尾矿的处理与储存方式包括河道治理、海底处置、湿地留存、回填、干堆以及蓄水后储存等多种方法。在发达中,最常采用的策略是利用蓄水来储存尾矿,其构造通常被称作“尾矿库”。尾矿库被用作储存尾矿的特定场所,通常通过筑坝来谷口或围地构建。
尾矿常常被置于水中,此举的目的是为了防止尾矿表面残留的矿物质与氧气继续发生反应。特别是当尾矿的原矿为铁矿时,将尾矿隔离在水中的做法显得尤为重要。尾矿储存涉及了多个系统,包括建设与存储系统、防洪系统、运输系统、尾矿回水系统以及管理与维护系统。依据尾矿库周边地形的不同,大体上可以分为以下四种类型。
山谷型尾矿库
此类尾矿库建设于山区和丘陵地带,利用山谷天然形成的三面环山的优势,在下游谷口处筑坝。其优点在于初期坝体较短小,工程规模较小,后期形成的堆积坝便于管理与维护。随着坝体高度的增加,可获得较大的库容和良好的纵深比。由于该类尾矿库汇水面积较大,需要建设大量的排水设施和完善的排水系统,以确保尾矿库的安全运行。
山坡型尾矿库
此类型尾矿库位于丘陵和湖湾地区,利用周边山坡和洼地围截,通常为两或三面筑坝。其特点是初期坝体较长,工程量大,施工较为复杂。后期堆积坝的高度较低,库容和汇水面积较小,管理和维护工作相对困难。
平地型尾矿库
平地型尾矿库建立在平原地区的平坦地面上,四周筑堤形成封闭的库区。其缺点是初期坝和后期堆积坝的工程量巨大,且堆积坝的高度较低。随着尾矿的堆积,库区面积逐渐减小,导致尾矿沉积滩坡度变缓,汇水面积逐渐缩小。
截河型尾矿库
该类尾矿库的建设需要截取一段河床,对河床的上、下游两端进行筑坝。这一做法的优点在于能够节省农田面积。库区及上游区域需要设置复杂的排水系统且数量众多,维护工作量大。
在全球范围内,尾矿库溃坝频发。对于尾矿库溃坝造成的严重环境污染和人员伤亡的机理,相关部门的认识尚显不足。据报道,在全球18000座矿山中,过去100年的故障率约为1.2%,而传统蓄水坝的率仅为0.01%。在全球3500座尾矿坝中,平均每年有3座发生溃坝。
- 例如在2010年9月,广东紫金发生了一起尾矿库大坝坍塌事件,造成直接经济损失约4.6,导致22人死亡并影响了6370幢房屋和72.6平方千米的作物面积。
- 再如2014年8月加拿大的波利山铜金矿尾矿库溃坝事件以及2015年12月巴西福岛大坝倒塌事件等案例均凸显了尾矿坝安全性的重要性。
为了确保采矿作业的安全与稳定,维持尾矿库的安全与稳定成为了一项至关重要的任务。
参考资料:《尾矿储存与处理技术及其风险评估》