尾矿安全堆存

1、尾矿安全堆存近年来，由于尾矿坝事故问题，全世界被迫废弃了几座尾矿库及相关设施。现役库坝造成事故原因有：边坡稳定性差、渗漏和浸蚀，水越过坝外溢；外部原因是地震与暴雨；人为原因是管理差，主要是对水的管理存在问题较多。正是由水引发尾矿坝事故的严峻情况下，迫使人们除了强化对水的管理外，探寻更有利的方法来解决尾矿坝事故问题。1、尾矿干式堆存近年来随着我国矿业的快速发展，尾矿库的数量迅速增加。我国尾矿库的突出特点是数量多，规模小，安全度低，且多数尾矿库下游失事范围内有居民或其他设施。目前，大多数企业尾矿采用湿式直排的方式处理，尾矿属自然沉淀，脱水效率非常低。尾矿库库区内经常贮存大量澄清水及洪水，导致尾矿上

2、方形成尾矿库悬湖，当浸润线从坝坡出露时易形成溃坝风险。目前大力推广尾矿干式堆存，尾矿干式堆存在安全上和环保上意义重大，目前安全部门、环保部门都在提倡尾矿干式堆存，以提高尾矿库的安全性并减小其对环境的影响。所谓“干式堆存”实际上是“半干法堆存”，是指尾矿经脱水处理后产出的一种高浓度的膏体尾砂。其特点是：尾矿脱水后，采用干法输送和堆存设备，干式堆存于地表或地下，然后推平压实，这就可形成不饱和致密稳固的尾矿堆，而不需尾矿库。由于生态和环境保护日益受到各国政府的重视23，环保法规对工业固体废弃物的处理作出了种种规定，追求无废矿山的目标提到了议事日程；其次由于一些矿山分级尾砂产率低，不得不购买或远距离运

3、输其它砂石（河砂、海砂等）来补充充填骨料，增加成本。采用全尾矿充填采空区一方面可以使尾砂废料得到合理利用，另一方面可以省去尾矿库、改善矿山环境，具有经济、环境和安全等多项效益。目前，国内采用全尾矿充填采空区主要有全尾砂胶结充填和高水固结全尾砂充填两种方法。1.1 全尾砂胶结充填技术传统的尾砂水力充填受采矿工艺、充填技术和设备的限制，多数矿山仅能利用脱除-20以m或-37以m细泥后的粗粒尾砂，而且砂浆输送浓度较低，造成井下环境污染严重、充填体强度不均、充填成本较高等。为克服或减少分级尾砂充填的不利因素，我国自上世纪80年代以来，对全尾矿充填进行了多方面研究，现已形成了全尾砂高浓度（膏体）泵送充填

4、和全尾砂胶结充填自流输送两种充填工艺。全尾砂胶结充填工艺包括高浓度尾矿制备的脱水系统、充填浆料搅拌系统、泵压输送或重力自流输送系统、检测系统等，其中脱水系统和搅拌系统是影响充填效果的关键。1.2 高水固结全尾砂充填高水固结全尾砂充填的实质是，在尾砂胶结充填工艺中，用高水材料作为胶凝材料，以全尾砂作为充填骨料，按一定比例加水混合后，形成高水固结充填浆料。高水速凝固化材料（高水材料）由甲、乙两种组分构成，甲料是以铝酸盐、硫铝酸盐或铁铝酸盐等为主要成分的特种水泥熟料加入适量缓凝剂共同研磨制成的粉状物料，乙料是以硬石膏、生石灰与若干种促凝剂共同研磨制成的粉状物料。甲、乙料单独加水制浆在24h内不沉淀、

5、不凝固，但二者混合之后能在30min内凝固，形成高含水的钙矾石、水化氧化铝凝胶体等。充填时，甲、乙料需要分别制浆，利用两套制浆系统、两套管路分别输送，至井下充填工作面前数十米进行混合后流进采场，即会迅速水化、凝结、硬化4。高水速凝材料是一种速凝、早强，并可在大水灰比条件下硬化的水硬性胶结材料。该材料能将9倍于自身体积的水凝结成固体，0.51h凝结，1d强度达到0.52.5MPa,3d强度为4.05.0MPa。根据工艺设备条件和现场技术要求，充填料浆的浓度可在30%70%之间。高水固结充填浆料充入采场后，不用脱水便可以凝结为固态充填体。高水固结充填与常规胶结充填相比，具有浆料浓度范围大、凝固速度

6、快、不脱水、接顶效果好等特点，解决了井下的环境污染、降低了工人的劳动强度，因此，在应用上有明显的优越性。2、膏体尾矿干式堆存实现膏体尾矿干式堆存的关键在于，尾矿经过脱水后达到相当高的浓度，在堆积过程中不发生离析，渗析水少，具有一定的支撑强度，能够自然堆积成一定高度的山脊形。该方法可以在峡谷、低洼、平地、缓坡等地形条件下堆存，基建投资少、维护简单、综合成本低。但是，尾矿在地表存放存在的环境危害并没有从根本上消除，尤其是在干旱地区尾矿经风力携带造成大面积空气污染问题，因此，必须对尾矿堆场进行有效的监管和治理：（1）水的管理，虽然这种堆放不存贮水，但是水的管理仍然十分重要，堆放前端不允许有水池和存有

