平果铝土矿残矿成因及残矿回收实践.pdf

S u p p l ． S e p t e m b e r2 0 0 5 金 属矿 山 M E n U 。M I N E 增刊 2 0 0 5 年9 月 平果铝土矿残矿成因及残矿回收实践 潘思贵 中铝广西分公司 摘要平果岩溶堆积型铝土矿是一种新的矿床类型，由于其独特性，在矿产的开发利用过程中，其残矿的形 成原因不同于地下开采矿山，也有别于一般意义上的露天开采矿山，主要分析了平果铝土矿残矿的成因并对残矿 回收利用实践进行探讨。 关键词岩溶堆积型铝土矿残矿成因回收 矿产资源不可再生，加强矿产资源的保护和利 用是国家的一项长期国策和对矿山企业的一贯要 求。同时，资源也是矿山赖以生存的物质基础，为了 更好地保护和充分合理地利用平果岩溶堆积型铝土 矿资源，实现矿山企业的长期可持续发展，广西分公 司铝土矿山自9 9 年便开始着手组织人员对生产过 程中因种种因素形成的残矿进行人工回收。这一举 措不仅有利于矿产资源的充分合理利用，而且在企 业经济效益及社会效益方面也正在发挥着积极的作 用。下面将围绕平果铝土矿在生产过程中残矿的成 因及回收实践进行有益的探讨。 1 资源特点及开采方法 1 ．1 资源概况 平果岩溶堆积型铝土矿位于靖西至平果铝土矿 成矿带的东端，由那豆、太平、教美、新安、果化5 个 矿区组成，分布面积1 57 5 0k m 2 ，目前，累计探明工 业储量1 ．7 8 49 亿t ，其中那豆、太平2 矿区1 ．4 1 32 亿t ，教美矿区37 1 7 万t 。 矿山首采区设在那豆矿区的中国铝业广西分公 司1 9 9 1 年5 月7 日开工建设，1 9 9 5 年开始投产，至 2 0 0 3 年矿山已达到年产合格铝土矿1 9 0 万t 的生产 能力。 1 ．2 矿床特征 平果岩溶堆积型铝土矿是原生沉积铝土矿经历 漫长的风化、崩解及重力搬运作用，最终堆积于第四 系地层中多种地貌单元内的表生富集的铝土矿床。 主要分布于岩溶洼地、谷地和坡地中。 平果铝土矿矿体分布范围广、形态复杂，产状受 基底和地形地貌的控制。 矿体规模大小相差悬殊，大矿体达千万吨，小矿 1 4 8 体只有几百吨。 厚度变化大，一般厚0 ．5 ～2 6 ．1m ，平均3 ～7 m ，那豆、太平矿区平均厚度分别为4 ．5 2 和5 ．7 6m 。 矿体埋藏浅，大部分矿体直接出露地表，覆盖层 厚度一般0 ～3m ，铝土矿含矿层主要由5 0 ％一 5 4 ％的粘土夹铝土矿矿石，少量褐铁矿碎屑及粘土 岩类组成。 在那豆、太平、教美3 个矿区中，平均含矿率在 O ．2 6 6 ～1 ．5 7 5L ／m 3 之间，矿石平均品位A l O ， 5 6 ．1 4 ％，A ／S 1 1 ．8 1 。 矿体直接底板分别为灰岩和粘土两类，其中那 豆、太平2 矿区各占5 0 ％左右。灰岩底板区由于岩 溶发育，石芽丛生，溶斗、溶沟时有出现，产状多变， 地形高低起伏，比高多为1 ～5m ，这是造成矿体厚 度不稳定和储量变动的主要原因，同时也给回采工 作带来了诸多不利因素。 1 ．3 开采方法 根据矿区矿体分散，厚度普遍较薄，开采占地速 率高，地形复杂，矿床赋存形状不规则，有时采矿场 平面尺寸较小等特点，平果铝矿山采用平面推进型 的露天机械化开采方式和公路运输开拓系统对铝土 矿进行开采。 2 残矿的成因 因平果岩溶堆积型铝土矿是一种新型矿床，因 此，在矿产的开发利用过程中其残矿的形成既不同 于地下开采矿山，也有别于一般意义上的露天开采 矿山。 潘思贵，中铝广西分公司矿山部，工程师，5 3 1 4 0 0 广西平果。 