尾礦濃縮及輸送技術研究

郝志偉

（首鋼集團有限公司礦業公司，河北遷安066400）

1 工程概況

礦山選礦規模為年處理原礦2.2×107t/a，采礦為露天開采，選礦采用2段連續磨礦—弱磁—強磁—3段磨礦—反浮選工藝流程（強磁給礦濃縮），礦石密度3.28t/m3。根據礦石性質及選礦試驗，選礦的最終產品為鐵精礦：鐵品位65%，鐵精礦產量 7.4×106t/a，尾礦量 1.5×107t/a。

2 尾礦濃縮

為了提高尾礦輸送濃度、減少輸送流量，降低系統投資及能耗，也使濃縮溢流水能夠得以充分利用，提高廠礦循環水率，滿足排放要求，一般要求濃縮設施既可獲得合適的排漿濃度，又可使溢流水達到利用或排放的水質要求。故集濃縮和澄清過程于一體的濃縮設施在工程中優先使用。濃縮過程是一種復雜的物理、化學作用過程，受物料的密度、粒徑、形態和漿體的溫度、濃度、黏度及凝聚性能的影響，一般可通過濃縮試驗或靜止沉降試驗取得必要的數據和資料，或參考類似漿體濃縮設施的生產運行指標，經計算選擇設備和設施。

一般的濃縮池只是用來脫水提高漿體濃度的，而尾礦濃縮池具有2個功能：（1）池子下半部用于壓縮脫水，使礦漿濃度提高至設定的濃度，具有制漿作用；（2）池子上半部用于沉淀水中的固體顆粒，澄清溢流水，使水質合格后回收使用，具有水處理沉淀池的作用[1]。因此，要合理地選擇高濃度尾礦濃縮池的規格和設置方式，盡可能通過動態沉降濃縮試驗進行確定。

此項目通過與清華大學水利水電工程系合作，共同進行了尾礦沉降試驗，選取了具有代表性的物料原漿，試驗過程中沉降效果不好，自然澄清無法達到預期效果，故采用了加聚丙酰胺絮凝劑凝聚，尾礦濃度大幅度提高。考慮借助投加絮凝劑使漿體中微細顆粒凝聚成團，提高沉降速度，達到高效的目的則選用高效濃縮機。設置高效濃縮機綜合考慮底流排放濃度，濃縮池面積、絮凝劑投料量以及尾礦堆壩等因素，底流濃度過高或過低，均會增加尾礦壓力輸送過程中的電力能耗，藥劑的選擇是關鍵，應按照來源可靠、價格低廉、效果良好等因素比較確定。通過與清華大學水利水電工程系教授共同研究決定，濃縮設備選型結果和底流濃度如表1所示。

表1 濃縮設備選型結果

強磁選尾礦漿進入磁選尾礦濃縮池，采用直徑為54m高效濃縮機1座，浮選尾礦漿進入浮選尾礦濃縮池，采用φ70m高效濃縮機1座，2個濃縮池均需加藥20~30g/t絮凝，藥劑經攪拌槽攪拌稀釋到濃度為5mg/m L，然后經排液泵送到貯液罐，由加藥泵加壓送給濃縮池，溢流水含固體量在300mg/L以下，自流至環水泵站供磁選和浮選工藝循環使用。濃縮池底流通過通廊引到濃縮池外部喂料間分砂泵站內，通過渣漿泵加壓后，送至喂料間礦漿分配槽，進入圓筒篩，去除大顆粒，流至礦漿倉，靜壓喂料，送給總砂泵站隔膜泵，經隔膜泵加壓輸送至尾礦庫。

3 尾礦輸送

3.1 尾礦輸送泵選擇

隨著工業技術的發展，漿體泵的類型也較多，涉及冶金、礦山、煤炭、化工等各個領域。根據漿體泵的工作原理，可將漿體泵分為3種類型：離心式、容積式和特種型。離心式漿體泵的系列和型號比較多，流量覆蓋范圍廣，單臺泵的流量變化幅度較寬，同型號泵可以在不同流量的工況下工作，對物料的適應性很廣，特別是對夾有大粒徑物料的適應性是其他類型泵所不及的，缺點是輸送揚程相對較低，過多的串聯又帶來經濟不合理、管理不方便的弊端；其次，效率較低能耗高，易損件較多，更換比較頻繁，維修工作量大，過流件的頻繁更換成為生產中的突出問題。容積泵屬往復式泵，利用活塞或者柱塞往復運動為漿體提供能量的輸送設備，包括油隔離泵、柱塞泵及隔膜泵等。容積式泵的主要優點是輸出壓力高、效率高及堅固耐用等優點，缺點是只適用于恒定流量輸送，流量范圍相對較窄，輸送物料相對嚴格。以前容積式泵多采用國外進口型，因為國外流量、壓力要比高內高很多。隨著國內技術的進步以及開發，產品得到了大幅度提升，尤其在近十幾年內，隔膜泵輸送固-液兩相介質的流量、壓力、溫度、耐磨蝕性等技術參數的研究得到了長足的發展，現已廣泛應用于長距離管道輸送。隔膜泵是在往復式活塞泵的基礎上發展而來的，其特點是用橡膠隔膜將輸送的漿體與泵的缸套、活塞等部件隔離開來，提高了易損件的壽命，可靠性高，自動化程度、連續運轉率、運行成本等技術指標明顯優于其他往復泵。隔膜報警具有獨創性，逐漸成為其他往復泵在尾礦工藝系統中的替代產品[2]。渣漿泵與隔膜泵方案，比較設備管理及工作環境（管理、操作、檢修）等方面，確定使用隔膜泵。

3.2 尾礦輸送管徑選擇

在漿體水力輸送系統設計中，對于長距離漿體管道系統，臨界流速、管徑和摩阻損失是最重要的水力參數。臨界流速是指流體力學中，流動形態轉變時，水流的斷面平均流速，也叫不淤流速。關于固液流的臨界流速的計算，可參照有關專著經驗公式計算方法，如杜蘭德公式、尤芬公式、清華大學泥沙研究室的鐵尾礦經驗公式等。這些公式并不能普遍適用，需要在特定的漿體條件下適用，應盡量參照試驗資料或生產實踐來確定臨界管徑等參數[3]。本工程最終選擇管徑600mm，根據漿體性質采用復合陶瓷鋼管，優點超硬耐磨，同時降低了尾礦輸送成本。

4 結語

通過對尾礦濃縮及輸送技術的研究及應用，經過3年多的投產使用，實踐證明該項目投資省、見效快，節能降耗，取得了十分顯著的經濟效益，對礦山發展具有重大的現實意義，屬國內領先水平，在同類型礦山中具有推廣應用價值。