中美赤泥库80万吨氧化铝初步设计Word文档下载推荐.docx
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该区属大陆性气候，四季分明，年平均气温14.5℃，最低气温-21.3℃，最高气温43.8℃。
年降雨量417—867mm，全年多东北风，冬季多西北风，最大风速40m/s，地面最大冻土深度2—12cm，全年无霜期216天，地震裂度为6级。
2.1.7地震
据《中国地震动峰值加速度区划图》（2001年），本区基本地震烈度为6度区，历史上未发生过大的地震，矿区及其附近不存在活断层，地层稳定。
2.2赤泥库原设计概况
2008年12月，长沙有色冶金设计研究院编制了《河南中美铝业公司300kt/a氧化铝工程川口赤泥库初步设计安全专篇》。
现将设计的主要内容叙述如下：
2.2.1赤泥基础资料
（1）赤泥产量
赤泥是氧化铝厂生产系统排放量最大的固体废弃物，是铝土矿提取氧化铝后的残渣，其产生量因生产方法、铝土矿品位不同而有所差异，一般生产1.0t氧化铝大约产出1.2t赤泥，根据河南中美铝业有限公司提供的资料，目前氧化铝生产规模最大为30×
104t/a，则年产赤泥约为33×
104t。
（2）赤泥物理性质
①赤泥真比重：
2.8t/m3
②堆存后赤泥容重：
1.5t/m3
③赤泥的颗粒分布、温度：
见表2-2-1。
表2-2-1赤泥的颗粒分布和温度表
项目
粒径分布
温度
赤泥类别
+100目
100～200目
-200目
拜耳赤泥
4.07
28.84
67.09
90
（3）赤泥矿物组成和化学成分
对照《危险废物鉴别标准—腐蚀性鉴别》（GB5085.1-2007）和《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007），河南中美铝业有限公司产出的赤泥不属于危险废物，而属于一般固体废物。
拜耳法赤泥是一种高铁低硅、高碱低铝活性材料，主要化学成分主要化学成分为Fe2O3、SiO2、AL2O3、CaO、Na2O、TiO2。
赤泥附液主要化学成分为K+、Na+、SO4-2、CO3-2、OH－、F－，总碱度7615，pH高达12.0。
赤泥比重为2.8，天然密度14.5KN/m3，干密度7.6KN/m3,空隙比2.53～2.95，堆积平均干容重1.5t/m3。
粒径分布：
+100目4.07%，100～200目28.84%，-200目67.09%。
，赤泥高空隙率、高含水但在干燥失水后不会收缩同时也没有膨胀性。
赤泥的地基承载力为fk=250kPa，综合连续强度介于177～280kPa之间，抗剪强度介于24°
～33°
之间相当于粉质粘土或细沙。
无侧限抗压强度在19.7~53.5kPa之间，小于黄土大于淤泥。
饱和度在完全饱和的情况下达到91.5～99.6%。
比表面积，总体上偏高，其最大值为186.9m2/kg，最小值为64.09m2/kg。
熔点1200～1250℃。
赤泥是一种较好的筑坝材料。
赤泥的PH值较高，其中赤泥附液PH值为12.1～13.0，赤泥PH值为10.3～11.8，按《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）的规定，赤泥属于一般固体废渣，赤泥附液PH值大于12.5，属于超标废水。
因此，含附液的赤泥属于有害废渣（强碱性土），长期堆放会对地下水及生态环境造成影响，赤泥堆场需要进行防渗处理。
（4）氧化铝厂基础资料
①氧化铝工艺：
石灰-拜耳法；
②氧化铝规模：
300kt/a；
③工作制度：
365d／a；
④赤泥量：
330kt/a，22.0×
104m3/a；
⑤赤泥比重：
2.8；
⑥赤泥堆积平均干容重：
1.5t/m3；
⑦输送赤泥含水率：
30%，输送方式：
干法输送；
⑧PH值：