万方数据 潘思贵平果铝土矿残矿成因及残矿回收实践2 0 0 5 年9 月 2 ．1 矿体的分布特点及赋存状态决定 平果铝土矿在空间分布上矿体分布广、而且极 为分散，规模大小悬殊，赋存于谷地、洼地、坡地、溶 沟、溶斗中。区内堆积型铝土矿床受岩溶地貌控制 明显，矿体形态随地形地貌的变化而变化，大部分矿 体的形态属于较复杂至很复杂类型，隐伏石芽发育 造成底板起伏不平，矿体厚度不稳定。 在地质探矿及生产探矿过程圈定的矿体中，许 多小矿体达不到机械设备开采的经济利用价值，这 部分储量或厚度达不到要求的分散小矿体或次矿体 只能被认为无法用机械设备开采利用而舍弃。 矿体的赋存状态同样会影响矿石的回收，位于 石芽间或溶沟、溶斗等部位的矿石，往往会因需要控 制贫化率或底板间高差过大且呈狭长条带状等原因 而难以用机械设备进行有效回收。 2 ．2 因经济性原因在征地过程中形成 平果铝土矿矿体厚度普遍较薄，导至了征地费 用在开采成本中占有很高的比例。按目前的征地费 用和矿层的含矿率和厚度情况，矿石的征地费用平 均占到开采成本的2 0 ％～3 0 ％，部份高达4 0 ％。 由于矿体是矿石经过重力搬运作用堆积形成， 其分布和赋存位置的特殊性决定了经过每年生产探 矿圈定的矿体常常会形成相隔较远的小块小矿体或 次矿体，咽此，在征地设计过程中，从开采的经济合 理性角度考虑，往往把储量达不到经济要求的小矿 体或次矿体剔除在征地范围之外。部分矿体的边角 部位有时也会因矿厚较薄、含矿率过低而且满足不 了大型设备的回转半径要求而未进行征地。 2 ．3 因回采工艺局限性形成 根据平果岩溶堆积型铝土矿特有的特点，在一、 二期矿山的开采设计中都考虑了4 种采矿工艺，分 别为松土机铲运机工艺，正铲反铲工艺，推 土机反铲工艺，推土机前装机工艺。同时 根据矿层的厚度、倾角以及矿体底板的性质选用不 同的采矿方法，实践证明通过这些采矿工艺的互相 搭配完全能够满足生产需要，但无论采用何种工艺， 在采场边坡、特深矿窝等局部地段仍会残留大量的 含泥铝土矿难以用机械设备进行回收。特别是因本 区灰岩风化较为严重，在灰岩底板区当开采接近灰 岩底板时，机械设备在对含泥铝土矿进行铲装的同 时会造成大量灰岩的混入。如果过份追求损失率的 降低就会造成过多的灰岩混入矿石中导至贫化率的 升高。回采过程中在尽量避开灰岩的同时也就在灰 岩石芽缝隙间残留了大量含泥铝土矿无法用设备进 行回收。 除了以上谈到的几个方面，永久性基础设施及 村庄压矿也是造成区内铝土矿资源无法充分回收的 重要因素。 3 残矿回收 除了充分利用现代化设备进行开采以外，组织 民工对采空区内底板及边角残矿或无法用设备开采 的小矿体或次矿体进行人工回收，能够有效地提高 资源利用率，实现矿山的可持续发展。 3 ．1 残矿回收范围的确定 残矿的回收范围主要是那些经过确认的无法用 机械设备进行回采的小矿体或次矿体以及生产采场 机械设备回采结束区域，圈定原则为地质人员根据 生产探矿地质资料以及现场具体情况确定，并画出 相应的回收范围示意图。 值得指出的是，区内生产探矿采用的是2 5m 2 5m 的勘探网度进行浅井探矿工程的布置探求A B 级储量，经多年生产实践证明，其成果及资料完 全满足生产需要，但矿体边部仍然会存在控制不到 边的现象，因此，在矿体机械开采结束后应根据采场 边部断面矿石含矿率和矿厚情况结合矿体外围已知 探井资料或矿体边部石芽出露情况进行补充征地， 补征区域如果难以用机械设备回采，则可以考虑作 为残矿安排人工回采。 回收范围确定以后，应以合同形式严格要求在 圈定范围内进行残矿回收施工，避免造成农民乱挖 滥采现象的发生。 