7、浸入的水；（2）渗漏、基底密封和底部排水，如果浓缩尾矿有可能产生酸性矿山排水，或者由于有污染地下水的风险，渗漏在环境上是不允许的，因此，必须考虑合适的减轻渗漏措施；（3）表面冲蚀和粉尘控制，受降水强度、堆表面坡度和长度以及尾矿的物理化学性质的影响，由溢流引起的某些冲蚀作用可能发生，这将导致物料转移至堆的底部，并形成“中国帽”状的斜表面；（4）及时进行复垦造田等措施。干式堆存对于铝土矿的尾矿是非常困难的，因为铝土矿尾矿经过浮选后强制脱水难度大、成本高，并存在晾干固结后的浮选尾矿遇水又呈泥浆状的特点，以致于无法形成稳定的硬化堆积，因此传统意义上的干法堆存无法很好地解决铝土矿浮选尾矿的安全堆存问题。

8、膏体具有三大特性：稳定性、可塑性、流动性。稳定性是指膏体具有抵抗离析能力，可塑性是指膏体克服屈服应力后产生非可逆变形的能力，流动性是指膏体在管道中能够顺利流动。膏体的性能指标一般以塌落度（厘米）来衡量，塌落度的力学含义是膏体因自重而流动、因内部阻力而停止的最终变形量，它的大小直接反映了膏体料浆的流动性好坏与流动阻力的大小。铝土矿膏体的组成由三部分组成，即浓缩后的尾矿浆液、基料和胶凝剂。首先，基料和胶凝剂必须保证来源广、成本低，最好能采用工业废料，以保证膏体制备的成本尽可能低。通过试验以粉煤灰为基料，水泥为胶凝剂为最佳，因为粉煤灰和水泥非常符合条件；粉煤灰的优点：a、粉煤灰具有一定焦凝固化作用；

9、b、粉煤灰能改善膏体性能；c、粉煤灰来源广、成本低；d、粉煤灰可提高膏体料浆浓度；e、粉煤灰对铝土矿选矿尾矿将来的资源化影响小。水泥作为胶凝剂的优点如下：以水泥作为铝土矿浮选尾矿膏体的胶凝剂，不但利用了水泥的胶凝作用，使膏体颗粒胶结硬化，形成具有一定强度的稳定硬化堆积，还利用了水泥的胶凝激发剂作用，通过其对具有一定火山活性的粉煤灰基料的激发水化作用，使粉煤灰的潜在活性得以发挥，促进凝结硬化，从而解决铝土矿选矿尾矿湿式堆存带来的堆积较小、占地面积大、固结难度大、残留选矿药剂污染地下水的问题；另外，在管道输送中适量的水泥可提高膏体的悬浮作用，有利于抗离析，同时水泥的水化作用和膏体在管路中的摩擦使膏

10、体温度上升，进一步降低了膏体的粘度，增加膏体的均匀性。铝土矿膏体制备工艺及输送流程如图1所示，具体描述如下：铝土矿尾矿浆经过尾矿浓缩机和高效沉降槽的两级浓缩设备后在絮凝和重力的作用下，浆状尾矿脱水达到膏状尾矿形成所要求的固体含量，按一定比例分别通过密封式皮带秤加入基料粉煤灰和胶凝剂水泥，再通过两级双螺旋搅拌机的均匀搅拌（在合适的工作温度和搅拌时间工况下），从第二级双螺旋搅拌机出来的就是合格的尾矿膏体，它是由尾矿、粉煤灰、水化生成物、水及少量的空气组成的一个既有合适的塌落度、又具有良好的流动性的固-液-气的三相多孔体系；最后经过膏体输送泵输送到尾矿堆场进行干式堆存。按一定比例堆存后的尾矿膏体具有

11、一定的堆积角、快速硬化固结具有一定的强度（数小时后膏体上可站人无塌陷）、雨淋膏体无塌落现象；液限高、弱透水性、中等压缩性、较高强度、无腐蚀；堆存料可以用来筑坝，且坝体按尾矿坝设计标准的坝体坡比、坝高的要求进行设计，可满足正常运行条件、洪水运行条件和7级地震力的作用，均处于稳定状态。经过效益分析按此种干式堆存较常规的尾矿库堆存每立方米的尾矿费用可节省几十至几百元的费用，费用差大的原因是由于尾矿库坝的建筑方式结构不同引起的；同时与常规的尾矿库堆存方式相比，铝土矿浮选尾矿膏体堆存还具有以下的优点：（1）大大提高了尾矿堆存的安全性，消除了因库存水引发的尾矿坝事故；（2）节省了尾矿堆放的面积，减少了废物占地；（3）减少了尾矿的渗水量，最大限度保护了水资源；（4）解决了尾矿地表排放造成的环境污染；（