13.0；
2.2.2库容
赤泥库工程位于川口东坡的一山沟内，离厂区约3.5km，沟长1.26km，汇水面积0.646km2，占地面积约225亩，流域坡降0.087。
设计赤泥库总库容为182.5×
104m3，有效库容164.3×
104m3，主坝高38m，副坝高25m。
2.2.3坝体
赤泥库建基本坝两座（即主坝和副坝），设计在沟底302m（原设计标注错误沟底标高+307.0m）标高处建主坝，坝型为碾压式土石坝，坝顶标高按340m考虑，坝高38m，坝顶宽6.0m，坝轴线长215.0m，外坡比1：
2.0，内坡比1：
2.2。
主坝外坝趾设置排水棱体，排水棱体顶宽1.5m，高7m，外坡比1：
1.0。
在沟底315.0m处标高建副坝，坝型为碾压式土石坝，坝顶标高340m，坝高25.0m，坝顶宽6.0m，坝轴线长170.0m，外坡比1：
2.2.4等别
根据《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）规定，尾矿库各使用期的设计等别应根据该期的全库容和坝高分别确定，当两者的等差为一等时，以高者为准；
当等差大于一等时，按高者降低一等。
尾矿库的等别划分见表2-2-2。
表2-2-2尾矿库等别划分表
等别
全库容V（×
104m3）
坝高H（m）
一
二等库具备提高等别条件者
二
V≥10000
H≥100
三
1000≤V＜10000
60≤H＜100
四
100≤V＜1000
30≤H＜60
五
V＜100
H＜30
备注
尾矿库失事将使下游重要城镇、工矿企业或铁路干线遭受严重灾害者，其设计等别可提高一等。
该堆场库容大于100万m3而小于1000万m3,坝高不小于30m、小于60m，本设计坝高38m，库容182.5×
104m3，则赤泥堆场等级为四等。
2.2.5排洪系统
本工程排洪系统设计采用排水井—排水管的方式，排水井采用圆型钢筋混凝土窗口式排水井，内径3.0m，井筒高33m，排水井筒壁厚0.3m，井座壁厚0.8m。
圆型钢筋混凝土排水管长641.0m，内径1.5m，排水管壁厚0.3m，基座厚0.45m。
排水井直径距离西侧主坝体直线距离约248m，距上游截洪坝约直线距离208m。
排水井直接接在坝底排洪管道上，排洪管道内径1.5m，全长608m。
在排水井窗口处和上游拦洪坝进水口处需设钢丝网等拦截杂物，以防止洪水来临时树枝、垃圾等杂物将排水系统堵死使排水系统失效。
生产用水排水系统设计采用D=0.6m、L=291m的钢管排水，将赤泥库附液引入回水池，回水池采用钢筋混凝土结构，尺寸B×
L×
H=20m×
30m×
2m。
为防止雨水冲刷基本坝坡和环库公路，在基本坝（即主坝和副坝）下游坝坡上和库周环库道路内设设排水沟，排水沟采用浆砌石结构，断面尺寸B×
H=0.5m×
0.5m。
2.2.6防渗设施
由于氧化铝厂设计采用石灰-拜耳法工艺，与平果铝赤泥相似，干法输送赤泥中含水量远低于烧结法的湿法赤泥含水量，平果铝赤泥含水量在50%～100%之间波动，平均在70%左右，本工程进一步改善了高浓度赤泥浓度装置，可使输送赤泥在赤泥库初步沉积后含水量45%左右。
计算可知，在正常生产的情况下，设计按赤泥含水量45%计算，每天赤泥中的可渗漏的水分几乎没有，但当地降水会使赤泥库产生一定的赤泥附液，因此设计建议对赤泥堆场范围进行必要的防渗处理。
主坝和副坝上游边坡均设贴坡防渗层和贴坡排渗层。
贴坡防渗层设计拟用渗透系数为1.0×
10-13m/s的HDPE2-2土工膜两层进行防渗处理，上层HDPE2-2土工膜2.0mm，下层HDPE2-2土工膜厚1.5mm。
贴坡排渗层依次为400g/m2土工布一层、土工席垫10mm厚，400g/m2土工布一层。
初期坝上游坝脚设置土工布（膜）粘土防渗齿槽，粘土齿槽深度根据场地实际情况确定，设计要求到达地基不透水层；
