尾矿库回采锂资源工艺及其安全性技术要点

沈楼燕 熊锋 谢添 何桂春 黄志强 赵红波

〔摘 要〕一个经济合理、成本可控的工艺流程是尾矿库回采锂资源项目可行的前提条件。以宜春市某个已经闭库的尾矿库为例，探讨了尾矿库回采锂资源，获取碳酸锂、钽铌精矿等主产品的采选冶工艺技术流程，分析了尾矿库调排洪能力、堆积坝干滩长度、边坡稳定性、排洪系统设施等几个影响实现安全回采尾矿库锂资源的关键因素。分析认为：尾矿回采必须保证尾矿库的调排洪能力和尾矿堆积坝的干滩长度满足设计要求，通过安全作业保障尾矿坝边坡的稳定和排洪系统设施的有效性，同时还须加强安全监测，做好回采过程中的尾矿库应急管理工作。

〔关键词〕锂资源；尾矿库；回采；碳酸锂；排洪；边坡稳定；安全性

中图分类号：TD926;P618.71    文献标志码：B 文章编号：1004-4345（2023）01-000１-0４

Process of Lithium Resources Recovery from the Tailings Pond and its Technical Points of Safety

——Taking a Tailings Pond in Yichun City， Jiangxi Province as an Example

SHEN Louyan1， XIONG Feng1， XIE Tian2， HE Guichun3， HUANG Zhiqiang3， ZHAO Hongbo4

（1. China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China;

2. Yichun Contemporary Amperex Resources Co.， Ltd.， Yichun， Jiangxi 336023， China;

3. Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou， Jiangxi 341000， China;

4. Key Laboratory of Biometallurgy of Ministry of Education， Changsha， Hunan 410083， China）

Abstract  Taking a closed tailings pond in Yichun city as an example， the paper discusses the mining， mineral processing and metallurgical process flow of lithium resources recovered from tailings pond and obtaining lithium carbonate，niobium-tantalum concentrate and other main product. It is pointed out that an economic， reasonable and cost-controllable process flow is a prerequisite for the feasibility of lithium resources recovery from the tailings pond. Furthermore， the paper analyzes several key factors to achieve safe recovery of lithium resources from tailings pond， such as flood control and discharge capacity of the tailings pond， dry beach length of fill dam， slope stability and flood drainage system facilities. The analysis shows： ensuring that the flood control and discharge capacity of the tailings pond and dry beach length of tailings fill dam satisfy the design requirements; ensuring the stability of the tailings dam slope by safety operation， ensuring the effectiveness of the flood drainage system facilities. Meanwhile， it is also necessary to strengthen safety monitoring and do a good job in the emergency management of the tailings pond during the recovery process.

Keywords  lithium resources; tailings pond; recovery; lithium carbonate; flood discharge; slope stability; safety

0 前言

鋰是世界上最轻的金属，具有较高的熔沸点和较低的密度和硬度，战略价值极高。随着新能源电动汽车行业的迅速发展，我国锂消费量呈快速增长态势，目前已占到全球锂资源总消费量的52.48%[1]。我国４个主要锂矿资源消费行业消费预测表明，我国2020年、2025年和2030年锂矿资源消费量分别为185.3 kt、314.2 kt和493.2 kt，而我国2020年、2025年和2030年锂矿资源供应量分别为147.1 kt、254.3 kt和395.2 kt。两相对比，可知我国2020年、2025年和2030年锂矿资源缺口分别为38.2 kt、60.0 kt和98.0 kt[2]。可见，保证锂资源的供给对我国新能源战略的发展，碳中和、碳达峰目标的实现具有重大意义。

我国锂矿资源主要赋存于盐湖卤水型和矿物型两种锂矿床中，且８２%以盐湖卤水形式存在。受自然条件限制和卤水中镁锂含量比较高等因素的影響，盐湖卤水型矿床开发难度较大[3]，因此目前我国锂矿多产出于矿物型锂矿床[4-5]。这也使得我国锂资源对外依存度高达70%[6]，且在盐湖锂分离技术未突破的情况下，锂资源的对外依存度还将持续增高，甚至可能会完全依赖进口。锂资源短缺问题已成为制约我国新能源战略发展、危及国家资源安全的“瓶颈”问题，加大对锂资源的综合回收利用具有重要的经济价值和战略意义。

