專利名稱：一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法，適用于高含 水率、高細(xì)度、含有重金屬等污染物的選礦尾礦的安全處置工程，屬于礦山和環(huán)境工程技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
尾礦作為礦山選礦的副產(chǎn)品，是一種沒有強(qiáng)度、含有污染物、極易液化流動(dòng)的高含 水率固體廢物，目前我國大量的尾礦主要以設(shè)置尾礦庫進(jìn)行放置為主，由于在暴雨或地震 作用下尾礦庫存在著極大的潰壩風(fēng)險(xiǎn)，并且尾礦庫中的污染物對(duì)庫周圍的地表水、地下水 和土壤也有著極大的環(huán)境安全隱患。根據(jù)國家安監(jiān)局2008年底統(tǒng)計(jì)，截止到2008年底，全 國尾礦庫總計(jì)12655座，其中正常庫7745座(占61 % )，危庫613座(占5% )，險(xiǎn)庫1265 座(占10% )，病庫3032座(占24% )，堆存各類尾礦總量約70億噸。早期的尾礦庫在設(shè) 計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行上大多難以同時(shí)滿足穩(wěn)定安全和環(huán)境安全，導(dǎo)致了眾多的尾礦庫破壞事件。 如1962年9月26日，云錫公司火谷都尾礦庫潰壩，造成171人死亡，受傷92人，受災(zāi)人口 13970人。1985年8月25日湖南柿竹園尾礦庫潰壩，造成49人死亡。1986年4月30日安 徽黃梅山鐵礦尾礦庫潰壩，造成19人死亡，受傷100人。1994年7月16日湖北省大冶有 色金屬公司龍角山銅礦由于暴雨沖擊，尾礦庫潰壩，死亡28人，失蹤3人。2000年10月18 日，廣西南丹縣大廠鎮(zhèn)酸水薄的攤潤選礦廠尾礦庫塌壩，造成28人死亡，上百座房屋被毀。 2006年4月30日陜西鎮(zhèn)安黃金尾礦庫在對(duì)其尾礦庫實(shí)施第六期加壩增容施工時(shí)，部分主體 壩垮塌，造成15人死亡、2人失蹤、5人受傷。2008年9月8日山西襄汾尾礦庫潰壩事故，造 成254死34傷的嚴(yán)重事故。目前尾礦庫事故的危害已經(jīng)成為世界第18大公害之一。由于尾礦庫存在的諸多問題，國家在礦山尾礦庫的設(shè)置問題上也加強(qiáng)了管理，很 多新庫在規(guī)劃中都必須進(jìn)行安全和環(huán)境影響評(píng)價(jià)，而且設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)都大大提高。目前 許多礦山由于尾礦不能妥善解決致使生產(chǎn)面臨困境，亟待開發(fā)新的尾礦安全處置技術(shù)。目前對(duì)尾礦的處置方法有采用脫水后進(jìn)行干式堆放的辦法，如中國發(fā)明專利號(hào) 200910094443. 0，專利名稱一種尾礦干堆方法，通過濃縮和自然排水的方法實(shí)現(xiàn)尾礦在尾 礦庫中的干式堆放，這種方法一旦下雨會(huì)使尾礦中重新充水飽和，極易形成泥石流，并且尾 礦中的污染物也很容易隨著雨水而擴(kuò)散出來對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。再如中國發(fā)明專利號(hào) 200510124013.0，專利名稱高濃度高粘度尾礦輸送與堆存方法，該發(fā)明采用增稠的方法， 將尾礦漿粘度提高到IOOOOmPa. s以上進(jìn)行干法堆存，由于尾礦顆粒間的膠結(jié)力很弱，尾礦 中的污染物沒有得到穩(wěn)定，這種方法在雨水作用下仍然存在著極大的二次泥化和污染物遷 移轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)。目前也有對(duì)尾礦進(jìn)行膠結(jié)處理后在堆場中進(jìn)行干式堆放的方法，如中國發(fā)明專 利號(hào)200610109277. 3，專利名稱一種鋁土礦選礦尾礦的堆存方法，針對(duì)重量濃度20% 70%的鋁土礦選礦尾礦，利用水泥、石灰、石膏、水玻璃，以及粉煤灰、?；郀t礦渣、煤矸 石、赤泥、硅灰、火山灰、浮石等材料將尾礦進(jìn)行膠結(jié)處理，基料的摻加量為干尾礦重的10 % 70 %，膠凝激發(fā)劑添加量是干尾礦重的0 % 15 %，尾礦與固化劑混合攪拌后形成 重量濃度30% 85%的膏體在尾礦庫中進(jìn)行流態(tài)化堆放。