在当前，尾矿干排堆存技术逐渐成为一个热点，本文将最终堆存浓度达到80%以上，尾矿之最终形式以滤饼或膏体出现之尾矿，称为高浓度尾矿，对此类尾矿在地表之堆存技术做一个初步之总结与论述。
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1 前言
随着传统尾矿湿排堆存技术弊端之出现，尾矿干排堆存技术逐渐成为一个热点，在该领域百花齐放、百家争鸣。本文将最终堆存浓度达到80%以上之尾矿称为高浓度尾矿(尾矿之最终形式主要分为滤饼与膏体)，结合工程实例对尾矿地表高浓度堆存技术，做一个初步之总结与论述。
2 我国尾矿现状
我国现有矿山15.3万个，据统计2000年以前，我国矿山之尾矿总量为50.26亿吨，2000年以后，每年排放尾矿达6亿吨。根据国家安监局统计数据，全国共有12655座尾矿库，其中，四等与五等小型尾矿库12122座，占绝大多数。金属矿山堆存之尾矿量已达50亿吨以上，而且以6亿吨/年之速度递增，其中铁矿山每年排放1.3亿吨，有色金属矿山每年排放1.4亿吨，黄金矿山较少，也在2450万吨以上[1]。
目前我国绝大部分尾矿库是利用传统水力冲填法使尾矿入库，矿浆浓度在15%~25%，库内回水悬于坝体之上，犹如悬湖。据了解我国现有之尾矿坝中危、险、病尾矿库比例高达50%，安全隐患严重。同时，我国虽是一个资源大国，但人均占有之资源却非常低，我国共伴生矿场资源之综合利用率不到20%，矿产资源总回收率只有30%，矿山尾矿中大多含有各种有色、黑色、稀贵、稀土与非金属矿物等，是宝贵之二次资源。传统之湿排尾矿库不利于尾矿资源之回采，加之尾矿坝安全问题之日益突出与湿排尾矿库建库需受地形条件限制等因素，促进了尾矿地表高浓度堆存技术之发展。
3 尾矿地表高浓度堆存情况之分类及实例
尾矿地表高浓度堆存技术之核心与原理就是疏干尾矿中之水分，减少库内积水，从而降低坝体浸润线，提高坝体安全度，提高回水利用率，提高库容利用系数。疏干尾矿中之水分，往往需要借助于机械、外力与一些辅助药剂，如絮凝剂等。
3.1 在尾矿堆存之前疏干绝大部分水分
3.1.1 疏干尾矿水分之主要方法
现国内外尾矿地表高浓度堆存技术主要采用之是在堆存之前先疏干绝大部分水分，疏干尾矿水分所采用之方法主要有：
(1)压滤方式：使尾矿在一定压力作用下，挤干砂体中之绝大部分水分。采用此种方式后之尾矿呈滤饼形式，含水率一般可降到20%附近。常用设备为板框式压滤机、厢式压滤机等。
(2)真空过滤方式：原理是利用真空负压将尾矿中水分吸除，此方式对较细粒径之尾矿效果较好，含水率可降到20%附近。常用设备有陶瓷过滤机、带式真空过滤机等。
(3)多段浓密方式：此方式利用高效浓密机进行多段浓密，外加絮凝剂等辅助药剂之作用，将尾矿浓度提升至50%~60%，形成膏体形式排放。
(4)沉淀池方式：此方式将多个平流式沉淀池串连，根据尾矿自然沉降规律浓缩尾矿、澄清、排出尾水。在沉淀过程中常辅以絮凝剂加速尾矿颗粒之沉降，尾矿浓度随着晾晒时间之延长增加。沉淀池法尾矿处理量不大，仅适用于小型矿山。
3.1.2 疏干尾矿大部分水分后之堆存方式
3.1.2.1 滤饼形式堆存
(1)滤饼堆存之相关定义
此种堆存方式是指将压滤或过滤后低于或等于饱与含水率之尾矿滤饼以汽车或其他运输方式运至尾矿堆场，在山谷或傍山、平原围堤所形成区域内分层碾压密实之排放方式。滤饼一般指经过压滤或过滤脱水后，不能离析，浓度在80%左右之尾矿。一般将含水率接近或等于饱与含水率之滤饼称之为尾矿湿饼，将浓度在75%~80%之间之滤饼称之为尾矿干饼[2]。世界上最大之尾矿地表高浓度堆场之一智利La Coipa尾矿堆场即采用此种方式堆存，日排放尾矿滤饼1.5万吨[3]。
