金矿氰渣库生态修复与风险防控技术及应用

苏文湫，周连碧

(矿冶科技集团有限公司，北京 100160)

黄河流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙、陕西、山西、河南、山东9个省，连接了青藏高原、黄土高原、华北平原，黄河流域拥有三江源、祁连山等多个国家重点生态区，同时拥有丰富的煤炭、有色金属、石油、天然气等自然资源，是我国重要的生态屏障，也是重要的经济带[1-2]。十八大以来，习总书记多次考察黄河流域生态保护和发展情况，提出要坚持绿水青山就是金山银山的理念，坚持生态优先、绿色发展，以水而定、量水而行，因地制宜、分类施策，上下游、干支流、左右岸统筹谋划[3]。黄河流域中上游矿产资源丰富，矿山开采带动了黄河流域的经济发展，同时也造成了矿区环境污染、生态破坏等问题，历史遗留矿山采坑、废石场、尾矿库等对矿区环境存在重大污染隐患[4]。

据统计，全国有上万座尾矿库，早期建设的尾矿库环保措施不齐全，存在较大的环境污染隐患，随着环保需求的不断提升，历史遗留的尾矿库，特别是重要生态敏感区上游尾矿库的环境污染问题逐渐凸显。

我国是黄金生产大国，氰化法选矿占比达80%以上，每年氰化尾渣产生量约1亿t[5]。2016年实施的新版《国家危险废物名录》，将“采用氰化物进行黄金选矿过程中产生的氰化尾渣和含氰废水处理污泥”列为危险废物，历史遗留金矿尾矿库堆存的尾矿多为氰化尾渣，这类尾矿库通常库底均无防渗，存在较大的环境风险，急需采取必要的工程措施，降低尾矿库的污染风险。目前，针对此类历史遗留氰渣库治理工程实施案例较少，本文以某历史遗留金矿氰渣库为例，通过污染成因分析，筛选出主要的环境隐患，并提出可实施应用的生态修复及风险管控技术，以消除氰渣库环境隐患，保障区域环境安全[6]。

1 氰渣库概况

1.1 基本概况

金矿氰渣库位于甘肃省东南部，始建于20世纪90年代，目前已闭库。通过资料查阅，该氰渣库为某企业黄金采选项目的配套尾矿库，采选规模为450 t/d，选矿采取全泥氰化选矿工艺。资料调查结合现场踏勘，金矿氰渣库为沟谷型尾矿库，堆矿采用干堆形式，最大坝高46 m，库内现存尾砂75万 m3，尾矿库等别为四等库。

1.2 地形地貌

库区主要沟谷走向近东西向，尾矿库坝址处沟谷呈“倒梯形”，汇水面积1.0 km2。通过工程地形地质勘查，库区没有发现断层通过，地层相对稳定。

1.3 水文地质概况

区内河谷呈北西-南东向展布，次级沟谷则多呈近东西向展布，河道位于尾矿库初期坝下游200 m，为季节性河流，冬春两季地表基本无流水，年平均流量为0.11 m3/s。

在勘探深度范围内，场地地层主要为第四系全新统冲积物、坡积物及板岩。根据现场钻孔取样编录、原位测试以及室内试验结果，将场地地层综合划分为以下6个工程地质层，自上而下分述如下：①填土(Q4ml)：黄褐色、②尾矿粉土(Q4ml)、③含砾粉质黏土(Q4al+pl)、④圆砾(Q4al+pl)、⑤-1强风化泥质砂岩(N)、⑤-2中风化泥质砂岩(N)、⑥-1强风化板岩(K)、⑥-2中风化板岩(K)、⑥-3微风化板岩(K)。

1.4 土壤植被

周边土壤以山地棕壤、山地草原草甸和山地麻溶褐色土为主，发育在古代基岩风化的坡残积母质和部分黄土母质土。当地低温多雨，草木茂盛，植被群落分布呈明显的垂直地带性特点。植物种类繁多，覆盖率达50%以上。木本植物主要有杨柳、松类、云杉等，草本植物有白羊草、酸镁属等20余种。

1.5 存在的主要问题

根据现有资料，金矿氰渣库对周边地下水、地表水水质造成较大影响，污染原因分析如下：

1)氰渣库由于建成时间较早，未按现有标准建设，无库底防渗，尾矿在降雨的淋溶下，会产生渗滤液，持续影响周边地表水、地下水，造成污染。

2)氰渣库截排洪设施不完善，库区雨水对尾矿库造成冲刷影响，产生的废水可能外泄对周边地表水、地下水环境造成影响。

2 生态修复及风险管控技术方案

氰渣库生态修复及风险管控技术方案采取“完善环库截洪沟+垂直防渗墙+地下水抽提治理+库面阻隔防渗及生态恢复”的措施进行治理修复。生态修复及风险管控技术方案平面布置见图1。

