細粒級尾礦干排處理工藝在張莊礦的應用研究

吳 紅 潘 猛 齊美超 王 琦 孫春海

（安徽馬鋼張莊礦業有限責任公司）

選礦作業過程中將有用目標組分含量較低且無法利用的部分稱為尾礦。據統計，礦山產出的尾礦占工業固體廢物的30%，但其利用率僅為7%［1-3］，不僅給生態環境造成了破壞，也給企業高質量發展帶來了影響。目前，對于尾礦的利用主要有井下充填和干排處理，尾礦的綜合利用及可持續綠色發展是當前礦產資源開發過程中必須考慮的因素。為此，對馬鋼張莊礦全粒級鐵尾礦進行了試驗研究，以提高資源利用率。

1 概況

馬鋼張莊礦選礦廠建設規模500萬t/a，為響應國家綠色礦山建設，提高尾礦資源利用率，張莊礦探索取消尾礦庫、全尾充填的生產模式。選礦廠尾砂經兩段濃密機濃縮，其中一段濃密機為1臺φ50 m濃密機，底流濃度為25%，由泵輸送至充填站的1臺φ20 m深錐濃密機進行濃縮，濃密機底流濃度為68%，然后充填至井下。

為進一步提高尾礦資源利用率，張莊礦繼續對尾礦處理進行探索研究，研發了一套尾礦干排處理系統，該尾礦干排處理系統分為粗粒尾礦干排和細粒尾礦干排。其中，粗粒尾砂干排項目由水力旋流器和直線篩組成，φ50 m濃密機底流分流一部分經水力旋流器分級，直線振動篩脫水后，篩上物料厚度達10 cm，粗粒尾砂產率53.0%，含水率17.73%，2018年已形成穩定產線，具備30萬t/a的生產能力。本文重點論述在粗粒尾礦處理過程中，由水力旋流器溢流和振動脫水篩篩下形成的細粒級尾礦的干排處理方式。

2 工藝流程

張莊礦選廠尾礦干排處理系統按60萬t/a設計，粗粒級和細粒級各30萬t/a，日均生產能力各約1 000 t。尾礦取自濃縮大井（φ50 m）底流，底流濃度25%，由泵輸送至旋流器濃縮分級，粗粒級由直線振動篩脫水處理后形成粗砂；旋流器溢流混合直線振動篩篩下細粒級尾礦至深錐濃密機濃縮，再采用陶瓷過濾機進行脫水形成細砂。工藝流程見圖1。

細粒級尾礦濃度約16%，密度2.7 t/m3，粒度組成見表1。細粒級尾礦干排系統主要設備為φ15 m深錐濃密機，輸送渣漿泵，TT-96型陶瓷過濾機，DTII（A）等。

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3 細粒級尾礦干排系統設備選型

3.1 濃密機選型

濃密機入料量1 000 t/d，濃度約22%，給料量波動系數1.15，根據濃密機所需面積計算公式A=Qd/q（式中，A為濃密機面積，m2；Q為進入濃密機的固體量；d為波動系數；q為單位面積處理量，t/（m2·h）），并參考相關物料沉降試驗結果，確定深錐濃密機單位面積處理量為0.3 t/（m2·h）［4-6］，絮凝劑添加量為10 g/t，單位面積處理量q經驗值取0.3 t/（m2·d），計算可得A≈159.7 m2。故濃密機直徑計算可得D≈14.3 m，故選擇1臺直徑15 m的深錐濃密機。

3.2 陶瓷過濾機選型

陶瓷過濾機入料礦量1 000 t/d，即Q=41.67 t/h，入料濃度60%，設計濾餅含水率18%。根據前期半工業試驗表明，TT-96型陶瓷過濾機單位處理能力為0.38 t/（m2·h）［3］，過濾面積96 m2，故需過濾機臺數1.14，選擇2臺TT-96型陶瓷過濾機。過濾后濾餅在卸料時呈塊狀下落，實際生產中便于堆放、存儲和運輸，濾液清澈透明，可回收利用。主要設備選型見表2。

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4 生產調試過程

4.1 陶瓷過濾機最佳給料濃度調試及能力計算

細粒級尾礦經深錐濃密機濃縮后，濃度可達50%以上，再給入陶瓷過濾機過濾脫水，現場保證陶瓷過濾機其他參數不變，探索最佳生產濃度，結果見表3。

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由表3可知，物料濃度對陶瓷過濾機的產能和濾餅含水率影響都很大；隨著物料濃度升高，陶瓷過濾機處理能力增大，濾餅含水率也上升；當濃度達到65%以上時，濾餅水分高于20%，不滿足汽車外運的環保條件；故綜合考慮考，陶瓷過濾機的給料濃度應控制在58%～65%，實際生產時可根據市場需求調整。

