尾矿库环境影响评价中应注意的问题

尾矿库环境影响评价中应注意的问题
周海林
【摘要】阐述了尾矿库项目在环境影响评价工作中应注意的问题,并借鉴料堆扬尘估算公式对尾矿库干坡段风面源扬尘进行讨论,以求给出一种尾矿库扬尘的估算方法.
【期刊名称】《矿业工程》
【年(卷),期】2013(011)005
【总页数】4页(P65-68)
【关键词】尾矿库;干坡段;风蚀扬尘
【作者】周海林
【作者单位】中冶北方工程技术有限公司,辽宁鞍山114051
【正文语种】中文
【中图分类】X513
0 引言
尾矿是矿物加工的最终产物，是浆体形态的岩石颗粒物，尾矿库是尾矿的处置场所，也是选矿类项目环评中应该着重注意的环节，本文主要就尾矿库环境影响评价中应注意的问题，特别是对干坡段风蚀扬尘量的预测问题进行阐述。

1 尾矿库概述［1］
尾矿库是矿山企业固体废物的处置场所，即采用某种类型堤坝形成拦挡，容纳尾矿
和选矿废水，使尾矿从悬浮状态沉淀下来形成稳定的沉积层，使废水澄清后，再返回选厂使用。

根据坝体的形式可分为挡水坝、环形坝和上升坝3种。

——挡水坝。

是指在尾矿排放以前一次性构筑坝体，适用于蓄水要求高的尾矿库，如因选矿工艺的制约限制尾矿废水再循环的场合，或为控制尾矿废水污染当地水系的场合。

从工程角度看，挡水坝适用于任意类型和级配的尾矿，适用于任意排放方法，抗震性能较好，但筑坝成本较高。

——环形坝。

环形坝不是从坝体形状上区分，而是指适用于高浓度和半干状态尾
矿排放的一种地形。

它通过在尾矿区周围设围堤和中央固定点排放，使尾矿成锥形堆积，借以消除上升坝的陡坝坡和坝上水池，通常适用于地形平坦、无集中径流以及地震风险低的地区，在实际工作中并不多见。

——上升坝。

是在尾矿库整个服务期内分期筑坝，首先构筑初期坝，继后按照预
定的尾矿上升高程和库中允许洪水蓄积量齐步并升，其筑坝材料可采用天然土、废石以及尾矿砂。

由于其初期工程费用低，并且后期可以利用采矿废石和尾矿砂筑坝，既处置了固体废物，又节约了建筑材料，因此被广泛使用。

2 尾矿库的主要环境问题
尾矿浆通常采用水力输送，排入尾矿库后，粒径＞0.037mm的颗粒形成冲击滩；粒径在0.037～0.014mm之间的颗粒，沉降速度相对缓慢形成水下沉积坡；粒径＜0.019mm的颗粒悬浮在水中，需要经过一定距离沉降后，才能得到去除。

澄清后的废水经回水管道返回选矿厂重新使用。

——水环境影响分析。

尾矿库废水有两类：1）溢流水。

尾矿库相当于一个大型的水处理设施，尾矿库内废水经由一定时间的沉淀和净化后，经由库内溢流措施排出；2）坝体渗漏水。

为保证尾矿坝安全，防治堆积坝发生液化而溃坝，通常在坝体内设置渗水带，以降低库内浸润线，坝体渗漏水经由坝体内渗漏盲沟渗出。

在正常运行期间，尾矿库的溢流水和坝体渗漏水均收集后返回选矿厂回用，实现了
尾矿库废水“零排放”，对地表水无影响，但环评中还需考虑事故排放的情况，一是洪水暴雨期间为了保持蓄洪容量，将部分溢流水排出库外；二是浆液管线出现故障，发生矿浆泄漏。

为防止尾矿浆事故排放污染环境，环评中主要是要求在尾矿浆液输送系统中，采取设置浆液收集池等预防措施。

——声环境影响分析。

就尾矿库工程而言，噪声主要来源于坝前的泵站，矿浆输
送泵及回水泵是主要的噪声源，这些设备噪声级通常不会很大（在100dB以内），并且均在泵房内，对周围声环境影响并不大。