(2)尾矿堆放台阶之高度、台阶坡面角之大小与马道宽度
滤饼之堆放与运输与常规湿排上游式尾矿库有很大不同，受人为影响因素较大，设计中要明确滤饼之碾压要求。尾矿堆放采用从下往上、分台阶堆放，尾矿堆放台阶之高度、台阶坡面角之大小、马道宽度与尾矿堆放之有效容积密切相关。
台阶坡面角尽量大可以充分利用堆放空间，但是存在因陡坡而造成滑坡事故之隐患，选择台阶高度与坡面角时应同时考虑安全因素与经济因素，在保证安全之前提下，最终堆积角可以大一些。台阶坡面角之选取多采用类比法，即参照类似矿山之实际资料选取，然后通过稳定计算确定坡面角大小与台阶高度;对于工程地质条件较为复杂之矿山，应通过系统之工程地质调查后，再通过稳定计算确定。最终堆积角之大小还要考虑尾矿之松散性，一般要小于内摩擦角。
工程实例：辽宁省排山楼金矿，滤饼堆放台阶高度6m，坡面角45°，马道宽度4m，最终堆积角约35°[4]。
(3)尾矿入库顺序
尾矿滤饼入库之方式可参照传统尾矿筑坝形式：上游式、中线式、下游式，但由于采用以上形式时，库内有积水，大大降低了滤饼形式堆放之效果，因此实际工程中很少采用，只在个别加高扩容老尾矿库时采用。
大多数工程中提倡倒排式入库，即从库尾开始逐层堆筑，逐步向下游推进，最后形成库尾高、下游低之形式，一般坡度在0.5%~1%为宜。这种入库形式之主要优点是：库内不存水;库内无水尾矿不饱与，从而不易液化;一旦失稳后不会长距离流动，不会形成大之泥石流危害;缩短库内溢水管长度等。倒排式能够及时将库内积水排出，大大提高尾矿库之安全度。
3.1.2.2 膏体形式堆存
(1)膏体尾矿之定义与膏体尾矿与较高浓度尾矿浆之区别
膏体尾矿是一种具有流动特性与一定屈服应力，并有足够之呈胶体状态水之不离析尾矿固液混合体。如果用塌落度来定义尾矿膏体之话，被定义为塌落度在178mm至254mm之间之尾矿浆体[5]。因组成成分不同、物理化学特性差异、处理工艺不同以及水之存在形式之不同，不同物料形成之膏体所表现出水力学指标相差较大。
膏体尾矿与较高浓度尾矿浆不是一个概念，不是所有之尾矿都能形成膏体，应对特定之尾矿进行必要之试验。在较高浓度尾矿浆与膏体尾矿之间有一个过渡，对于不同之尾矿，这个过渡应经过试验取得。对于达不到膏体标准之较高浓度尾矿浆是否能够进行地表堆存、如何堆放等问题，本文暂不进行讨论。
膏体尾矿堆存方式
膏体尾矿之堆存方式虽也采用管道输送，但与传统之矿浆排放之堆存方式有质之区别，尾矿膏体入库以后，水与固体之间、固体中之粗细颗粒之间不产生离析，膏体表面不产生流动之水，属于干法堆存。加拿大安大略省Kidd Creek尾矿堆场始建于1973年，是世界上第一座采用膏体尾矿堆存方式之尾矿堆场，当前入场尾矿1亿吨，至2023年，设计入场尾矿1.3亿吨，设计堆积总高度29m[6]。内蒙古乌奴格土山铜钼矿在国内大型有色金属矿山中打开了膏体尾矿堆存之先例。现常用之膏体尾矿之堆存方式主要有：自由式堆存、山谷堆存与筑坝堆存三种。
①自由式堆存
此种方法适用于开阔地带，膏体自流沉积坡度在5%~7%左右。自由式堆存可选择单管排放，也可选择多管轮流前进式排放。
单管排放之自由式堆存：此种情况下，会形成一个坡度较缓之圆锥体，稳定性较高，不需筑坝，为了防止库内降雨对环境之污染，建议在库下游建一个拦水坝，将雨水沉淀后再外排。
多管轮流前进式排放之自由式堆存：此法是指采用多条管道，间隔一定距离沿尾矿沉积坡度轮流向前放矿，停止放矿之尾矿表面很快干裂，表面强度增加，此时在干裂之尾矿堆上继续安装支架与向前接管，在先前排放之已干裂之尾矿上面继续放矿。此种方法可以增大膏体自流沉积之角度，从而增大尾矿堆存量，适用于降水量少、蒸发量大之地区。