將濃度控制在58%～65%，則陶瓷過濾機的處理能力為363.5 kg/（m2·h）。TT-96型陶瓷過濾機的處理面積為96 m2，實際2臺每時處理能力為69.79 t，陶瓷過濾機每天實際可開機時長18 h，則每天可生產細尾砂量1256.22 t，達到了設計要求。

4.2 絮凝劑添加量調整

因前期進行的濃密沉降試驗表明，在給礦濃度15%、絮凝劑添加量10 g/t、給料速度0.50 t/（m2·h）時，效果較好。此時，底流濃度可達62.17%，屈服應力82.50 Pa、溢流水含固量116.8 mg/L，但實際生產時受給料濃度升高（22%左右）影響，若按照此標準添加絮凝劑，水質很難維持目標值，故需要對絮凝劑添加量進行試驗研究，以達到最佳絮凝沉降效果。試驗結果見表4。

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由表4可知，在給料濃度保持不變的情況下，底流濃度及溢流水水質隨絮凝劑添加劑量升高而升高；當絮凝劑添加量超過60 g/t時，濃度及水質改善并不明顯，且由于物料存在細粒級，絮凝后表現出泥床較黏，底流屈服應力較高以及泥床旋轉現象，不利于現場生產；綜合考慮，確定絮凝劑添加量為50 g/t，此時底流濃度為62.35%，溢流水懸浮固體含量為160 mg/L。

4.3 生產過程中存在的問題及解決措施

4.3.1存在問題

（1）張莊礦尾礦干排處理工藝流程中水力旋流器溢流和直線振動篩篩下產物混合成的細粒級物料需通過渣漿泵輸送至深錐濃密機，調試時發現中砂、細砂產率不為1∶1，細粒級產率較高，該渣漿泵能力偏小。2臺尾礦直線振動篩同時作業的情況下，會造成漫料，需向總尾緩沖箱分流。

（2）陶瓷過濾機給料濃度不穩定，波動區間較大，其主要受深錐濃密機底流礦漿濃度和補加水影響，人工調控濃度不精確，影響陶瓷過濾機帶料效果，造成干排產物量小、水分高，且系統操作全部為本地手動操作，過程較為復雜，所有泵池無液位計，不便觀察液位，不具備連鎖控制功能。

（3）目前，國內礦山尾礦脫水流程中細粒級多采用壓濾機處理。經考察及試驗研究，壓濾機濾液較渾濁，不利于回收再利用，壓濾后產品水分較高，在20%左右。故張莊礦采用陶瓷過濾機處理細粒級尾礦，由于在脫水處理過程中細粒級含量、絮凝劑添加、陶瓷過濾機參數調整等影響細砂產品水分和產量的因素較多，現場調整調試較精細，也會影響陶瓷板使用壽命。調試前期經常出現水分大和更換陶瓷過濾機濾板頻繁的情況，。

4.3.2解決措施

（1）更換大功率變頻渣漿泵，并改造篩下物料可直接返回至φ50 m大井，一旦出現漫料，加大泵頻率或改部分篩下物料至大井，該問題得到有效解決。

（2）增加自動化操作及視頻監控系統，實現深錐底流濃度與補加水量連鎖控制。將過濾機的給料箱及給料管由原來的三點給料改為多點均勻給料，精準控制陶瓷過濾機給料濃度，并加裝泵池液位自動控制裝置，提高了系統運行的自動化水平，降低了工人勞動量，系統運行更加穩定高效［7-10］。

（3）延長陶瓷板酸洗時間，適當加大用酸量。將過濾機酸洗時間由1 h延長為2 h，并將過濾機清洗電源盒電流由2.3 A調整到5 A，合理規劃2臺過濾機酸洗頻次，使濾板達到高效清洗，確保過濾效果，保證細砂產品水分合格的同時，也延長了陶瓷板的使用壽命［11-13］。

5 結語

（1）張莊礦采用深錐濃密機—陶瓷過濾機工藝處理細粒級鐵尾礦，具備日生產細尾砂1 000 t以上，水分18%左右的能力。

（2）張莊礦細粒級尾礦干排處理系統運行后，生產建材細砂可創效360萬元/a，年節約充填空間30萬m3，可節約充填費用1 200萬元，綜合創效1 560萬元/a。

（3）張莊礦作為500萬t大型鐵礦山，使用水力旋流器—直線振動篩—深錐濃密機—陶瓷過濾機工藝處理全粒級鐵尾礦，具有重要的推廣意義。

（4）尾礦的干排處理不僅提高了資源利用率，對張莊礦實現無尾礦庫、無廢開采的創新生產模式，起到了至關重要的作用，符合國家綠色環保理念，消除了新建尾礦庫帶來的環境問題和社會問題，具有行業標桿意義。