齿槽上部的砾石层中埋设DN100开孔钢管。
初期坝下游边坡设0.5m厚片石护坡。
对于库区内防渗，设计采用渗透系数为1.0×
10-13m/s的HDPE2-2土工膜两层进行防渗处理，上层HDPE2-2土工膜厚2.0mm，下层HDPE2-2土工膜厚1.5mm。
回水池中赤泥附液通过泵扬送至氧化铝回用。
2.2.7排渗设施
本工程设计赤泥库最大堆坝高度为38m，为防止堆积体浸润线过高，在堆积体内布置水平排渗系统。
为减少初期坝长期浸水，设计拟在基本坝上游设0.3m厚砂砾石和一层400g/m2土工布，并在上游坝踵处设DN100排渗管排渗。
2.2.8堆存方式
本工程赤泥库采用汽车运输，干法堆存。
设计要求在赤泥库山坡及库底修筑简易道路，简易道路需与库周环库道路相通。
压滤后赤泥含水量仍然较高，赤泥难以干燥固结，因此，赤泥排放时应分层循环排放，以便赤泥进行翻晒作用，加快赤泥干燥固结。
赤泥堆筑要求从下向上逐层堆筑，每层铺设厚度0.5m，铺设时需按顺时针或者逆时针循环排放，同时在赤泥库内需设湿地推土机进行赤泥翻晒作业。
图2-2-1赤泥堆场平面布置图
2.3赤泥库现状
2.3.1现状库容
该赤泥库为沟谷型尾矿库，主坝体为一次性筑坝38m，副坝体为一次性筑坝25m。
现赤泥库（有效库容164.3×
104m3）已堆置赤泥高约27m，赤泥已堆存约150万m3，剩余库容约14.3万m3。
照片1主坝体下游面貌
照片2主坝体
照片3该赤泥库库区情况
2.3.2主坝和副坝
主坝为碾压式土石坝，为一次性筑坝，坝顶标高340.0m，坝高38m，坝顶宽7.1m，外坡比1：
坝轴线长255m。
外坡马道标高325.0m，马道宽3.5m，坝体外坡采用浆砌毛石护坡，护坡厚度0.5m。
在初期坝外侧坝址处，修筑了排水棱体，干砌石结构，排水棱体高7.0m，排水棱体顶宽1.5m，外坡比1:
1.0，内坡比1:
副坝为碾压式土石坝，为一次性筑坝，坝顶标高340.0m，坝高25.0m，坝顶宽6.0m，内坡比1：
2.2，外坡比1：
2.0。
坝轴线长133m，坝体外坡采用浆砌毛石护坡，护坡厚度0.5m。
2.3.3坝体防、排渗设施
主坝和副坝内坡采用双糙面1.5mmHDPE2-2土工膜、土工席垫1000×
10型、400g/m2土工布、400g/m2炭黑土工布进行防渗。
在主坝和副坝外坡面采用浆砌毛石护坡，护坡厚度0.5m。
在主坝坝底设置了混凝土排渗体，混凝土排渗体内埋设了DN100排渗钢管，排渗钢管与库内的2根排渗钢管相连。
2.3.4库区防、排渗设施
在赤泥库底设置了砂砾料排渗层。
自下而上依次为：
强夯处理后的地基土、素填土保护层、300g/m2土工布、双糙面HDPE2-2土工膜、400g/m2土工布、双糙面HDPE2-2土工膜、砾石、碎石、300g/m2土工布、袋装碎石。
并在库底设置了2根DN100排渗钢管用于库底排渗。
2.3.5排水设施
排水管道为钢筋混凝土管道，内径1.50m，长度674m。
排水井为钢筋混凝土排水井，地面以上高度29m，基础埋深5.5m，内径3m，壁厚0.3m，井壁排水孔DN478mm，排水孔每层3个，排水孔上下层间距50cm。
在排水井上设置了醒目的水位观测标尺。
照片4排水井
在主坝和副坝与岸坡结合处，修筑了坝肩截水沟，截水沟断面尺寸为1.1m×
0.8m。
2.3.6观测设施
在主坝坝轴线和325m标高处各设置了4个位移观测设施（其中2个位移观测点，2个位移观测基准点）。
在副坝坝轴线和325m标高处各设置了4个位移观测设施（其中2个位移观测点，2个位移观测基准点）。
据现场查看观测记录，发现主坝和副坝均未发生位移偏差，赤泥库的排渗设施没有渗液排出。
照片5坝体设有位移观测设施
在赤泥库排水系统中心线上以及排水系统中心线两侧距中心线50m处各布置一排深达15m的浸润线观测孔。
