蒼山鐵礦干拋、濕拋廢石及尾礦綜合利用

王 維

(中鋼集團山東礦業有限公司)

中鋼集團山東礦業有限公司蒼山鐵礦(以下簡稱蒼山鐵礦)是一家集鐵礦石開采、加工、鐵精礦銷售為一體的大型地下開采礦山企業，采礦許可證內累計查明鐵礦石資源儲量為7655.40萬t，平均鐵品位為32.23%，設計年生產鐵礦石200萬t。

蒼山鐵礦于2012年5月通過國家安全驗收并開始投產，于次年達產。井下采用點柱式上向分層充填采礦法采礦，地表選礦采用三段閉路破碎，中碎后干選，濕式預選和兩段全閉路階段磨礦選礦工藝。每年生產品位65%的鐵精粉占入破原礦量的25%，即50萬t鐵精粉；干拋和濕拋廢石占入破原礦量的31%，即62萬t廢石；尾砂占入破原礦量的44%，即88萬t尾砂。根據國家國土資源部及環境保護法要求，為了充分利用蒼山鐵礦生產的廢石和尾砂固體廢棄物，蒼山鐵礦通過多種渠道考察實踐和研究，不斷改造和完善生產系統，最終將生產中的所有廢石和尾砂固廢全部利用，實現了建設綠色礦山的最終目標。

1 干拋和濕拋廢石綜合利用

近年，國家逐步加大礦產資源節約與綜合利用力度，關停多家碎石廠，禁止新開礦山碎石，建筑用石子逐漸開始采用礦山開采的廢石。蒼山鐵礦所產生的干拋和濕拋廢石中，干拋廢石粒度為75～0 mm，濕拋廢石粒度為12～0 mm，且廢石中不含有任何重金屬及有毒有害物質，加工后可供道路施工使用，周邊市場石子需求量巨大。目前，蒼山鐵礦每年將62萬t的干拋和濕拋廢石銷售給當地企業，每年可產生經濟效益幾百萬元。

2 尾砂綜合利用

2.1 全尾砂膠結充填井下采空區

蒼山鐵礦年采出200萬t原礦，礦石密度為3.47 t/m3，形成采空區57.64萬m3，井下采用點柱式上向分層充填采礦法進行采礦。為滿足井下充填需求，原設計采用全尾砂進倉沉淀后添加膠結材料直接通過管道輸送至采空區進行充填，共設計8個單體容積為720 m3的儲砂倉和4個單體200 t的膠結材料倉，充填料漿濃度為68%～72%。但是，由于選礦生產出的尾砂流量較大，尾礦粒度為-0.074 mm 75%左右，單純依靠砂倉自然沉降，細粒尾砂無法進行處理。為解決這一難題，蒼山鐵礦通過考察研究，采用對尾砂分級的方式進行處理。在分級尾砂實踐應用中，旋流器是投入和使用成本最低的最佳選擇，針對蒼山鐵礦尾砂性質，分別進行旋流器沉砂試驗，試驗結果見表1。

由表1可知，采用WDS水力旋流器進行尾礦濃縮，選用直徑為100 mm的底流嘴，經現場調整可實現旋流器沉砂產率70%以上，濃縮尾礦濃度可達到70%以上，旋流器底流濃度完全滿足充填需求[1]。因此，通過安裝水力旋流器組，直接將旋流器底流與

表1 尾礦濃縮試驗結果

膠結材料攪拌后充填采空區，旋流器溢流部分進入砂倉再沉淀。根據井下每年產生57.64萬m3的空區，充填率按90%進行計算，每年可消耗尾砂62萬t。

2.2 大顆粒尾砂干排

蒼山鐵礦尾砂除了供井下充填每年消耗62萬t外，還剩余26萬t尾砂的處理一直存在難題。蒼山鐵礦經過多次周邊調研，發現水泥廠對含硅量較高的尾砂可作為原材料使用。尾礦砂多元素分析結果見表2。

表2 尾礦砂多元素分析結果 %

元素TFeSiO2Al2O3CaOMgO含量15.5663.643.493.203.38

由表2可知，蒼山鐵礦生產的尾砂中含硅量高達63.64%，含鐵量為15.56%，均符合水泥廠要求，但是水泥廠只需要顆粒相對較大的尾砂，細泥狀尾砂無法使用。因此，蒼山鐵礦結合水力旋流器分級處理尾砂，將旋流器底流尾砂進行脫水處理，滿足裝車運輸要求。根據旋流器底流料漿流量和濃度，安裝兩臺DW24型尾礦專用直線型脫水篩，單臺處理能力50～100t/h，功率為22kW，脫水篩篩選出尾砂含水率小于10%，通過皮帶直接排放至尾砂堆放場地裝車外運銷售，脫水篩篩下產物通過渣漿泵輸送至充填系統砂倉進行沉淀。

2.3 細粒尾砂制磚

充填系統旋流器溢流細粒尾砂和脫水篩篩下產物進入充填系統砂倉進行沉淀，由于粒度較小，均無法完全自然沉淀。為了實現尾砂零排放目標，蒼山鐵礦在原有充填砂倉分別安裝了一套絮凝劑添加系統，加快細粒尾砂進入砂倉沉淀速度，實現了砂倉完全溢流回清水，砂倉沉淀尾砂達到一定濃度后再充填至井下采空區。

為了提高細粒尾砂的綜合利用率，蒼山鐵礦與聯合匯眾環保科技有限公司合作，將砂倉沉淀的部分細粒尾砂直接通過管道輸送至磚廠，磚廠將細粒料漿通過自然晾干和烘干的方式作為蒸壓加氣混凝土砌塊生產原料加以利用。蒸壓加氣混凝土砌塊生產所需原料主要為尾礦渣(70%)、生石灰(17%)、水泥(10%)、石膏(3%)[2]，主要用于框架結構、現澆混凝土結構建筑的外墻充填、內墻隔斷，也可以應用于抗震圈梁構造多層建筑的外墻或保溫隔熱復合墻體，還可以用于建筑屋面的保溫和隔熱，與傳統的黏土磚相比，蒸壓加氣混凝土砌塊可以節約土地資源，改善建筑墻體的保溫隔熱效應，提高建筑節能效果。目前該制磚項目每年可消耗10萬t細粒尾砂用于制作加氣混凝土砌塊，主要銷售于周邊地區，多用于房屋建筑使用，銷售市場表現良好。

2.4 尾礦砂分類處理流程

蒼山鐵礦通過干拋濕拋廢石全部外賣，尾砂安裝水力旋流器分級處理，旋流器底流大部分用于直接充填井下采空區，部分底流通過安裝礦用直線脫水篩脫水處理，生產的大顆粒尾砂供水泥廠，旋流器溢流及脫水篩篩下產物細粒尾砂通過增加絮凝劑添加系統，將細粒尾砂全部沉淀，部分供磚廠制作加氣混凝土砌塊，剩余部分全部充填至井下采空區。尾礦砂處理工藝流程見圖1。

圖1 尾礦砂處理工藝流程

3 結 語

蒼山鐵礦通過一系列的技術措施，實現了零廢石、零尾砂堆積排放，充分利用現有資源創造了更好的經濟效益和社會效益，最終實現了保護生態環境，建設綠色礦山的目標，為國內類似礦山處理固廢提供了經驗借鑒。

[1] 司不知.尾礦濃縮地面堆放研究與應用[J].中國礦山工程，2011(4)：22-25.

[2] 張 越.蒼山鐵礦尾礦砂綜合利用探討[J].工程技術：文摘版，2017(1)：269.