CN101328003B - 一种带有强制排水功能的干法赤泥堆场排水方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种尾矿堆存技术领域的干法赤泥堆场强制排水方法及装置，采用从堆场底部注入压力气体，利用气压建立高梯度渗流场而实现赤泥附液被强制排出到滤水管或赤泥表面；利用气力劈裂效应产生自下而上的大量弥散微裂缝，以改善堆存赤泥的渗透性能、提高赤泥的渗流固结效率；利用压力气体的强制排水，则赤泥越靠近底部则含水量越低，可避免赤泥附液渗漏、减少环境污染，且利于赤泥堆场的自身稳定性及赤泥的后期利用；该强制排水过程为自动控制，不分昼夜，不受天气影响，且大大减少了破除赤泥表层硬壳、表层土体机械翻晒等人力和机械工作量，简化了赤泥干化固结工序。本发明实施简单，能够大大缩短赤泥干化固结周期，堆场面积和建造成本均得到降低。

Description

一种带有强制排水功能的干法赤泥堆场排水方法及装置

技术领域

本发明属于尾矿堆存技术领域，涉及一种干法赤泥堆场建设工程领域的排水方法，特别涉及一种具有强制排水功能的方法。

背景技术

赤泥，即碱性赤泥矿浆，是氧化铝生产中排放量最大的废物液流，其中90％以上是在陆地处置贮存，因此，消除污染、少占土地和降低处置费用已成为近年来氧化铝工业在废物处置方面谋求实现的三大战略目标。赤泥，是对自然环境危害严重又难以利用的主要工业废渣之一，其附液入渗进入土地易造成土地碱化、地下水污染，人们长期摄取这些物质，必然会影响身体健康。全世界每年排放赤泥约6000万吨，且赤泥堆存需要较大的基建费用、占用大量土地、污染环境，这严重的阻碍了铝工业的可持续发展。目前，尾矿(灰渣)堆存技术主要有湿法堆存技术和干法堆存技术。湿法堆存技术，将赤泥输送到堆场，筑坝湿法堆存，其堆场类似于水库，靠自然沉降分离使部分碱液回收利用。为减少了赤泥堆存量及可增加堆存的高度，赤泥干法堆存成为国内近年来新建氧化铝厂中开始探索采用较多的赤泥处置方法。

经对现有赤泥处置技术文献的检索发现，中国专利“干法赤泥堆场的排水方法及装置”

(申请号200410155446.8)，其技术方案包括四周坡向中心倾斜的堆场、堆场中心排水装置和设置在防渗层上的滤水层，其特征：在堆场堤坝内坡面和堆场底部设防渗层，并在防渗层上面设有滤水层；在堆场底部中心设置滤水管，其外壁四周设有反滤层，在滤水管底部连接有排水管。该技术方案存在的主要不足之处在于：1)虽然赤泥的料浆水固比明显小于湿法堆存技术，湿法堆存赤泥料浆水固比有时高达(5～15)∶1，但由于上层赤泥附液和部分雨水的下渗，其含水量仍然较大，甚至饱和度高达100％，所以该排水效果尚需进一步提高；2)赤泥的干化固结主要采用均匀布料、自然蒸发、集中或滤层排水等措施来实现，赤泥本身透水性很差(据西安勘察院1989年5～8月对山东铝厂赤泥库钻心取样分析表明，赤泥渗透系数均位于10^-7cm/s～10^-8m/s量级，深度越大，渗透性越差)，因此，其排水范围主要限于赤泥表层或底部滤水层附近，对赤泥内部的干化固结作用较小、效果差；3)一旦长期阴雨天气，则赤泥难以干化固结，必将影响堆存容量；4)赤泥表层的干化固结，会形成一层坚硬的薄壳(厚约1～2mm)，必须定期破除，而且需要专门机械配合进行翻晒才能达到其蒸发的干化目的，可见该赤泥干化固结方法的工序复杂，其人力、机械工作量大；5)堆场要求严格，需要进行平坡，使坡面倾斜度一致，而且在防渗层上必须铺设滤水层，施工工序复杂、费时多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种带有强制排水功能的干法赤泥堆场排水方法，使其干化固结工序简单，并加速堆场赤泥的干化固结，有着更高的排水效率，可大大降低赤泥含水量、提高赤泥堆场的自身稳定性，减少堆场的场地面积和建设成本。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明在现有的干法赤泥堆场排水装置基础上，在堆场底部设置供气管道，依靠压力气体将赤泥中的水强制排出。

所述的现有干法赤泥堆场排水装置，为现有的适用于干法赤泥堆场的任何自然排水装置，特征在于主要依靠自然蒸发、集中或滤层排水等技术来实现赤泥的干化固结。

所述供气管道，为硬质塑料管(或其它硬质材料)，其平面布置间距取3～8米，布置方向为水平方向，不同高程的管道各自独立供气。采用空压机向管道供气，其压力取管道所在位置处竖直土压力的0.6～5.0倍。