照片6马道上设置有浸润线观测孔
2.3.6回水设施
在排水管出口处设置了钢筋混凝土结构回水池，断面尺寸为长×
宽×
深=25m×
16m×
5.1m。
照片7坝下集水池及回设施
2.3.7通信和照明及安全警示
赤泥库管理人员配备有移动电话，同时配备无线通讯工具。
在赤泥库2个坝体的两端头分别设置夜间探照灯。
库区周边设置了安全警示标志。
照片8尾矿库周边设置有安全警示标志
2.3.8赤泥堆存作业
企业采用在厂内进行压滤，通过汽车将赤泥运至赤泥库，采用干法堆存，利用库周边已建成环库道路及主坝和副坝顶向库内排放赤泥。
赤泥堆筑从下向上逐层堆筑，每层铺设厚度0.5m，铺设时按顺时针或者逆时针循环排放，同时在赤泥库内采用湿地推土机进行赤泥翻晒和平整作业。
该赤泥库2011年7月18日，取得了安全生产许可证，目前处于正常运行状态，赤泥库安全度为正常库。
2.4赤泥库扩容设计方案
2.4.1基础资料
13.0。
2.4.2设计库容
根据原设计资料，赤泥堆积至标高340m时，主坝高38m，副坝高25m，有效库容164.3万m3。
现状堆存150万m3，还剩有效库容14.3万m3，按照33万t/a（22万m3/a）的选厂规模，剩余库容可继续为选厂服务约0.65年。
根据1：
1000的库区现状地形图，赤泥库现状库区由标高340m堆存至最终堆积标高350m时，可增加库容125.3万m3，新建库区由表格292m堆存至最终堆积表格350m时，新增加库容385.2万m3。
新老库区总共增加库容510.5万m3，按照33万t/a（22万m3/a）的选厂规模，可继续为选厂服务约23年。
若按照80万t/a（53.3万m3/a）的选厂规模，可继续为选厂服务约9.6年。
库容计算结果见下表。
表2-4-1赤泥库扩容库容计算结果表
区域
序号
等高线标高m
等高线间面积m2
相邻面积的平均值
等高线间距m
两等高线容积m3
累积几何库容m3
老库区加高
1
340
114531.3736
2
345
127692.387
121111.9
5
605559.4015
605559.402
3
350
131429.6251
129561
647805.0303
1253364.43
新建库区
4
292
1252.175
626.0875
300
15965.804
8608.99
8
68871.916
6
310
41201.4838
28583.64
10
285836.439
354708.355
7
315
66939.3729
54070.43
270352.1418
625060.497
320
89277.4791
78108.43
390542.13
1015602.63
9
325
100846.8987
95062.19
475310.9445
1490913.57
330
121880.2236
111363.6
556817.8058
2047731.38
11
335
152704.3795
137292.3
686461.5078
2734192.88
12
69087.9082
110896.1
554480.7193
3288673.6
13
57697.7711
63392.84
316964.1983
3605637.8
14
40719.2831
49208.53
246042.6355
3851680.44
2.4.3赤泥库等别及防洪标准
根据《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005），尾矿库等别的划分标准见下表。
表2-4-2尾矿库等别划分标准
全库容（V/万m3）
坝高（H/m）
H≥100
V＜100
H＜30
注：
全库容与坝高两者等差为一等时以高者为准，当等差大于一等时按高者降低一等。