由于膏體的塌落度為IOcm 29cm，因此難以控制膏體在尾礦庫中的堆積高度和堆放范圍，堆存體的堆積角一般為13 22度。同時(shí)該發(fā)明中不涉及對(duì)尾礦中的污染物進(jìn)行穩(wěn)定化處理，因此放置在尾礦庫中污染 物仍然會(huì)遷移轉(zhuǎn)化到周圍環(huán)境介質(zhì)中，該堆存方法存在較高的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。還有中國發(fā)明專利號(hào)200610156329. 2，專利名稱一種鋁土礦選礦洗礦尾礦堆存 的方法，該方法首先將尾礦濃縮或脫水后達(dá)到固含大于600g/L，以石灰粉做為主固化劑， 再加入硬石膏、粉煤灰、礦渣粉或硫酸鹽作為固化助劑，總的固化劑的添加量為尾礦重量的
0.5% 50%，固化劑與尾礦經(jīng)機(jī)械混勻后直接輸送到尾礦庫中進(jìn)行壓實(shí)固化處理，由于尾 礦與固化劑剛攪拌出來仍呈流動(dòng)狀態(tài)，存在運(yùn)輸不便和難以在堆場中壓實(shí)的缺點(diǎn)，也不能 實(shí)現(xiàn)較大的堆放高度，同時(shí)該方法同樣也沒有實(shí)現(xiàn)尾礦中污染物的穩(wěn)定效果，放置在尾礦 庫中也存在環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前尾礦無論濕式堆放、脫水后干式堆放，以及膠結(jié)或固化后干式堆 放等技術(shù)仍然需要設(shè)置尾礦庫，并且尾礦庫存在較大的穩(wěn)定或環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)的問題，提供 一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法。該方法首先將選礦后的尾礦濃縮后導(dǎo) 入固化攪拌機(jī)與固化劑混合攪拌，之后經(jīng)養(yǎng)護(hù)24小時(shí)再運(yùn)至不設(shè)尾礦壩的堆放場地進(jìn)行 碾壓填筑，填筑后即可實(shí)現(xiàn)固化尾礦的長期安全堆存或資源化利用。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法，其 特征是該方法包括以下步驟一、尾礦濃縮處理，選礦尾礦進(jìn)入濃縮池，每噸干尾礦中加入混凝劑60 90克，將 尾礦濃縮成質(zhì)量濃度大于50%的狀態(tài)；二、尾礦固化處理，將濃縮后的尾礦導(dǎo)入固化攪拌機(jī)與固化劑進(jìn)行混合攪拌，每立 方米尾礦中加入固化劑50 200公斤；三、固化尾礦的初期養(yǎng)護(hù)，將固化處理后的尾礦堆置24小時(shí)進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)，此時(shí) 固化尾礦的初期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到25 50kPa ；四、固化尾礦的干式堆存，經(jīng)過初期養(yǎng)護(hù)的固化尾礦在堆放場地中采用分層、分單 元填筑的方法，每層填筑后進(jìn)行壓實(shí)處理；填筑體的28天凝聚力> 40kPa，內(nèi)摩擦角> 30 度，當(dāng)填筑高度為30米以下，填筑坡角為45度以下時(shí)，填筑體邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)大于
1.5 ；填筑體的滲透系數(shù)小于1 X 10-6cm/s,按照HJ/T299-2007方法進(jìn)行測試，填筑體試塊中 銅的浸出量小于100mg/L，鋅的浸出量小于100mg/L，鎘的浸出量小于lmg/L，鉛的浸出量小 于5mg/L，鉻的浸出量小于15mg/L，砷的浸出量小于5mg/L。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)最大優(yōu)點(diǎn)是不需要設(shè)置尾礦庫就可以實(shí)現(xiàn)尾礦在較小面積堆放場 地上的穩(wěn)定和無污染長期堆存，其效果主要來自于所使用固化劑和填筑方法對(duì)尾礦在力學(xué) 性質(zhì)和污染物穩(wěn)定性兩方面的作用(1)提高尾礦的力學(xué)性質(zhì)方面固化劑是水泥、石灰、粉煤灰、石膏的一種或二種以上，當(dāng)其加入到濃度高于40% 的尾礦中時(shí)，會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)、火山灰反應(yīng)、碳酸反應(yīng)和離子交換反應(yīng)，主要生成水化硅酸