江西省宜春市是中国最大的锂瓷石矿（又称“锂云母”矿）蕴藏之地，区域内赋存锂、钽、铌、铷、铯等多种稀有金属以及长石、石英等多种非金属，综合利用价值高。其中，锂云母（Li2O）精矿经冶炼提取的碳酸锂是新能源电池产业的重要生产原料；锂长石产品可作为陶瓷、建材生产原料[7]。限于早期选矿技术水平，宜春境内相当一部分已经闭库的钽铌矿和锂瓷石矿的尾矿库贮存着富含锂云母（Li2O）的尾矿，且锂的平均品位为0.5%～0.9%，有的甚至在1.0%以上，并不逊色于周边矿山的原矿品位。因此，在当下碳酸锂价格一路飙升的市场背景下，回采开发宜春尾矿库中的锂资源具有良好的社会效益和经济价值。

然而，基于我国不容乐观的尾矿库安全状况[8-9]，对尾矿库中锂资源的回采开发利用需要采取安全、环保、高效的科学技术手段进行，以确保尾矿库的安全稳定性没有任何闪失。本文拟以江西省宜春市某已经闭库的尾矿库为例，探讨尾矿库回采锂资源的技术要点。

1   尾矿库回采锂资源的工艺流程

尾矿中的有价金属，通常称为“二次资源”[10]。各国政府都非常鼓励投资开发“二次资源”项目，并给予了不同程度的财政扶持政策，例如税负减免、财政补贴等。然而， “二次资源”项目能否成功最终还是取决于该项目的盈利能力。尾矿回收锂资源项目可行的前提条件是要有一个经济、合理的工艺流程，既要确保工业化生产的连续顺畅，还要能将生产成本控制在盈利的范畴内。

宜春某尾矿库回采开发锂资源的工艺流程原则上包括采、选、冶三个部分。

1）采矿工艺流程。由于该尾矿库已停用多年，基本形成干库，所以回采尾矿的采矿工艺为挖掘机铲装+汽车运输。其优点是柴动设备移动方便、布置灵活，设备简单、易于维修，机械回采劳动强度低，运输方便。

2）选矿工艺流程。采出的尾矿送选矿厂，采用清洁高效的“磁—重—磁—浮”联合选矿新工艺。该工艺采用以重选为主的精细化分选高效选矿技术，可实现尾矿中锂、钨、钽、铌等资源的有效回收；同时采用高频细筛组成的新型磨矿分级工艺，可以提高分级效率，改善磨矿效果。选矿产品有钽铌精矿或钽精矿、锂云母精矿和锂长石精矿。其中，钽铌精矿/钽精矿、锂长石精矿外售，锂云母精矿转入冶炼流程去提取碳酸锂。

3）冶炼工艺流程。锂云母精矿的冶炼工艺流程为“混料制粒→焙烧→球磨→浸出→沉锂→干燥”，所得到的产品为高纯度碳酸锂。

上述采选冶联合工艺流程本着充分进行资源综合利用的原则，可以产出碳酸锂、钽铌精矿/钽精矿、锂长石精矿等几种产品。其中，高纯碳酸锂是新能源汽车电池的重要生产原料，钽铌精矿/钽精矿、锂长石可外售给钽铌冶炼企业和陶瓷建材行业作为生产原料，项目盈利状况较好。

也有部分企业考虑到钽铌的全球市场容量较小，而锂长石精矿作为陶瓷建材原料的经济销售半径有限，所以回采开发利用尾矿时仅考虑单一回收价格高涨的锂云母精矿产品。这将显著缩短选矿工艺流程，大大降低选矿生产成本，节省选厂初始建设投资，进一步提高尾矿回收锂项目的经济效益。

