沈樓燕 熊鋒 謝添 何桂春 黃志強(qiáng) 趙紅波

〔摘 要〕一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理、成本可控的工藝流程是尾礦庫(kù)回采鋰資源項(xiàng)目可行的前提條件。以宜春市某個(gè)已經(jīng)閉庫(kù)的尾礦庫(kù)為例，探討了尾礦庫(kù)回采鋰資源，獲取碳酸鋰、鉭鈮精礦等主產(chǎn)品的采選冶工藝技術(shù)流程，分析了尾礦庫(kù)調(diào)排洪能力、堆積壩干灘長(zhǎng)度、邊坡穩(wěn)定性、排洪系統(tǒng)設(shè)施等幾個(gè)影響實(shí)現(xiàn)安全回采尾礦庫(kù)鋰資源的關(guān)鍵因素。分析認(rèn)為：尾礦回采必須保證尾礦庫(kù)的調(diào)排洪能力和尾礦堆積壩的干灘長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，通過(guò)安全作業(yè)保障尾礦壩邊坡的穩(wěn)定和排洪系統(tǒng)設(shè)施的有效性，同時(shí)還須加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，做好回采過(guò)程中的尾礦庫(kù)應(yīng)急管理工作。

〔關(guān)鍵詞〕鋰資源；尾礦庫(kù)；回采；碳酸鋰；排洪；邊坡穩(wěn)定；安全性

中圖分類號(hào)：TD926;P618.71 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1004-4345（2023）01-000１-0４

Process of Lithium Resources Recovery from the Tailings Pond and its Technical Points of Safety

——Taking a Tailings Pond in Yichun City， Jiangxi Province as an Example

SHEN Louyan1， XIONG Feng1， XIE Tian2， HE Guichun3， HUANG Zhiqiang3， ZHAO Hongbo4

（1. China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China;

2. Yichun Contemporary Amperex Resources Co.， Ltd.， Yichun， Jiangxi 336023， China;

3. Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou， Jiangxi 341000， China;

4. Key Laboratory of Biometallurgy of Ministry of Education， Changsha， Hunan 410083， China）

Abstract ?Taking a closed tailings pond in Yichun city as an example， the paper discusses the mining， mineral processing and metallurgical process flow of lithium resources recovered from tailings pond and obtaining lithium carbonate，niobium-tantalum concentrate and other main product. It is pointed out that an economic， reasonable and cost-controllable process flow is a prerequisite for the feasibility of lithium resources recovery from the tailings pond. Furthermore， the paper analyzes several key factors to achieve safe recovery of lithium resources from tailings pond， such as flood control and discharge capacity of the tailings pond， dry beach length of fill dam， slope stability and flood drainage system facilities. The analysis shows： ensuring that the flood control and discharge capacity of the tailings pond and dry beach length of tailings fill dam satisfy the design requirements; ensuring the stability of the tailings dam slope by safety operation， ensuring the effectiveness of the flood drainage system facilities. Meanwhile， it is also necessary to strengthen safety monitoring and do a good job in the emergency management of the tailings pond during the recovery process.

Keywords ?lithium resources; tailings pond; recovery; lithium carbonate; flood discharge; slope stability; safety

0 前言

鋰是世界上最輕的金屬，具有較高的熔沸點(diǎn)和較低的密度和硬度，戰(zhàn)略價(jià)值極高。隨著新能源電動(dòng)汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)鋰消費(fèi)量呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，目前已占到全球鋰資源總消費(fèi)量的52.48%[1]。我國(guó)４個(gè)主要鋰礦資源消費(fèi)行業(yè)消費(fèi)預(yù)測(cè)表明，我國(guó)2020年、2025年和2030年鋰礦資源消費(fèi)量分別為185.3 kt、314.2 kt和493.2 kt，而我國(guó)2020年、2025年和2030年鋰礦資源供應(yīng)量分別為147.1 kt、254.3 kt和395.2 kt。兩相對(duì)比，可知我國(guó)2020年、2025年和2030年鋰礦資源缺口分別為38.2 kt、60.0 kt和98.0 kt[2]?？梢?jiàn)，保證鋰資源的供給對(duì)我國(guó)新能源戰(zhàn)略的發(fā)展，碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重大意義。