当赤泥库由标高292m堆存至最终堆积标高350m时，总坝高58m，总库容510.5万m3，根据上表按照坝高该赤泥库的等别为四等库，按照库容该赤泥库的等别为四等库，该赤泥库的等别为四等库。
根据《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005），该尾矿库主要构筑物为4级，次要构筑物为5级，临时构筑物为5级。
根据《尾矿库安全技术规程》（AQ2006-2005）第5.4.2条：
“尾矿库的防洪标准应根据各使用期库的等别，综合考虑库容、坝高、使用年限及对下游可能造成的危害等因素确定”，赤泥库的等别为四等库，防洪标准为200年一遇，洪水频率为0.5%。
坝坡抗滑稳定最小安全系数值，正常运行时：
Kmin=1.15，洪水运行时：
Kmin=1.05，特殊运行时：
Kmin=1.00。
2.4.4初期坝设计
选用石灰—拜耳法赤泥作为筑坝材料；
其原因由以下四点：
①生产工艺中加入过量的石灰，赤泥先经过压滤后送至赤泥库，再经过翻晒和平整等工序，赤泥含水率完全能保证在38%以下，最后经过振动压路机碾压后，压实系数完全能够满足0.96以上，其密实度接近土建工程的三合土，满足筑坝材料的条件。
②就地取材，充分利用了赤泥，大大节省了筑坝成本，充分利用了库容，其经济性和效益性更为合理。
③拜耳法赤泥筑坝企业已有成熟的先例，现状库区南侧副坝就是采用石灰—拜耳法赤泥筑坝，经过实践鉴定，坝体稳定。
④国内类似企业也有拜耳法赤泥筑坝的实践经验，譬如广西平果铝业有限公司和中国铝业中州分公司。
初期坝坝型采用碾压式赤泥筑坝，坝底标高292m，坝顶标高310m，坝高18m，坝顶宽度4.0m，坝顶面向外坡倾斜，坡度采用2%，坝轴线长157.5m，上游坡坡比1：
2.5，下游坡坡比1：
3.0，坝体分层碾压。
在初期坝下游坡标高300m处设置马道，马道宽2m。
在初期坝内坡面上铺设土工膜（两布一膜）进行防渗，坝体内坡脚处土工膜必须嵌入地下土层1.5m，先回填0.5m黄土，然后回填1m厚的碎石，而后土工膜继续向库区底部延伸铺设。
土工膜结合处搭接0.5m进行粘结锚固。
2.4.5赤泥干堆设计
库区堆存仍采用原设计堆存方式，即汽车运输，干法堆存。
结合汛期排洪，现状库区及新建库区赤泥可多点堆放，总体堆存顺序为由库尾向库下游堆存，确保干堆库尾高，坝前底。
设计分三个区域：
①自现状库区初期坝位置向新建初期坝位置堆存②自现状库区副坝位置向现状库区初期坝位置堆存③自新建库区岔沟库尾向新建库区初期坝位置堆存。
该分区域的堆存方式须确保库尾高，汛期能保证雨水从新建初期坝位置右侧的溢洪道外排。
每个堆放点赤泥干堆分台阶（每个台阶高度5m）分层碾压（每层碾压厚度0.5m）逐步向库下游方向推进，赤泥运输时采用自卸车将赤泥由脱水车间运送至赤泥库堆放点，每个堆放点设三个卸料区，分别为晾晒区、堆积区、碾压区，首先在每个堆放点的尾部直接将赤泥卸入堆积区，经过2~3天的晾晒后，再采用湿地推土机分层碾压，推向库区下游，碾压密实度达到96%，滩面以2%坡度坡向下游。
每个台阶高度5m，向下游推进。
在每个赤泥堆放点边界内1.5m位置设置挡车器，挡住后轮的向后运动，从而起到阻止车辆走到倾倒边缘而造成危险。
最终对干堆外坡进行休整，新建初期坝位置共形成5个台阶，每个台阶标高分别为：
315m、320m、325m、330m、335m，库尾副坝位置共形成两个台阶，每个台阶标高分别为：
345m、350m。
每个台阶外坡比均为1:
3.0，每个台阶外坡设2m宽马道，马道内侧设横向排水沟，排水沟断面B×
H=0.4m×
0.4m，素混凝土结构。
最终堆存滩面自库尾（标高350m）以2%坡度坡向库下
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