拉么鋅礦尾礦處理方案研究

張開盛 王 春 程露萍 王文麗

(1.柳州華錫有色設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545001；2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；3.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650100)

拉么鋅礦尾礦處理方案研究

張開盛1王 春2程露萍2王文麗3

(1.柳州華錫有色設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545001；2.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；3.中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650100)

拉么鋅礦選礦廠尾礦采用低濃度排放方式，面臨能耗較高、外排廢水量大、重金屬離子超標(biāo)、枯水期選廠生產(chǎn)用水緊張等問(wèn)題，詳細(xì)分析了拉么鋅礦選礦廠尾礦處理現(xiàn)狀。通過(guò)尾礦性質(zhì)分析，得出尾礦成分、含量及尾礦以中細(xì)粒為主；借助尾礦沉降試驗(yàn)，測(cè)出尾礦漿達(dá)到良好沉降效果時(shí)絮凝劑的添加量；研究出了膏體制備的工藝流程及濃縮指標(biāo)。同時(shí)對(duì)高濃度尾礦料漿進(jìn)行塌落度試驗(yàn)及環(huán)管輸送試驗(yàn)，對(duì)尾礦漿輸送濃度、體積和速度進(jìn)行測(cè)算，最終得出了合理的輸送方案。制定了一套適合拉么鋅礦選礦廠尾礦處理的方案，即尾礦料漿濃度為70% 的膏體尾礦運(yùn)排方案。該方案具有使生產(chǎn)用水循環(huán)利用，尾礦入庫(kù)干堆排放、外排廢水量少等優(yōu)點(diǎn)，解決了當(dāng)前拉么鋅礦選礦廠尾礦處理面臨的問(wèn)題。

鋅礦 選礦 尾礦處理 膏體 試驗(yàn)

采礦、選礦、尾礦處理是礦業(yè)工程面臨的重要環(huán)節(jié)。建國(guó)以來(lái)，隨著地下資源的開采，遺留了大量的采空區(qū)，低濃度尾礦排放給環(huán)境照成了嚴(yán)重的影響，同時(shí)浪費(fèi)了大量的資源。如新塘銅礦、雷家寨銅多金屬礦、二里河鉛鋅礦等采用空?qǐng)龇ㄩ_采，遺留了大量采空區(qū)[1-3]，山東金嶺鐵礦、丁家山鉛鋅礦、接龍鐵礦等，每年都需要處理大量的尾礦[4-6]。采用充填法處理采空區(qū)具有安全高效、地壓災(zāi)害控制及深井通風(fēng)降溫效率高等優(yōu)點(diǎn)，采用膏體尾礦排放具有節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)[7-13]。膏體尾礦制備、輸送及工藝方面的研究具有重要的意義，因此，依托廣西金河礦業(yè)股份有限公司拉么鋅礦進(jìn)行膏體尾礦處理方案的研究。

1 尾礦處理現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1 尾礦處理現(xiàn)狀

拉么鋅礦選礦廠尾礦處理方法仍然采用傳統(tǒng)方法，即低濃度排放，尾礦最終堆存在金竹坳選礦工業(yè)區(qū)老尾礦庫(kù)中。尾礦漿經(jīng)過(guò)自流、提升、自流的過(guò)程，最終排入老尾礦庫(kù)。具體線路為：礦山采出的原礦運(yùn)至選礦廠經(jīng)浮選、重選和磁選后的尾礦漿匯集到總尾礦溝，尾礦漿濃度為18%左右，此時(shí)尾礦漿經(jīng)總尾礦溝由+550 m標(biāo)高自流至+517 m標(biāo)高的抽泵站，然后經(jīng)砂泵提升至+584 m標(biāo)高的總尾礦溝后，再自流至金竹坳老尾礦庫(kù)排放。