——生态影响分析。

构筑尾矿库需要占用一定的土地，会对当地生态环境带来影响，因而在尾矿库的选址上一般选择一些植被稀疏的荒山、沟渠，尽量利用天然地形，减少占用土地面积，一个完整的尾矿库设计还包括服务期满后的闭矿工程，通常在矿体上进行覆土绿化，只要将上述工作做好，尾矿库工程带来的生态破坏影响并不大。

——大气环境影响分析。

在尾矿库项目环评中，影响最大的是扬尘污染，它影响
时间较长，从尾矿库开始放矿到尾矿库闭库为止。

而尾矿库扬尘还和风速有密切关系，非连续排放，属于风面源，在日常工作中，其扬尘量的确定往往是工作中的难点。

就一个完整的尾矿库评价工作而言，尾矿库的风险评价必不可少，环评中所考虑尾矿库风险主要是指溃坝风险。

由于尾矿砂带来的续发环境影响因素并不明显，工作中需要确定主要是尾矿溃坝时尾矿砂的排放量和覆盖区域，这方面的研究并不多见，有的资料推荐类比泥石流来研究，目前，这些研究还只是在模式理论的层面上，其适用性还有待进一步深入探讨。

3 尾矿库扬尘污染分析
尾矿库在服务期间会形成一定长度的干坡段，保持一定长度的干坡段也是保障尾矿库安全的必要措施。

干坡段的尾矿砂含水量较低（约0.4%），小粒径尾矿砂（＜100μm）在自然风
力的扰动下，当外力克服了颗粒间凝结力时，则产生扬尘。

由于尾矿库通常服务年限比较长（＞5年），因而尾矿库扬尘是应重视的大气污染源。

3.1 尾矿库扬尘的起尘因素［2～3］
尾矿库干坡段风蚀扬尘量与其颗粒径、密度、含水量和环境风速等因素有关，不同粒径的尾矿砂起尘风速不同，颗粒越大起尘风速也越大，根据风沙运动理论，固体颗粒的起动风速可以由弗累姆［4］（B·Flectehen）公式求得：
式中ρs、ρ——分别为颗粒物密度，空气密度；A——常数；g——重力加速度；D——颗粒粒径；c——颗粒间水膜粘结力。

由于尾矿砂含水量较小，相对于颗粒粒径和密度而言，颗粒间水膜粘结力很小，可忽略不计。

则公式可简化为：
应注意此处所得出的起动风速是指尾矿砂表面的风速。

尾矿砂的起动风速可通过风洞试验实际测得，但由于风洞试验费用较高，无法大范围使用，这里利用现有的颗粒物扬尘试验数据通过公式校核来得出起动风速。

根据我国某电厂贮灰场粉煤灰起动风速的现场实测资料，经回归统计分析得出该粉煤灰的起动风速与其含水量的关系：
式中——料堆表面1m处实测风速，K——含水量，该经验公式相关系数为0.93，试验所用粉煤灰密度ρ＝2t／m3，平均粒径d＝0.036mm。

利用该经验公式可计算出某一含水量下，料堆（ρ＝2t／m3，d＝0.036mm）的
经验起动风速，通过使用简化弗累姆公式进行校正，可以得出任何密度和粒径下相
同含水量的表面起动风速。

3.2 尾矿库扬尘量的估算方法
颗粒物起尘过程及其复杂，迄今对其机理了解还不多，通过风洞模拟试验，可确定一些影响该过程的因子，如风速、湿度、颗粒物粒径等，在日常评价计算中，多采用风洞模拟试验得出的经验公式。

这里尝试引用美国环境保护局推荐的方法来估算尾矿库扬尘排放量，干坡段表面遭受风扰动后引起颗粒物排放因子计算公式［5］：
式中 k——粒径大小因子，无量纲，当粒径为100、30、＜15、＜10和＜2.5μm 时，k值分别取2.12、1.0、0.6、0.5、0.2，本例取 2.12；Pi——为第i次扰动中所观测的最大风速的风蚀潜势，g／m2。

干坡段暴露表面的风蚀潜势：
式中 u——摩擦风速，m／s；ut——阈值摩擦风速，m／s。

摩擦风速u可由下式得出：
式中 u （z）——地面风速，m／s；z——风速检测高度，m；z0——地面粗糙度，一般尾矿砂取0.0025m；0.4——沃卡门常数，无量纲。