②山谷堆存
此种方式是利用山谷地形之有利条件进行尾矿之堆存，即有一段很平缓而且又比较窄之山沟，利用自然地形平缓，尾矿自流沉积坡度相对比较陡之高差堆存尾矿。河北峪耳崖金矿新选矿厂尾矿库即采用此种堆存方法[5]。
③筑坝堆存
膏体尾矿之筑坝堆存多采用上游放矿，下游筑坝之方法，原因同滤饼堆存方式中之倒排式入库。筑坝堆存方式初期坝工程量比较小，随着尾矿排放量之增多，用下游筑坝法逐级加高尾矿坝。
3.2在尾矿堆存之后利用自重压力疏干水分
此方法是指在矿浆中加入一定量之絮凝剂经浓密机浓缩后达到40~50%之浓度，通过砂浆泵装入耐腐蚀、耐风化、渗水性强之聚丙烯树脂袋，在平整好之场地中，按一定坡度分层顺序铺设，一定浓度之尾矿浆在袋中自然沉降，通过自滤与上部尾矿重量挤压、滤水、固结，形成尾矿滤饼，使滤饼浓度达到80%以上，含水量仅有20%左右，使滤饼固结封闭在袋中，并使尾矿随袋成型，分层堆筑形成干堆坝体。
该法不需要建坝，形成之尾矿堆坝安全性高，操作简单，取消了机械压滤，减少投资，便于复垦。已在老挝万荣邦双铁矿尾矿项目成功应用。
4 尾矿地表高浓度堆存中需注意之几个问题
4.1 堆放台阶高度、角度等参数之选择
台阶高度、台阶坡面角、最终堆积角等直接影响尾矿堆体之安全性，在对这些参数进行选择之时候，应综合考虑安全因素与经济因素，还应结合地质调查与稳定计算确定。
4.2 明确碾压要求并在堆存过程中避免干、湿混排现象
滤饼在碾压过程中受人为影响因素较大，设计中要明确滤饼之碾压要求。堆存过程中应分堆放区、碾压区、准备区、晾干区，四个区轮流进行，避免干、湿混排现象。
4.3 库内尾矿水之处理
在有断裂带之区域，为避免尾矿水渗入地下，造成环境污染，建议在此类地区做防渗处理。
4.4 坝外来水之防治
对于尾矿高浓度堆存，排洪系统仍不可忽视，应做到：(1)在坝坡与山坡交界处设截水沟，防止山坡回流冲刷坝体。(2)在马道内侧设排水沟，防止坡面汇水冲刷坝面。(3)坝体下游设集水井，并随时监测水质。
4.5 坝面植被，注意防尘
尾矿地表高浓度堆存虽有诸多优点，但粉尘问题逐渐显现出来。在堆积过程当中，待一台阶形成之后，应及时用山皮土予以覆盖，并种植适应本地生活条件之沙棘，以迅速恢复植被与生态环境，积极预防与治理水土流失，这样既能保护坝面，又能防止尾砂飞扬。
5 结语
传统尾矿堆存技术之不足为尾矿地表高浓度堆存技术赢来了发展之契机，但尾矿地表高浓度堆存技术不是万能之，对于该技术之通用性与是否使用该技术都不需要建坝等问题还有待于进一步之探讨。其实，传统尾矿堆存技术与尾矿地表高浓度堆存技术都只是尾矿处理之一种方式，都是可行之，应视具体情况而定。
参考文献：
[1] 罗敏杰，浅谈尾矿干堆技术[J]。有色冶金设计与研究，2009,30(6)：27-29.
[2]付永祥，大型山谷型尾矿干堆场设计理念与实例[J]。现代矿业增刊，2010,26:122-125.
[3]Davies M P and Rice S, Dry stack filtered tailings[J]。Mining Environmental Management,2002,(1)：10-13.
[4]迟春霞，沈强，尾矿干堆技术探讨[J]。黄金，2002,23(8)：47-49.
[5]刘洪均，徐涛，谷志君，孙春宝， 膏体与尾矿膏体排放技术[J]。现代矿业增刊，2010,26:114-121.
[6]Jewell R J,Fourie A BPaste and Thickened Tailings-A Guide[M].Perth:Australian Centre for Geomechanics,2002.
