磷礦高濃度全尾砂充填技術(shù)研究

姚會(huì)(湖北宜化集團(tuán)礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443100)

0 引言

磷礦石是生產(chǎn)農(nóng)業(yè)磷肥的直接來源，全球90%產(chǎn)出的磷礦被用來制作磷肥，大概有7.3%用來制造磷酸鹽等飼料和一些洗滌劑，另外的磷礦則用在了化工，國防和輕工等等領(lǐng)域。中國是世界上重要的農(nóng)業(yè)大國，我們國家的磷礦資源的利用情況呈現(xiàn)自己的特點(diǎn)。其中，用于磷肥生產(chǎn)的占82%，黃磷占11%～13%，剩余磷制品占5%～7%[1]，近些年來由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的快速發(fā)展，我們國家磷礦的需求處于急劇增加的態(tài)勢。本文主要分析磷礦高濃度全尾砂充填充技術(shù)，為現(xiàn)有磷礦的技術(shù)提出力所能及的意見。

1 世界上磷礦的分布現(xiàn)狀極其開發(fā)情況

礦山充填工藝與礦山企業(yè)經(jīng)濟(jì)直接掛鉤，這項(xiàng)技術(shù)也成為采礦領(lǐng)域最前沿最熱門的研究課題。礦山充填工藝是極其復(fù)雜的工程項(xiàng)目，涉及面極廣，涉及如何選擇充填材料，料漿的制作和運(yùn)輸，采場填充等等，如果中間的任一程序出現(xiàn)了問題，都有可能會(huì)釀成嚴(yán)重的后果，既影響了生產(chǎn)進(jìn)度，又使得礦山的效益受到影響，嚴(yán)重的還會(huì)造成安全事故。

近些年來，以分級脫泥尾砂為主要骨料的尾砂膠結(jié)充填方式，這種方法的尾砂分級脫泥的有效利用程度只有50%。20世紀(jì)70年代，科學(xué)家開始研究高濃度全尾砂充填技術(shù)，以此來提升尾砂的利用率和充填料漿的濃度。20世紀(jì)80年代，德國、南非等一些國家開始了針對全尾砂膠結(jié)充填相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。在南非的一些礦山中，該項(xiàng)技術(shù)得到了應(yīng)用和驗(yàn)證。全尾砂在該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用下，漿砂濃度可以達(dá)到70%～78%，大大提高了尾砂的利用率[2]。同時(shí)期，我國也第一次實(shí)驗(yàn)了全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，尾砂的利用率已經(jīng)提升到了90%，這項(xiàng)技術(shù)的流程：選取質(zhì)量濃度是15%～20%的尾砂漿體，經(jīng)過高濃度機(jī)一段時(shí)間后。進(jìn)入圓盤真空過濾機(jī)進(jìn)行二次脫水，獲取含水量為20%的濕尾砂[3]，經(jīng)由皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送至臥式砂倉，充填時(shí)，經(jīng)過振動(dòng)放料機(jī)，均勻提供，用高速強(qiáng)有力攪拌機(jī)進(jìn)行強(qiáng)化活性攪拌，制作好的高濃度尾砂料漿以流體形式充入采場。

全尾砂充填技術(shù)是該領(lǐng)域技術(shù)的革新，是具有極大創(chuàng)新改革的意義。第一，全尾砂含有許多微細(xì)顆粒，變得難以脫水，使充填體的硬度受到了影響，這些在生產(chǎn)活動(dòng)中遇到的困難促進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展；其次，全尾砂的處理方式開辟了處理無廢害開采新的方法，解決了充填材料不足的困難，減少環(huán)境污染問題。但是這個(gè)項(xiàng)目技術(shù)難度很大。

2 高濃度全尾砂充填工藝的簡要流程

工藝流程是：全尾砂料漿輸送到專門的儲(chǔ)存裝置中，通過先進(jìn)的濃縮儲(chǔ)存設(shè)備進(jìn)行脫水然后存儲(chǔ)于特制的設(shè)備中，等待使用的時(shí)候，再從設(shè)備的底部放出流到攪拌的地方，如果采取了過濾干燥技術(shù)的，那么就要經(jīng)過給料設(shè)備運(yùn)輸至攪拌設(shè)備，在依據(jù)配比在攪拌器中添加水泥，在攪拌器中攪拌均勻后由管道輸送到充填采場。

3 充填材料

因?yàn)槲覀儑覍τ诳沙掷m(xù)再生發(fā)展思想的統(tǒng)籌指導(dǎo)，也是因?yàn)閷Νh(huán)境的重視，礦山充填材料的實(shí)際使用也漸漸推廣開來，對新型材料的研究使用也變成了礦山充填技術(shù)的最前沿最重要的課題之一。目前，材料的來源還比較廣泛，從原始的河砂、海砂等等逐步轉(zhuǎn)向粉煤灰，尾砂等工業(yè)廢料。當(dāng)前，國內(nèi)外使用充填法的礦山都是依照自己本身的條件選擇材料，一般選擇來源廣，價(jià)格低，性質(zhì)穩(wěn)的原料或工業(yè)廢物作為填充骨料。尾砂、風(fēng)沙、廢石、爐渣等等均可以做充填法使用較多的充填骨料。