我國(guó)鋰礦資源主要賦存于鹽湖鹵水型和礦物型兩種鋰礦床中，且８２%以鹽湖鹵水形式存在。受自然條件限制和鹵水中鎂鋰含量比較高等因素的影響，鹽湖鹵水型礦床開(kāi)發(fā)難度較大[3]，因此目前我國(guó)鋰礦多產(chǎn)出于礦物型鋰礦床[4-5]。這也使得我國(guó)鋰資源對(duì)外依存度高達(dá)70%[6]，且在鹽湖鋰分離技術(shù)未突破的情況下，鋰資源的對(duì)外依存度還將持續(xù)增高，甚至可能會(huì)完全依賴進(jìn)口。鋰資源短缺問(wèn)題已成為制約我國(guó)新能源戰(zhàn)略發(fā)展、危及國(guó)家資源安全的“瓶頸”問(wèn)題，加大對(duì)鋰資源的綜合回收利用具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。

江西省宜春市是中國(guó)最大的鋰瓷石礦（又稱“鋰云母”礦）蘊(yùn)藏之地，區(qū)域內(nèi)賦存鋰、鉭、鈮、銣、銫等多種稀有金屬以及長(zhǎng)石、石英等多種非金屬，綜合利用價(jià)值高。其中，鋰云母（Li2O）精礦經(jīng)冶煉提取的碳酸鋰是新能源電池產(chǎn)業(yè)的重要生產(chǎn)原料；鋰長(zhǎng)石產(chǎn)品可作為陶瓷、建材生產(chǎn)原料[7]。限于早期選礦技術(shù)水平，宜春境內(nèi)相當(dāng)一部分已經(jīng)閉庫(kù)的鉭鈮礦和鋰瓷石礦的尾礦庫(kù)貯存著富含鋰云母（Li2O）的尾礦，且鋰的平均品位為0.5%～0.9%，有的甚至在1.0%以上，并不遜色于周邊礦山的原礦品位。因此，在當(dāng)下碳酸鋰價(jià)格一路飆升的市場(chǎng)背景下，回采開(kāi)發(fā)宜春尾礦庫(kù)中的鋰資源具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

然而，基于我國(guó)不容樂(lè)觀的尾礦庫(kù)安全狀況[8-9]，對(duì)尾礦庫(kù)中鋰資源的回采開(kāi)發(fā)利用需要采取安全、環(huán)保、高效的科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行，以確保尾礦庫(kù)的安全穩(wěn)定性沒(méi)有任何閃失。本文擬以江西省宜春市某已經(jīng)閉庫(kù)的尾礦庫(kù)為例，探討尾礦庫(kù)回采鋰資源的技術(shù)要點(diǎn)。

1 ? 尾礦庫(kù)回采鋰資源的工藝流程

尾礦中的有價(jià)金屬，通常稱為“二次資源”[10]。各國(guó)政府都非常鼓勵(lì)投資開(kāi)發(fā)“二次資源”項(xiàng)目，并給予了不同程度的財(cái)政扶持政策，例如稅負(fù)減免、財(cái)政補(bǔ)貼等。然而， “二次資源”項(xiàng)目能否成功最終還是取決于該項(xiàng)目的盈利能力。尾礦回收鋰資源項(xiàng)目可行的前提條件是要有一個(gè)經(jīng)濟(jì)、合理的工藝流程，既要確保工業(yè)化生產(chǎn)的連續(xù)順暢，還要能將生產(chǎn)成本控制在盈利的范疇內(nèi)。

