 尾矿水的净化和排放一尾矿水中的有害成分某些选矿厂的尾矿水中含有有害物质，来源于选矿过程中加入的浮选药剂，以及矿石中的金属元素的离子。常见的有：氰化物（包括单氰化合物，如KCN、NaCN和复氰化合物，如NaCu（CN）3）、松根油、各种黄药和黑药，以及铜、铅、锌的离子，个别情况下还可能有砷、汞、酚等。它们的性质见表103所列。各种浮选药剂在尾矿水中的残留量，占选矿加药量的比例，通常为：黄药2.53.5%；黑药5%；氰化物20%30%；酚内70%95%；松根油50%90%。表103 常见有害物质的性质种类名 称性 质 浮浮选剂氰化物剧毒（铁和亚铁氰化物只有在能释放出氰时才有毒，但其离解常数极低；铬氰化物毒性有限）作用于神经系统，达到一定剂量时，可致人急性死亡；0.10.6毫克时有芳香嗅，1毫克/升以上有使人麻醉的嗅味；单氰化物在水中稳定性低，易水解，搅拌和自然曝晒能加快分解；NaCN+CO2+H2O=NaHCO2+HCNKCN+CO2+H2O=KHCO2+HCNKCN+H2OKOH+HCNHCN+2H2OHCOOH+NH3复氰化物较稳定，分解较慢。黄药有特殊臭味（浓度0.05毫克/升时即有感觉），在水中易水解：ROCSSNa+H2OROCSSH+Na+OH-ROCSSHROH+CS2黑药水中含量很少就有特殊气味。松根油松脂味，在水面上形成泡沫。酚类化合物有毒，含量不大就能杀死水中微生物，浓度超过0.01毫克/升即有异味；达到中毒浓度使，其臭味已无法忍受石油产品浓度达0.5毫克/升时可使鱼类丧失鲜味金属离子铅蓄积性很强的毒物，超过毫克/省时，一般不能排除而被身体吸收，慢性积累中毒，损害健康或致死；经常少量摄入可引起智力衰退、神经病患；浓度达4毫克/升时水呈现混浊；在水中易沉淀，但又可重溶于水。铜是与人体新陈代谢有关的元素，少量无毒，长期服入少量（每日摄入1020毫克）也无导致积贮中毒的危险；大量铜和其化合物可致病，严重时肝脏受损；摄入量100毫克/升时，对消化道有刺激，可引起腹痛；水中含量15毫克/升便可感觉有异味，超过5毫克/升时即无法饮用锌毒性甚低，是对动植物生命有重要意义的有益元素，只有每天摄入量达数百毫克并长期服用才发生中毒。在体内无蓄积作用；水中含量超过10毫克/升时即呈混浊，在5毫克/升时便可感觉金属味。汞多慢性中毒，每日服入15微克对人体无害；大量摄入能损害脑及中枢神经系统。其它砷有毒，每日摄入量小于0.5毫克时，在人体代谢中不发生毒害作用。每人每日从事物种摄入的砷不超过0.3毫克。地面水对砷有一定的自净作用。砷的无机化合物在水中很稳定。二、尾矿水的排放标准为了维护生态平衡，保障人民的健康，必须加强环境保护工作。国家队各种污染源都有严格的控制，并制定了相应的标准和规定。对于尾矿水的排放，首先是水质要符合工业“废水”排放标准的规定，见表104所列。其次是对某些部门（如卫生、渔业、灌溉、城建等）不致产生不良后果。例如，在城镇工矿区或农村集中供放点上游排放时应该保证尾矿水与天然水系混合稀释后，能使排放口下游的最近用水的地面水符合卫生要求。利用尾矿水灌溉农田，也应持积极而又慎重的态度。