4 充填料漿制作和運(yùn)輸技術(shù)的改進(jìn)

充填漿料的制作是在安裝在地面的充填制備站。制造的料漿通過運(yùn)輸管道輸送到井下等待充填的地方實(shí)施作業(yè)。充填作業(yè)的流程一般要經(jīng)過：充填物料存儲(chǔ)和自動(dòng)給料設(shè)備，攪拌設(shè)備，加壓輸送設(shè)備，充填料漿輸送系統(tǒng)和充填制備站和管道運(yùn)輸?shù)腜LC控制體系構(gòu)成。

4.1 充填材料儲(chǔ)存設(shè)備和供料設(shè)備處

為了滿足礦山能夠連續(xù)性和均勻性進(jìn)行充填工作的要求，儲(chǔ)存設(shè)備中的存儲(chǔ)容量需要保證2～3天的量，充填骨料一般存儲(chǔ)于儲(chǔ)料倉，有立式砂倉用于存儲(chǔ)濕物料。有臥式砂倉，根據(jù)地形來建造，一般用來貯存干性物料。水泥倉則一般建于地面，容量在1.5～2天正常水泥用量。倉中的水泥通過罐裝水泥車運(yùn)送。

4.2 料漿制作攪拌裝置

不同填充材料依據(jù)各自配比通過給料系統(tǒng)進(jìn)入攪拌裝置中，在攪拌裝置中混合攪拌均勻。這里料漿需要攪拌得十分均勻，不然會(huì)降低充填材料的品質(zhì)，降低料漿的輸送效能，還有可能造成充填作業(yè)中的事故。我們國家一般使用攪拌桶。

4.3 充填料漿加壓系統(tǒng)

充填倍數(shù)大的礦山傳送壓力不夠大，則需要進(jìn)行加壓加泵輸送。細(xì)石混凝土和膏體得運(yùn)輸可以采用液壓雙缸活塞式混凝土泵。現(xiàn)階段我國的工業(yè)泵生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，最大輸送能力可以達(dá)到200m3/h[4]。

4.4 充填料漿運(yùn)輸管道的材質(zhì)選擇

充填料漿在經(jīng)過攪拌桶的攪拌后，經(jīng)過充填管道運(yùn)送到井下的各個(gè)點(diǎn)。因?yàn)槌涮罟艿赖妮斔土亢艽蠖伊蠞{中的骨料不均勻，所以，管道磨損通常都是很嚴(yán)重的。當(dāng)前運(yùn)輸管道通常選用耐磨鋼管材質(zhì)和特殊材料的耐磨管道。

4.5 控制充填程序的系統(tǒng)

充填工藝對材料配比有及其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臈l件要求，必須保證料漿配比是否均勻和穩(wěn)定，保證充填體的高質(zhì)量。做到充填體高質(zhì)量也要對充填物料的給料進(jìn)行嚴(yán)格的把控，以此確保整個(gè)充填過程的質(zhì)量和穩(wěn)定。充填需要涉及的計(jì)量單位包括：濃度計(jì)、液位計(jì)、流量計(jì)和料位計(jì)等等。充填流程中，通過PLC界面實(shí)現(xiàn)控制功能，首先把每個(gè)數(shù)值的計(jì)量做一個(gè)匯總，然后由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行全面的統(tǒng)籌控制。

5 高濃度全尾砂工藝的發(fā)展趨勢

礦山高濃度全尾砂充填技術(shù)一個(gè)是可以滿足井下充填作業(yè)的強(qiáng)度要求，能夠?qū)崿F(xiàn)把地面的尾砂回填到井下的作用，直接可以不用建造地面的尾砂庫，消除了地面尾砂庫堆放完成的安全隱患和對環(huán)境潛在的污染問題，還可以為礦山節(jié)省地面建造尾砂庫的建設(shè)成本和維護(hù)成本。甚至于，充填料漿回填到井下過程中不需要脫水環(huán)節(jié)，沒有完成對環(huán)境的污染問題。

全尾砂充填工藝的應(yīng)用主要有三個(gè)工作內(nèi)容：一個(gè)是，要把更多的磷礦的全尾砂回填到井下空間，這樣就可以解決磷礦堆放庫的建設(shè)和維護(hù)，不但可以解決降低礦山的運(yùn)營成本的問題，又能夠極大減少對磷礦區(qū)造成環(huán)境污染的程度。另一個(gè)是，提高充填料漿的濃度，就能夠使充填料漿在后續(xù)作業(yè)中不需要再進(jìn)行脫水的工序，在保證井下充填體質(zhì)量的前提下，盡量用節(jié)約膠凝材料，可以有效降低采礦的成本。最后一個(gè)是，隨著開采設(shè)備和系統(tǒng)的國產(chǎn)化程度越來越高，有效降低了充填作業(yè)、充填系統(tǒng)的建設(shè)投資和維護(hù)的成本。

