廣西某礦區(qū)尾礦干堆工藝設(shè)計與設(shè)備選型

鄭文軍

(柳州華錫有色設(shè)計研究院有限責(zé)任公司)

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廣西某礦區(qū)尾礦干堆工藝設(shè)計與設(shè)備選型

鄭文軍

(柳州華錫有色設(shè)計研究院有限責(zé)任公司)

針對廣西某有色金屬礦區(qū)尾礦庫實施庫區(qū)尾礦干堆處理工程設(shè)計與應(yīng)用，重點介紹了尾礦干堆過程中的濃縮、過濾工藝及設(shè)備選擇。根據(jù)尾礦沉降試驗結(jié)果，設(shè)計最終選定尾礦干堆處理主要設(shè)備為HRC型高壓濃縮機(jī)和陶瓷過濾機(jī)。同時，該尾礦干堆設(shè)計的成功應(yīng)用，可實現(xiàn)正常生產(chǎn)廢水零外排，有效消除重金屬外排對周邊生態(tài)環(huán)境造成的污染及污染源的擴(kuò)散，環(huán)境效益顯著。

尾礦 干堆 設(shè)計工藝 設(shè)備選擇

尾礦處理是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是選礦廠建設(shè)和運營的重要組成部分，目前，國內(nèi)絕大多數(shù)尾礦處理采用尾礦庫直接排放的方式。尾礦庫屬于自然沉淀、澄清脫水工藝，脫水效率低下。隨著礦區(qū)大量有色金屬尾礦的堆積，不僅造成礦產(chǎn)資源、土地資源浪費[1]，同時，危害著環(huán)境與人類生活。由于礦區(qū)生產(chǎn)較為集中，對尾礦庫的要求越來越高，且尾礦庫庫容有限，新建尾礦庫的選址越來越難，因此，對尾礦采用干式堆存處理顯得尤為迫切[2]。目前，尾礦干堆技術(shù)已在黃金選礦行業(yè)應(yīng)用多年且具有較高的保障性，是尾礦堆存處理的一種有效方法[3]。為此，針對廣西某礦區(qū)尾礦采用尾礦干堆處理工藝，不僅可解決礦區(qū)長遠(yuǎn)的生產(chǎn)問題，同時可解決尾礦庫存在的環(huán)境、安全及占地等方面的問題[4]。

1 總尾礦性質(zhì)

廣西某有色金屬礦在正常生產(chǎn)情況下，送往尾礦庫的尾礦干量為2 470 t/d，尾礦質(zhì)量濃度約11%，年產(chǎn)生尾礦約44.4×104m3。尾礦的粒度比較細(xì)，其中-0.074 mm粒級產(chǎn)率達(dá)78.19%，-0.037 mm粒級產(chǎn)率為54.3%，總尾礦篩水析結(jié)果見表1。

2 尾礦堆存方案

總尾礦在尾礦庫濃縮后，可采用的堆存方案為[5]：尾礦以濾餅方式堆存，濃縮底流采用過濾機(jī)進(jìn)一步脫水，使尾礦濾餅含水率≤15%，濾餅在庫內(nèi)堆積時，基本沒有廢水滲透外流，尾礦廢水回用率高達(dá)98%，最大限度地消除了庫內(nèi)廢水對地表下部未明水系的滲透污染，以及雨季庫內(nèi)廢水可能的外溢污染。該方案的尾砂易堆積成型，庫容利用率高，缺點是濃縮過濾+濾餅輸送堆積的運行、維護(hù)成本相對較高。

表1 總尾礦篩水析結(jié)果

3 設(shè)計工藝指標(biāo)

為控制和減少尾礦庫的外排廢水量，避免因選礦廢水外排造成重金屬污染源的擴(kuò)散[6]，設(shè)計擬采用“高壓濃縮→陶瓷過濾→濾餅干堆、濃縮過濾液回用選廠”的工藝流程，對排往尾礦庫的尾礦進(jìn)行處理，以最終實現(xiàn)尾礦在尾礦庫的干式堆存，選礦廢水全部循環(huán)利用，消除污染源對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。尾礦處理工藝見圖1，設(shè)計指標(biāo)見表2。

表2 尾礦濃縮過濾設(shè)計指標(biāo)

