重金属尾矿的干堆封存与污染防治方法
【技术领域】
[0001]本发明属矿山技术领域
【背景技术】
[0002]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】
[0003]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IMPa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