黄金尾矿井下充填现状综述

陈 军

(1.陕西黄金集团股份有限公司， 陕西 西安 710054； 2.西北有色地质矿业集团有限公司， 陕西 西安 710054)

1 前言

2017年3月，六部委联合出台了《加快建设绿色矿山的实施意见》，其中明确要求对废石、尾矿等固体废物分类处理，实现合理利用，固废利用率达到国家要求。鼓励大中型矿山废石不出坑，尾矿井下充填，或固废利用。绿色矿山的建设以国家多部委正式下发文件要求实施，可见天蓝、地绿、水清的矿业开发要求形势紧迫。有关统计，当前我国黄金产量为世界第一，2009—2013年，黄金尾矿生产量达到12.98亿t，利用率却不足20%，主要用于充填和建材[1]。目前，尾矿的处理方法有综合利用、堆存和井下充填3种，其中，井下充填是最理想的处理方式。然而，囿于井下充填技术和成本因素，很多矿山将尾矿直接堆存，由于提取黄金过程中添加了各种药剂以及剧毒物，堆存导致环境被污染，影响周边的环境安全，污染土壤空气，甚至造成生命财产损失，百害而无一益。尾矿井下充填就是将尾矿充填料按照一定配比制备成为流体，输送至采场或井下充填采空区凝结为固体达到支撑围岩或堆存尾矿废料方法，可以避免占用地表和地面污染，稳固矿体或围岩，最终达到无废渣排放。

2 黄金矿山尾矿的概况

黄金矿石中的金含量很低，黄金尾矿量占矿石量的99%以上，因此，黄金矿山的尾矿量十分巨大。由于黄金嵌布粒度细，磨矿粒度要求也细，因而尾矿粒度也比较细。另外，黄金提取常要求高pH和使用剧毒氰化物，如果直接二次开发或者充填将对环境带来新的危害，因此对井下充填有更高的要求。多年来，对于黄金尾矿的综合利用进行了很多研究，但多数受制于尾矿处理成本高，技术难度大，工艺不成熟等因素，黄金尾矿的综合利用都未获得普遍的应用，因此，加强黄金尾矿的再利用和井下充填技术的研究，功在当代，利在千秋[2]。据新版《国家危险废物名录》自2016年8月1日起施行，将“采用氰化物进行黄金选矿过程中产生的氰化尾渣”定为危险废物，而根据《中华人民共和国环境保护税法》的相关规定，2018年起对危险废物征收1 000元/吨的环境保护税。

可见，黄金尾矿具有粒度细、含氰化物高、堆存量大的特点，而尾矿资源化及处置比例低，而对尾矿的利用及处理的现实意义又缺少足够的前瞻性。随着新的环保要求及生产成本提高，对黄金尾矿的利用刻不容缓。

3 我国黄金矿山尾矿井下充填现状

3.1 我国尾矿井下充填技术概况

我国矿山尾矿井下充填经历了卧式砂池工艺—立式沙仓工艺，干式充填—水力充填，分级尾砂充填—全尾砂充填，高浓度自流充填—膏体泵送充填的过程。目前，全尾砂充填和分级尾砂充填是主要充填方式，全尾砂充填是直接将尾砂加入一定比例水泥搅拌后充填井下采空区或者储存井下以待以后二次开发，全尾砂充填技术可以实现矿山采矿、选矿、充填三者互为依托、综合平衡的良性闭路循环，可控制地压和岩爆活动，适宜深部开采。分级尾砂充填是将尾砂预先脱水脱泥分级后的一种的方法，该方法增加了细粒尾矿堆积难度，通常流程为尾矿浓密—加入比例水泥—搅拌—泵送—由下往上填充井下区域。目前主要井下充填技术见表1。

实际应用中，大多数矿山企业的充填浓度在62%～70%( 膏体充填除外)，浓度65%以下的充填料浆在输送过程中砂浆中的水泥与尾砂容易离析，会降低充填强度，主要原因是控制风水联动造浆的浓度不稳定。同时，砂浆浓度波动较大，水灰比波动较大，最终导致充填体凝结强度难以保证。自动化控制技术与智能识别处理技术则可以有效对胶结充填过程进行控制，避免了砂浆浓度波动，提高了尾矿充填的质量。这种现代化控制技术在新疆铜辉全尾砂膏体充填的应用，打破了全尾砂充填的质量难以保证的认知，使得全尾砂膏体充填工艺取得预期效果[3]。

表1 井下充填主要技术

山东富全矿业有限公司对细粒全尾砂胶结充填技术研究，获得尾矿性质分析、尾矿胶结试验、料浆流动性试验等参数，确定出适宜的胶凝材料种类、胶结工艺参数和输送工艺条件，选择优化后的尾矿浓缩充填工艺，取得了良好的实践[4]。

尾矿充填技术当前难点主要为自动控制和全尾砂浓缩脱水的先进装备欠缺，施士虎等[5]采用深锥浓缩充填工艺应用在会泽铅锌矿，获得了高浓度的充填膏体，较好地解决了极细粒级的全尾砂脱水问题，其浓度可达到74%以上，对黄金尾矿的适应性强。施士虎等认为膏体或者高浓度充填是今后深井充填的发展方向，胶凝体充填质量与浓度、尾砂粒径、级配、胶凝材料等有关，选择合适的级配可使强度提高。

不难看出，尾矿井下充填技术的应用越来越成熟，采用现代化控制技术避免了砂浆浓度的波动引起的水泥与尾砂的离析现象，保证了充填质量，而对细粒级尾矿采用全尾砂高浓度的充填膏体的井下充填技术和装备的研究也获得大的进展。