4鈣、水化鋁酸鈣、水化鐵鋁酸鈣、氫氧化鈣、碳酸鈣和鈣礬石，鈣礬石是一種具有32個(gè)結(jié)晶 水的晶體態(tài)物質(zhì)，對(duì)于高含水的尾礦來說，多生成鈣礬石是提高強(qiáng)度的有效手段。水化產(chǎn)物 在反應(yīng)過程中與水進(jìn)行結(jié)合消耗了漿體中的水分，并且生成的產(chǎn)物具有膠結(jié)性質(zhì)，可以將 尾礦顆粒膠結(jié)起來，生成的大量鈣礬石又可以支撐在膠結(jié)的尾礦顆粒中形成骨架，因此水 化產(chǎn)物的膠結(jié)和骨架支撐作用是固化劑強(qiáng)度的主要來源。依靠固化劑的作用，固化尾礦填 筑體的28天凝聚力》40kPa,內(nèi)摩擦角> 30度，當(dāng)填筑高度為30米以下，填筑坡角為45度 以下時(shí)，填筑體邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)大于1.5，填筑體能夠?qū)崿F(xiàn)長久穩(wěn)定。同時(shí)較高的填筑 高度也節(jié)約了堆放場的占地面積。(2)提高尾礦中污染物的穩(wěn)定性方面固化劑反應(yīng)后產(chǎn)生的水化產(chǎn)物具有較大的吸附性，可以將尾礦中易溶出的重金屬 吸附、包裹在固化體中，使其不易進(jìn)入周圍介質(zhì)中。同時(shí)結(jié)晶態(tài)的水化產(chǎn)物也可以將污染物 結(jié)合到晶體中，使重金屬成為更穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)，更加不容易釋放到環(huán)境中。尾礦經(jīng)過 固化后，其滲透系數(shù)小于lX10_6Cm/S，可溶態(tài)重金屬難以隨著水分滲出。對(duì)于這樣的固化 體，即使在非常不利的酸雨條件下，呈吸附、包裹或結(jié)晶狀態(tài)的污染物也不會(huì)大量遷移到周 圍環(huán)境中，從而實(shí)現(xiàn)了尾礦不設(shè)尾礦庫干式堆存的環(huán)境安全。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果(1)固化處理將流態(tài)的尾礦轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤?qiáng)度的填料，并將污染物封閉在固化 體中，實(shí)現(xiàn)了不設(shè)尾礦庫就可以對(duì)尾礦進(jìn)行干式堆存的穩(wěn)定性和環(huán)境安全；(2)固化尾礦經(jīng)過初期養(yǎng)護(hù)，便于運(yùn)輸和填筑，從而可以實(shí)現(xiàn)較高的填筑高度，節(jié) 省堆放場地的面積；(3)堆放場地中的尾礦可以做為良好的填土材料使用，在有工程需要時(shí)也可以從 堆場中取走使用，從而騰出堆放場占地；(4)本發(fā)明處理成本低、效率高，可以連續(xù)作業(yè)，符合尾礦安全處置的要求。
具體實(shí)施例方式表1非限制性的披露了本發(fā)明實(shí)施例所涉及的各參數(shù)，以下將結(jié)合表1詳細(xì)地說 明本發(fā)明所涉及實(shí)施例的技術(shù)方案。
實(shí)施例1一種鉛鋅尾礦，其中> 74微米的顆粒含量占27. 40 %，37 74微米的顆粒含量 占15. 90%，< 37微米的顆粒含量占56. 70%，其物質(zhì)組成為=SiO2占36. 79%, Al2O3占 1. 72%, MgO 占 2. 15%、CaO 占 30. 15%, Fe2O3 占 15. 11%，其他成分占 14. 08% 0 按照 HJ/ T299-2007方法對(duì)尾礦進(jìn)行測試，未處理尾礦中銅的浸出量為100. 6mg/L、鋅為300mg/L、鎘 為1. 3mg/L、鉛為100. 8mg/L、鉻為40mg/L、砷為16. 21mg/L。濃縮前尾礦的質(zhì)量濃度為30%， 按每噸干尾礦加入聚丙烯酰胺或聚合氯化鋁或聚合硫酸鋁60克，沉淀6小時(shí)形成質(zhì)量濃度 73%的尾礦。