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用于铝土矿开采尾矿的长期管理的方法和系统与流程

1.本发明涉及用于在铝土矿开采过程期间产生的尾矿的长期管理的方法和系统。根据该方法和系统，尾矿可在其作为矿石的一部分被开采出来的相同位置以永久的方式被替换。
2.铝土矿矿石含有氧化铝并通常是从地下开采出来的沉积物。经常在浅的(通常小于15米)土层(称为表土层)下发现这样的矿石。被认为最适合于这类铝土矿沉积物的开采方法是露天开采方法。这种开采方法包括顺序进行的循环操作：植物抑制、表土层(overburden)去除、矿石移出和运输、矿石选矿、土地复原。因为它允许在开采矿石后不久发生复原，所以露天开采方法通常将具有低的环境和视觉影响。
3.图1说明通常已知的铝土矿开采方法的主要操作。在选矿步骤期间，由于矿石在加工厂中富集了氧化铝，产生了具有高液体含量的尾矿，并且通常储存在坝(dam)或水库(reservoir)中。采矿公司的一个问题在于由于难以到可持续的沉积物解决方案，这些坝或水库的尺寸可能逐年增加。
4.本发明特别涉及通过实施用于尾矿回填的新颖方法和系统，并且通过该方法和系统以可持续和永久的方式基本上将尾矿返回到它们最初开采的相同位置，来改进以上提到的采矿尾矿管理的现有技术。
技术背景
5.本发明特别适合于根据申请人的巴西帕拉州帕拉戈米纳斯(paragominas)矿的特定矿石的操作，但也可适用于其它矿石。
6.本发明涉及沉积尾矿(其是铝土矿矿石选矿的副产物)，包括研磨和颗粒尺寸分类。这些是机械过程而不是化学过程，并因此副产物是铝土矿惰性尾矿。
7.优选地，在将选矿产物运输到氧化铝精炼厂之前，可紧邻矿进行铝土矿矿石的机械选矿。矿和精炼厂之间的距离有时可为几百公里或更大。赤泥是精炼厂的副产物。
8.铝土矿惰性尾矿与“赤泥”[0009]“铝土矿(惰性)尾矿”描述通过与脱泥过程相关的连续粉碎阶段在铝土矿矿石开采和选矿过程中产生的副产物。简言之，铝土矿尾矿是开采过程的副产物。
[0010]
虽然“铝土矿尾矿”是惰性的即它们对人类健康或对环境不构成风险，但是“赤泥”由于它的碱性对环境有害。
[0011]
发明概述
[0012]
本发明的目的是用于在铝土矿矿石的开采期间产生的尾矿的长期管理的更有效和环境友好的方法和进行该方法的相应系统。通过本发明明显减小了开采活动的环境影响。
[0013]
由所附权利要求书详细说明可通过本发明实现的这些和另外的优势。
[0014]
根据权利要求1，提供了矿的长期管理方法，其中以连续稳态方式开采铝土矿矿石包括与开采部分有关的步骤，包括植物抑制、表土层去除、从矿坑移出铝土矿矿石和运输矿
石至加工设施；
[0015]-其中将铝土矿矿石选矿成在精炼厂中氧化铝生产用的富集铝土矿级分和尾矿级分，其中尾矿级分将被储存或沉积，
[0016]-并且其中土地恢复部分在开采区域中进行并包括通过以下步骤的复原，
[0017]-将所述尾矿级分干燥至60％或更大的固体含量，
[0018]-并且其中将干燥的尾矿级分永久性地回填至开采坑中，
[0019]-在所述土地恢复步骤之前或与所述土地恢复步骤一起。
[0020]
附图简要描述
[0021]
在以下，应通过实施例和附图进一步描述本发明，其中；
[0022]
图1说明现有技术露天开采方法的主要操作，
[0023]
图2显示rp1尾矿坝的照片，
[0024]
图3显示尾矿除湿过程，
[0025]
图4显示在尾矿干法回填工程前帕拉戈米纳斯尾矿总体规划的最终配置，
[0026]
图5显示所提出的在矿坑处进行的方法。
[0027]
详细描述
[0028]
参考图1，开采方法包括顺序进行的循环操作：植物抑制、表土层去除、矿石移出和运输、选矿、土地复原。
[0029]
向选矿工厂供给的帕拉戈米纳斯的经破碎的原矿(rom)将通常存在9％和12％之间的水分含量和以下颗粒尺寸和化学特性：
[0030]
粒度测定法
[0031]
81％至90％通过筛3”(76mm)
[0032]
32％至38％通过筛20#(0.85mm)
[0033]
25％至32％通过筛400#(0.038mm)
[0034]
化学品质
[0035]
可用的al2o3-范围为36.90％-41.38
[0036]
反应性sio2-范围为7.77％-10.67％
[0037]
总al2o3-范围为48.12％-50.68％
[0038]
总sio2-范围为9.78％-12.76％
[0039]
总fe2o3-范围为9.60-12.69％
[0040]
总tio2-范围为1.79％-2.06％
[0041]
烧失量-范围为24.27-26.27％
[0042]
帕拉戈米纳斯的铝土矿选矿循环包括三个主要分类步骤以将具有最高三水铝矿含量的较粗级分与存在大多数高岭土的较细级分分离。在筛上进行第一步骤，其中较厚的级分变为研磨后产物。通过的级分加入一对串联的旋风分离器组(battery)。旋风分离器的底流加入球磨机并变为产物，而使用2个旋风分离器将细料泵入第三分类阶段。这最后阶段的较粗级分也变为产物，而溢流是尾矿。
[0043]
帕拉戈米纳斯尾矿将典型地呈现以下颗粒尺寸和化学特性：
[0044]
粒度测定法
[0045]
100％通过筛20#(0.85mm)
[0046]
90％至98％通过筛400#(0.038mm)
[0047]
化学品质
[0048]
可用的al2o3-范围为18.02％-19.83％
[0049]
反应性sio2-范围为20.29％-21.97％
