鐵礦尾礦現場分流壓濾試驗研究

衣德強，張祖剛，劉安平

（南京梅山冶金發展有限公司礦業分公司，南京 210041）

2016年，梅山鐵礦選礦處理原礦499萬t，生產總濕尾144.3萬t，其中降磷尾礦95.5萬t，重選濕尾48.8萬t，濕尾礦通過隔膜泵一次輸送到距離礦區38.5 km的山景尾礦庫堆存，按照目前排放量，山景庫只能用4 a。目前，降磷尾礦經旋流器分級沉砂用于生產鐵尾砂產量50萬t/a，作為水泥廠鐵質校正劑使用，為了解決尾礦庫容量不滿足礦山持續生產的矛盾，梅山鐵礦開展了擴大濕尾應用研究，方向是綜合利用、固化堆存、燒結制磚。擴大使用量首要關鍵是濕式尾礦粒度細、含水高，必須脫水到較低范圍，如制磚，擠制成型磚坯的水分為14%～16%。因此，筆者決定使用試驗壓濾機到現場進行分流過濾試驗，研究降低水分的可行性。

1 礦漿性質

多元素分析如表1所示，粒度和濃度分析如表2所示。

表1顯示，五種尾礦鐵品位15.35%～21.83%，SiO2含量24.1%～30.88%；旋流器溢流TFe20.75%和重選尾礦TFe15.35%合并為綜合尾礦TFe19.19%，鐵品位平衡計算，旋流器溢流與重選尾礦比例7:3。

表2顯示，降磷尾礦-400目61.735%，-200目75.985%；綜合尾礦-400目72.11%，-200目80.24%；旋流器溢流-400目97.47%，-200目100%；旋流器溢流粒度最細，旋流器底流粒度最粗，綜合尾礦粒度比降磷尾礦細。經過旋流器分級，粗粒進入沉砂由陶瓷過濾機處理，溢流和重選尾礦輸送到山景庫。

表1 尾礦多元素分析（%）

表2 尾礦粒度和濃度（%）

2 壓濾機性能和工藝流程

2.1 設備性能

試驗壓濾機由底座、濾板、濾布、攪拌桶、給礦泵、高壓清洗機、液壓站構成。濾板800 mm×800 mm×65 mm，壓緊壓力20 MPa，過濾壓力1.3 MPa，濾布700 mm×700 mm，面積4 m2，三種濾布透氣量從小到大依次為1#丙綸復絲、2#丙綸單復絲、3#丙綸單絲；φ800 mm×1 000 mm攪拌桶，攪拌電機0.25 kW；離心泵流量10 m3/h，轉速2 100轉/min，揚程90 m，功率30 kW；高壓清洗機，功率3 kW，壓力4 MPa,轉速780轉/min，流量40 L/轉；液壓站油泵流量10 mL/min，功率4 kW,轉速1 440轉/min，工作壓力≤25 MPa。

2.2 工藝流程

現場試驗設備聯系如圖1所示。

圖1 現場分流尾礦壓濾試驗設備聯系

在現場尾礦礦漿管道開口焊接鍍鋅管分流，連接柔性消防水帶進入攪拌桶，通過離心泵輸送，從濾板中心孔進入濾室，礦漿中的水在泵送壓力下透過礦粉，穿過濾布，從分布在濾板四周的四個透水孔溢出，匯集成為濾液，泵停止給礦后，開啟壓榨水泵供水，通過兩根高壓橡膠水管進入兩塊中空濾板內部，充滿濾板后擠壓濾板擴張，濾板擠壓濾餅，濾餅中的水分繼續溢出成為濾液，礦粉則粘附在濾布表面成為濾餅，卸礦時啟動液壓泵，松開濾板，人工移動濾板，濾餅下落。

3 過程和結果

3.1 濾液和卸礦

3.1.1 進漿時濾液情況

開始啟動泵進礦漿時，流出濾液呈連續流，流量大，伴有少許渾濁，隨后濾液清澈，隨著進漿時間的延長，濾液量逐步減少，直到濾液呈間斷滴狀時，濾室充滿，停止給礦，啟動壓榨水泵。

3.1.2 壓榨時濾液情況

壓榨時緩慢調整回水閥，隨著壓力升高，濾液量加大，最終壓力指針波動在1.1～1.5 MPa，隨著壓榨時間的延長，濾液量逐步減少，直到濾液呈間斷滴狀時，停止壓榨。

3.1.3 濾液水溫

開始進漿時濾液水溫和礦漿溫度一致，即25℃～30℃，隨著泵運行，葉輪高速旋轉，濾液溫度呈現上升，最高時達到50℃～55℃，手感明顯燙手，同時泵出口的彎管外表同樣燙手。原因是葉輪高速旋轉，動能轉化為礦漿的勢能和熱能，因此礦漿溫度和濾液溫度升高，剛剛卸下的濾餅同樣溫度較高。