1.2 存在的問(wèn)題

拉么鋅礦選礦廠的生產(chǎn)規(guī)模為1 500 t/d，原礦品位約5%，按照老工藝流程不變，拉么鋅礦選礦廠的選礦尾礦量約為1 392 t/d，外排尾礦漿的平均濃度為18%，則尾礦干量約為16.32萬(wàn)m3/a。目前拉么鋅礦選礦廠關(guān)于處理尾礦的問(wèn)題主要有：

(1)采用傳統(tǒng)的低濃度排放方式，能耗較高，尤其是在枯水期尾礦庫(kù)的所有回水都要返回選廠作為生產(chǎn)用水，能耗更高。

(2)尾礦庫(kù)外排廢水量大，存在重金屬離子超標(biāo)的現(xiàn)象，廢水處理的難度大。

2 膏體尾礦制備研究

2.1 尾礦性質(zhì)

拉么鋅礦選礦廠的尾礦以中細(xì)粒為主，-200目57.3%，-400目23%。尾礦中的成分：鋅0.3%、銅0.04%、硫2%～3%、鐵5%～7%、砷2%～3%，錫0.01%～0.1%、鎢0.01%～0.1%，其他成分為硅質(zhì)巖、泥灰?guī)r、頁(yè)巖等。尾礦真密度3.3 t/m3，堆容重1.8 t/m3，尾礦粒度分析成果見表1。

表1 拉么鋅礦選礦廠尾礦粒度分析成果

2.2 尾礦沉降試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)?zāi)康?。通過(guò)尾礦沉降試驗(yàn)測(cè)出尾礦漿達(dá)到良好沉降效果時(shí)絮凝劑的添加量。

(2)試驗(yàn)方案及步驟。礦樣配漿按礦漿質(zhì)量濃度分別為7%、10%、13%、18%和20% 5種，分別進(jìn)行靜態(tài)絮凝沉降的對(duì)比試驗(yàn)。礦漿質(zhì)量濃度7%、10%、13% 時(shí)，添加聚丙烯酰胺(PAM)高分子絮凝劑5 g/t；礦漿質(zhì)量濃度18%、20% 時(shí)，添加聚丙烯酰胺高分子絮凝劑10 g/t。根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制絮凝劑沉降曲線進(jìn)行對(duì)比分析。

(3)試驗(yàn)結(jié)果及分析。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，繪制出不同濃度下絮凝劑沉降曲線，見圖1、圖2。

圖1 不同濃度下5 g/t PAM高分子絮凝劑沉降曲線

圖2 不同濃度下10 g/t PAM高分子絮凝劑沉降曲線

由圖1、圖2可以得出，對(duì)于給礦濃度為18%的礦樣，按接近沉降臨界點(diǎn)的清水層高度計(jì)，加10 g/t絮凝劑組所需沉降時(shí)間為2 min，這說(shuō)明添加絮凝劑后，礦漿中的微細(xì)礦泥得到迅速絮凝變粗?jǐn)?shù)倍，加速了顆粒沉降，沉降速度相對(duì)提高了，礦漿的沉降比較容易，效果十分顯著，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果PAM添加量定為10 g/t，尾礦漿可以達(dá)到良好的沉降效果。

2.3 膏體尾礦制備

拉么鋅礦選礦廠選用HRC-15-3.0HC型高壓濃密機(jī)，在重選車間旁，直接將低濃度(18%)的尾礦漿送入高壓濃密機(jī)進(jìn)行濃縮，濃密機(jī)的底流為膏體或近膏體尾礦漿，濃密機(jī)的溢流回水返回選廠作生產(chǎn)用水。為控制和減少尾礦庫(kù)的外排廢水量，避免因選礦廢水外排造成重金屬污染源的擴(kuò)散，同時(shí)降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，采用“低濃度尾礦→濃縮→膏體(或近膏體)尾礦，濃縮液流回選廠”的制備工藝流程(如圖3)。對(duì)排往尾礦庫(kù)的尾礦進(jìn)行提前處理，最終實(shí)現(xiàn)尾礦在金竹坳尾礦總庫(kù)膏體排放，選礦廢水全部循環(huán)利用，消除污染源對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。尾礦濃縮指標(biāo)見表2。

