【矿业澳洲点评】澳大利亚在尾矿治理方面拥有先进的技术，处于国际领先水平，并提出了基于风险的矿山生命周期法，确保尾矿对环境造成的风险控制在可接受的低水平内。澳大利亚在尾矿治理方面有着广泛的经验，主要包括尾矿浓缩、尾矿覆盖系统的设计以及尾矿的植被恢复。澳大利亚尾矿治理的先进技术有脱水尾矿、联合处置、膏体石、空穴充填、地貌恢复及尾矿回收等环节。
《澳大利亚尾矿治理现状及先进技术综述》
尾矿是采矿活动产生的最主要的固体废弃物，其排放和堆积不仅会对周边环境造成污染，还会占用宝贵的土地资源，造成土地退化和沙漠化，废弃的尾矿里还含有大量的有用资源。从可持续发展的角度来看，尾矿的处理和利用不当将成为制约环境与经济和谐发展的重大问题，因而亟待开发科学、先进的尾矿治理技术。
生命周期法又称“生命周期评价(life cycle assessment，LCA)”，最早诞生于20世纪60年代末的美国，是一个评价从原材料的采集到加工、生产、运输、销售、使用、回收、养护、循环利用和最终处理整个生命周期系统有关的环境负荷的过程，可以通俗的理解为“从摇篮到坟墓”(Cradle to Grave)的整个过程。生命周期可分为“概念(Concept)、设计(Design)、实施(Execute)和收尾(Finish)”4个阶段，生命周期法就是将这些阶段所有环境影响进行全面科学的评价，识别其物质的消耗及向环境的排放，评价其对环境的风险并寻找减少这些风险的方法，该方法也被誉为21世纪最有效的环境管理工具。
澳大利亚采矿业发达，在矿山管理和环境治理方面拥有先进的经验和技术，处于国际领先水平。其尾矿治理以社会和环境的和谐发展为目标，根据生命周期理论提出了矿山生命周期法，即在尾矿管理的“设计、运行、关闭、复垦”这一矿山生命周期内，确保其对环境造成的污染及破坏风险控制在可接受的水平以下。这种方法为尾矿管理提供了合理的宏观规划框架(图1)，而高效尾矿治理技术的运用也极其重要。
【1普遍性治理方法】
【1.1 尾矿浓缩】尾矿一般以浆体形式在管线中泵送，然后送入地表尾矿库。目前，澳大利亚矿业公司普遍采用离心机和过滤机进行尾矿输送前的脱水，得到高浓度尾矿浆，其固体含量一般为25%～50%，属于脱水尾矿的一种，但未达到浓缩尾矿和膏体尾矿的程度。这样可循环利用尾矿水，减少水资源浪费和选矿厂的需水量。
【1.2尾矿覆盖】澳大利亚现有的尾矿覆盖技术，按照技术复杂性及成本计算，具体方法可分为：
1)植被方法：碱性尾矿适合植被生长，经过简单施肥处理后，直接在尾矿上种植植被。
2)物理方法：尾矿表面上直接铺设薄层碎石用来减轻粉尘。
3)化学方法：利用能与尾矿作用并形成稳定覆盖层的物质，用于尾矿排泄前的处理。
4)组合工艺：危险性强的尾矿可用多层覆盖系统，是化学、物理及植被方法的结合。尾矿覆盖技术通常需要配套建立排水系统，以减少闭坑后的土地侵蚀和渗流影响风险。例如澳大利亚典型历史铀铜矿区兰姆森林(ＲumJungle)1971年关闭后，遗留3个尾矿库，总计1000万t废渣。尾矿的淋滤液严重污染周围环境，更造成流经矿区的芬尼斯河东支的大量水生生物死亡。1983年开始的主要修复工程是覆盖尾矿库，其方法是在尾矿表面覆盖一层黏土后铺上土层，并在尾矿下建立通向湿地的排水管道，避免暴雨冲刷，其次改变流经矿区的地表水流向。经过6年的修复和监测，到1989年时芬尼斯河的水生生物的多样性恢复到了自然水平。
