磷礦高濃度全尾砂充填技術研究

姚會(湖北宜化集團礦業有限責任公司，湖北 宜昌 443100)

0 引言

磷礦石是生產農業磷肥的直接來源，全球90%產出的磷礦被用來制作磷肥，大概有7.3%用來制造磷酸鹽等飼料和一些洗滌劑，另外的磷礦則用在了化工，國防和輕工等等領域。中國是世界上重要的農業大國，我們國家的磷礦資源的利用情況呈現自己的特點。其中，用于磷肥生產的占82%，黃磷占11%～13%，剩余磷制品占5%～7%[1]，近些年來由于農業生產活動的快速發展，我們國家磷礦的需求處于急劇增加的態勢。本文主要分析磷礦高濃度全尾砂充填充技術，為現有磷礦的技術提出力所能及的意見。

1 世界上磷礦的分布現狀極其開發情況

礦山充填工藝與礦山企業經濟直接掛鉤，這項技術也成為采礦領域最前沿最熱門的研究課題。礦山充填工藝是極其復雜的工程項目，涉及面極廣，涉及如何選擇充填材料，料漿的制作和運輸，采場填充等等，如果中間的任一程序出現了問題，都有可能會釀成嚴重的后果，既影響了生產進度，又使得礦山的效益受到影響，嚴重的還會造成安全事故。

近些年來，以分級脫泥尾砂為主要骨料的尾砂膠結充填方式，這種方法的尾砂分級脫泥的有效利用程度只有50%。20世紀70年代，科學家開始研究高濃度全尾砂充填技術，以此來提升尾砂的利用率和充填料漿的濃度。20世紀80年代，德國、南非等一些國家開始了針對全尾砂膠結充填相關技術的實驗研究。在南非的一些礦山中，該項技術得到了應用和驗證。全尾砂在該項技術的應用下，漿砂濃度可以達到70%～78%，大大提高了尾砂的利用率[2]。同時期，我國也第一次實驗了全尾砂膠結充填技術，尾砂的利用率已經提升到了90%，這項技術的流程：選取質量濃度是15%～20%的尾砂漿體，經過高濃度機一段時間后。進入圓盤真空過濾機進行二次脫水，獲取含水量為20%的濕尾砂[3]，經由皮帶運輸機運送至臥式砂倉，充填時，經過振動放料機，均勻提供，用高速強有力攪拌機進行強化活性攪拌，制作好的高濃度尾砂料漿以流體形式充入采場。

全尾砂充填技術是該領域技術的革新，是具有極大創新改革的意義。第一，全尾砂含有許多微細顆粒，變得難以脫水，使充填體的硬度受到了影響，這些在生產活動中遇到的困難促進了該項技術的發展；其次，全尾砂的處理方式開辟了處理無廢害開采新的方法，解決了充填材料不足的困難，減少環境污染問題。但是這個項目技術難度很大。

2 高濃度全尾砂充填工藝的簡要流程

工藝流程是：全尾砂料漿輸送到專門的儲存裝置中，通過先進的濃縮儲存設備進行脫水然后存儲于特制的設備中，等待使用的時候，再從設備的底部放出流到攪拌的地方，如果采取了過濾干燥技術的，那么就要經過給料設備運輸至攪拌設備，在依據配比在攪拌器中添加水泥，在攪拌器中攪拌均勻后由管道輸送到充填采場。

3 充填材料

因為我們國家對于可持續再生發展思想的統籌指導，也是因為對環境的重視，礦山充填材料的實際使用也漸漸推廣開來，對新型材料的研究使用也變成了礦山充填技術的最前沿最重要的課題之一。目前，材料的來源還比較廣泛，從原始的河砂、海砂等等逐步轉向粉煤灰，尾砂等工業廢料。當前，國內外使用充填法的礦山都是依照自己本身的條件選擇材料，一般選擇來源廣，價格低，性質穩的原料或工業廢物作為填充骨料。尾砂、風沙、廢石、爐渣等等均可以做充填法使用較多的充填骨料。

4 充填料漿制作和運輸技術的改進

充填漿料的制作是在安裝在地面的充填制備站。制造的料漿通過運輸管道輸送到井下等待充填的地方實施作業。充填作業的流程一般要經過：充填物料存儲和自動給料設備，攪拌設備，加壓輸送設備，充填料漿輸送系統和充填制備站和管道運輸的PLC控制體系構成。

4.1 充填材料儲存設備和供料設備處

為了滿足礦山能夠連續性和均勻性進行充填工作的要求，儲存設備中的存儲容量需要保證2～3天的量，充填骨料一般存儲于儲料倉，有立式砂倉用于存儲濕物料。有臥式砂倉，根據地形來建造，一般用來貯存干性物料。水泥倉則一般建于地面，容量在1.5～2天正常水泥用量。倉中的水泥通過罐裝水泥車運送。

4.2 料漿制作攪拌裝置

不同填充材料依據各自配比通過給料系統進入攪拌裝置中，在攪拌裝置中混合攪拌均勻。這里料漿需要攪拌得十分均勻，不然會降低充填材料的品質，降低料漿的輸送效能，還有可能造成充填作業中的事故。我們國家一般使用攪拌桶。

4.3 充填料漿加壓系統

充填倍數大的礦山傳送壓力不夠大，則需要進行加壓加泵輸送。細石混凝土和膏體得運輸可以采用液壓雙缸活塞式混凝土泵。現階段我國的工業泵生產技術已經成熟，最大輸送能力可以達到200m3/h[4]。