[0050]
总al2o3-范围为38％-42％
[0051]
总sio2-范围为21.69-23.69％
[0052]
总fe2o3-范围为12.10％-14.94％
[0053]
总tio2-范围为1.90％-2.10％
[0054]
烧失量-范围为18％-20％
[0055]
因为选矿主要由颗粒尺寸分类组成并且不包括任何化学过程，所以技术人员可注意到：除了更细，尾矿与rom在化学上没有太大差别。结果是，帕拉戈米纳斯尾矿被分类为化学惰性的。此外，在坝处发生除湿之后，尾矿可达到18％和40％之间的水分含量。
[0056]
在尾矿干法回填工程之前，帕拉戈米纳斯尾矿总体计划建立在坝中尾矿的最终和永久处置。图2显示帕拉戈米纳斯rp1的照片，目前运行的尾矿储存坝。
[0057]
设计rp1坝使得四分体(quadrant)的几何形状、它们的倾析系统的位置和阀门之间的间隔允许尾矿适当干燥。rp1总面积为大约300公顷并且它含有142个彼此间隔在75至100米之间的阀门。
[0058]
rp1坝排水系统包含4个溢水道，其目的在于驱赶出雨水和从尾矿释放的水，从而有助于尾矿的干燥。溢水道连接到转移通道，转移通道转而将流到水净化池。
[0059]
rp1坝是基于尾矿的以下土工特性设计的：
[0060]
·
尾矿的比重(gs)＝2.68
[0061]
·
处置时平均固体含量(以重量计)＝35％
[0062]
·
最终固体含量(以重量计)＝60％
[0063]
·
处置时尾矿的密度＝1.27t/m3[0064]
·
干燥之后尾矿的密度＝1.60t/m3[0065]
目前，rp1中使用的处置方法由在随后暴露于日光干燥的大约50cm的层中处置具有平均固体含量为35％的增稠尾矿的组成，从而允许尾矿达到60％固体含量。在四个四分体之间轮流处置以允许足够的阳光暴露时间用于尾矿除湿。图3显示尾矿除湿过程。
[0066]
在它的使用寿命结束时，估计发生在2021年，将发生储存能力的扩大。这将通过建设新的处置四分体即rp2至rp8和通过另外使堤升高来连续发生。图4显示在尾矿干法回填工程前帕拉戈米纳斯尾矿总体规划的最终配置。
[0067]
尾矿总体规划被分成11个建造阶段，其中rp1坝初始堤的建造是第一个并因此已完成。剩余的10个建造阶段将在20年的跨度内建造，并在854公顷面积上提供大约126mm3用于尾矿处置。坝将被抬高达到多达14m的高度。建造剩余的10个阶段的估计资本成本为8亿美元。
[0068]
对于在帕拉戈米纳斯的尾矿干法回填工程所提出的主要构思是使用目前的尾矿储存设施rp1用于干燥尾矿-实现至少60％固体-并从那里机械地移出和运输尾矿用于在矿坑处最终处置。
[0069]
rp1坝是用于这种任务的完美配合。坝在四个大四分体的内部分离将允许尾矿移
出和处置同时发生，因此对正常运行没有大的影响。
[0070]
60％的最小固体含量确定提高尾矿从坝机械移出以及在矿坑处处置的生产率。此外，这个固体含量优化矿坑处的容积利用。
[0071]
通过使用采矿操作设备例如轮式装载机、挖掘机和卡车发生尾矿移出。在从坝移出时，以与目前用于表土层处置的方式类似的方式运输尾矿以处置到现有的矿坑中。这种方法完全消除了建造新的坝或进一步抬高现有坝的需要。图5显示所提出的在矿坑处进行的方法。
[0072]
如技术人员可从图5注意的，在一个尾矿层和下一个之间允许5米的偏移，以允许雨水在尾矿层之间渗入-因为尾矿呈现非常低的渗透性-并且因此不影响地下水位补充。
[0073]
根据本发明，显示了可以仅通过使用太阳能，即不需要过滤或单独干燥的情况下，获得铝土矿惰性尾矿的非常低的水分含量。
[0074]
由此，可实现更可行的采矿，并且另外将需要更少的用于干燥和运输的能量。
[0075]
本方法允许回填水分低至15％的尾矿。低水分可以使开采区域恢复到它的原始形貌-高水分将不允许这样的方法，并将因此导致当与原始情况相比时所恢复土地的地貌改变。
[0076]
体积膨胀
[0077]
当挖掘自然地层(例如矿)时，先前处于一定压实状态的土壤将经历体积膨胀。因此，难以将从其移除的所有东西恢复到“洞”中。
[0078]
因为表土层可比原始的铝土矿层大得多，所以这将对尾矿回填造成问题，即表土层占据几乎所有的可用体积。
[0079]
申请人提出的解决方案通过将尾矿干燥至极高的固体含量(或极低的水分)来解决该问题。虽然在申请人的一个矿中证实60％的最小固体含量，但是该解决方案已经能够提供大于80％的固体含量。
[0080]
80％固体的尾矿将比35％固体的尾矿(处置时的原始固体含量)占据的空间小约4倍。尾矿的这种体积减小-由其除湿引起-将允许尾矿回填到矿坑中，占据非常小的空间。
[0081]
因此，甚至当考虑表土层的体积膨胀时，回填可发生并使土地恢复到其原始的形貌。土地恢复到其原始形貌有利于更可持续的开采方法，因为其促进环境复原并减少了矿的美学影响。
[0082]
本发明的另外益处
[0083]
虽然这个方法可对技术人员来说似乎是明显的，但是在采矿中产生的尾矿的净体积-在所述的矿中每年约450万吨的尾矿-使得极难以到用于将尾矿干燥、运输和回填到坑中的解决方案，并且尾矿通常沉积在坝或类似物中。
[0084]
通过本发明方法，输给系统操作的节省可例如通过利用从铝土矿选矿工厂返回矿的空车容量来实现，用于运输回填用尾矿。这也将减小操作的co2足迹。
[0085]
此外，本发明方法允许回填大量的尾矿。这与由于通过太阳能干燥尾矿所致的尾矿的低水分有关。