3 ．2 残矿回收实施阶段 首先通过订立合同的方式由地方政府按照回收 时间要求制定相应的回收技术方案及相关安全措 施。 地方政府负责施工人员的组织，主要是组织周 边村屯的农民工进行施工。矿山职能部门根据自身 职责协助施工现场的安全监督及回收过程质量监 督。 回收前期准备工作要求矿山企业应配合的内容 包括用地权的取得，残矿堆放场地的准备等，施工过 程中则应根据质量要求在日常管理等方面提供有效 的支持。 施工过程安全监督由作为承包方的地方政府自 行完成，矿山职能部门只起协助监督作用。主要是 监督施工人员是否遵循从上至下的回采原则，制止 】4 9 万方数据 增刊 金属矿山2 0 0 5 年9 月 掏老鼠洞现象，督促施工人员在对边角残矿进行回 收过程中按安全角度要求边放坡边回收，防止塌方 事故的发生，限定放炮时间及要求做好放炮过程中 的警戒等。 3 ．3 质量控制 区内矿体垂直分布上，根据那豆矿区不同地貌 单元内已进行生探的矿体分段取样2m 样段品位统 计结果 见表1 ，由上往下含矿率由大到小变化而 A 1 2 0 3 。 表1 分段取样2m 样段矿石品位变化统计 和铝硅比总体上虽然随样段含矿率由大到小变 化而出现由高逐渐变低的规律，但变化幅度不大，说 明在矿体内部，矿石品位比较稳定。 另外，对部份机械设备回采结束区域残留的堆 积矿也进行了取样，分析矿石A 1 2 0 ，和硅含量指标， 分析结果与生产探矿探获成果对比见表2 。 从表中数据可见，在同一地段，同一矿块的矿体 中堆积矿残矿的矿石A l O ，和铝硅比维持着一个相 对稳定的水平，矿石A l O ，和铝硅比没有随着矿石 埋藏深度的改变而发生显著变化。因此，只要机械 设备可回采区域内的矿石A l 。O ，含量和铝硅比满足 生产质量要求，则残留堆积矿的A l O ，含量和铝硅 比同样也能满足生产质量要求。因此，在残矿的回 收过程中没有必要专门对矿石品位进行监督。 由于不同地段，不同赋存深度的堆积矿含矿率 变化极为悬殊，故有必要对堆积矿残矿的含矿率做 定量要求，为此，经测算堆积矿残矿只有含矿率大于 5 0 0k ∥m 3 以上时才具备人工回收经济利用价值。 质量控制又分为回收过程质量控制和验收阶段 质量控制，主要控制内容是残矿含矿率、废石量、矿 1 5 0 ． 石难洗程度等等。 表2 残矿矿石品位与生探成果矿石品位对比 采场号硒黑蹴戋矿呱裁熬 回收过程质量控制由专门的采矿、地质技术人 员每日在施工现场进行巡视，监督施工人员是否严 格按划定的回收范围施工，同时，防止回收过程混入 废石，避免人为造成的矿石贫化，判断施工地段残矿 含矿率是否附合指标要求以及指导施工人员避开粘 性过大的难洗矿地段等等。 验收阶段质量控制指对回收至堆场里堆存的残 矿进行取样抽查含矿率指标。取样过程为，对已经 搬运到堆场里堆存的残矿用网格法每隔一定间距铲 万方数据 潘思贵平果铝土矿残矿成因及残矿回收实践2 0 0 5 年9 月 取定量的含泥铝土矿，测定其体积，然后对取回的含 泥铝土矿样品进行称重 用于计算含泥铝土矿的体 重 ，把样品倒在lm m 筛子里直接用高压水冲洗， 把混在矿石中的粘土冲洗干净后把矿石摊平凉干或 烘干，称取干矿石的重量，据此即可算出矿石含矿 率。 取样测定含矿率过程图示如图1 所示。 取样 网格法称重烘干 ∞* 过l m 筛洗样 匾亘煎} L 恒巫固 图1 取样测定含矿率程序 计算含矿率公式 K 咖， 1 其中，K 残矿含矿率，k g ／m 3 ；g 干铝土矿样品 重量，k g ；移 含泥铝土矿样品体积，m 3 。 