2   回采安全性影响因素分析及应对措施

我国90%以上的尾矿库采用的是上游法水力冲填尾矿堆积筑坝[11]。由于其构建和运行的独特性，尾矿库被国家安全生产监督管理部门定义为“重大危险源”之一。因此，尾矿库的安全生产许可证一直都是独立于矿山采矿安全生产许可证审批办理的。不同于一般的露天采矿，在尾矿库内进行尾矿回采，不仅要考虑到开采边坡的安全问题，尽量避免洪水、雨水淹坑的情况发生；还要考虑尾矿坝稳定和尾矿库排洪等安全问题[12-15]。尾矿库回采是一项复杂的系统工程，尾矿库蓄排洪能力、边坡稳定性、干滩长度、排洪系统设施的有效性、安全监测等都会对尾矿库回采安全性产生严重影响，因此需要对各个影响因素统筹考虑、精心设计。

2.1  尾矿库蓄排洪能力

对尾矿库进行回采操作必须保证尾矿库的蓄洪、排洪能力不会受到回采作业的影响。即，回采台阶必须形成高差，以保障尾矿库的实际调洪库容不小于设计调洪库容。

一般而言，回采台阶高度为2～3 m，开采顺序为先内后外、自上而下，分层推进。最小工作平台宽度为40 m，工作台阶临时坡面角约为30 °，同时开采的台阶数为2～3个。但在具体的推广应用时，应视项目尾砂的物理力学特性、尾矿坝堆积固结状况及尾矿库的等级对上述回采工艺参数相应地进行调整。本文作为案例分析的尾矿库为一座三等尾矿库，该项目回采采区划分示意见图1。

图1  宜春某尾矿库回采采区划分示意

由图1可以看出，该尾矿库将整个库面分成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ 3个采区：距滩顶线往库内70 m长的干滩区划为Ⅲ采区；距Ⅲ采区向库内方向120 m 的范围划为Ⅱ采区；靠近库尾方向为Ⅰ采区。

为保证尾矿库的蓄洪能力和干滩长度，同时确保回采过程的安全，回采采用先内后外、自上而下的分层开采推进顺序，回采分层高度为2.5 m。Ⅰ、Ⅱ采区应先下降2.5 m，只要作业面满足要求，尽快在Ⅰ采区开沟下降2.5 m，形成两个分层出矿。随着Ⅱ采区推进至Ⅲ采区边界，Ⅰ采区的作业面也在扩大，此时再在Ⅰ采区下降2.5 m。之后，整个回采区始终保持Ⅰ采区作业面比Ⅱ采区低2.5 m，Ⅱ采区作业面比Ⅲ采区低2.5 m的状态，从而确保尾矿库的蓄洪库容、安全超高和干滩长度满足要求。应注意须严禁Ⅱ、Ⅲ采区回采面低于Ⅰ采区回采面；同时，Ⅲ采区下降速度不能滞后于Ⅱ采区的两个分层，Ⅱ采区的下降速度不能滞后于Ⅰ采区的一个分层，以免形成高边坡。回采过程中的各个平台，均应形成坡向库内的纵坡。

为使露采作业面汇水能够汇至Ⅰ采区的临时集水坑，整个作业面须保持东南高、西北低，约1%的坡度。尾矿库采区采用潜水泵机械排水。

2.2  尾矿堆积坝干滩长度

足够的干滩长度有利于尽可能地降低坝体浸润线，提高尾矿坝的稳定性；同时有利于尾矿库形成调洪库容和保证坝顶安全超高。《尾矿库安全规程》（GB 39496—2020）[16]对尾矿坝最小允许干滩长度做了严格的规定。不同等级的尾矿坝对应的最小允许干滩长度是不同的。在进行回采设计中，尾矿堆积坝的干滩长度应严格遵守国家规定的要求，保障尾矿坝的稳定。

2.3  边坡稳定

边坡稳定是保证尾矿库回采安全性的重要因素。在进行回采作业时，应充分考虑尾矿库边坡的特点，确保边坡安全。

1）应避免在雨季作业，因为暴雨过后容易形成饱和边坡失水，导致边坡滑塌和垮坡事件。暴雨停止后，须等待一段时间，安排安全人员仔细检查回采边坡，巡查其是否存在开裂、错动等异常现象。待确保边坡安全后，方能允许回采施工人员进行作业。