4.4 充填料漿運輸管道的材質選擇

充填料漿在經過攪拌桶的攪拌后，經過充填管道運送到井下的各個點。因為充填管道的輸送量很大而且料漿中的骨料不均勻，所以，管道磨損通常都是很嚴重的。當前運輸管道通常選用耐磨鋼管材質和特殊材料的耐磨管道。

4.5 控制充填程序的系統

充填工藝對材料配比有及其嚴謹的條件要求，必須保證料漿配比是否均勻和穩定，保證充填體的高質量。做到充填體高質量也要對充填物料的給料進行嚴格的把控，以此確保整個充填過程的質量和穩定。充填需要涉及的計量單位包括：濃度計、液位計、流量計和料位計等等。充填流程中，通過PLC界面實現控制功能，首先把每個數值的計量做一個匯總，然后由中央控制系統進行全面的統籌控制。

5 高濃度全尾砂工藝的發展趨勢

礦山高濃度全尾砂充填技術一個是可以滿足井下充填作業的強度要求，能夠實現把地面的尾砂回填到井下的作用，直接可以不用建造地面的尾砂庫，消除了地面尾砂庫堆放完成的安全隱患和對環境潛在的污染問題，還可以為礦山節省地面建造尾砂庫的建設成本和維護成本。甚至于，充填料漿回填到井下過程中不需要脫水環節，沒有完成對環境的污染問題。

全尾砂充填工藝的應用主要有三個工作內容：一個是，要把更多的磷礦的全尾砂回填到井下空間，這樣就可以解決磷礦堆放庫的建設和維護，不但可以解決降低礦山的運營成本的問題，又能夠極大減少對磷礦區造成環境污染的程度。另一個是，提高充填料漿的濃度，就能夠使充填料漿在后續作業中不需要再進行脫水的工序，在保證井下充填體質量的前提下，盡量用節約膠凝材料，可以有效降低采礦的成本。最后一個是，隨著開采設備和系統的國產化程度越來越高，有效降低了充填作業、充填系統的建設投資和維護的成本。

我國高濃度全尾砂充填技術的是在經驗技術的基礎上發展的，先是要建設能夠通過最高濃度自流運輸的，還能夠在井下開采的不需要脫水工序的高質量充填系統，這就要求科研工作者和勞動實踐者能改革傳統的技術經驗，加強對填充技術的理論的研究。為了保證我國高濃度全尾砂充填技術的領先位置，應該從以下方面來展開工作：

5.1 全尾砂脫水裝備和技術的研究

高濃度充填特別重視的是全尾砂的脫水。大部分是用帶式過濾機、陶瓷過濾機還有過濾機對全尾砂做脫水工作。伴隨著時間的開采，礦山的充填背書也逐漸變大。為了達到這種充填要求，深錐濃縮機等脫水設備孕育而生，全尾砂脫水工藝也有了很大突破。為了進一步實現全尾砂脫水工藝，我們還需要對深錐濃縮機做更深入的調查和研究。

5.2 活化攪拌和加壓運送

在礦山充填倍數大，需要通過加泵加壓來輸送時，需要采用加壓泵對高濃度充填料漿加壓運輸，必須把要求加壓運輸的充填料漿進行活化攪拌并且攪拌均勻，才能夠達到最好的運輸效果。為了達到充填料漿運輸的標準，把加壓泵安裝在地面或者井下要加壓的地方。這項技術在國外的發展較為成熟，但是國內該項技術的應用還有很多問題，可以在這些方面做一些改進。一是，要進一步對攪拌設備做研究，研發更加先進的攪拌活化裝置，便于提升充填料漿的運送濃度。還能夠使充填料漿在運送的管道中仍然具備極好的流動性能。二是，有改進適用于高濃度全尾砂加壓運送的工業加壓泵的需要。當代，我們國家的工業加壓泵的設備更新很快，但仍然還需要進一步改善。三是，進一步探究能夠實現高效、低耗的外部添加劑。

6 高濃度全尾砂充填采礦技術的研究還有很多內容

6.1 關于充填料漿的流動性的相關研究

現階段國內外對于充填料漿的流動性的研究有很多，盡管它和高濃度全尾砂充填料漿的流動性相似，卻在自己的設備和運送方式上有很大的不一樣，不能直接照抄。充填料漿還會因為充填配比等等因素的不同產生很大的差別。由于受到不確定因素的干擾，在很長一段時間內都需要對磷礦全尾砂充填料漿的流動性做觀察研究，來對應不同的充填倍數下的管道運送流動參數。

6.2 高效率全尾砂脫水設備與工藝的再研究

現有的磷礦的高效率全尾砂脫水主要使用的是濾布式壓濾機，這道工序工作環境差，過濾成本高，設備容易故障，勞動強度大。所以，對磷礦的全尾砂脫水技術的深入研究及高效率脫水裝備目的是使得該礦的成本降低。提升充填體系的穩定運行。

6.3 關于新型的低成本的膠凝材料的研發

礦山采礦是否可以大產量產出，其中很重要的因素是充填成本，這是一個目前國內外研究的熱門課題。

7 結語

磷礦的開采對于我們國家農業生產和工業生產具有重要意義，在當代資源稀缺的年代，磷礦的有限開發利用也成為了重中之重。磷礦高效率全尾砂充填技術也成為了提升礦山開采效率、質量的重要工藝，成為了現階段國內外重要的研究課題。文章也分析全尾砂充填技術的使用，國內外該技術的情況，提出在之后研究工作中的小小建議。磷礦的開采關乎國家的安全保護工程，只有自己掌握核心技術，才可以把行業和國家掌握在我們自己手中。而技術的進步還需要更多科技研究者嘔心瀝血的付出。新時期的經濟發展要通過技術的進步實現經濟的高效率和高收益，更好地實現產業的轉型。