CN105275021A - 重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法 - Google Patents

Abstract

重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法。该方法的基本工艺特征是：利用围护结构、中央塔和底部通道形成尾矿干堆的作业依托；铺筑抗渗防水底板使尾矿堆体与地下水彻底隔离；干堆过程中采用渗滤排水法使尾矿水循环利用，做到含重金属废水不外排；干堆生产结束后，将尾矿堆体全表面封闭绿化，阻断地表水对尾矿堆体的渗透和交换作用，从而使尾矿堆体在全封闭、无污染状态下长期存放。

Description

重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法

技术领域

本发明属矿山技术领域

背景技术

我国含重金属的尾矿数量巨大，长期以来一直采用粗放式尾矿库堆存的处理方法；粗放式尾矿库的底板与地下水直接接触，库滩和坝坡与地表水直接接触，地表水和地下水对尾矿堆积的渗透、交换和流动造成了尾矿中重金属的流失和扩散，对周边生态环境形成长期污染；目前，国家环保法规越来越严格，某些地方政府在环保压力下，禁止矿山建设含重金属的尾矿库，或禁止开采含重金属的矿产资源；这种因噎废食的行政作为严重伤害了国民经济的发展，也违背了可持续发展的基本国策；本发明的目的是：通过改变传统的尾矿粗放式堆存方式，采取有效手段隔绝地表水、地下水与尾矿堆体的水力联系，阻断尾矿污水与地表水、地下水之间的交换，从而使含重金属尾矿能在全封闭的局域环境中长期堆存，对外部环境不产生污染危害或将污染降低到环境能接受的程度。