技术特征：

1.矿的长期管理方法，其中以连续稳态方式开采矿坑的铝土矿矿石包括以下步骤；a)植物抑制，b)表土层去除，c)铝土矿矿石移出和运输至矿石加工设施，d)将铝土矿选矿成精炼厂中氧化铝生产用的富集铝土矿级分和待储存或沉积的尾矿级分，e)开采区域中进行的土地恢复，f)开采区域中进行的复原，其中，g)将步骤d)的所述尾矿级分干燥至60％或更大的固体含量和；h)在步骤e)之前或与步骤e)一起将根据步骤g)的干燥尾矿永久性地回填至矿坑中。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤g)的尾矿级分可具有低至18％的水分含量。3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)的尾矿级分将典型地呈现以下颗粒尺寸和化学特性：粒度测定法100％通过筛20#(0.85mm)90％至98％通过筛400#(0.038mm)化学品质可用的al2o3-范围为18.02％-19.83％反应性sio2-范围为20.29％-21.97％总al2o3-范围为38％-42％总sio2-范围为21.69-23.69％总fe2o3-范围为12.10％-14.94％总tio2-范围为1.90％-2.10％烧失量-范围为18％-20％。4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)的尾矿级分是化学惰性的并且相对于开采的原矿(rom)矿石是化学未改变的。5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)的尾矿级分相对于原矿(rom)矿石的颗粒尺寸分布显著更细。6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(h)中的回填在几米的偏移的情况下进行，用于排水目的。7.根据权利要求1所述的方法，其中
在25米宽的区段中露天开采铝土矿，并且步骤(h)中的回填在五米的偏移的情况下进行，并且尾矿的回填在20米宽的区段中进行。8.系统，用于通过根据权利要求1的步骤a)-h)以连续稳态方式露天开采铝土矿矿石的铝土矿开采过程期间产生的尾矿的长期管理，其中，该系统包含能够干燥根据步骤(d)的尾矿级分至60％或更大的固体含量的尾矿干燥设施。9.根据权利要求7所述的系统，其中干燥步骤(d)的尾矿级分以达到40％水分含量或更低。10.根据权利要求7所述的系统，其中尾矿级分是化学惰性的并经干燥至一定水平，用于在开采坑中可持续回填和储存。

技术总结

本申请涉及用于在铝土矿开采期间产生的尾矿的长期管理的方法和系统。经常在浅的(通常小于15米)土层(称为表土层)下发现铝土矿矿石。开采方法包括顺序进行的以下主要操作：植物抑制、表土层去除、铝土矿移出和运输、铝土矿选矿和土地复原。本发明涉及方法和系统，其通过将在选矿步骤期间产生的尾矿基本上回填到最初开采该材料的相同地方，显著降低铝土矿开采活动的环境足迹、操作风险和资本强度。操作风险和资本强度。操作风险和资本强度。