在应用该公式计算过程中，扰动周期和最大风速是首先需要确定的两个量，该方法认为在一个扰动周期内，受扰动的料堆暴露的干燥面仅起尘一次，假定一定时间内如一年，每日扰动表面一次，其扰动周期即为365。

而对于尾矿库干坡段扬尘而言，在环境影响评价中，所关注的是一次风速下所产生的扬尘量，由于通常使用的气象风速是指10分钟中内的平均风速，因而可以把统计扬尘量的尺度定为10分钟，即认为10分钟内扰动周期为1，通过式（7）可
以求得不同一次风速（10分钟）下的扬尘量，从而确定其源强。

3.3 计算实例
设某尾矿库尾矿砂密度为2.35t／m3，平均粒径取为0.074mm，根据经验公式（3），不同含水量下的起动风速见表1。

表1 不同含水量下起动风速经验值／m·s－1起动风速3.79 4.95 6.88 8.82 10.75 12.68校正起动风速 5.89 7.70 10.7 13.7 16.7 19.7阈值摩擦风速0.39 0.51 0.71 0.91 1.12 1.32
通常尾矿库干坡段含水量不大于0.4%，随着含水量越大其起动风速也越大，这里取阈值摩擦风速为0.39m／s。

在以往的环评工作中，曾对一些矿山尾矿库进行过风洞试验，试验表明，松散尾矿砂的起动风速为5.9m／s，与此处所得起动风速5.89m／s相接近。

利用式（6）、（7）可确定不同风速下的扬尘量，见表2。

表2 尾矿库扬尘量扬尘量Q／g· （m2·h－1）7.20 67.08 153.2 265.7 404.5
通常尾矿库三面环山，根据艾根模式（Egan）当烟羽爬上升时，每升高1m源强衰减率为1／400，由此可见有山体阻隔时，源强衰减很快，故认为尾矿库干坡段扬尘只通过坝向坝下游扩散，由于尾矿沉积段坡度较缓（百分之几左右），故暴露面积按干坡段与初期坝及堆积坝长乘积计。

尾矿库干坡段的长度在不断变化，初期较短，终期较长，因而尾矿库扬尘量也在不断变化，环评中可取尾矿库初期和终期两个时间段来分别预测尾矿库扬尘量。

3.4 尾矿库扬尘的防治
目前，国内外关于尾矿库风蚀扬尘的控制措施较多，按防尘的方式可分为干式和湿式［6］两种。

湿式防尘主要是在干坡段喷雾洒水和喷洒防尘剂，该方法是通过加大尾矿砂的含水量或使料堆颗粒物表面结壳，从而增大尾矿砂表面的起动风速，使其在正常风速下
不易起尘，研究表明，当料堆表面含水量从3.2%增至5.0%和7.0%时，防尘效率可达84%和97%。

干式防尘有压实、覆盖、密闭和安装集尘装置，其基本原理是尽可能地将起尘部位密闭起来，同时辅以集尘装置。

其中压实和覆盖是尾矿库堆积坝外坡常使用的方法，通过对尾矿砂堆积坝外坡压实或用山皮土覆盖，一方面可以减少扬尘；另一方面也可以进行绿化防治雨水冲刷造成水土流失。

4 结语
综上所述，在尾矿库（特别是铁矿选矿项目）环评工作中，尾矿库对周围环境的
主要影响因素是风蚀扬尘。

虽然尾矿砂起动风速较大，在通常气象条件下不易起尘，但尾矿库通常建在山区，并且矿坝较高（从几十米到几百米），在此高度风速很高，再加上山谷风的影响，在现场往往可看到黄沙滚滚的现象，对尾矿坝下游居民影响比较严重，因而在环评工作中应予以足够的重视。

参考文献：
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［2］宣捷 .低层大气中固体粒子运动及其物理模拟［J］.《环境科学学报》，1998 （4）：350～355.
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《力学学报》，2004 （3）：265～271.
［4］刘玉峰，丛晓春，张旭 .露天堆场扬尘量分布的计算［J］.《环境污染与防治》，2006 （2）：146～148.
［5］谢绍东，齐丽 .料堆风蚀扬尘排放量的一个估算方法［J］.《中国环境科学》，2004 （1）：49～52.
［6］曹唯，徐明生 .煤堆和矸石山风蚀扬尘污染分析及防治简述［J］.《煤矿环境
保护》，1998 （4）：33～36.。