圖3 尾礦處理工藝流程

項(xiàng)目名稱濃 度/%尾 砂/(t/d)/(t/h)尾 水/(m3/d)/(m3/h)濃縮底流701389.8057.911921.380.0濃縮溢流0.052.220.094420.0184.2給 礦181392.0058.006341.3264.2

3 膏體尾礦輸送

3.1 高濃度尾礦漿料的流動(dòng)性

為了解尾礦漿料的流動(dòng)性，進(jìn)行了全尾礦的塌落度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 拉么鋅礦全尾礦塌落度試驗(yàn)結(jié)果

從表3中可以看出，尾礦漿濃度越大，塌落度越小。試驗(yàn)結(jié)果表明：拉么鋅礦選礦廠尾礦漿在濃度較高的情況下，流動(dòng)性比較差。

3.2 高濃度尾礦環(huán)管輸送試驗(yàn)

膏體、似膏體及高濃度料漿輸送與輸送料漿的初速度、壓頭、尾礦料漿中物料的粒度分布及配比等關(guān)系密切。環(huán)管輸送試驗(yàn)即模擬地表排放管線設(shè)計(jì)，增加一定的難度系數(shù)，如多增設(shè)彎頭、增設(shè)垂直管段等，在地表設(shè)一套環(huán)管輸送試驗(yàn)系統(tǒng)，環(huán)管試驗(yàn)系統(tǒng)與立式砂倉(cāng)配套的攪拌槽相連接，該管路將攪拌槽作為喂料倉(cāng)和儲(chǔ)倉(cāng)，可將料漿循環(huán)泵送，以測(cè)定不同配比和濃度下料漿輸送的管路壓力損失。試驗(yàn)管路布置見圖4。

圖4 高濃度尾礦環(huán)管輸送試驗(yàn)管路布置

通過(guò)高濃度尾礦環(huán)管輸送試驗(yàn)測(cè)定不同配比和濃度下料漿輸送的管路壓力損失如圖5。從圖5中可以看出環(huán)管輸送的管路沿程壓力損失與輸送流量、料漿濃度有關(guān)，并且隨著濃度增大而增大，隨著流速加快而增大，在料漿的流量大于60 m3/h時(shí)，環(huán)管輸送的管路沿程壓力損失增加相對(duì)顯著。

圖5 尾礦環(huán)管輸送沿程阻力損失與流量關(guān)系

3.3 尾礦漿輸送濃度、體積和速度的確定

尾礦的真密度為3.3 t/m3，當(dāng)尾礦漿的濃度達(dá)到70%時(shí)，容重為1.95 t/m3，根據(jù)選礦廠的生產(chǎn)規(guī)模，此時(shí)要輸送的尾礦漿量為1 018.4～1 076.9 m3/d，即42.4～44.9 m3/h，考慮尾礦輸送泵要滿足20%的富余能力，則泵的輸送能力應(yīng)大于53.9 m3/h。

該選礦廠原采用外徑為108 mm、內(nèi)徑為96 mm的管道輸送尾礦漿料時(shí)，管道的沿程壓力損失比較大，為降低砂漿輸送的阻力，宜適當(dāng)增大尾礦輸送管的直徑，故推薦選用外徑為133 mm、內(nèi)徑為117 mm的無(wú)縫鋼管輸送尾礦漿料。當(dāng)尾礦漿料流量一定時(shí)，流速與輸送管道內(nèi)直徑成反比，見式(1)。

V=Q/(3 600πD2/4)，

(1)

式中，V表示尾礦漿流速；Q表示尾礦漿流量；D表示輸送管道的內(nèi)直徑。

計(jì)算可知，當(dāng)管道內(nèi)徑由96mm增大到117mm時(shí)，尾礦漿料的流速將由1.95～2.07m/s降到1.31～1.39m/s，就大大降低輸送過(guò)程的沿程阻力。

