近北莊鐵礦尾礦干堆工藝的應用及改造

孫圣添　闞永明

(河北鋼鐵集團礦業有限公司龍煙礦山分公司)

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近北莊鐵礦尾礦干堆工藝的應用及改造

孫圣添闞永明

(河北鋼鐵集團礦業有限公司龍煙礦山分公司)

摘要為解決近北莊鐵礦尾礦庫庫容不足的問題，通過尾礦干堆工藝與傳統濕排工藝的比較，確定采用尾礦干堆工藝對原有尾礦排放工藝進行改造。同時，改造后針對工藝流程中存在的問題進行了分析，并提出了解決措施，確保了尾礦干堆工藝的穩定順行，環境效益、經濟效益顯著。

關鍵詞鐵礦尾礦干堆技術改造安全效益

龍煙礦山分公司近北莊鐵礦西溝尾礦庫為近北莊鐵礦現役唯一尾礦堆存場地，距近北莊礦選廠500 m，屬山谷型尾礦庫，1986年建成并投入使用，由鞍山黑色冶金礦山設計研究院設計，服務年限20 a，設計庫容444萬m3，設計最終標高1 214 m，采用上游式筑壩。當時選廠規模為40萬t/a，年產尾礦17.74萬m3。2005年由龍煙分公司與秦皇島設計院共同進行西溝尾礦庫中線法擴容設計，并于2006年6月開工，2008年4月正式投入使用，總庫容 1 220萬m3。

近北莊鐵礦經多次擴能技術改造后，年處理鐵礦石達到了170萬t，雖經中線法擴容改造后，尾礦庫服務年限有所延長，但仍然十分有限。為保證近北莊鐵礦生產正常延續，解決尾礦排放問題，進行尾礦干堆工藝改造，并獲得了滿意的效果。

1尾礦排放方案比較

龍煙礦山分公司初期考慮濕排和干排兩種方案，濕排方案在距選廠17 km處建設一處尾礦庫，取代現有尾礦庫繼續服務；干排方案采用尾礦干排工藝，在西溝尾礦庫附近建設一套干排系統，過濾后的干尾礦堆積在西溝尾礦庫壩體外側。

尾礦干堆技術就是將采出礦石經精選后剩余的尾礦漿經脫水設備充分抽濾后形成片狀或餅狀的干尾礦，含水率通常在20%以下，此種工藝與精礦脫水工藝類似。濕式排放是大多數礦山采用的傳統的尾礦排放堆存方式，但該方式牽涉征地、基建的成本消耗較高，而且尾礦庫屬于具有高勢能的人造泥石流的重大危險源，傳統的水力沖填法使尾礦漿水分滲入自然，也密切關系到環境與安全問題。因此，最終決定采用尾礦干堆方案作為未來尾礦排放方式。

按照現有生產規劃，近北莊鐵礦年尾礦排放量為87.12萬t。若以建設尾礦庫作為實際方案，擬選的新庫址距離廠區較遠，日常運營成本較高，且管理也復雜。

根據以往采用濕排方式的統計，結合市場實際建設成本，對兩種排放尾礦方案進行比較。對尾礦干排充填采空區和新建濕排尾礦庫在建設投資、后期運行及安全度等方面進行比較：采用干排工藝不會產生爭占山地等方面的大量投資，避免發生新的環境破壞；盡管初期基建費用較高，但干排綜合投資遠遠低于新建庫尾礦庫濕排方案。采用尾礦干排方案基本不產生新的環境破環，也不存在洪水、滲流方面的危害，安全度較尾礦庫大幅提高。

此外，干排方案使溢流水直接回收利用，提高了生產用水效率，對于新水的需求有所降低，也減輕了與地方爭水的矛盾；干尾礦對尾礦庫進行壩外補坡，待尾礦庫服役期滿，露天采場也面臨閉坑，屆時可將尾砂運輸至采空區充填。

2工藝設計

近北莊鐵礦原有尾礦排放方式是選礦廠尾礦漿經流槽自流至尾礦泵站，經由砂泵揚送至尾礦庫直接排放。庫內澄清水經由溢流水塔經涵洞流至回水泵站，澄清水經水泵揚送至選礦廠高位水倉，供選礦生產循環使用。經近礦尾礦庫地形、設計規范和技術規程的考察及對若干尾礦干堆技術方案的對比，最終確定近北莊鐵礦尾礦干堆使用濃密和真空過濾工藝。

2.1尾礦干堆工藝概述

尾礦干堆的具體工藝為：尾礦漿經砂泵揚送至濃縮作業，在藥劑作用下加速尾礦沉降，濃縮底流自流進入過濾作業，上層澄清水自流至高位水倉。底流礦漿經真空過濾脫水后，干尾礦經帶式輸送機運送至廠房外，由裝載機和汽車裝運至尾礦庫堆筑補坡，濾液與濾布沖洗水流至集水池，經渣漿泵楊送至濃縮作業做沖洗水使用。

干堆主要設備有：BXN2400高頻斜板濃密機1組，DU60/3000帶式真空過濾機3臺，80ZBD-400渣漿泵2臺，TD75帶式輸送機等。

2.2尾礦輸送

尾礦總砂泵站利用現有泵站，位置在選礦廠區，為地上建筑。泵站內安裝200ZGB-760型渣漿泵4臺，2臺串聯為1組，1組工作，1組備用，將尾礦礦漿揚送至高頻斜板濃密機中進行濃縮分級作業。輸送管路利用現有設施，做適當延伸。