回收的残矿质量达到要求的由分公司和矿山职 能部门及时组织相关专业人员进行验收，达不到质 量要求的残矿不予验收。 3 ．4 通过残矿回收获得的效益 自1 9 9 9 年实施残矿回收制度以来，广西分公司 矿山开采损失率从原有的7 ％左右下降了1 3 个 百分点，使年开采损失率最低达到了4 ．5 4 ％的水 平，大大提高了矿产资源的利用率，从而延长矿山的 服务年限。历年开采损失情况见表3 。 表3 历年开采损失情况 表4 广西分公司铝土矿山历年人工回收残矿量 年份1 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 l 徽 o9 54 7 6 ．4 54 74 0 64 24 3 3 年份 2 0 0 22 0 0 32 0 0 4 合计 嬲4 6 9 1 86 85 6 71 7 15 6 34 7 23 6 3 ．4 5 虽然人工回收残矿成本较高，但这一措施在矿 产资源得到充分开发利用的同时，解决了周边部份 失地农民的就业，为地方带来了可观的经济效益，对 缓和企业周边的工农关系起着举足轻重的作用。至 2 0 0 4 年底，累计通过人工回收堆积型含泥铝土矿残 矿4 7 ．2 3 6 3 万t ，按合同支付给地方政府残矿回收费 用达5 0 0 万元以上。 广西分公司实施残矿回收制度6a 来，共回收 了2 0 万t 左右的合格铝土矿石，按2t 矿石生产1 t 合格氧化铝计算，可获得l o 万t 氧化铝产品。即使 按分公司投产以来市场的最低价格保守计算，扣除 每个环节的成本后每生产1t 氧化铝仍可获得超过 5 0 0 元的纯利润。即l O 万t 氧化铝最少可获利超过 50 0 0 万元，由此可见通过残矿回收制度的实施最终 将可以获得巨大的经济效益。 5 结语 1 平果铝土矿残矿的形成主要是由岩溶堆积 型矿床的分布特征及赋存状态决定，在征地和开采 过程中形成。表现形式为储量达不到经济开采要求 的小矿体或次矿体，矿体边角残留以及底板残留，永 久性基础设施及村庄压矿等。 2 通过委托地方政府组织民工的方式进行人 工回收残矿需加强现场安全监督，预防安全事故的 发生；同时需加强质量的控制，严格按划定的回收范 围施工，防止乱挖滥采，防止废石的混入，避开含矿 率过低的难洗矿，最后通过网格法取样测定含矿率 的手段确保验收的残矿附合质量要求。 3 残矿回收制度的实施可以尽量避免矿产资 源的浪费，达到充分利用和保护矿产资源，延长矿山 服务年限的目的，实现可持续发展。以中铝广西分 公司为例，实施残矿回收制度6a ，共回收含泥铝土 矿残矿4 7 ．2 3 63 万t ，可获得2 0 万t 左右的铝土矿 石，这相当于延长了广西分公司年产矿石8 0 万t 的 一期矿山服务年限3 个月。 4 平果铝土矿的矿床特征决定了其开发利用 需占用大量土地，预计广西分公司三期矿山建成后 每年将占用土地10 0 0 亩以上，前后将会牵涉到全 县三分之一的人口 约1 4 万人 赖以生存的土地问 题。目前采矿用地问题已成为制约广西分公司矿山 生产的大难题，也是周边村屯农民和企业发生矛盾 冲突的主要原因之一。因此，中铝广西分公司不惜 以高于机械回采的成本委托地方政府组织当地农民 进行残矿人工回收，这一举措不但能帮助部分失地 农民就业，对维护社会的稳定方面也起到了良好的 作用。 下转第1 6 6 页 1 5 1 ． 万方数据 增刊金属矿 山 2 0 0 5 年9 月 量计算式g 等与式 4 相比较，若两者流量相 等，则有s 。壁云笙，此式即为无压缓变渗流与 承压均匀渗流的代换公式‘2 l 。