3.4 膏體尾礦輸送

拉么鋅礦選礦廠將尾礦漿料由尾礦制備站輸送到金竹坳尾礦總庫(kù)，中途要經(jīng)過(guò)標(biāo)高約為+584 m茶山口，輸送距離超過(guò)5 780 m，高差超過(guò)54 m。為了順利將尾礦漿料(濃度為70%)輸送到尾礦總庫(kù)，必須采用管道泵壓輸送。根據(jù)需要，選礦廠選用2臺(tái)G105-1型單螺桿泵(正常工作1臺(tái)、備用1臺(tái))與高壓濃密機(jī)配置，采用變頻調(diào)速控制輸送流量，并留有較大的富余生產(chǎn)能力。實(shí)踐證明，該選礦廠膏體尾礦可以順利地輸送到金竹坳尾礦總庫(kù)。

4 尾礦處理方案評(píng)價(jià)

拉么鋅礦的尾礦處理方法由傳統(tǒng)低濃度排放改為高濃度尾礦膏體排放，取得的主要成效有：

(1)尾礦漿經(jīng)濃縮制成膏體，制備過(guò)程中獲得大量回水，使生產(chǎn)用水循環(huán)利用，減少尾礦庫(kù)回水運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，同時(shí)也解決了枯水期選礦生產(chǎn)用水緊缺的問(wèn)題。

(2)尾礦膏體排入尾礦庫(kù)實(shí)現(xiàn)了干堆排放，外排的廢水很少，解決了外排廢水治理的問(wèn)題。

(3)拉么鋅礦選礦廠尾礦漿液中存在重金屬離子超標(biāo)的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)膏體輸送排放后，重金屬離子的年排量大大減小，解決了廢水排放重金屬離子超標(biāo)的問(wèn)題。

(4)膏體尾礦輸送排放的尾礦處理方法在拉么鋅礦選礦廠的成功運(yùn)用,對(duì)其他相似企業(yè)具有一定的參考價(jià)值。

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(責(zé)任編輯 徐志宏)

Study of Tailings Disposal Scheme in Lame Zinc Mine

Zhang Kaisheng1Wang Chun2Cheng Luping2Wang Wenli3

(1.Liuzhou Huaxi Non-Ferrous Design Research Institute Co.Ltd.，Liuzhou 545001，China；2.School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China；3.Kunming Prospecting Design Institute of China Nonferrous Metals Industry，Kunming 650100，China)

Tailings in dressing plant of Lame Zinc Mine were discharged with low concentration，which caused such problems as high energy consumption，large water-waste，overproof heavy metal and water shortage in production in dry season and so on.Therefore，the current situation of tailing disposals in Lame Zinc Mine was analyzed in detail.Through the analysis of the nature of tailings，the composition and content of tailings were obtained and the tailings are mainly in medium-fine particle.With tailings settling tests，the flocculant dosage by which tailings slurry can achieve good settlement effect were measured，and the process and concentrated indicators of paste preparation were prepared.At the same time，through the slump tests and the loop conveyor of high concentrations of tailings slurry，a reasonable transportation plan was finally determined by calculating the concentration，volume and speed of slurry delivery.A set of the tailings disposal scheme being suitable for dressing plant of Lame Zinc Mine was put forward，that is，tailings slurry with concentration of 70% is considered as paste for transport.The scheme owns a series of advantages，such as water recycling in production，dry tailings stockpiling，less water wastes etc,.So，the scheme can solve the problems of tailing disposal currently faced by Lame Zinc Mine.

Zinc mine，Mineral processing，Tailings disposal，Pasty fluid，Test

2014-09-07

張開盛(1987—)，男，助理工程師。通訊作者 王 春(1986—)，男，博士研究生。

TD853.3

A

1001-1250(2014)-11-046-04