2）尾矿库回采应采用条带状回采，条带宽度以5～10 m为宜；单台阶边坡角应不大于尾砂自然安息角；采坑应均匀布置，不宜在采坑之间留有过高的残留尾砂柱，以免坍塌，增加采砂危险性。采出砂不能及时运出需在现场堆积的，砂堆距离采砂作业现场不得小于5 m，且砂堆高度不超过4 m，砂堆坡面角不得大于自然安息角。

3）两台以上的挖掘机在同一平台上作业时，挖掘机的间距不得小于其最大挖掘半径的3倍，且不得小于50 m。相邻两台阶同时作业的挖掘机必须沿台阶方面错开一定的距离，在上台阶边缘安全带进行辅助作业的挖掘机必须超出前方下级台阶正常作业的挖掘机最大挖掘半径的3倍，且不小于50 m。严禁在坝体、坝脚及坝肩处进行挖掘、采砂等活动。

2.4  尾矿库排洪系统设施

在尾矿库内回采尾矿时，不得影响破坏尾矿库内原有排洪系统，必须确保其能在原有的设计排洪能力下有效运行；同时还须做好回采过程中的临时排水设施，使永久排洪设施与临时排水设施相结合，安全有效地疏排尾矿库内洪水和雨水。为保证尾矿库排洪系统的安全，距尾矿库内排水井、排洪隧洞等排洪构筑物15 m范围内的尾砂，不得采用挖掘机械回采。

为安全起见，还须维护尾矿库区周边的截排洪设施，确保库区周边的降雨径流不会流至库区内，不会对尾矿回采作业构成安全生产威胁。

回采作业时，应按照在运行尾矿库的管理要求，严格控制尾矿库排洪排水高程，并对尾矿库进行日常巡查及汛期巡查，密切注意堆积坝外坡是否存在渗水、管涌或流土等渗流破坏现象。一旦遇到此情况，应立即停止回采尾矿作业，并进行处理。

2.5  尾矿回采的其他安全措施

除了上述几个尾矿回采安全性影响因素之外，结合该尾矿库回采锂资源生产实践，还有几点安全措施值得注意。

1）增设尾矿库观测设施。为了及时掌握回采过程中坝体的变形情况，了解尾矿坝坝体内浸润线变化情况，以便及时采取对策保证尾矿回采过程的稳定和安全，尾矿库回采前，应设置坝体位移和坝体浸润线观测设施。回采过程中，定时观测并记录整理观测成果，及时进行分析，将分析结果作为判定尾矿坝工作状态的依据。

2）在尾矿回采过程中，严禁向库内排放尾矿。增加现场安全检查人员及巡检人员，加强对尾矿坝的观测，当发现问题后应立即停止作业并及時进行处理，确保回采安全。

3）为便于库内夜间运行管理、检修和应急事故处理等情况，尾矿库回采应配备应急照明设备，以应对工作和事故地点的不确定性。

4）由于尾矿回采作业区域在山谷、地势较低处，须做好防雷和接地措施。

3   结论

综上所述，我国经济的高速发展对资源的需求度日益提升，充分回采、开发、利用尾矿资源， 变“废”为宝，能有效缓解国内的资源压力和环境压力，也是践行资源综合利用国策、落实可持续发展战略的绿色举措[17]。基于本文对江西省宜春市某尾矿库锂资源回采项目的分析，可以得出以下几点结论：1）经济合理的采选冶回收工艺流程是尾矿库回采锂资源项目可行的前提条件。回采开发企业可以依据矿业市场对资源的需求来制定经济合理的产品方案，但必须遵循国家资源综合利用政策。2）实现尾矿库回采锂资源的安全性和稳定性，关键在于确保尾矿库调排洪的能力和尾矿坝干滩长度都必须满足设计要求，同时尾矿回采必须严格遵循回采设计工艺要求，安全作业，以确保尾矿坝边坡稳定，并且尾矿库回采应加强尾矿库观测设施，提升尾矿库应急管理能力。

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