宜春某尾礦庫(kù)回采開(kāi)發(fā)鋰資源的工藝流程原則上包括采、選、冶三個(gè)部分。

1）采礦工藝流程。由于該尾礦庫(kù)已停用多年，基本形成干庫(kù)，所以回采尾礦的采礦工藝為挖掘機(jī)鏟裝+汽車運(yùn)輸。其優(yōu)點(diǎn)是柴動(dòng)設(shè)備移動(dòng)方便、布置靈活，設(shè)備簡(jiǎn)單、易于維修，機(jī)械回采勞動(dòng)強(qiáng)度低，運(yùn)輸方便。

2）選礦工藝流程。采出的尾礦送選礦廠，采用清潔高效的“磁—重—磁—浮”聯(lián)合選礦新工藝。該工藝采用以重選為主的精細(xì)化分選高效選礦技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)尾礦中鋰、鎢、鉭、鈮等資源的有效回收；同時(shí)采用高頻細(xì)篩組成的新型磨礦分級(jí)工藝，可以提高分級(jí)效率，改善磨礦效果。選礦產(chǎn)品有鉭鈮精礦或鉭精礦、鋰云母精礦和鋰長(zhǎng)石精礦。其中，鉭鈮精礦/鉭精礦、鋰長(zhǎng)石精礦外售，鋰云母精礦轉(zhuǎn)入冶煉流程去提取碳酸鋰。

3）冶煉工藝流程。鋰云母精礦的冶煉工藝流程為“混料制?！簾蚰ァ觥龄嚒稍铩?，所得到的產(chǎn)品為高純度碳酸鋰。

上述采選冶聯(lián)合工藝流程本著充分進(jìn)行資源綜合利用的原則，可以產(chǎn)出碳酸鋰、鉭鈮精礦/鉭精礦、鋰長(zhǎng)石精礦等幾種產(chǎn)品。其中，高純碳酸鋰是新能源汽車電池的重要生產(chǎn)原料，鉭鈮精礦/鉭精礦、鋰長(zhǎng)石可外售給鉭鈮冶煉企業(yè)和陶瓷建材行業(yè)作為生產(chǎn)原料，項(xiàng)目盈利狀況較好。

也有部分企業(yè)考慮到鉭鈮的全球市場(chǎng)容量較小，而鋰長(zhǎng)石精礦作為陶瓷建材原料的經(jīng)濟(jì)銷售半徑有限，所以回采開(kāi)發(fā)利用尾礦時(shí)僅考慮單一回收價(jià)格高漲的鋰云母精礦產(chǎn)品。這將顯著縮短選礦工藝流程，大大降低選礦生產(chǎn)成本，節(jié)省選廠初始建設(shè)投資，進(jìn)一步提高尾礦回收鋰項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

2 ? 回采安全性影響因素分析及應(yīng)對(duì)措施

我國(guó)90%以上的尾礦庫(kù)采用的是上游法水力沖填尾礦堆積筑壩[11]。由于其構(gòu)建和運(yùn)行的獨(dú)特性，尾礦庫(kù)被國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理部門(mén)定義為“重大危險(xiǎn)源”之一。因此，尾礦庫(kù)的安全生產(chǎn)許可證一直都是獨(dú)立于礦山采礦安全生產(chǎn)許可證審批辦理的。不同于一般的露天采礦，在尾礦庫(kù)內(nèi)進(jìn)行尾礦回采，不僅要考慮到開(kāi)采邊坡的安全問(wèn)題，盡量避免洪水、雨水淹坑的情況發(fā)生；還要考慮尾礦壩穩(wěn)定和尾礦庫(kù)排洪等安全問(wèn)題[12-15]。尾礦庫(kù)回采是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，尾礦庫(kù)蓄排洪能力、邊坡穩(wěn)定性、干灘長(zhǎng)度、排洪系統(tǒng)設(shè)施的有效性、安全監(jiān)測(cè)等都會(huì)對(duì)尾礦庫(kù)回采安全性產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此需要對(duì)各個(gè)影響因素統(tǒng)籌考慮、精心設(shè)計(jì)。

