采用超高水材料充填技術實現選礦廠尾礦零排放

襲著鋒，王 政，張逢義，王 明，王俊旭

（1 山東乾舜礦冶科技股份有限公司，山東 濟南250101；2 山東金璽泰礦業有限公司，山東 臨沂276000）

1 前 言

鐵礦選礦車間在采用磁選工藝選礦過程中會產生含有大量尾砂的廢水，通常這些廢水先進入濃密池，濃密池底部會形成質量濃度為25%～30%的尾砂漿，利用渣漿泵和管路輸送至旋流器組，經過旋流器組的二次濃密后會形成含水量約18%的尾砂，可以作為建筑材料被利用。但是旋流器上部溢流水中仍含有5%～10%的細顆粒尾泥，這部分尾泥一般會和溢流水一起排入尾礦庫沉淀后堆存。大量尾泥形成的尾礦庫不僅占用土地資源，還存在潰壩的安全隱患。針對這一問題需要考慮一種高效、可靠、資源化利用的解決方案。

將尾泥作為充填材料填充到井下采空區，既能解決尾泥的堆存問題，也能降低充填成本。但由于尾泥顆粒的粒徑比較小（45 μm以下），采用傳統的水泥或膠固粉作為膠凝材料時，存在濾水慢、充填體強度低、濾出的水污染井下環境等缺點，充填情況不理想。

超高水材料可以與自身重量12倍的水一起攪拌制成兩種單漿體，分別把這兩種漿體通過管路輸送至采空區附近時通過混合管路進行混合，混合后的漿體能夠在可控時間內固結并達到設計強度［1］。采用超高水材料和尾泥漿一起制成充填材料，充填過程中不需要濾水。由于尾泥的加入，相比較單純使用超高水材料和清水制漿，充填體的強度更高。

2 工藝條件

2.1 充填材料和試塊試驗

主要充填材料是山東某公司細泥漿。正常生產每小時產生的尾泥漿400～600 m3，含泥量5%～10%。尾泥的化學成分見表1。

表1 尾泥化學成分 %

由超高水材料結合大量的水形成以鈣礬石為主要成分的固態結構的反應機理來分析［2］，尾泥中的主要成分Fe2O3、SiO2、Al2O3、GaO均能參與膠凝反應，與高水膠凝材料形成良好的充填體。試塊試驗數據表明，與清水相比，尾泥可以明顯提高充填體強度，如表2所示。

表2 采用清水和尾泥漿制作充填體的抗壓強度比較MPa

2.2 工藝參數確定

正常生產期間每小時產生的尾泥漿400～600 m3，含泥量5%～10%。走馬嶺礦區每年生產120萬t，可形成采空區34.6萬m3。按照年生產330 d計算，每天需要充填的采空區為1 048.5 m3。每天計劃充填時間6 h，每小時需要的充填能力為174.7 m3。

很顯然，如果將尾泥漿全部用來充填，遠遠超過了井下采空區產生的速度，無法實現采充平衡，同時由于尾泥的濃度過低，很難起到增加充填體強度的作用。為了解決這一問題，在地面增加1座濃密池，將尾泥漿濃度提高至25%，每小時產生尾泥漿170 m3，可以滿足井下充填需求。多余的清水返回選廠重復使用。

3 充填工藝流程

3.1 制漿工藝

每條生產線均由攪拌主機、配料裝置、卸料裝置、氣路控制系統、電器控制系統等組成。超高水充填漿體是由A 料漿體和B 料漿體在進入充填區之前混合而成，制漿過程為：將稱量好的A料、B料及水分別給入A料漿體攪拌機、B料漿體攪拌機，經充分攪拌混合后形成A料漿體和B料漿體。A料漿體、B料漿體分別儲存于其成品儲漿裝置中；A料漿體、B 料漿體按1∶1 的比例分別通過漿體輸送設施從成品儲漿裝置中輸送到充填點附近混合，混合后即為超高水充填漿體，進入充填點充填。

3.2 混合漿流動性

超高水充填漿體的流動性不僅影響料漿的輸送能力，同時也會影響充填接頂。對于需要在充填體上行走采掘機械設備的情況下，需要充填漿體具有一定的流動性。如果漿體的流動性太差，容易引起料漿輸送過程中的堵管事故，進入采空區的漿體形成的堆積角也會增大，甚至最終形成假山裝固結體。

影響充填漿體流動性的因素有：漿體的濃度、尾砂的粒徑級配和漿體的固化時間。為了使充填漿體具有良好的流動性，除了調節以上3 點外，還可以通過調整混合管路的長度來控制。兩種料漿在沒有混合之前不會固結或固結時間較長，混合后開始發生固結反應。如果混合管路過長，則流出混合管路的漿體固化程度較高，流動性也會變差。混合管路過短容易導致混合不徹底，影響充填體的力學性能。一般情況下，混合管路的長度控制在50 ～100 m的長度范圍內。

4 充填效果及注意事項

自2020 年6 月20 日系統建設完成正式運行以來，至8 月27 日，供給運行82 個工作日（充填設備與設備同步檢修），累計充填時長2 300 h，處理尾礦10萬t，充填井下采空區6.9萬m3。既滿足了井下采空區的充填需求，也實現了選礦廠尾礦漿地面的零排放。

在生產過程中除了需要確定合理的設備工藝參數以外，工藝的可靠性起到決定性作用。如果充填工藝的某個環節出現問題，導致無法正常充填造成尾礦漿積壓，勢必會影響到選礦廠的正常充填。盡可能提高充填工藝的可靠性，主要通過以下幾個方面：

1）原料儲存：每個充填系統的A、B兩種原料至少安裝兩座儲料倉，施工期間至少保證1座儲料倉內有充足的原料，另1座儲料倉及時補充原料。

2）備用充填系統：由于充填制漿系統包含大量的計量、檢測、傳動、轉動設備構建以及很長的管路輸送路線，當這些設備構件或輸送管路出現故障時，將直接影響到充填系統的正常運行。為了避免這種情況，需要建設備用充填系統，兩套系統規格形式相同，來自選礦廠的尾礦漿通過三通分成兩路分別輸送至兩套充填系統，并通過閥門控制料漿流向。

3）井下備用充填區域：每一套充填系統均需要準備至少兩個充填區域，一個區域再充，一個區域準備。如果正在充填的區域出現漏漿、充填體固結情況不正常等情況時，可以立刻啟用備充區域，不需要打斷充填作業施工。

5 結 語

根據礦山生產的具體條件，將超高水材料充填技術和尾礦漿排放相結合，用一定濃度的尾礦漿作為充填材料充填井下采空區，不僅提高了充填體強度，降低了充填成本，同時也有效解決了選礦廠的尾礦堆存問題。實踐表明，該工藝技術可靠，效果顯著，在同類礦山具有廣闊的推廣應用前景。