圖1 尾礦處理工藝流程

4 生產(chǎn)能力與工作制度

目前，礦區(qū)選廠排往尾礦庫的總尾礦干量為 2 470 t/d。考慮到以后，砂坪選廠將轉(zhuǎn)處理尾礦庫的尾砂，生產(chǎn)能力將由1 200 t/d提高到3 000 t/d。因此，設(shè)計生產(chǎn)能力為4 300 t/d；其中過濾設(shè)備先按2 500 t/d設(shè)計、同時預(yù)留擴(kuò)建至4 300 t/d生產(chǎn)能力的工業(yè)場地，濃縮設(shè)備則一次性投資建設(shè)，后期擴(kuò)能可通過增設(shè)傾斜板來滿足新增濃縮面積的要求。

5 主要設(shè)備選擇

5.1 濃密設(shè)備

5.1.1 尾礦沉降試驗

試樣粒度為-0.074 mm占63.44%，礦樣配漿按質(zhì)量濃度分別為5%、8%、11%、15%、18%進(jìn)行靜態(tài)自然沉降、靜態(tài)絮凝沉降對比試驗，絮凝沉降所加絮凝劑為河北陰離子。沉降試驗加絮凝劑與不加絮凝劑試驗結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 沉降試驗H-T圖(不加絮凝劑)

圖3 沉降試驗H-T圖(加絮凝劑)

由圖2、圖3可見，對于給礦濃度為11%的礦樣，按接近沉降臨界點的清水層高度計，不加藥組所需沉降時間為50 min，加絮凝劑組所需沉降時間為6.5 min，這說明添加絮凝劑后，礦漿中的微細(xì)礦泥得到迅速絮凝變粗?jǐn)?shù)倍，加速了顆粒沉降，沉降速度相對提高了7.7倍，效果十分顯著。

根據(jù)試驗曲線計算，添加30 g/t絮凝劑的處理能力為120 kg/(m2·h)，不添加絮凝劑的處理能力為46 kg/(m2·h)。考慮到回用水中絮凝劑殘余量對浮選效果的影響，設(shè)計的絮凝劑添加量選30 g/t。

添加絮凝劑后，濃密機(jī)溢流中最大顆粒粒徑dx，可根據(jù)試驗顆粒沉降速度相對提高的倍率由斯托克斯公式求出。按常規(guī)設(shè)計濃縮溢流粒徑0.005 mm測算，則：

(1)

(2)

這說明在獲得相同溢流水質(zhì)的情況下，濃密機(jī)添加絮凝劑后，由于微細(xì)泥粒度變粗、沉降加速，微細(xì)泥含量大幅減少，因而溢流中最大顆粒粒徑可由原來的5 μm增大至14 μm。

試驗結(jié)果表明，尾礦濃縮過程添加的絮凝劑，可顯著加速微細(xì)礦泥的絮凝沉降，但用量不宜過大，否則礦漿中的多余絮凝劑會影響陶瓷過濾機(jī)濾板的過濾效果，縮短其使用壽命；同時，濃縮過濾回用水所含多余絮凝劑，會對浮選產(chǎn)生一定的不利影響。

5.1.2 濃密設(shè)備選型

目前，選礦廠常用的大型礦漿濃縮設(shè)備主要有常規(guī)耙式濃密機(jī)、新型斜板濃密機(jī)和高壓濃密機(jī)3種[7]，在給礦尾礦密度為2.75 g/cm3、質(zhì)量濃度為10.14%、干礦量為179.2 t/h的條件下進(jìn)行濃縮設(shè)備選擇對比，且3種設(shè)備處理能力均按添加絮凝劑計，用量為30 g/t，對比結(jié)果見表3。

根據(jù)總尾礦中-0.037 mm粒級含量比較高、難于沉降的特點，經(jīng)綜合考慮設(shè)備投資成本、濃縮效率、使用壽命和占地面積等因素，優(yōu)先選用HRC型高壓濃縮機(jī)[7]，從而確保尾礦濃縮溢流滿足生產(chǎn)回用水質(zhì)的實際要求；同時，濃縮底流的高濃度又可有效提高過濾效率，減少運行成本。HRC型高壓濃縮機(jī)是長沙礦冶研究院研制的最新一代礦漿濃縮設(shè)備，隨機(jī)配有藥劑系統(tǒng)、底流排放系統(tǒng)、過程監(jiān)測和控制系統(tǒng)，還可根據(jù)需要安裝傾斜板增加沉降面積，設(shè)備的自動化程度高，操作穩(wěn)定可靠，細(xì)泥濃縮效率高。設(shè)備的占地面積較小，但配置高程較大、給礦砂泵揚程高。