3.2 国内黄金矿山尾矿无毒化研究

针对黄金尾矿的高碱和残余氰化物可能对地下环境造成的二次危害，需要对黄金尾矿进行无害化预处理达到国家标准后再进行利用或井下充填。

国家对充填固体废物氰含量鉴别标准：氰化物以CN-计，浸出液最高允许浓度不超过1.0mg/L，测定方法为硝酸银。氰化物在尾矿中的赋存形式主要有易溶氰化物、难溶氰化物、强络合氰化物、弱络合氰化物。目前含氰废水处理方法比较多，主要有碱氯法、 臭氧法、 电解法、 离子交换法、 生物法等，但对于对尾矿中总氰化物的去除毒性研究很少[6-7]。

刘云飞[9]应用碱氯法处理含氰废水和废矿浆后氰化物浓度可以达到国家的《污水综合排放标准》要求。试验表明：用次氯酸钙的效果要优于漂白粉, 而且成本也可以得到降低。选择次氯酸钙作为氧化剂，使在降低成本的条件下，实现了尾矿浓缩的含氰废水回用，解毒后的尾矿满足井下充填要求，减少尾矿入库量，具有良好的经济效益。

可见，无毒化处理对井下充填的生态环境保护尤为重要。

3.3 黄金尾矿井下充填工艺应用

朱仁锋，刘家弟，李宗站等在金矿尾矿综合回收利用工艺技术研究中提到采用螺旋溜槽和摇床对某金矿尾矿进行分选,获得的长石粉,可作为建筑陶瓷原料。选别过程中产生的粗粒级尾矿集中返回井下充填，可使尾矿综合利用率达到61.22%，具有较好的经济效益和社会效益[10]。

招远金矿灵山分矿采用高水固结尾砂充填采矿法，比原来水泥河沙胶结充填工艺提高了生产能力、节约成本，其尾砂代替砂石作井下充填料在技术上和经济上都取得良好效果[11]。

根据排山楼金矿采空区稳定到亚稳定的现状以及地表尾矿库需要保护程度的要求，提出留“L”字形保安矿柱和从地表打井分区充填采空区的综合治理方案[12]。焦家金矿用尾矿做采空区充填料，尾矿利用率已经达到57%以上，节约了充填成本，实现了采矿作业安全生产与环境协调发展[13]。

唐汉贵，李昌元，杨志红等在不同尾矿处理方式的效益分析及未来展望中对堆排、充填等尾矿处理方式的成本进行了分析计算，得出尾矿充填单位成本为56.58元/m3，综合成本具良好的经济可行性[14]。

综上，黄金尾矿充填应用在国内多个矿山已经取得了良好的效果，其经济成本也可行。

4 国外黄金矿山充填

国外尾矿井下充填技术广泛的应用在黄金矿山。

美国 FL Smith 矿业公司研制的全尾砂高浓度充填和膏体充填设备——道尔- 爱姆科深锥膏体浓密机，它是目前世界上最先进的膏体制备浓缩设备之一，其制浆浓度可达71%～75%，在世界各国都有应用和推广[15]。

20世纪60—70年代，澳大利亚芒特艾萨矿开始应用尾砂胶结充填(水泥添加量为 12%)回采矿柱。为开采深部的矿体，在1998年建成一个世界最大膏体充填料制备场，具有每小时500t产能的全自动化连续生产系统。

南非是世界上黄金生产量最多的地方，采用较多的方法有高浓度尾矿充填工艺，废石就地破碎水力充填，膏状物料泵压充填工艺等，效果都不错。在20世纪80年代，南非充填工艺发展最快，主要有废石胶结充填、脱泥尾砂胶结充填。目前，南非许多矿山的开采深度已经达到2 135m以上，其中Anglogold 有限公司西部深水平金矿，采矿深度达3 800m，岩爆成为深井开采的主要安全问题之一。所以，充填采矿是南非许多深部开采矿山的既定工艺，也是支护矿体顶板围岩的主要方法[16]。

综上，国外的黄金尾矿充填技术应用起步早，装备和技术应用成熟，已经将充填技术应用在深部矿产开发中。

5 结论

我国的黄金矿山数量众多，井下充填技术是矿山开发的一项利国利民的技术，该技术在全球范围尤其国外已经取得了较为广泛应用和发展，国内近年来也逐渐开始重视和推广，对于未来深部采矿也是不可或缺的技术之一。对黄金尾矿充填有以下几个方面的结论及建议。

(1) 我国黄金尾矿处置现状是尾矿充填率低，黄金尾矿pH高、粒度细、含氰化物，造成的潜在危害大，很多人对绿色矿山建设及尾矿资源化及充填等了解有限，甚至带有偏见，对尾矿井下充填的紧迫性和现实意义了解不足。

(2) 黄金尾矿处置的工艺和其他尾矿处置有所不同，需要预先进行无害化处置，达到国家充填物标准后再选择合适的充填方法充填。虽然近年来，井下充填技术已经取得较大的进展，但是广泛应用还会遇到更多的问题。因此，加强对尾矿充填技术的研究刻不容缓，现代化技术装备的研究是未来主要趋势。

(3) 新建矿山企业，应该将充填系统设计进来，为后期建设及开发利用做好前提条件。因地制宜，建设具有自身特色的充填系统。井下采空区的充填可以使采矿、选矿形成良性闭路循环，可控制地压和岩爆活动，这将是未来绿色矿山建设的一个重要的思路。