代人式 5 得出 。硪一 2 Q 2 搴蔫口1T口 6 再有．s 。 危。一危，贝Ⅱ危一 2 J s 。 2 o s 。 ，贝0 综 合垂直水平排渗系统的总渗入量为 Q 虺Q 。 ￡A B g ，l 。 堕等乒掣k 。K 业雾盟1 0 ～， 2 1 T 2 7 ， 口 H 一8 “ 2 Z ’ “～’ 一十I n 一口1Td 7 式中，I s 。为预计降低浸润线的深度，m ；■一。为沿坝轴 方向库内铺设水平排渗盲沟的长度，m ；K 为平均垂 直渗透系数，c Ⅱ∥s ；式中口，Z7 描述了排渗井，排渗盲 沟的布设位置；d 是垂直排渗井直径；S c 预计降低浸 润线效果；Q 是排渗系统总的排渗量。 3 工程实例 某一金矿上游法细粒尾砂筑坝，尾矿粒度极细， 一2 0 0 目占9 5 ％，平均粒径叱 0 ．0 2 36m m ，属细 粒尾矿，上层尾粉砂平均垂直渗透系数仅为2 ．9 1 0 ～c n ／s 。考虑了此尾矿坝尾矿堆积体中矿泥夹 层较多，相对隔水层明显，尾矿水平渗透系数与垂直 渗透系数相差悬殊，最终采用了垂直水平联合排渗 系统。将尾矿库各项条件参数代入 2 式计算，综 合考虑排渗效果等要求，确定排渗系统具体参数取 值见表1 。 表1 设计参数取值 m 得出排渗量与| s 。 渗流水头降深 的一一对应 关系见图5 。 S c ／m 图5 排渗量 Q 一渗流水头降深 S 。 目前处于二阶子坝施工完成阶段，在干滩处量 测出水头降深I s 。，与排渗系统总的排渗量相比较， 基本满足以上曲线关系，由此验证此理论计算模型 正确，公式 6 符合实际。从而到最终五阶子坝施 工终了正常运行时，根据 图5 最终稳定运行曲线， 由排出坝外的排渗量可较准确估计坝内浸润线降低 降低程度，也就可以了解坝内的安全稳定状态，掌握 了坝体的整体稳定程度。 4 结论 文中根据地下水动力学中水井理论，研究了尾 矿库垂直水平排渗系统合理空间布设、系统总渗入 量、降低浸润线效果等问题。提出符合尾矿库实际 情况的垂直水平联合排渗系统理论计算模型，推导 出总的排渗系统排渗量 Q 、排渗井、排渗盲沟的 布设位置 。，￡ 和预计浸润线降低效果 s 。 之间 的代数方程关系。根据此次研究成果进行了某金矿 细粒尾矿库的排渗系统设计，工程应用效果良好，符 合实际。为矿山尾矿库量化排渗设计提供了理论依 据。有着很好的推广应用前景和很高的技术经济价 值。 参考文献 1 中国有色金属工业总公司．中国有色金属尾矿库概论．1 9 9 2 2 钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算．北京中国水利水电出版社， 1 9 9 6 3 陈守义．浅议上游法细粒尾矿堆积坝问题．岩土力学。1 9 9 5 1 6 4 何同庆．尾矿库的垂直水平联合排渗．采矿技术，2 0 0 2 2 5 毛昶熙，段祥宝，李祖贻，等．渗流数值计算与程序应用．南京河 海大学出版社，1 9 9 9 收稿日期2 0 0 5 旬7 D 9 上接第1 5 1 页 参考文献 l 卢文华，韦永坚．试论岩溶堆积铝土矿地貌特征及成矿规律研究 广西地质，2 0 0 0 ，1 3 4 2 冯道永，程运材，何蔚．平果铝土矿资源开发与矿区生态快速重建 的技术途径．平果铝科技 矿山专辑 ，2 0 0 0 5 1 0 3 卢文华，韦永坚，黎乾汉．再论平果铝土矿的勘探网度．平果铝科 技 矿山专辑 ，2 0 0 0 2 2 3 0 收稿日期2 0 0 5 旬6 旬7 衙∞弱∞∞∞m 0 一Ip．‘_Ⅲ一＼口 万方数据