某選礦廠尾礦干堆的試驗和應用研究

曾軍龍，謝 茗

（金堆城鉬業汝陽有限責任公司，河南 汝陽 471200）

隨著全球經濟的發展，各種金屬的需求也在增加，導致礦山資源的快速開發。而對于中國這樣的資源消耗大的國家，據不完全統計，截止2019年全國尾礦庫大約7300多座，這些尾礦庫給當地的環境、安全、財產帶來巨大的隱患，可以考慮用尾礦干堆技術取代傳統的尾礦排放方式。

目前，尾礦堆存的方式有三種：第一是傳統工藝尾礦都是低濃度濕式排放，第二種是尾礦高濃度排放，第三種是尾礦干式排放。前兩種尾礦排放工藝對環境和安全都有一定的危害性，而尾礦干式排放最大的優點是可以減少對環境的污染、尾礦管道和回水管道長距離的鋪設，降低了對當地居民生產、生活的危害，減少尾礦庫的建設，可以被環保部門認可為無排污礦山。

1 項目研究的意義

（1）尾礦干式排放解決了尾礦庫安全性問題。尾礦庫的筑壩式排放改為堆土場排放，堆場內沒有大量污水，避免了尾礦帶來的潰壩、漫壩、垮壩、壩下滲水等環境、安全事故的發生。

（2）減少國家尾礦庫的數量，與此同時節省了尾礦庫的地質勘探、安全評估、庫區建設及日常安全管理所需要的運營成本。

（3）干排的尾礦即可圍堰造田，也可以回填塌陷和對露天礦采坑進行平整造田，實現消除地質隱患，同時可植樹造林，保護水土流失。

（4）干排的尾礦有利于二次資源的開發與利用，可以制作建筑材料，如磚、陶瓷、混泥土等，充分利用資源。

2 選礦尾礦參數

（1）選廠尾礦排放礦量：7000t/d。

（2）選礦廠工作制度：330d/a、3班/d、8h/班。

（3）尾礦干密度：2.27t/m3。

（4）尾礦平均濃度：21.66%。

3 尾礦濃縮沉降半工業試驗

3.1 原礦粒度

對原礦用濕篩法進行粒度篩分試驗，篩分粒度為80目、100目、140目、200目、400目。將篩分得到的各個粒度的產物烘干稱重，得出各粒級產率如表1。

表1 原尾礦粒度分布

從表1可以看出，-200目以下粒度產率平均為56.1%，-400目以下占50.2%，可以看出原尾礦細粒級占比重較大。

3.2 試驗濃度檢測及分級、濃縮參數測定

尾礦濃度檢測包含烘干法和濃度壺兩種方法。試驗用烘干法進行最終濃度標定，與濃度壺檢測法進行對比。試驗濃度標定在參數基本一致的情況下用濃度壺法進行一般檢測，對濾餅水份等特別重要參數用烘干法進行驗證。

濃縮實驗在斜板濃密機內進行，測試的參數主要包括流量和濃度。采用濃積法測定濃密機的給礦量、溢流流量和底流流量，通過濃度檢測分析工藝濃度。

3.3 原礦自然沉降

原礦自然沉降分二種試驗方案，第一方案，在不分級情況下自然沉降，把礦漿裝在量筒里面自然沉降，得出的礦漿沉降速度約0.0083mm/s；第二種方案，工器具相同，將原礦按-200目進行篩析分級后，得出細粒級沉降速度約為0.012mm/s，-200目以下濃縮以后，濃度最高只能達到25%。粗顆粒沉降速度非常明顯，濃縮后濃度可接近74%左右。

3.4 絮凝劑添加試驗

鑒于自然沉降試驗，原礦采用預先分級再自然沉降，-200目以下細粒級尾礦濃度達不到設計至少30%的要求，試驗通過采用添加絮凝劑加快礦漿的沉降速度做對比試驗，試驗發現原礦漿在不分級的條件下，通過添加絮凝劑，原礦的沉降速度約為0.018mm/s，沉降效果明顯提高。

對原礦漿按-200目進行分級后添加絮凝劑，得出細粒級的沉降速度為0.126mm/s，細粒級沉降速度明顯加快，濃縮后濃度最終可以達到67%左右。

鑒于添加絮凝劑對細粒級沉降速度效果明顯，方案確定為原礦通過分級機預先分級篩選，細粒級顆粒添加絮凝劑再濃縮方案。

4 絮凝劑用量試驗

絮凝劑用量及濃度試驗：根據目前礦山企業絮凝劑普遍使用和購買途徑等因素考慮，試驗絮凝劑主要對比聚丙烯酰胺和生石灰，前期小型實驗發現生石灰對本性質尾礦作為絮凝劑添加量大但效果不明顯，細粒級沉降速度慢，濃密機底流濃度達不到設計要求并對溢流水PH值有較大影響，影響回水返回生產使用。而聚丙烯酰胺使用量小，并效果明顯。