我國高濃度全尾砂充填技術(shù)的是在經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，先是要建設(shè)能夠通過最高濃度自流運(yùn)輸?shù)模€能夠在井下開采的不需要脫水工序的高質(zhì)量充填系統(tǒng)，這就要求科研工作者和勞動(dòng)實(shí)踐者能改革傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)對填充技術(shù)的理論的研究。為了保證我國高濃度全尾砂充填技術(shù)的領(lǐng)先位置，應(yīng)該從以下方面來展開工作：

5.1 全尾砂脫水裝備和技術(shù)的研究

高濃度充填特別重視的是全尾砂的脫水。大部分是用帶式過濾機(jī)、陶瓷過濾機(jī)還有過濾機(jī)對全尾砂做脫水工作。伴隨著時(shí)間的開采，礦山的充填背書也逐漸變大。為了達(dá)到這種充填要求，深錐濃縮機(jī)等脫水設(shè)備孕育而生，全尾砂脫水工藝也有了很大突破。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全尾砂脫水工藝，我們還需要對深錐濃縮機(jī)做更深入的調(diào)查和研究。

5.2 活化攪拌和加壓運(yùn)送

在礦山充填倍數(shù)大，需要通過加泵加壓來輸送時(shí)，需要采用加壓泵對高濃度充填料漿加壓運(yùn)輸，必須把要求加壓運(yùn)輸?shù)某涮盍蠞{進(jìn)行活化攪拌并且攪拌均勻，才能夠達(dá)到最好的運(yùn)輸效果。為了達(dá)到充填料漿運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，把加壓泵安裝在地面或者井下要加壓的地方。這項(xiàng)技術(shù)在國外的發(fā)展較為成熟，但是國內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用還有很多問題，可以在這些方面做一些改進(jìn)。一是，要進(jìn)一步對攪拌設(shè)備做研究，研發(fā)更加先進(jìn)的攪拌活化裝置，便于提升充填料漿的運(yùn)送濃度。還能夠使充填料漿在運(yùn)送的管道中仍然具備極好的流動(dòng)性能。二是，有改進(jìn)適用于高濃度全尾砂加壓運(yùn)送的工業(yè)加壓泵的需要。當(dāng)代，我們國家的工業(yè)加壓泵的設(shè)備更新很快，但仍然還需要進(jìn)一步改善。三是，進(jìn)一步探究能夠?qū)崿F(xiàn)高效、低耗的外部添加劑。

6 高濃度全尾砂充填采礦技術(shù)的研究還有很多內(nèi)容

6.1 關(guān)于充填料漿的流動(dòng)性的相關(guān)研究

現(xiàn)階段國內(nèi)外對于充填料漿的流動(dòng)性的研究有很多，盡管它和高濃度全尾砂充填料漿的流動(dòng)性相似，卻在自己的設(shè)備和運(yùn)送方式上有很大的不一樣，不能直接照抄。充填料漿還會(huì)因?yàn)槌涮钆浔鹊鹊纫蛩氐牟煌a(chǎn)生很大的差別。由于受到不確定因素的干擾，在很長一段時(shí)間內(nèi)都需要對磷礦全尾砂充填料漿的流動(dòng)性做觀察研究，來對應(yīng)不同的充填倍數(shù)下的管道運(yùn)送流動(dòng)參數(shù)。

6.2 高效率全尾砂脫水設(shè)備與工藝的再研究

現(xiàn)有的磷礦的高效率全尾砂脫水主要使用的是濾布式壓濾機(jī)，這道工序工作環(huán)境差，過濾成本高，設(shè)備容易故障，勞動(dòng)強(qiáng)度大。所以，對磷礦的全尾砂脫水技術(shù)的深入研究及高效率脫水裝備目的是使得該礦的成本降低。提升充填體系的穩(wěn)定運(yùn)行。

6.3 關(guān)于新型的低成本的膠凝材料的研發(fā)

礦山采礦是否可以大產(chǎn)量產(chǎn)出，其中很重要的因素是充填成本，這是一個(gè)目前國內(nèi)外研究的熱門課題。

7 結(jié)語

磷礦的開采對于我們國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)具有重要意義，在當(dāng)代資源稀缺的年代，磷礦的有限開發(fā)利用也成為了重中之重。磷礦高效率全尾砂充填技術(shù)也成為了提升礦山開采效率、質(zhì)量的重要工藝，成為了現(xiàn)階段國內(nèi)外重要的研究課題。文章也分析全尾砂充填技術(shù)的使用，國內(nèi)外該技術(shù)的情況，提出在之后研究工作中的小小建議。磷礦的開采關(guān)乎國家的安全保護(hù)工程，只有自己掌握核心技術(shù)，才可以把行業(yè)和國家掌握在我們自己手中。而技術(shù)的進(jìn)步還需要更多科技研究者嘔心瀝血的付出。新時(shí)期的經(jīng)濟(jì)發(fā)展要通過技術(shù)的進(jìn)步實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的高效率和高收益，更好地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型。