在每方尾礦中加入80公斤水泥固化劑進(jìn)行混合攪拌，攪拌后養(yǎng)護(hù)24小時(shí)固 化尾礦試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為40kPa，將經(jīng)過初期養(yǎng)護(hù)的固化尾礦在堆場中填筑28天時(shí) 的密度為1650kg/m3、凝聚力為80kPa、內(nèi)摩擦角為40度，滲透系數(shù)為0. 5X 10_6Cm/S，按照 HJ/T299-2007方法對(duì)28天的固化尾礦進(jìn)行測試，銅的浸出量為78mg/L、鋅為87mg/L、鎘為 0. 8mg/L、鉛為4. 5mg/L、鉻為12mg/L、砷為3. 2，小于GB 5085. 3-2007中規(guī)定的限值。堆放 高度為30米，堆放坡角為45度，此時(shí)填筑體的穩(wěn)定安全系數(shù)為2. 4，滿足填筑體長期穩(wěn)定的 需要。實(shí)施例2一種鐵尾礦，其中> 74微米的顆粒含量占14. 20 %，37 74微米的顆粒含量 占13. 10%，< 37微米的顆粒含量占72. 70%，其物質(zhì)組成為=SiO2占70. 70%, Al2O3占 3. 17%, MgO 占 3. 22%、CaO 占 6. 04%、Fe2O3 占 10. 60%，其他成分占 6. 27%。按照 HJ/ T299-2007方法對(duì)尾礦進(jìn)行測試，未處理尾礦中銅的浸出量為86. 7mg/L、鋅為20. 8mg/L、鎘 為2mg/L、鉛為46. 2mg/L、鉻為10. 19mg/L、砷為8. 33mg/L。濃縮前尾礦的質(zhì)量濃度為25%， 按每噸干尾礦加入聚丙烯酰胺45克和硫酸亞鐵45克，沉淀6小時(shí)形成質(zhì)量濃度50%的尾 礦。在每方尾礦中加入200公斤固化劑(其中水泥占80%、石膏占20%)進(jìn)行混合攪拌， 攪拌后養(yǎng)護(hù)24小時(shí)固化尾礦試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為50kPa，將經(jīng)過初期養(yǎng)護(hù)的固化尾 礦在堆場中填筑28天時(shí)的密度為1520kg/m3、凝聚力為lOOkPa、內(nèi)摩擦角為35度，滲透系 數(shù)為0. 1 X l(T6Cm/S，按照HJ/T299-2007方法對(duì)28天的固化尾礦進(jìn)行測試，銅的浸出量為 57mg/L、鋅為 10. 7mg/L、鎘為 0. 9mg/L、鉛為 3. 8mg/L、鉻為 6. 8mg/L、砷為 4. 3mg/L，小于 GB 5085. 3-2007中規(guī)定的限值。堆放高度為30米，堆放坡角為45度，此時(shí)填筑體的穩(wěn)定安全 系數(shù)為2. 6，滿足填筑體長期穩(wěn)定的需要。實(shí)施例3一種選銅尾礦，其中> 74微米的顆粒含量占8. 50%，37 74微米的顆粒含量 占9. 10%，< 37微米的顆粒含量占82. 40%，其物質(zhì)組成為=SiO2占63. 94%, Al2O3占 15. 78 %, MgO 占 v%、CaO 占 2. 22 Fe2O3 占 3. 74 %,其他成分占 12. 35 %。按照 HJ/ T299-2007方法對(duì)尾礦進(jìn)行測試，未處理尾礦中銅的浸出量為325. lmg/L、鋅為35. Img/L、鎘為2. 4mg/L、鉛為53. 8mg/L、鉻為35. 7mg/L、砷為1. 9mg/L。濃縮前尾礦的質(zhì)量濃度 為31 %，按每噸干尾礦加入聚丙烯酰胺30克和聚合氯化鐵20克和聚合氯化鐵20克，沉 淀6小時(shí)形成質(zhì)量濃度65%的尾礦。在每方尾礦中加入120公斤固化劑(其中水泥占 25%、石灰占10%、粉煤灰占50、石膏占15%)進(jìn)行混合攪拌，攪拌后養(yǎng)護(hù)24小時(shí)固化尾 礦試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為35kPa，將經(jīng)過初期養(yǎng)護(hù)的固化尾礦在堆場中填筑28天時(shí)的密 度為1630kg/m3、凝聚力為70kPa、內(nèi)摩擦角為40度，滲透系數(shù)為0. 9 X lO—cm/s，按照HJ/ T299-2007方法對(duì)28天的固化尾礦進(jìn)行測試，銅的浸出量為88. 5mg/L、鋅為21. 7mg/L、鎘 為 0. 77mg/L、鉛為 3. 9mg/L、鉻為 8. 5mg/L、砷為 0. 9mg/L,小于 GB 5085. 3-2007 中規(guī)定的限 值。堆放高度為30米，堆放坡角為45度，此時(shí)填筑體的穩(wěn)定安全系數(shù)為2. 3，滿足填筑體長 期穩(wěn)定的需要。