发明内容

本发明的基本方案是：铺筑抗渗防水底板使尾矿堆体与地下水彻底隔离；选矿过程中采用尾矿干堆和渗滤排水法使尾矿水循环利用，做到含重金属废水不外泄；干堆生产结束后，将尾矿堆体全表面封闭绿化，阻断地表水对尾矿堆体的渗透和交换作用，从而使尾矿堆体在全封闭、无污染状态下长期存放；这套工艺的基本结构如图1所示，各部分的功能分述如下：(一)图1中的天雨蓄水池1主要接受尾矿堆体的坡面水，在干堆生产过程中该池的水体可能含重金属污染物，应全部返回选矿工序，尾矿堆体全部封闭绿化后，该池的水体无污染，一部分用于坡面绿化喷灌，其余检测后排放；(二)图1中的围护结构2环绕干堆场地周边，主要由外挡墙2-2、内挡墙2-5、水沟2-4和泄水管2-6几部分组成，可参见附图2；围护结构的主要作用是支挡尾砂堆体、阻截外部地表水和杂物、疏导尾矿堆体的坡面水排入天雨蓄水池；(三)图1中的护坡结构3覆盖尾矿堆体全表面，主要由钢筋混凝土浇筑的纵梁3-1、斜梁3-2、角形槽3-4和填土层3-5、喷浆层3-6、植被层3-7几部分组成，可参见附图3；其中，角形槽3-4的作用是截排水，可与纵梁、斜梁一体浇筑，也可单独装配，最底层边坡纵梁的角形槽要与围护结构的水沟贯通；喷浆层3-6是用水泥：砂质土≈1:8左右的混合料喷浆覆盖尾矿堆体表面，形成相对隔离层；填土层3-5必须用不含污染源的种植土回填，厚度不小于30公分，适当压实，并掺加适量有机和无机肥料；植被层3-7以多年生草类为主；护坡结构的作用是支护边坡、封闭尾矿堆体，隔断边坡地表水体与尾矿堆体之间的物质交换；(四)图1中的分层平台4视情况设置，它主要由坡顶梁4-1、排水连接梁4-2、坡底梁4-6和消能池4-4几部分组成，可参见附图4；各部分构件均用钢筋混凝土浇筑，其作用是承接上下层的护坡结构，贯通坡面排水系统；(五)图1中的复合垫层5覆盖整个干堆场地的底板，保持由周边向中央塔的适宜水力坡度；它主要由砂滤层1-1、细石滤层1-2、粗石滤层1-3和抗渗防水底板1-4几部分组成，可参见附图2；其中三个滤层的作用是渗滤、排泄尾矿堆体的污水；抗渗防水底板是关键部位，作用是隔断尾矿污水与地下水的联系与物质交换，抗渗防水底板用钢筋网和防水混凝土浇筑，顶面铺涂一层防水沥青和一层浸胶隔水土工布；该抗渗防水底板要进行1MPa以上水压的抗渗试验，确保无渗漏；(六)图1中的分层排渗体系6的结构可参见附图5；分层排渗体系是伴随尾矿堆体升高逐层铺设在整个尾矿堆体中的，每一层由多条扇形的梳状排渗组件6-1排列组成；梳状排渗组件是由中轴排渗管6-2和两翼梳齿排渗管6-3连接组合而成的，这些排渗管都是一种土工材料，具有透水不过砂的渗滤功能；分层排渗体系要保持由周边向中央塔的适宜水力坡度，用于吸收、输导尾矿堆体中的渗滤污水；梳状排渗组件的中轴排渗管与中央塔外的环形管道连通，环形管道与中央塔内的排水竖管连通；尾矿堆体中的渗滤污水经分层排渗体系、环形管道和连通管排入中央塔内的排水竖管和塔底排污管，最终汇集到尾矿水蓄水池；(七))图1中的中央塔7大致位于干堆场地中央，其结构形式可参见附图5，它主要由临时工作台7-1、排水竖管7-2、环形管道7-3、连通管7-4、竖向排渗管7-5、升降罐笼7-6、结构框架7-7、砌筑塔壁7-8、塔底排污管7-9等部分组成；中央塔是先行建成的框架结构构筑物，它是整个干堆系统的作业依托，随尾矿堆体加高，用砌筑塔壁封闭；临时工作台利用结构框架搭设，用于工人作业；升降罐笼用于运输物料；排水竖管和塔底排污管用于将尾矿堆体的渗滤污水排放到外部的尾矿水蓄水池；竖向排渗管环绕中央塔外围设置，并与塔外的环形管道连通，用于中央塔区域沉淀积水的排泄；(八)图1中的底部通道8用混凝土浇筑或料石砌筑，用于沟通中央塔与外部的联系；(九)图1中的监测钻孔9是尾矿干堆过程中随机施工的，用于监测地下水是否有污染；(十)图1中的尾矿水蓄水池11用于蓄存尾矿堆体的渗滤污水，干堆生产过程中，该池的蓄水全部返回选矿厂循环使用，干堆生产结束后，该池的蓄水要净化处理达标后再排放；(十一)主要施工时序说明：干堆生产过程中，护坡结构不施工，主要是防止尾矿堆体的污染物对下部护坡结构的填土层造成浸染；干堆生产过程中尾矿堆体的临时护坡方法是：用编织袋装填尾砂，覆盖坡面，或用土工布覆盖坡面，减缓雨水冲刷作用；干堆生产结束并待尾矿堆体脱水、固结一段时间后，再施工护坡结构，护坡结构具有支护坡面、封闭尾矿堆体、隔离地表水、优化生态景观多种功能；护坡结构形成后，围护结构2中的泄水管2-6要封闭，切断围护结构的水沟与尾矿堆体的水力联系；(十二)对这套工艺的整体功能和环保效果的分析是：干堆生产期间，尾矿堆体的渗滤污水全部循环利用，污水不外排，能够做到无重金属污染扩散；关键是干堆生产结束以后至稳定的护坡结构形成之前这一段时间，一般会有2∽3年，这一时期的边坡水体和尾矿堆体的固结渗滤水体都会含有重金属污染，而这些水不再循环利用，必须净化处理后排放；处理方法是：边坡水体污染程度较轻，渗滤水体污染程度较重，二者应采用不同工艺，分别进行净化处理，净化处理工艺可选择载体吸附法、化学沉淀法、离子交换法、稀释法、蒸发法等重金属污水处理工艺；护坡结构形成后，边坡雨水与尾矿堆体完全隔离，因此，干堆场地和尾矿堆体的地表水能实现无重金属污染或者达到环保标准许可的排放指标，可以由天雨蓄水池提取水样监测；尾矿干堆场地的地下水全部隔离在抗渗防水底板之下，也能够实现无重金属污染或者达到环保标准许可的指标，可以由底部通道的下向钻孔提取水样监测；根据水文部门对各种地形地貌条件的降雨入渗率统计资料，边坡降雨对护坡结构填土层的入渗量与自然蒸发量能实现平衡，边坡降雨一般不会渗入尾矿堆体；因此，尾矿堆体经历2∽3年的固结压实，护坡结构充分稳定并形成植被层以后，尾矿堆体中的重力水会逐渐消失，尾矿堆体的渗滤污水会断流；渗滤污水断流后，即可以停止污水处理作业，整个尾矿堆体系统即进入封闭堆存的自然平衡状态；此时，干堆场地的地表水与地下水监测不再是重金属污染防治的技术手段，而是为安抚公众，向社会交出合格答卷。

