加拿大澳大利亚矿山尾矿坝生态治理实例

加拿大澳大利亚矿山尾矿坝生态治理实例

尾矿坝由于年久失修或地质环境的变化，坝体可能出现危损的状况而失去作用或影响其功能的发挥，在一定的自然环境下，还会造成溃坝、泥石流、崩塌等灾害的发生。对于危损尾矿坝的治理是我国矿山地质环境治理项目的重要内容之一，其主要工程有修筑排水系统，加强构筑物泄流能力和强度、稳固坝体以利于防风，水土保持，恢复植被等。加拿大和澳大利亚是世界矿业大国，两国在尾矿坝的治理上也是处于世界先进水平。本文介绍了两国在尾矿坝生态治理上的几个实例。

一、加拿大尾矿坝治理实例——Barrick金矿和萨德伯里Falconbridge Mill的尾矿坝治理

（一）加拿大Barrick金矿尾矿坝治理

Barrick金矿的LTA矿位于加拿大魁北克Malartic市东南大约8.5公里处，是一个地下矿，从1965年开始衰竭，厂房和尾矿堆积物粗略估计约占地140公顷。1996年Barrick金矿LTA的尾矿坝开始进行有效的治理，目标是改进采用复合法覆盖尾矿坝以阻止酸性水产生的问题。1996年冬对60公顷的场所采用全面的复合法覆盖，在此法中碱性尾矿被很好的作为底层材料来使用。在该项目中使用了一种全面的复合覆盖法，在此过程中增加了第一个步骤（例如,防止氧化的障碍物），同时提倡更多的使用尾矿及其废弃物。这个项目从最初的设计、施工到监测,经过三年的时间（从1996年到1998年），使用的覆盖法平均降低了尾矿氧化率95%，氧化阻碍层每年都保持在85%的饱和状态下。主要使用的方法：覆盖规划：被选择的1号区域：基础的防腐蚀保护性覆盖（使用沙和砂砾）防止酸性物质的渗出；被选择的2号区域：采用碱性尾矿进行单一的覆盖；被选择的3号区域：使用沙、砂砾和尾矿进行的阻碍氧化工程。

图1加拿大Barrick金矿尾矿坝治理覆盖结构图

覆盖规划是由Golder Associés和Michel Aubertin教授联合设计的，使用了适当的数学模型和复杂的水力模拟系统。最后使用了覆盖层厚度灵敏度分析。通过模型选择的最适宜的构造由三层组成。第一层是0.5米厚的沙子层，主要用在1号区域，沙子来自邻近的采沙坑，这层造成了毛细管状的阻截层阻止2号区域被冲淡。第二层是由0.8米厚的材质紧密的低渗水性材料组成，它的主要功能是控制阻碍物质被氧化，同时，使用一些尾矿材料。第三层是由沙子和砂砾组成的0.3米厚的防腐保护层。最后，在覆盖工程中使用了近似0.54立方毫米的沙子和沙砾，0.52立方毫米的碱性尾矿，LTA覆盖面积60公顷。覆盖后的监控是通过安置在不同位置的仪器得到的数据进行分析。阶段A，在1996年夏天执行，以覆盖后现有的水文地质勘查条件为基础进行评估，通过模型进行了模拟性的可行性研究。该阶段由10个位置安装的设备组成，分别安装在10个堤坝的外部。1997年夏天进行阶段B的监测，此次使用30个监测站。

然后对覆盖效果进行客观的论证与评定。经过专家组的评定，认为因Barrick金矿LTA 尾矿坝顶部条件不同于其他坡的外部条件，此坡顶部陡立，外部坡度是3H:1V。由于使用以前的堆积方法，粗糙、干燥的材料堆积在坡的外部，并在尾矿坝的西南角建造了沉淀物池。因这些因素的影响，专家们认为在覆盖中要求使用高密度的材料固定在坡外部，同时配合使用孔隙度较低的覆盖材料。该覆盖材料要具有较高的吸水性，这样才能使渗透条件优良并限制氧化的扩散。根据沃特卢大学测试耗氧量的方法显示：如果不覆盖，该尾矿每年每平方米将平均消耗氧气517摩尔。覆盖后每层的氧化量处在饱和状态之内，阻止了未覆盖条件下的耗氧量。经过近3年的监测，覆盖后的顶层耗氧量平均值大约是每年每平方米13摩尔，最外层大约是每年每平方米34摩尔。经过为期3年的恢复治理使尾矿的氧化过程降低了大约95%，达到了项目最初的目标——每年的饱和率控制在大约85%以上。

（二）加拿大萨德伯里尾矿覆盖

Falconbridge Mill位于安大略省萨德伯里市东北15公里处，1928年开始运营，1988年关闭，但是其中的5号矿和8号矿一直运营到1990年。Falconbridge Mill在62年的采矿和冶炼工程中产生和利用了大量的尾矿。新尾矿区建在工厂的北部，面积约2平方公里，由低层区和4个尾矿坝组成，确定了1、6、7号区。尾矿集中堆积在西南方，在1978年～1984年期间大约有32万吨储存在新尾矿区域，其中约7%是硫磺。上世纪90年代早期对尾矿坝选择的覆盖不能彻底解决问题。1990年，当加拿大新矿业法颁布时，Falconbridge决定在新尾矿区域进行覆盖规划以此来阻止尾矿污染。1997年12月覆盖规划被提交给安大略政府北部矿业发展部门，1998年中旬被正式接收。他们的规划根据地形地貌、气候、区位等因素进行了详细具体的设计。针对萨德伯里区尾矿堆积区内的实际情况分别设计了洪水泛滥区的尾矿坝、较高的尾矿坝和较低的尾矿坝的详尽覆盖规划。根据该规划，加拿大萨德伯里Falconbridge Mill对规划范围内的尾矿进行了治理。