2.1 ?尾礦庫(kù)蓄排洪能力

對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行回采操作必須保證尾礦庫(kù)的蓄洪、排洪能力不會(huì)受到回采作業(yè)的影響。即，回采臺(tái)階必須形成高差，以保障尾礦庫(kù)的實(shí)際調(diào)洪庫(kù)容不小于設(shè)計(jì)調(diào)洪庫(kù)容。

一般而言，回采臺(tái)階高度為2～3 m，開(kāi)采順序?yàn)橄葍?nèi)后外、自上而下，分層推進(jìn)。最小工作平臺(tái)寬度為40 m，工作臺(tái)階臨時(shí)坡面角約為30 °，同時(shí)開(kāi)采的臺(tái)階數(shù)為2～3個(gè)。但在具體的推廣應(yīng)用時(shí)，應(yīng)視項(xiàng)目尾砂的物理力學(xué)特性、尾礦壩堆積固結(jié)狀況及尾礦庫(kù)的等級(jí)對(duì)上述回采工藝參數(shù)相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。本文作為案例分析的尾礦庫(kù)為一座三等尾礦庫(kù)，該項(xiàng)目回采采區(qū)劃分示意見(jiàn)圖1。

圖1 ?宜春某尾礦庫(kù)回采采區(qū)劃分示意

由圖1可以看出，該尾礦庫(kù)將整個(gè)庫(kù)面分成Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ 3個(gè)采區(qū)：距灘頂線往庫(kù)內(nèi)70 m長(zhǎng)的干灘區(qū)劃為Ⅲ采區(qū)；距Ⅲ采區(qū)向庫(kù)內(nèi)方向120 m 的范圍劃為Ⅱ采區(qū)；靠近庫(kù)尾方向?yàn)棰癫蓞^(qū)。

為保證尾礦庫(kù)的蓄洪能力和干灘長(zhǎng)度，同時(shí)確?；夭蛇^(guò)程的安全，回采采用先內(nèi)后外、自上而下的分層開(kāi)采推進(jìn)順序，回采分層高度為2.5 m。Ⅰ、Ⅱ采區(qū)應(yīng)先下降2.5 m，只要作業(yè)面滿足要求，盡快在Ⅰ采區(qū)開(kāi)溝下降2.5 m，形成兩個(gè)分層出礦。隨著Ⅱ采區(qū)推進(jìn)至Ⅲ采區(qū)邊界，Ⅰ采區(qū)的作業(yè)面也在擴(kuò)大，此時(shí)再在Ⅰ采區(qū)下降2.5 m。之后，整個(gè)回采區(qū)始終保持Ⅰ采區(qū)作業(yè)面比Ⅱ采區(qū)低2.5 m，Ⅱ采區(qū)作業(yè)面比Ⅲ采區(qū)低2.5 m的狀態(tài)，從而確保尾礦庫(kù)的蓄洪庫(kù)容、安全超高和干灘長(zhǎng)度滿足要求。應(yīng)注意須嚴(yán)禁Ⅱ、Ⅲ采區(qū)回采面低于Ⅰ采區(qū)回采面；同時(shí)，Ⅲ采區(qū)下降速度不能滯后于Ⅱ采區(qū)的兩個(gè)分層，Ⅱ采區(qū)的下降速度不能滯后于Ⅰ采區(qū)的一個(gè)分層，以免形成高邊坡?；夭蛇^(guò)程中的各個(gè)平臺(tái)，均應(yīng)形成坡向庫(kù)內(nèi)的縱坡。

為使露采作業(yè)面匯水能夠匯至Ⅰ采區(qū)的臨時(shí)集水坑，整個(gè)作業(yè)面須保持東南高、西北低，約1%的坡度。尾礦庫(kù)采區(qū)采用潛水泵機(jī)械排水。