試驗確定使用聚丙烯酰胺為絮凝劑，絮凝劑添加量分別初設定為6g/t、8g/t、10g/t、12g/t；每一個添加量的藥劑濃度分別設定為0.03%、0.05%、0.08%、0.1%。試驗效果是在保證溢流水水質的情況下，盡量減少藥劑的使用總量，以達到溢流水返回磨浮不影響浮選工藝指標，具體指標如表2。

表2 絮凝劑濃度及藥劑試驗數據

從表2中可以看出，在相同藥劑濃度情況下，隨著藥劑用量的增加，底流濃度呈現先上升后下降的趨勢，特別是當藥劑用量超過10g/t時達到12g/t底流濃度出現下降趨勢，而溢流濃度基本趨于上升趨勢。

當藥劑單耗相同條件下，隨著藥劑濃度的增加，溢流水含雜濃度也隨著增加，底流濃度減小。

為了保證溢流水的濃度最低，滿足生產用水要求，減少絮凝劑對浮選工藝的影響，同時提高底流濃度，最終確定，當絮凝劑用量在8g/t～10g/t，絮凝劑濃度為0.03%時，此時得到的溢流濃度值最小可以達到0.34%，底流濃度可以達到34%左右，接近設計35%的要求。

5 設備選型及工藝流程

現場尾礦工藝流程為尾礦從尾礦泵站經泵輸送至4臺分級機，經過分級機預先分級，底流流至緩沖箱，經過緩沖箱調節流量大小流至帶式過濾機，4臺分級機溢流分別進入4組2000m2的斜板濃縮機，通過添加絮凝劑和調節濃縮機底流閥門控制斜板的溢流和底流礦漿濃度，底流礦漿經過溜槽流至3臺互通直徑5.5×5.5m攪拌槽，三臺攪拌槽安裝5臺流量Q=310m3/h渣漿泵輸送至3臺800m2板框壓濾機，帶式過濾機和板框壓濾機濾餅通過皮帶運輸運至堆場。工藝脫水流程如下圖1：

圖1 尾礦脫水工藝流程圖

6 工業現場試驗結果

6.1 溢流水水質

在確保溢流水質不影響浮選的前提下，工業試驗發現，絮凝劑用量分別進行了7g/t、8g/t、9g/t、10g/t時，通過檢查溢流和底流濃度，確定絮凝劑單耗為10g/t，檢測溢流水濃度為0.41%，底流平均濃度為32.73%，將溢流水取樣單獨靜止放置5小時未見明顯固體顆粒，證明溢流水水質較好可以直接進入生產循環水使用。溢流水水質如下圖2。

圖2 溢流水水質

圖3 分級機底流礦漿

圖4 濃縮機底流礦漿

6.2 分級機底流濃度

工業試驗發現，分級機底流濃度平均可以達到53.68%，最高可以達到66%左右，分級效果很好。而帶式過濾機要求給礦濃度在45%以上，試驗說明分級機效果可以達到設計要求。分級底流礦漿如圖3。

6.3 濃縮機底流

工業試驗得出，經過添加絮凝劑濃縮機底流濃度平均在32.73%，如果底流閥門在保證不堵的情況條件下，得到最高的底流濃度為39%，滿足板框壓濾機30%以上的給礦濃度要求。濃縮底流如圖4。

7 濾餅水份

通過調整帶式過濾機和板框壓濾機設備參數，運行過程中得到過濾機濾餅水份18.95%，板框壓濾機濾餅平均水份13.37%，能夠滿足尾礦干堆設計要求。檢測板框濾液濃度平均值在0.2%左右，符合生產水質要求，可以直接返回生產使用；而帶式過濾機過濾水和洗布用水混合濃度在2.56%左右，返回工藝流程二次沉降。

8 結語

通過上述尾礦濃縮半工業試驗及尾礦干堆車間運行結果可以得出以下結論：①此尾礦無論是否預先分級，通過自然沉降難于達到設計工藝指標，必須添加絮凝劑加快礦漿沉降速度，提高濃密機底流濃度才能滿足要求。②試驗發現，絮凝劑的用量和配比濃度對溢流水及底流濃度都有影響，當絮凝劑濃度保持不變時，隨著絮凝劑用量的增加，溢流水濃度基本呈上升趨勢，底流濃度呈現先上升后下降趨勢。③當絮凝劑單耗不變的情況下，隨著絮凝劑濃度的增加，溢流水濃度呈上升趨勢，底流濃度呈現下降趨勢。④結合半工業試驗，確定了脫水的工藝流程和設備的選型，實際運行過程中，原礦通過預先分級，分級機溢流進入斜板濃密機，在絮凝劑濃度為0.03%，絮凝劑單耗平均在10g/t時，得到斜板濃密機溢流水的濃度為0.41%，底流濃度平均值在32.73%，滿足生產實際需求。