3.1.4 卸礦情況

壓榨結束，濾板松開時，濾板四周邊緣壓緊的濾布之間有少量水存在并下落，同時泵給礦管進入濾板中心孔仍有少量礦漿，會隨濾板松開而下落。

3.2 工藝參數和結果

工藝參數和結果如表1、表2和表3所示。

表1 使用1#丙綸復絲濾布壓濾結果

表2 使用2#丙綸單復絲濾布壓濾結果

表3 使用3#丙綸單絲濾布壓濾結果

4 壓濾結果

4.1 使用1#濾布壓濾降磷尾礦、重選尾礦、綜合尾礦

4.1.1 對降磷尾礦進行三次壓濾

當給礦濃度30.51%時，進漿壓力1.1 MPa，進漿時間21 min，壓榨壓力1.1～1.5 mPa，壓榨時間10 min，三次壓濾得到濾餅水分14.07%、14.54%、14.91%，濾餅厚度23 mm、22mm、18mm，移動濾板，濾餅自動下落。

4.1.2 對重選尾礦進行壓濾

當給礦濃度20.60%時，進漿壓力0.4 MPa，進漿時間30 min，壓榨壓力1.5～1.8 MPa，壓榨時間15 min，得到濾餅水分14.79%，濾餅厚度5～10 mm，移動濾板，濾餅仍粘附在濾布上，需要人工拉開濾餅才能下落。由于進漿壓力較低，濾室礦漿充滿度不足，因此濾餅薄。

4.1.3 對綜合尾礦進行壓濾

當給礦濃度37.08%時，進漿壓力0.5 MPa，進漿時間21 min，壓榨壓力1.5～1.8 MPa，壓榨時間12 min，得到濾餅水分16.9%，濾餅厚度12～20 mm，移動濾板，濾餅自動下落。

4.2 使用2#濾布壓濾了降磷尾礦、降磷尾礦旋流器溢流、降磷尾礦旋流器底流、綜合尾礦

4.2.1 對降磷尾礦進行壓濾

當給礦濃度30.51%時，進漿壓力1.1 MPa，進漿時間25 min，壓榨壓力1.1～1.5 MPa，壓榨時間10 min，得到濾餅水分16.67%，濾餅厚度18～25 mm，移動濾板，濾餅自動下落。

4.2.2 對降磷尾礦旋流器溢流進行兩次壓濾

當給礦濃度17.46%時，進漿壓力1.1 MPa，進漿時間30 min、34 Min，壓榨壓力1.3～1.8 MPa，壓榨時間15 min、13 min，得到濾餅水分15.68%、14.96%，濾餅厚度15 mm、16 mm，移動濾板，濾餅自動下落。

北京市植保站孫海在會上介紹，2017年北京市將授粉蜜蜂、熊蜂納入綠色防控產品推薦目錄，在京郊蔬菜集中種植區內采用蜜蜂、熊蜂授粉給予50%的補貼。以產前消毒、產中物理防控、理化誘控、天敵防控為保障，優化集成了4類16項蜜蜂授粉配套綠色防控技術，形成以物理防治、天敵昆蟲等非化學防治為核心的蜜蜂授粉和病蟲綠色防控技術體系。此外，示范區實現增產提質增收，農藥減量，示范效果明顯，種植戶應用蜜蜂授粉意識不斷提升。以草莓為例，每畝可增加經濟效益超8000元，減少化學農藥用量30%以上，產品檢測合格率達100%。

4.2.3 對降磷尾礦旋流器底流進行壓濾

當給礦濃度59.86%時，進漿壓力0.5 MmPa，進漿時間6 min，壓榨壓力1.4～1.6 MPa，壓榨時間10 min，得到濾餅水分16.41%，濾餅厚度25～30 mm，移動濾板，濾餅自動下落。

4.2.4 對綜合尾礦進行壓濾

當給礦濃度37.08%時，進漿壓力0.5 MPa，進漿時間20 min，壓榨壓力1.5～2 MPa，壓榨時間10 min，得到濾餅水分15.25%，濾餅厚度10～15 mm，移動濾板，濾餅自動下落。

4.3 使用3#濾布壓濾了降磷尾礦旋流器溢流、降磷尾礦旋流器底流

4.3.1 對降磷尾礦旋流器溢流進行壓濾

當給礦濃度17.46%時，進漿壓力1.1 MPa，進漿時間27 min，壓榨壓力1.4～1.8 MPa，壓榨時間15 min，得到濾餅水分15.10%，濾餅厚度15 mm，移動濾板，濾餅自動下落。