【1.3尾矿植被恢复】矿山植被恢复是修复环境的第一选择，在分析当地气候条件和尾矿化学特征的基础上，围绕改善土壤条件、植被生长环境、选择合适植被和建立植被群落等方式展开。优点是可控制风蚀水蚀、抑制粉尘、增大土地利用率，以低成本获得好效果，但肥料和灌溉水的补给要系统化，否则不可持续。由于酸性尾矿不利于植被生长，在含硫化尾矿上种植植被时，需要覆盖黏土减少酸性水的产生。例如位于昆士兰北部的基兹顿金矿(KidstonGoldMine)的尾矿库在1985—1996年贮存了大约6800万t的尾矿，其闭坑后的一个修复目标是建立由外来和本土植被组成并能自然维持的草原林地。在尾矿表面进行的植被试种实验表明，尾矿呈碱性，不需要土壤或其他覆盖层就能直接支持植被生长。1998年在尾矿上进行植被种子撒播，2001年尾矿表面上大部分区域可供通行。
【2先进治理技术】澳大利亚提出了基于风险的矿山生命周期法，以社会和环境和谐发展为目标走可持续发展的道路，因此需要配合先进高效的处置技术，实现环境修复的更高效益和经济性。
【2.1尾矿脱水】由于用水短缺以及未来对矿山补给水的限制，对进行尾矿脱水处置是一种经济有效的方法。尾矿脱水处理后根据不同的稠度(固体的质量分数)得到4种尾矿：高浓度尾矿浆、浓缩尾矿、膏体尾矿、尾矿滤饼，其特性（见图2）。高浓度尾矿浆是澳大利亚普遍运用的处理技术，但如今由于矿山机械制造水平的快速发展，浓缩机技术得到了很大改进，对离心机和过滤机技术改进后，提高了设备效率，降低了脱水成本，深锥浓缩机便是制得浓缩尾矿和膏体尾矿的一种高效经济的设备。而压滤设备制得的尾矿滤饼的稠度已超过液限，经济成本较高，因此不常采用。
浓缩或膏体尾矿使泵送到尾矿库中的水量减少，降低了尾矿水漫顶的风险，减少了渗流和蒸发损失。稠度大的尾矿排放后能更好地控制回流水系统，反过来含水量减少也会降低对隔离墙的要求。传统浆体排放和浓缩尾矿排放的对比见表1。
【2.2膏体石】膏体石是膏体尾矿和废石的混合物，膏体石可作为密封材料使用，用以覆盖废弃物。该技术选择的尾矿和废石必须是惰性的，且废石需通过粉碎和过筛使粒径不超过在100mm，保证混合物的一致性便于混合。膏体石具有高密度和低透水性的特点，并适合通过机械运输的方式堆入尾矿库。在矿区缺乏用于密封的天然黏土资源时，膏体石能作为尾矿库的密封材料，使成本更低。实例1：西澳日升大坝(SunriseDam)金矿运营始于1997年，起初尾矿堆放于一个坝体修筑的“农田式”尾矿库内，设计堆放容量为每年150万t，1998年进行下游抬高，设计堆放容量提高到每年300万t。并将尾矿浓缩到更高浓度后在新的地点运用中央浓缩排放法处置尾矿。如图3所示：中央浓缩排放尾矿库的设计面积330×104m2，包含尾矿贮存库、溢流道和尾矿水调蓄池，浓缩尾矿通过泵送管被输送到堆置中心排放，尾矿会被堆放成浅锥形。
【2.3联合处置】矿山粗粒和细粒废弃物的联合处置，提供了一种减少分开贮存废弃物的体积或所需占地的方式，而且得到的沉积物更稳定，有明显的经济、社会、环境效益。联合处置的一个难题是找到一种安全方法来经济地混合两种废弃物流。同时用大型矿用汽车倾倒废石与浆体管道排放两种操作是比较困难的，其原因是倾倒面会不断移动。一种较理想的联合处置方法是在露天的采空矿坑顶部一端倾倒惰性废石充填，在另一端尽量将惰性尾矿与粗细废石混合后泵送排放这种联合处置的物质，最终可形成较硬的滩面，滩面上一般可供通行，并可形成稳定的外周界隔离墙。虽然输送联合处置混合物需大量用水，但总系统损失的水量并不比单独处置浆体尾矿多。
【2.4空穴回填】采矿活动产生空穴，而这些空穴是最适合贮存尾矿的位置。地下采空矿坑可以在矿山生命周期的中期使用尾矿回填，但很少有露天矿坑在矿山闭坑前就回填。西澳和北领地的实际案例表明：不建立专门的尾矿库，将尾矿直接存放在采空的露天矿坑中比较经济，在这些案例中，将尾矿浓缩成膏体的稠度，然后泵送或自流到矿坑中，其中已经充分脱水和固结的尾矿可使用卡车直接搬运。实例2：格兰尼特斯(Granites)金矿有很多采空矿坑，其闭坑目标之一是只要可能就回填矿坑，最终将其复原到平坦的地貌。在考虑到未来的沉积量后，估计最终形成坚固覆盖层所需的废石量约为35万m3。为了降低成本和废石需求量，定期用浓缩尾矿中央排放法排入矿坑，填满一直发生沉积的矿坑，最终尾矿表面形成干燥可通行的外壳并恢复平坦的地貌。在矿坑周界需建立隔离坝，用以减少发生降雨时漫顶的风险。最终形成覆盖层减少了约15万m3的废石量，并用尾矿替代废石节约成本约35万美元。格兰尼特斯今后的矿坑将使用相似的原理复垦，复垦后的地貌与周围景观可融为一体，仅在矿坑的中心位置有轻微隆起。