当压力气体源源不断地进入堆存的赤泥中，由于气体远远比水轻得多，且气体在土体中的扩散能力比水的渗流能力也强得多，所以，气体可通过以下效果来加速赤泥的强制排水：1)压力气体使得赤泥中的水受到更大的渗流压力势，加大了其渗透压力水头，迫使赤泥附液向自然排水装置(如滤水管)和赤泥顶面移动，实现强制排水；2)压力气体不断从赤泥堆场底部进入赤泥土体，并不断上升，直至穿过赤泥顶面，这种气压劈裂土体作用将会形成很多微细裂缝，为赤泥的渗流固结提供了顺畅的通道，加大了其渗透性；3)由于上升中的气体将不断推挤赤泥中的水，将水带到赤泥表面，可源源不断为表面水分蒸发提供水源，明显加大自然蒸发水量，减少单层赤泥的干化固结周期；4)即便下雨天气，赤泥仍然可以干化固结，这是因为压力气体将土中水强制排出到滤水管或者赤泥表面，蓄积在赤泥表面的水还可以流入滤水管，这些均不受天气影响。

与现有技术相比，本发明由于利用压力气体形成土中水渗流的高梯度场，强迫土中水向外排出，不但能够大大缩短单层赤泥的干化固结周期，而且其场地要求也得到降低、建筑面积和成本也显著减少；在压力气体的强制排水作用下，赤泥内部的水分可以源源不断地向表层移动，大大减少了破除位于赤泥表层的坚硬薄壳工作量、表层土体机械翻晒工作量，明显简化了赤泥干化固结工序；堆存的赤泥均为非饱和土体，越接近堆场底部，其含水量越低，这有利于避免赤泥附液渗漏、防止其环境污染，而且有利于赤泥堆场的自身稳定性，以及赤泥的后期利用。

附图说明

图1为本发明的压力气体的强制排水原理图～赤泥含水饱和度等值线变化过程。

图2为本发明实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。

图1为本发明的强制排水原理图。埋设在赤泥5堆场底部的供气管道3，可源源不断地向赤泥注入压力气体，压力气体由空压机提供，并控制其压力为管道所在位置处竖直土压力的0.6～5.0倍。随着压力气体逐渐从堆场底部进入赤泥土体中，在该气体所形成的压力梯度场作用下，气体会不断向四周扩散，并不断上升。因此，含水饱和的赤泥土体会渐渐脱水而变为非饱和土，其含水量随着气体的进入而不断减小，而且，其饱和度等值线也会逐渐远离供气管道。同时，由于压力较高的气体进入土体中，会在气力劈裂作用下产生大量弥散分布的微裂缝，这有利于大幅改善赤泥的渗透性，加速土体干化固结。

本发明的实施例：如图2所示，本发明包括强制排水装置和目前工程应用的自然排水装置。强制排水装置包括供气管道3及其配套的供气系统(如空压机、压力控制装置等)；自然排水装置包括滤水管4、排水管6和赤泥表层蒸发干化的配套设施。本发明利用供气管道3向赤泥堆场底部注入压力气体，强制将水排到滤水管4或赤泥5的顶面，赤泥面上的水可流入滤水管中，并通过排水管6排出赤泥堆场。在对四周高中间低的盆地型场地进行地基处理并构筑堤坝1后，可按常规方法布设防渗层2(比如优质粘土、人造膜、橡胶、水泥基渗透型防水水泥浆)。在本发明中，赤泥堆场底部不必铺设滤水层，取而代之的是布置供气管道3。供气管道平面布置间距取3～8米，而且，位于同一高程附近的管道相互连通，不同高程管道由于供气压力不同，其供气各自独立。只要各管道的覆土厚度达到1米以上，即可进行供气，供气压力为管道所在位置处竖直土压力的0.6～5.0倍，具体取值以不冲破上覆土体为原则。

供气管道3，为硬质塑料管(或其它硬质材料)，管径20～50mm，管壁上开有孔径1.5～2.5mm的注气孔，孔距为孔径的100～200倍。管道周围包裹反滤土工布或者设置以传统的砂砾石等天然反滤材料组成的反滤层，以阻止赤泥进入、堵塞管道。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带有强制排水功能的干法赤泥堆场排水方法，其特征在于：利用供气管道从堆场底部注入压力气体，利用气压建立高梯度渗流场而实现赤泥附液的强制排出；

该“赤泥附液的强制排出”步骤包括：赤泥附液，在气体压力作用下将被强制排出堆存的赤泥，且直接进入自然排水装置，或者被上升的压力气体带到赤泥顶面，赤泥面上的水流入自然排水装置，或被自然蒸发；

该压力气体由空压机提供，并控制其压力为管道所在位置处竖直土压力的0.6～5.0倍，且气体压力不得冲破上覆土体。

2.实现权利要求1所述的方法的装置，其包括自然排水装置，其特征在于：还包括强制排水装置，该强制排水装置包括供气管道及与其配套的供气系统；

该供气管道设置于赤泥堆场底部；供气管道在坡面上水平布置，位于同一高程附近的管道相互连通，不同高程管道其供气各自独立。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

该供气管道平面布置间距取3～8米。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

该自然排水装置为适用于干法赤泥堆场的排水装置，主要依靠自然蒸发、集中或滤层排水技术来实现赤泥的干化固结。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于：

该供气管道为硬质材料制成，管径为20～50mm，管壁上开有孔径为1.5～2.5mm的注气孔，孔距为孔径的100～200倍；该供气管道周围设置有包裹结构以阻止赤泥进入、堵塞管道。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：该包裹结构是反滤土工布或者以传统的砂砾石天然反滤材料组成的反滤层。

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