附图说明

图1是尾矿堆体和附属系统的整体结构示意图，图中标注符号的意义是：

1——天雨蓄水池，2——围护结构，3——护坡结构，

4——分层平台，5——复合垫层，6——分层排渗体系，

7——中央塔，8——底部通道，9——监测钻孔，

10——尾矿堆体，11——尾矿水蓄水池；

图2是围护结构和复合垫层的结构示意图，图中标注符号的意义是：

2-1——基础座，2-2——外挡墙，2-3——防水面层，

2-4——水沟，2-5——内挡墙，2-6——泄水管，

5-1——砂滤层，5-2细石滤层，5-3——粗石滤层，

5-4——抗渗防水底板，3——护坡结构，10——尾矿堆体；

图3是护坡结构的示意图，图中标注符号的意义是：

3-1——纵梁，3-2——斜梁，3-3——流水方向，

3-4——角形槽，3-5——填土层，3-6——喷浆层

3-7——植被层，10——尾矿堆体；

图4是分层平台的结构示意图，，图中标注符号的意义是：

4-1——坡顶梁，4-2——排水连系梁，4-3——流水方向，

4-4——消能水池，4-5——消能体，4-6——坡底梁，

3-1——纵梁，3-5——填土层，3-6——喷浆层，

3-7——植被层，10——尾矿堆体；

图5是中央塔7和分层排渗体系6的示意图，，图中标注符号的意义是：

6-1——梳状排渗组件，6-2——中轴排渗管，6-3——两翼梳齿排渗管，

7-1——临时工作台，7-2——排水竖管，7-3——环形管道，

7-4——连通管，7-5——竖向排渗管，7-6——升降罐笼，

7-7——结构框架，7-8——砌筑塔壁，7-9——塔底排污管，

5-1——砂滤层，5-2细石滤层，5-3——粗石滤层，

5-4——抗渗防水底板；

具体实施方法

将实施难度较大的几点说明如下：(一)作业过程的滩面运输：中央塔与尾矿堆体周边的距离一般不大于500m，在周边区设置支架，用索道钢丝绳与中央塔连接，索道钢丝绳上悬挂滑轮吊钩、装载容器和牵引钢丝绳，中央塔部位设置卷扬机，周边区支架上设置导向定滑轮，则可实现装载容器在中央塔与周边区之间往复运行，详细做法参照另一项专利(一种边坡工程物料运输系统，ZL201310030607X，)；尾矿堆体滩面中心需要的材料，可经由底部通道和中央塔内设置的升降罐笼来运输；(二)放矿方法：沿尾矿堆体边坡向上铺设倾斜排浆管道，每隔适宜间距铺设一条；倾斜排浆管道连接滩面放矿管道，滩面放矿管道一般采用轻质柔性管，管道上分布有放矿的分支管口；调节矿浆浓度和放矿管口流量，使沉积滩面保持适宜水力坡度；周边围堰与作业便道的形成方法是：用塑料编织袋装填已脱水的尾矿砂，堆砌铺筑形成围堰和便道；(三)分层排渗体系的铺设：分层排渗体系由多条扇形的梳状排渗组件排列组成；梳状排渗组件的中轴排渗管和两翼梳齿排渗管都是一种土工材料制品，其管壁是透水的土工布，内衬是网格状塑胶骨架，管道具有透水不透砂的渗滤排水功能，这种管道已形成规格齐全的定型产品；梳状排渗组件一般在现场连接、组装，要绑扎牢固；梳状排渗组件的中轴排渗管要全长敷设加强绳，两翼梳齿排渗管可用竹片加强，以保持形状；利用中央塔与周边区之间的索道系统，牵引梳状排渗组件就位，并将每条梳状排渗组件的中轴排渗管与环形管道连通；分层排渗体系的上下间距及同层梳状排渗组件的水平间距主要由尾矿的渗透系数决定，一般要预先试验或采用经验数据；(四)尾矿堆体的稳定性控制：尾矿堆体的分层坡面角要控制在25°左右，既要小于尾矿堆体的自然安息角，又要符合绿化种植的立地条件；中央塔部位的排水系统要确保畅通，使中心沉淀区的蓄水面积控制在合理范围，紧急情况时可用明管向中央塔内直接排水；护坡结构施工完成后，坡面排水顺畅，尾矿堆体逐步压实固结，整个干堆系统会处于永久稳定状态；(五)异常措施：护坡结构完成后，若发生渗滤污水很少但长时间不断流的情况，为减轻污水净化处理负担，可封闭塔底排污管，在排水竖管上部安装抽出式风管，增设引流风机或真空泵抽气，使排水竖管、连通管、环形管道、分层排渗体系、竖向排渗管这一套联通系统形成负压环境，以负压蒸发方式排除尾矿堆体中的多余重力水，消除尾矿堆体的渗滤污水；尾矿堆体的渗滤污水彻底断流后，整个系统就处于封闭存储的自然平衡状态了。

Claims (5)

1.重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法，其技术特征之一是：通过设置干堆场地周边的围护结构和干堆场地的抗渗防水底板，隔断尾矿污水与地下水的联系与物质交换，从而消除重金属尾矿对地下水的污染。

2.重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法，其技术特征之二是：通过在干堆场地先行建设中央塔和底部通道，形成干堆系统的作业依托，使干堆工艺的放矿、排渗、排水、运输、堆体加高等作业顺利进行。

3.重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法，其技术特征之三是：利用尾矿堆体中设置的分层排渗体系，将尾矿水过滤、澄清，供选矿循环利用，从而使干堆生产过程中无废水排放，消除重金属尾矿水的环境污染。

4.重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法，其技术特征之四是：干堆完成后，在尾矿堆体全表面构筑护坡结构，护坡结构具有支护坡面、封闭尾矿堆体、隔离地表水、优化生态景观多种功能，可以消除重金属尾矿对地表水的污染。

5.重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法，其技术特征之五是：异常情况下，可以采用抽出式排气的负压蒸发办法，抽排尾矿堆体中的多余重力水，消除尾矿堆体的渗流污水，减少污水处理负担。