2.2 ?尾礦堆積壩干灘長(zhǎng)度

足夠的干灘長(zhǎng)度有利于盡可能地降低壩體浸潤(rùn)線，提高尾礦壩的穩(wěn)定性；同時(shí)有利于尾礦庫(kù)形成調(diào)洪庫(kù)容和保證壩頂安全超高。《尾礦庫(kù)安全規(guī)程》（GB 39496—2020）[16]對(duì)尾礦壩最小允許干灘長(zhǎng)度做了嚴(yán)格的規(guī)定。不同等級(jí)的尾礦壩對(duì)應(yīng)的最小允許干灘長(zhǎng)度是不同的。在進(jìn)行回采設(shè)計(jì)中，尾礦堆積壩的干灘長(zhǎng)度應(yīng)嚴(yán)格遵守國(guó)家規(guī)定的要求，保障尾礦壩的穩(wěn)定。

2.3 ?邊坡穩(wěn)定

邊坡穩(wěn)定是保證尾礦庫(kù)回采安全性的重要因素。在進(jìn)行回采作業(yè)時(shí)，應(yīng)充分考慮尾礦庫(kù)邊坡的特點(diǎn)，確保邊坡安全。

1）應(yīng)避免在雨季作業(yè)，因?yàn)楸┯赀^(guò)后容易形成飽和邊坡失水，導(dǎo)致邊坡滑塌和垮坡事件。暴雨停止后，須等待一段時(shí)間，安排安全人員仔細(xì)檢查回采邊坡，巡查其是否存在開(kāi)裂、錯(cuò)動(dòng)等異?，F(xiàn)象。待確保邊坡安全后，方能允許回采施工人員進(jìn)行作業(yè)。

2）尾礦庫(kù)回采應(yīng)采用條帶狀回采，條帶寬度以5～10 m為宜；單臺(tái)階邊坡角應(yīng)不大于尾砂自然安息角；采坑應(yīng)均勻布置，不宜在采坑之間留有過(guò)高的殘留尾砂柱，以免坍塌，增加采砂危險(xiǎn)性。采出砂不能及時(shí)運(yùn)出需在現(xiàn)場(chǎng)堆積的，砂堆距離采砂作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不得小于5 m，且砂堆高度不超過(guò)4 m，砂堆坡面角不得大于自然安息角。

3）兩臺(tái)以上的挖掘機(jī)在同一平臺(tái)上作業(yè)時(shí)，挖掘機(jī)的間距不得小于其最大挖掘半徑的3倍，且不得小于50 m。相鄰兩臺(tái)階同時(shí)作業(yè)的挖掘機(jī)必須沿臺(tái)階方面錯(cuò)開(kāi)一定的距離，在上臺(tái)階邊緣安全帶進(jìn)行輔助作業(yè)的挖掘機(jī)必須超出前方下級(jí)臺(tái)階正常作業(yè)的挖掘機(jī)最大挖掘半徑的3倍，且不小于50 m。嚴(yán)禁在壩體、壩腳及壩肩處進(jìn)行挖掘、采砂等活動(dòng)。

2.4 ?尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)設(shè)施

在尾礦庫(kù)內(nèi)回采尾礦時(shí)，不得影響破壞尾礦庫(kù)內(nèi)原有排洪系統(tǒng)，必須確保其能在原有的設(shè)計(jì)排洪能力下有效運(yùn)行；同時(shí)還須做好回采過(guò)程中的臨時(shí)排水設(shè)施，使永久排洪設(shè)施與臨時(shí)排水設(shè)施相結(jié)合，安全有效地疏排尾礦庫(kù)內(nèi)洪水和雨水。為保證尾礦庫(kù)排洪系統(tǒng)的安全，距尾礦庫(kù)內(nèi)排水井、排洪隧洞等排洪構(gòu)筑物15 m范圍內(nèi)的尾砂，不得采用挖掘機(jī)械回采。