图1 技术方案平面布置图Fig.1 Layout plan of technical scheme

2.1 完善环库截洪沟

完善库区雨洪水导排系统，形成场外雨、洪水截留和场内雨、洪水导排的复合型雨水导排及防洪系统，拦截库区外降水进入库区，实现库区的清污分流。

1)排水现状

根据现场踏勘，氰渣库南侧已有一条排洪明渠，坝体设有排水沟，排水沟连接南侧排水明渠，北侧和东侧靠近山体部分因地形条件限制，暂无排水沟，山体汇水直接流入氰渣库内。库尾(东侧)有3条山谷支沟，支沟沟谷狭长且两侧山体陡峭，难以修建排水沟。

2)环库截洪方案

3条支沟沟谷狭长，且两侧山体陡峭，修建排水沟难度大，拟在沟口建3座拦挡坝，坝内填土垫高，坝两端与截洪沟相接，上游来水通过截洪沟排出氰渣库。

沿氰渣库边界修建截洪沟，与拦挡坝和现有排水沟相连接形成环库排水系统，截洪沟布置见图2。

图2 现有和新建截洪沟示意图Fig.2 Schematic diagram of existing and new drainage ditch

2.2 库面阻隔防渗及生态修复

氰渣库目前已闭库，为了避免降水汇入库区继续淋滤尾矿，同时达到修复生态环境、保持水土的目的，库面采取多层阻隔防渗措施，自下而上分别为：库面从下往上依次为垫层、防渗层、排水层、生物保护层、覆盖土层，植被恢复层。其中，垫层采用30 cm天然土垫层，防渗层采用1.5 mm厚的高密度聚乙烯膜(HDPE土工膜)；排水层采用7 mm厚复合排水网；生物保护层采用20 cm厚卵石层，防止生物破坏防渗层；覆土层为60 cm厚植被土；植被恢复层及时铺种草皮或者种植短根系植物，改善景观和生态环境，同时起到保持封场覆土层流失的作用，生态修复对比效果见图3。

图3 生态修复前后效果对比图Fig.3 Effect comparison before and after ecological restoration

2.3 垂直防渗墙及抽提设施

针对场地本身及区域污染源形态特征，结合水文地质结构和污染途径特点，为了确保氰渣库渗滤液不对下游地下水环境产生影响，在氰渣库初期坝下游100 m修建地下垂直防渗墙，切断氰渣库渗滤液扩散到下游地下水的通道。

垂直防渗墙采用混凝土防渗墙+帷幕灌浆进行防渗处理，防渗处理采用“上墙下幕”的综合防渗方案，防渗系统需深入基岩层，保障整体防渗系数达到1.0×10-7cm/s。防渗墙顶面长度100.43 m，防渗墙顶高程为1 792.31 m，防渗墙深度确定为强风化下限向下伸长1 m，防渗墙厚度为0.8 m。防渗墙底部设置两排帷幕灌浆孔，帷幕灌浆孔排距0.6 m，孔距为1.5 m，帷幕灌浆深入微风化板岩1.5 m。

在截渗墙与初期坝间设抽提井，并配套抽提装置，高出原有水位后，启动抽提，利用氰渣库下游现有的处理池处理达标后返回选厂使用。

3 结论

尾矿库作为矿山企业的工业固体废物重要贮存设施，是矿区的主要污染源之一。通过对典型矿种尾矿库的生态修复及环境整治研究，将有助于结合地域特点，全方位落实污染源头预防、风险管控、治理与修复等重点修复目标，相关的工作成果和经验，可以为类似尾矿库环境整治提供参考。

新版《国家危险废物名录》将采用氰化物进行黄金选矿过程中产生的氰化尾渣列为危险废物，历史遗留金矿氰渣库库底未防渗，存在较大的环境风险。本文创新性提出通过采取隔离、阻断等环境风险管控措施，减少库外雨水汇入氰渣库，阻隔库内降水下渗对氰渣产生淋溶效应，阻断氰渣库渗滤液扩散途径，可以消除氰渣库对区域环境的负面影响，提升区域环境质量水平，是一种可推广实施的金矿氰渣库生态修复及风险管控措施。