4.3.2 對降磷尾礦旋流器底流進行兩次壓濾

當給礦濃度59.86%時，進漿壓力1.1 MPa，進漿時間9 min、6 min，壓榨壓力1.4～1.8 MPa，壓榨時間10 min、15 min，得到濾餅水分15.38%、16.13%，濾餅厚度25～50 mm、25～60 mm，移動濾板，濾餅自動下落，下落后裂成多塊碎片，較松散。

5 壓濾指標分析

5.1 總體指標

本次現場壓濾試驗，使用三種濾布壓濾五種尾礦，得到濾餅水分14.07%～16.90%，濾餅厚度最低5 mm、最厚60 mm。其中降磷尾礦濾餅水分14.07%～16.67%，濾餅厚度18～25 mm；降磷尾礦旋流器溢流濾餅水分14.96%～15.68%，濾餅厚度15～16 mm；降磷尾礦旋流器底流濾餅水分15.38%～16.41%，濾餅厚度25～60 mm；重選尾礦濾餅水分14.79%，濾餅厚度5～10 mm；綜合尾礦濾餅水分15.25%～16.90%，濾餅厚度10～20 mm。

5.2 濾餅厚度和粘性

5.3 濾液清澈度

三種濾布透氣量1#最小、2#中等、3#最大。1#濾布由于透氣量小，極細粒礦泥無法透過濾餅穿過濾布，因此濾液從進漿開始到壓榨一直保持清澈；而2#濾布透氣量大于1#，因此開泵進漿約30 s內濾液較渾濁，隨時間的延長而變清澈，壓榨時開始濾液也渾濁，隨后變清；3#濾布透氣量最大，開泵進漿約30 s內濾液最渾濁，隨時間的延長而變清澈，壓榨時開始濾液也渾濁，隨后變清。

5.4 給礦濃度和進漿壓力

給礦濃度和進漿壓力不影響濾餅水分，而影響濾餅厚度，給礦濃度高和進漿壓力大，則濾餅厚度大。

5.4.1 泵進漿壓力1.1 MPa

當泵進漿壓力為1.1 MPa時，給礦濃度59.86%的旋流器底流，濾餅厚度25～60 mm，濾餅水分15.38%～16.13%；給礦濃度30.51%的降磷尾礦，濾餅厚度18～23 mm，濾餅水分14.07%～16.67%；給礦濃度17.46%的旋流器溢流，濾餅厚度15～16 mm，濾餅水分14.96%～15.68%。

5.4.2 泵進漿壓力0.4～0.5 MPa

當泵進漿壓力為0.4～0.5 MPa時，給礦濃度59.86%的旋流器底流，濾餅厚度25～30 mm，濾餅水分16.41%；給礦濃度37.08%的綜合尾礦，濾餅厚度10～20 mm，濾餅水分15.25%～16.90%；給礦濃度20.60%的重選尾礦，濾餅厚度5～10 mm，濾餅水分14.79%。

原因分析：礦漿在泵送壓力下依次進入濾室，濃度高、壓力大的礦漿，其中的干礦多，進入速率快，濾室充滿度高，因此形成的濾餅厚度大，而形成穩定的濾餅結構后，時間再延長，也無助于濾餅厚度的增加。

5.5 試驗壓濾機特點

試驗壓濾機特點在于給礦壓力高和壓榨擠水，給礦壓力提高一倍，由0.6 MPa提高到1.2 MPa左右，壓榨水壓力1.5～1.8 MPa，濾餅水可以分明顯降低14.07%～16.90%。2003年曾用80 m2壓濾機壓濾綜合尾礦，給礦濃度23.21%，32次壓濾濾餅水分平均19.79%，兩者相比濾餅降低了2.89～5.72個百分點。

6 結語

本次現場壓濾試驗，使用三種濾布壓濾五種尾礦，得到濾餅水分14.07%～16.90%，濾餅厚度5～60 mm。使用透氣量小的1#丙綸復絲濾布，濾液從進漿開始到壓榨一直保持清澈。給礦濃度和進漿壓力不影響濾餅水分，而影響濾餅厚度，給礦濃度高和進漿壓力大，則濾餅厚度大。試驗濾餅水分為現場取的純濾餅烘干實測，考慮非濾餅水，會使濾餅水分小幅回升，估計在1～2個百分點。

試驗用離心泵高揚程高轉速，進漿壓力達到1.1～1.2 MPa，建議考察工業生產用泵輸送壓力和過流件磨損情況。本次試驗結果表明，應用帶壓榨擠水的壓濾機可以處理極細鐵礦尾礦，濾餅水分降低明顯，為尾礦綜合利用壓濾工藝參數和設備選型提供了可靠依據。建議使用規格大的工業用機，繼續進行擴大壓濾試驗，考查設備可靠性和效率成本，驗證工藝可行性，為工業化生產提高尾礦規模利用率奠定基礎。