2.3濃縮作業

按總尾礦流量1 000 t/h，-0.074 mm粒級含量占27.75%計算，濃密機選用沉降面積2 400 m2的高頻斜板濃密機一組(處理能力相當于直徑56 m的普通濃密機)，在實際生產中，適當添加絮凝劑，底流排出尾礦漿濃度可達45%。

2.4尾礦脫水

帶式過濾機在現有中小型尾礦干排工程中已得到廣泛應用，配置DU60/3000固定帶式過濾機3臺，每臺有效過濾寬度為3 m，有效過濾長度為20 m，有效過濾面積為60 m2，經脫水作業干尾礦含水量約為15%～18%。

3尾礦干堆工藝技術改造及效果

3.1尾礦干堆工藝存在的問題及解決措施

尾礦干堆工藝經過歷時一年多的基建安裝后，開始調試性運行。采取邊運行邊改造的辦法，逐步將工藝中存在的問題解決，使得工藝日趨完善，并確保了生產的順利進行。

在運行過程中，發現主要的工藝問題如下：

(1)如圖1所示，設計流程中，尾礦漿進入高頻斜板濃密機之前，要先進入旋流器進行分級，粗顆粒經旋流器分級成為沉砂直接進行脫水，剩余部分進入濃密作業。但實際運行中發現，由于部分尾砂粒徑較大，而旋流器無法做到以幾何尺寸進行分級，所以經常造成部分粗顆粒尾砂進入濃密機作業，造成濃密機底流排礦嘴頻繁堵塞，無法連續順利運行，影響后續作業。

圖1　原設計尾礦干堆工藝流程

(2)尾礦濃密過程中，除自身沉降外，很大程度依靠藥劑作用。原設計加藥系統為：藥劑罐共3個，其中2個為攪拌罐，藥劑經充分攪拌后(通常不少于60 min)由藥劑泵輸送進另一個藥劑罐中，該罐連接離心泵直接至濃密機給礦箱內。加藥、補水、藥劑輸送和藥量控制均由人工操控。然而加藥用離心泵單位時間的輸送藥劑量是固定的，當礦石性質變化，尾砂量增加時，藥劑量不足就造成尾礦不能充分絮凝沉降，溢流回水變渾，加藥用水也來自溢流回水，由于攪拌用水水質差，使得藥劑的絮凝效果變差，造成惡性循環。

針對上述問題，經過有關技術人員詳細考證，對尾礦干堆系統進行如下改造：

(1)借鑒選礦流程中利用細篩以礦物幾何尺寸分級的辦法，用筒篩替代原有旋流器，原聯合泵房利舊適當修繕，安裝SL1950×2000圓筒篩2臺。經考察，尾礦粒度+5 mm粒級含量約占總尾礦量的1.5%～2%，因此將篩孔尺寸定為5 mm，大于該尺寸的尾砂全部排出，并移送別處堆存，篩下礦漿經尾礦砂泵揚送至斜板濃密機。

(2)原有離心泵全部拆除，改用DFGG50-1螺桿泵用于藥劑添加。螺桿泵的優勢在于可以視具體情況對藥劑量進行調節，其調節范圍為4～20 m3/h，而根據實際尾礦處理量，加藥量通常需保持在7～8 m3/h。當溢流回水出現渾濁跡象時，可臨時調大加藥量，待回水正常再調節回原有劑量。螺桿泵的性能完全達到工藝要求，且經久耐用。

(3)原設計中加藥系統全部由人工操作。螺桿泵安裝調試成功后，在設備廠家技術人員建議下，對濃密機加藥系統進行了自動化改造。改造的具體內容為：原有3個藥劑罐減為2個，2個藥劑罐均與藥劑泵聯通，采用交替加藥攪拌，交替輸送的方式。藥劑罐內設置水位感應裝置，藥劑罐中水位下降至一定高度時，供水閥自動開啟，同時藥劑由壓風機吹至罐內進行攪拌，視情況調節加藥時間控制藥量大小，當水位上升至一定高度時，水閥自動關閉。當自動系統因設備及線路故障失靈時，可將自動模式調整為手動。

改造后尾礦干堆工藝流程見圖2。

圖2　改造后尾礦干堆工藝流程

3.2尾礦干堆工藝的改造效果

經過上述改造后，其應用效果明顯改善，具體表現為：

(1)改造后工藝由原有的濃密作業前分級后粗細粒均進入過濾改為預先篩分，細粒級單獨進行濃密作業。此項改造有效提高了分級效率，并一舉解決了粗粒級堵塞濃密機排礦嘴致使工藝不暢的問題。

(2)螺桿泵加藥從根本上解決了因生產情況變化的應變問題，加藥自動化改造使加藥更加穩定和精確化，同時減少了工人勞動強度。

4結語

(1)近北莊鐵礦尾礦排放工藝由濕式排放改為干堆壩外補坡，客觀上減輕了尾礦庫運行的危險程度和負擔。但實際運行中，細粒級尾礦的脫水情況并不十分理想，物料與過濾用布材料的適應情況仍需要進一步比較論證，這也將是下一步需要研究的主要問題。

(2)尾礦干堆工藝對于環境保護和經濟可持續發展都具有很大意義，從礦山應用、經濟效益和社會效益等層面，均可使企業和地方受益。隨著國家和全社會對安全、環保工作的重視程度與日俱增，尾礦干堆技術將會得到進一步的推廣。

(收稿日期2016-01-18)

孫圣添(1987—)，男，助理工程師，075200 河北省張家口市宣化區龐家堡鎮。