“废水”灌溉农田的水质标准有是农林部门另行制定的表104 工业“废水”最高容许排放浓度序号第一类第二类名 称最高容许排放浓度（毫克/升）名 称最高容许排放浓度（毫克/升）1234567891011121314汞及其无机化合物铬及其无机化合物六价铬化合物砷及其化合物铅及其无机化合物0.05(按Hg计)0.1(按Cd计)0.5(按Cr计)0.5(按As计)1.0(按Pb计)PH值悬浮物生化需氧量（5天20）化学耗氧量（重铬酸钾法）硫化物挥发性酚氰化物（以游离氰根计）有机磷石油类铜及化合物锌及化合物氟的无机化合物硝基苯类苯胺类695006010010.50.50.510(按Cu计)1(按Zn计)5(按F计)1053 注：第一类是能在动植物体内蓄积，对人体健康产生长远影响的有害物质。含此类有害物质的“废水”，在“废水”处理设备排出口即应符合本规定的标准，不得用稀释的方法代替必要的处理；第二类的长远影响小于第一类，工厂排放的水质应符合本表的规定。 三、矿水的净化尾矿水在库内的澄清一般都经历了相当的时间，渗硫又是经过“过滤”的。从这方面看，尾矿库本身就是一个净化设施。这种尾矿库的自然净化作用不仅对矿粒和其他固体杂质是有效的，就是对某些有害成分的去除也有一定的效果。据统计，铅锌矿选厂的尾矿水在库内澄清后，有害物质的含量都有降低：如同铜和锌降低30%；氰化物15%20%；黄药、黑药5060%；酚6080%。自然净化的效果同温度环境、历时长短以及与空气接触等条件有关。需要排放的尾矿水，在经过尾矿库自然净化后，其中有害物质含量仍然超过“三废”排放标准的规定或使下游用水点的地面水达不到卫生标准，则必须考虑采用物理化学的或化学的方法，加入适宜的净化剂，以消除尾矿水对天然水系的污染。对于尾矿水中很难沉淀的矿泥，或因由某些浮选药剂存在而呈悬浮状态的微细颗粒，一般都可以添加适当的凝聚剂或絮凝剂，促其沉淀。例如，某铅锌矿选厂，因矿浆中含有水玻璃和油酸，使细粒尾矿长期不能沉淀，尾矿水呈乳白色。添加石灰（用量尾矿浆量的0.3%-0.5%）以后悬浮物便很快沉淀，尾矿水即被澄清。净化剂（包括常用的凝聚剂和絮凝剂）一般加在选矿厂尾矿排出处，在矿浆输送途中即可均匀混合，发生反应，再到尾矿库内进行沉淀和澄清。如果用这种方法仍不能净化时则需采用专门的净化工艺和净化设备。四、尾矿回水和回水率尾矿水和其他废水相比，有害物质含量通常不高，又有较长的澄清时间，因此尾矿库排出后一般对下游危害甚小，或者无害。为了避免工业同农业争水降低选矿厂供水系统的基建经营费用，在选矿生产许可的条件下，应当尽可能的回收利用。实际上，尾矿库回水在选矿厂生产用水中一般都占较大比例，甚至被作为主要水源。 1、尾矿回水的取水方式尾矿回水的取水方式决定于取水构筑物的型式。表105列出了不同形式取水构筑物的配置特点及优缺点 表105 取水构筑物的型式型式配置特点优缺点固定式泵站坝内于库内岸边设临时性泵站吸水，随库中水位升高定期移动泵站位置。(1)可利用库内水头；(2)泵站多次拆迁，生产管理较麻烦。坝外承压式在坝外排水管出口处设泵站取水，水泵的吸水管与排水管直接联结。(1)可充分利用库内水头(2)排水管承受内压，一旦损坏影响回水。坝外吸入式在坝外排水管出口处设集水池和水泵站。(1)设置简单；(2)操作管理方便；(3)不能利用库内水头移动式泵站缆车在库内岸边设斜坡卷扬和缆车。(1)可充分利用库内水头(2)能适应较大风浪(3)投资较高，管理较麻烦。囤船在库内设囤船式