權(quán)利要求
一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法，其特征是該方法包括以下步驟一、尾礦濃縮處理，選礦尾礦進(jìn)入濃縮池，每噸干尾礦中加入混凝劑60～90克，將尾礦濃縮成質(zhì)量濃度大于50％的狀態(tài)；二、尾礦固化處理，將濃縮后的尾礦導(dǎo)入固化攪拌機(jī)與固化劑進(jìn)行混合攪拌，每立方米尾礦中加入固化劑50～200公斤；三、固化尾礦的初期養(yǎng)護(hù)，將固化處理后的尾礦堆置24小時(shí)進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)，此時(shí)固化尾礦的初期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到25～50kPa；四、固化尾礦的干式堆存，經(jīng)過初期養(yǎng)護(hù)的固化尾礦在堆放場地中采用分層、分單元填筑的方法，每層填筑后進(jìn)行壓實(shí)處理；填筑體的28天凝聚力≥40kPa，內(nèi)摩擦角≥30度，當(dāng)填筑高度為30米以下，填筑坡角為45度以下時(shí)，填筑體邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)大于1.5；填筑體的滲透系數(shù)小于1×10 6cm/s，按照HJ/T299 2007方法進(jìn)行測試，填筑體試塊中銅的浸出量小于100mg/L，鋅的浸出量小于100mg/L，鎘的浸出量小于1mg/L，鉛的浸出量小于5mg/L，鉻的浸出量小于15mg/L，砷的浸出量小于5mg/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法，其特征在 于，步驟一所述的混凝劑為聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁、硫酸亞鐵、聚合氯化鐵、聚合硫酸鋁的 一種或二種以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述選一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法，其特征 在于，步驟二所述的固化劑為水泥、石灰、粉煤灰、石膏的一種或二種以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法，其特征在 于，步驟二所述的混合攪拌是指將尾礦漿體與固化劑在固化攪拌機(jī)中攪拌1 5分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法，其特征在 于，步驟四所述的固化尾礦堆放場地不建設(shè)尾礦壩、不做場地防滲、不設(shè)置排水措施，經(jīng)過 初期養(yǎng)護(hù)后的固化尾礦直接填筑在堆放場中。
全文摘要
本發(fā)明是一種不設(shè)尾礦庫的選礦尾礦固化處理干式堆存方法。包括以下步驟一、尾礦濃縮處理，選礦尾礦進(jìn)入濃縮池并加入混凝劑，將尾礦濃縮成質(zhì)量濃度大于50％的狀態(tài)；二、尾礦固化處理，將濃縮后的尾礦導(dǎo)入固化攪拌機(jī)與固化劑進(jìn)行混合攪拌；三、固化尾礦的初期養(yǎng)護(hù)，將固化處理后的尾礦堆置24小時(shí)進(jìn)行初期養(yǎng)護(hù)；四、固化尾礦的干式堆存，經(jīng)過初期養(yǎng)護(hù)的固化尾礦在堆場中采用分層、分單元填筑的方法，每層填筑后進(jìn)行壓實(shí)處理。優(yōu)點(diǎn)將流態(tài)的尾礦固化處理為具有一定強(qiáng)度且滿足環(huán)境質(zhì)量要求的固化體，無需建設(shè)尾礦庫就可直接堆存在堆放場中，徹底消除尾礦在尾礦庫中濕法堆存的穩(wěn)定性和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省堆場占地面積，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益顯著。
文檔編號(hào)B09B1/00GK101912865SQ201010241928
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者張春雷, 汪順才, 陳穎, 靳偉 申請人:河海大學(xué)