為安全起見(jiàn)，還須維護(hù)尾礦庫(kù)區(qū)周邊的截排洪設(shè)施，確保庫(kù)區(qū)周邊的降雨徑流不會(huì)流至庫(kù)區(qū)內(nèi)，不會(huì)對(duì)尾礦回采作業(yè)構(gòu)成安全生產(chǎn)威脅。

回采作業(yè)時(shí)，應(yīng)按照在運(yùn)行尾礦庫(kù)的管理要求，嚴(yán)格控制尾礦庫(kù)排洪排水高程，并對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行日常巡查及汛期巡查，密切注意堆積壩外坡是否存在滲水、管涌或流土等滲流破壞現(xiàn)象。一旦遇到此情況，應(yīng)立即停止回采尾礦作業(yè)，并進(jìn)行處理。

2.5 ?尾礦回采的其他安全措施

除了上述幾個(gè)尾礦回采安全性影響因素之外，結(jié)合該尾礦庫(kù)回采鋰資源生產(chǎn)實(shí)踐，還有幾點(diǎn)安全措施值得注意。

1）增設(shè)尾礦庫(kù)觀測(cè)設(shè)施。為了及時(shí)掌握回采過(guò)程中壩體的變形情況，了解尾礦壩壩體內(nèi)浸潤(rùn)線變化情況，以便及時(shí)采取對(duì)策保證尾礦回采過(guò)程的穩(wěn)定和安全，尾礦庫(kù)回采前，應(yīng)設(shè)置壩體位移和壩體浸潤(rùn)線觀測(cè)設(shè)施?；夭蛇^(guò)程中，定時(shí)觀測(cè)并記錄整理觀測(cè)成果，及時(shí)進(jìn)行分析，將分析結(jié)果作為判定尾礦壩工作狀態(tài)的依據(jù)。

2）在尾礦回采過(guò)程中，嚴(yán)禁向庫(kù)內(nèi)排放尾礦。增加現(xiàn)場(chǎng)安全檢查人員及巡檢人員，加強(qiáng)對(duì)尾礦壩的觀測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)立即停止作業(yè)并及時(shí)進(jìn)行處理，確?；夭砂踩?/p>

3）為便于庫(kù)內(nèi)夜間運(yùn)行管理、檢修和應(yīng)急事故處理等情況，尾礦庫(kù)回采應(yīng)配備應(yīng)急照明設(shè)備，以應(yīng)對(duì)工作和事故地點(diǎn)的不確定性。

4）由于尾礦回采作業(yè)區(qū)域在山谷、地勢(shì)較低處，須做好防雷和接地措施。

3 ? 結(jié)論

綜上所述，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)資源的需求度日益提升，充分回采、開(kāi)發(fā)、利用尾礦資源， 變“廢”為寶，能有效緩解國(guó)內(nèi)的資源壓力和環(huán)境壓力，也是踐行資源綜合利用國(guó)策、落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色舉措[17]。基于本文對(duì)江西省宜春市某尾礦庫(kù)鋰資源回采項(xiàng)目的分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：1）經(jīng)濟(jì)合理的采選冶回收工藝流程是尾礦庫(kù)回采鋰資源項(xiàng)目可行的前提條件?；夭砷_(kāi)發(fā)企業(yè)可以依據(jù)礦業(yè)市場(chǎng)對(duì)資源的需求來(lái)制定經(jīng)濟(jì)合理的產(chǎn)品方案，但必須遵循國(guó)家資源綜合利用政策。2）實(shí)現(xiàn)尾礦庫(kù)回采鋰資源的安全性和穩(wěn)定性，關(guān)鍵在于確保尾礦庫(kù)調(diào)排洪的能力和尾礦壩干灘長(zhǎng)度都必須滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)尾礦回采必須嚴(yán)格遵循回采設(shè)計(jì)工藝要求，安全作業(yè)，以確保尾礦壩邊坡穩(wěn)定，并且尾礦庫(kù)回采應(yīng)加強(qiáng)尾礦庫(kù)觀測(cè)設(shè)施，提升尾礦庫(kù)應(yīng)急管理能力。

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