【2.5地貌恢复】尾矿库大多设在地表，形成抬高的地貌，在影响自然景观的同时，还会加重侵蚀，加大尾矿坝体溃坝的风险。地貌恢复时最好在尾矿设施规划这一步就考虑美观要求和侵蚀风险。如要求尾矿库复垦后的最终地貌不显眼，则对在地下或矿坑内处理尾矿的需求将提高，因此采矿活动应优先考虑用尾矿充填采空矿坑。另外，废石堆和尾矿库可以共享墙体，最终两者可以同时复垦使地貌合二为一。
【2.6尾矿减量和回收】尾矿治理最根本的方法是减少尾矿的生成量，尽量回收和再利用尾矿，这就要求选矿工艺能达到这些目标。大多数尾矿内部存在有价值的资源，要通过再处理和其他工艺流程，但是这往往与人们简单经济的处理观念相悖，所以大多数尾矿都被直接废弃。新技术使尾矿再处理成为可能，西澳奎纳纳(Kwinana)铝矿的浓缩赤泥残渣处置就是一个例子，探索尾矿中有用资源的回收和再利用技术是未来的发展方向之一。实例3：奎纳纳(Kwinana)是全球美铝公司(Alcoa)在西澳的3个氧化铝厂之一。在炼铝过程中，烧碱溶液中加入铝土矿，使氧化铝溶解，洗涤剩余固体能够回收一部分烧碱，但最终残渣中仍含有一定量的烧碱(或碱度)，其夹带溶液的pH在13.5左右。美铝公司1970年开始从传统湿地残渣处置向浓缩残渣处置转变，现该公司的全球业务都采用了这种方法处理尾矿，能大大将尾矿减量排放。而奎纳纳的氧化铝厂采用残渣碳酸化(用CO2废气处理残渣)的方法回收利用尾矿，能降低沉积物的pH值或碱度来降低其对环境的危害，并能回收其中惰性的残渣。浓缩尾矿处置将尾矿减量，以低成本快速得到能供回收的残渣，而残渣碳酸化在降低残渣危害性的同时又能回收部分残渣。
【3对中国尾矿治理的启示】
1)改进尾矿的堆存技术：中国多数尾矿库都是在山谷或山坡处修建坝体进行圈围，随着尾矿增多，再不断加高坝体来增加库容，由此带来的溃坝和尾矿水渗滤风险也会增加。澳大利亚的脱水尾矿处理技术和先进的尾矿堆存方式值得我国采矿业学习，可大大降低对环境的影响。
2)重视尾矿的回收利用：中国尾矿大多直接作为砂石代用品，有些尾矿的回收工艺技术复杂，资金投入大，能源消耗高，很难实现可观经济效益。对此，中国需要加强对尾矿减量与回收工艺的研究，特别是中国特有矿产资源的尾矿回收技术如实现突破，将对世界范围的尾矿治理产生影响。
3)学习并运用矿山生命周期法。加强从开矿到闭坑过程中对其风险的评价，能有效改善企业及政府只注重眼前利益的现状，以可持续发展的眼光看待矿业经济和环境保护之间的关系。
【4总结】
1)澳大利亚的尾矿治理技术发展成熟，处于国际领先水平，其中尾矿浓缩、尾矿覆盖系统设计和尾矿植被恢复3个方法体系在各矿区得到普遍运用，均达到理想的治理目标。而未来澳大利亚的尾矿治理技术将朝着更简便、更经济、更高效的目标去改善。
2)澳大利亚实施的基于风险的矿山生命周期方法体系能确保达到闭坑后的环境修复目标，说明可持续发展的理念必须应用到尾矿贮存设施的最初设计、尾矿管理和处理及尾矿贮存设施关闭阶段的全过程当中，这值得我国采矿业学习。
——谢李娜，周建，伟徐文，中国地质大学(武汉)环境学院，中国地质大学(武汉)研究生院
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