表3 濃縮設(shè)備選擇對比表

5.1.3 濃密設(shè)備計算

按濃縮尾礦干量179.2 t/h、質(zhì)量濃度10.14%、尾礦密度2.75 g/cm3，以及尾礦粒度組成特點，結(jié)合尾礦濃縮試驗結(jié)果，設(shè)計采用HRC-25型高壓濃密機(jī)，設(shè)備處理能力按Q=120 kg/(m2·h)計算，則濃密機(jī)臺數(shù)N：

(3)

式中，G為尾礦處理量，t/h；F為選定濃密機(jī)面積，490+410(斜板)m2；Q為單位面積處理量，t/(m2·h)。

經(jīng)計算，N=1.66臺，選2臺。

選定的HRC-25型高壓濃密機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 HRC型高壓濃縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

5.2 過濾設(shè)備

5.2.1 過濾設(shè)備選型

目前，選礦廠常用的大型尾礦過濾設(shè)備主要有箱式壓濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、帶式過濾機(jī)、盤式過濾機(jī)和新型陶瓷過濾機(jī)等幾種。其中，設(shè)備技術(shù)、大型化和自動化水平較高的主要有自動板框壓濾機(jī)和新型陶瓷過濾機(jī)2種，在給礦尾礦密度為2.75 g/cm3、干礦量為102.5 t/h的條件下進(jìn)行對比。其對比結(jié)果見表5。

表5 過濾設(shè)備選擇對比結(jié)果

根據(jù)總尾礦的性質(zhì)特點及設(shè)備選擇對比結(jié)果，由于陶瓷過濾機(jī)具有可自動連續(xù)下卸濾餅、便于膠帶機(jī)均量運輸外堆，可高濃度自流給礦、開機(jī)能耗少，濾餅含水率低等優(yōu)點，故設(shè)計優(yōu)先選用新型陶瓷過濾機(jī)。

5.2.2 過濾設(shè)備計算

根據(jù)尾礦過濾試驗結(jié)果，設(shè)計確定陶瓷過濾機(jī)的單位生產(chǎn)能力為：Q=0.35 t/(m2·h)，尾礦量暫按102.5 t/h計，則過濾機(jī)計算臺數(shù)N按式(1)計算可得：N=2.44臺，選3臺。其中，F(xiàn)為選定過濾機(jī)面積，120 m2。

由于陶瓷過濾機(jī)每天需要停機(jī)清洗陶瓷濾板2～3次，每次約需1 h，而尾礦量大、需連續(xù)過濾，故設(shè)計選定4臺過濾機(jī)，其中輪換清洗備用1臺。選定過濾機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表6。

表6 陶瓷過濾機(jī)技術(shù)性能參數(shù)

6 結(jié) 語

(1)廣西某有色金屬礦使全部入庫尾礦實現(xiàn)了干堆存放，除尾礦濾餅含水外，再無廢水外排，選礦廢水循環(huán)利用量達(dá)608.43×104m3/a，回水利用率由75%提高到98%。

(2)尾礦干堆設(shè)計工藝實現(xiàn)了正常生產(chǎn)廢水零外排，有效消除了重金屬外排對周邊生態(tài)環(huán)境造成的污染，避免了污染源的擴(kuò)散，對周邊環(huán)境的保護(hù)做到了最大化，非常有利于當(dāng)?shù)鼐用瘛h(huán)境和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的長期和諧發(fā)展，體現(xiàn)了國有企業(yè)理應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任，社會效益顯著。

[1] 中國有色金屬工業(yè)總公司與北京有色冶金總院.ZBJ1-90 選礦廠尾礦設(shè)施設(shè)計規(guī)范[S].北京：中華人民共和國建設(shè)部，1991.

[2] 滕志國.干堆尾礦庫設(shè)計及堆筑技術(shù)的探討[J].金屬材料與冶金工程，2012(4)：16-19.

[3] 邢萬芳，金英豪，姚 香.黃金尾礦干堆技術(shù)若干問題探討[J].有色金屬：礦山部分，2008(1)：48-52.

[4] 梁炳玉.魯塘尾礦庫治理及尾礦處理工程可行性研究報告[R].柳州：柳州華錫有色設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，2011.

[5] 羅敏杰.淺談尾礦干堆技術(shù)[J].有色冶金設(shè)計與研究，2009(6)：18-21.

[6] 選礦廠設(shè)計手冊編委會.選礦廠設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[7] 中國選礦廠設(shè)備手冊編委會.中國選礦廠設(shè)備手冊[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006.

2016-07-13)

鄭文軍(1983—)，女，工程師，545006 廣西壯族自治區(qū)柳州市城中區(qū)高新一路華錫苑13棟2樓。