加拿大萨德伯里尾矿覆盖采用的方法

无危险的垃圾掩埋法，位于尾矿坝附近的工业废弃物，使用垃圾掩埋法，预期持续20年，最后在覆盖后的区域进行土壤测试。Falconbridge也允许萨德伯里市政当局在尾矿坝指定的区域内储存污水。在此过程中使用的材料将提高和恢复水质、减少尾矿水接触面。沃特卢（加拿大东南部城市）中心区地下水研究提供了硫化物被氧化的速度和对水质的影响。有关这方面的研究一般被限制在不饱和的尾矿区域内，该研究提供了一个硫化物氧化过程的详细计算过程。在1994年和1995年，在前期数据研究的基础上，加之一些其它领域的数据，进一步进行了相关的化学模型研究，研究结果包括：在洪水泛滥期间含有污染物的水体中硫化物没发生广泛的氧化；短期内可能出现金属过氧化现象，但是，在洪水泛滥后的3～4年内这种现象会逐渐降低。

二、澳大利亚尾矿酸性排放物防治措施

1.尾矿酸性排放物预防措施

（1）选择处理与密闭酸性矿山排放产生的废弃物（或尾矿）被选择性处理，并用良性的非酸性化材料，如氧化矿废石包围来限制进入废石堆的空气和水。

（2）矿坑内处理类似于密闭，该方法对那些有足够采空区的矿山更为有效，借助于有效的采掘计划，一系列的采场可以用作正在开采采场的酸性废石的堆放场所。根据渗透性，采场壁与底板可能需要密闭处理，在表面加覆盖层，在温和气候时，表面覆盖可以用足够深的水来取代压实的充填物。

（3）混合与共同堆放涉及将酸性矿山废弃物与良性的非酸化物质，甚至酸性中和物质混合堆放。在煤矿开采过程中，传统应用的综合处理是在一个废料坑中设计一系列小的槽格，以便能够迅速的填埋并覆盖以减少矿山酸性排水的产生及水的侵入。格槽使用低渗透性的良性废弃物构成。混合堆放一般选用废石而不是尾矿，主要依靠混合的良性物质的中和作用而不是密闭作用。

（4）微生物密闭给一些矿物废弃物涂上涂层以防止硫酸盐氧化。机理包括带有过氧化氢的磷酸盐溶液淋滤废石堆。

（5）溢流水收集和处理系统收集与回收系统包括集水池、排水沟、槽和地下水孔。处理堆放系统包括化学处理控制排放和邻近河流稀释、蒸发处理、再利用和湿地过滤处理。每一个系统应结合当地情况加以考虑。同时，这种选择也可以用作补救措施。

2.尾矿酸性排放物治理措施

（1）覆盖选择包括在现有的废矿堆上构筑一个低渗漏性的覆盖层以减少表面水的溢流及空气扩散进入废矿堆中。覆盖层设计应该包括详细的水文和渗漏模拟以优化覆盖层厚度。

（2）溢流水的收集及处理对导致酸性废水的那些地方的边缘酸化废料的补救措施是选择收集和处理流出水。

（3）清除废石和尾矿的清除是一种选择，但是通常由于成本高而不考虑。在把严重的矿山酸性废弃物从一个现存堆储处清除后，隔离在露天采场、空场或合适的预先准备的堆积场中。

3.案例介绍：Benambra尾矿坝

Benambra是由Denehurst有限公司1992年到1996年运营的一个地下贱金属矿山。运营期间矿山共选矿92.7万吨，将近70万吨的硫化物尾矿被送到附近的尾矿坝Earth Systems，公司在Earth Systems区域的负责人协助DPIMP（矿物和石油部）编制了详细的复垦规划使矿区尽可能的恢复到采矿前的情况。该矿存在的关键环境风险是尾矿坝产生的酸性和含金属废水的可能性。复垦规划的主要目标是在尾矿表面完成永久性的覆盖层来管理尾矿坝中的酸性和含金属废水，并利用被动处理系统进行长期的水质监控，这个目标通过下列措施实现：

1.取消尾矿坝周围的分流道，使上游流域的河道得到恢复，将水引回尾矿坝中——便于保持最低2米深的永久水覆盖层以稀释尾矿坝中的水。

2.建溢洪道，确保坝壁长期的岩土工程稳定性。进行长期的气候和水量平衡模拟确定所需的溢洪道高度。

3.将尾矿平整并覆盖石灰石以减少尾矿在水体中的再悬浮，由此降低硫化物在水面氧化的可能。

4.在石灰石上面铺设一层有机物质作为防止尾矿再悬浮的附加屏障，抑制溶解氧从水体迁移到尾矿中。

5.尾矿坝中种植植被。

6.建造被动碱添加剂系统，用来在河水进入尾矿坝前将其自然性的PH值提高到接近中性，这样就保持了尾矿坝水体中较低的金属浓度。

7.建造4：1（H:V）下游边坡坡度加强坝壁。

8.建造厌氧垂直上行流湿地对来自坝壁地基的渗流进行被动处理。