廣西某礦區(qū)尾礦干堆工藝設計與設備選型

鄭文軍

(柳州華錫有色設計研究院有限責任公司)

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廣西某礦區(qū)尾礦干堆工藝設計與設備選型

鄭文軍

(柳州華錫有色設計研究院有限責任公司)

針對廣西某有色金屬礦區(qū)尾礦庫實施庫區(qū)尾礦干堆處理工程設計與應用，重點介紹了尾礦干堆過程中的濃縮、過濾工藝及設備選擇。根據(jù)尾礦沉降試驗結(jié)果，設計最終選定尾礦干堆處理主要設備為HRC型高壓濃縮機和陶瓷過濾機。同時，該尾礦干堆設計的成功應用，可實現(xiàn)正常生產(chǎn)廢水零外排，有效消除重金屬外排對周邊生態(tài)環(huán)境造成的污染及污染源的擴散，環(huán)境效益顯著。

尾礦 干堆 設計工藝 設備選擇

尾礦處理是礦山生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是選礦廠建設和運營的重要組成部分，目前，國內(nèi)絕大多數(shù)尾礦處理采用尾礦庫直接排放的方式。尾礦庫屬于自然沉淀、澄清脫水工藝，脫水效率低下。隨著礦區(qū)大量有色金屬尾礦的堆積，不僅造成礦產(chǎn)資源、土地資源浪費[1]，同時，危害著環(huán)境與人類生活。由于礦區(qū)生產(chǎn)較為集中，對尾礦庫的要求越來越高，且尾礦庫庫容有限，新建尾礦庫的選址越來越難，因此，對尾礦采用干式堆存處理顯得尤為迫切[2]。目前，尾礦干堆技術已在黃金選礦行業(yè)應用多年且具有較高的保障性，是尾礦堆存處理的一種有效方法[3]。為此，針對廣西某礦區(qū)尾礦采用尾礦干堆處理工藝，不僅可解決礦區(qū)長遠的生產(chǎn)問題，同時可解決尾礦庫存在的環(huán)境、安全及占地等方面的問題[4]。

1 總尾礦性質(zhì)

廣西某有色金屬礦在正常生產(chǎn)情況下，送往尾礦庫的尾礦干量為2 470 t/d，尾礦質(zhì)量濃度約11%，年產(chǎn)生尾礦約44.4×104m3。尾礦的粒度比較細，其中-0.074 mm粒級產(chǎn)率達78.19%，-0.037 mm粒級產(chǎn)率為54.3%，總尾礦篩水析結(jié)果見表1。

2 尾礦堆存方案

總尾礦在尾礦庫濃縮后，可采用的堆存方案為[5]：尾礦以濾餅方式堆存，濃縮底流采用過濾機進一步脫水，使尾礦濾餅含水率≤15%，濾餅在庫內(nèi)堆積時，基本沒有廢水滲透外流，尾礦廢水回用率高達98%，最大限度地消除了庫內(nèi)廢水對地表下部未明水系的滲透污染，以及雨季庫內(nèi)廢水可能的外溢污染。該方案的尾砂易堆積成型，庫容利用率高，缺點是濃縮過濾+濾餅輸送堆積的運行、維護成本相對較高。

表1 總尾礦篩水析結(jié)果

3 設計工藝指標

為控制和減少尾礦庫的外排廢水量，避免因選礦廢水外排造成重金屬污染源的擴散[6]，設計擬采用“高壓濃縮→陶瓷過濾→濾餅干堆、濃縮過濾液回用選廠”的工藝流程，對排往尾礦庫的尾礦進行處理，以最終實現(xiàn)尾礦在尾礦庫的干式堆存，選礦廢水全部循環(huán)利用，消除污染源對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。尾礦處理工藝見圖1，設計指標見表2。

表2 尾礦濃縮過濾設計指標

圖1 尾礦處理工藝流程

4 生產(chǎn)能力與工作制度

目前，礦區(qū)選廠排往尾礦庫的總尾礦干量為 2 470 t/d?？紤]到以后，砂坪選廠將轉(zhuǎn)處理尾礦庫的尾砂，生產(chǎn)能力將由1 200 t/d提高到3 000 t/d。因此，設計生產(chǎn)能力為4 300 t/d；其中過濾設備先按2 500 t/d設計、同時預留擴建至4 300 t/d生產(chǎn)能力的工業(yè)場地，濃縮設備則一次性投資建設，后期擴能可通過增設傾斜板來滿足新增濃縮面積的要求。

5 主要設備選擇

5.1 濃密設備

5.1.1 尾礦沉降試驗

試樣粒度為-0.074 mm占63.44%，礦樣配漿按質(zhì)量濃度分別為5%、8%、11%、15%、18%進行靜態(tài)自然沉降、靜態(tài)絮凝沉降對比試驗，絮凝沉降所加絮凝劑為河北陰離子。沉降試驗加絮凝劑與不加絮凝劑試驗結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 沉降試驗H-T圖(不加絮凝劑)

圖3 沉降試驗H-T圖(加絮凝劑)

由圖2、圖3可見，對于給礦濃度為11%的礦樣，按接近沉降臨界點的清水層高度計，不加藥組所需沉降時間為50 min，加絮凝劑組所需沉降時間為6.5 min，這說明添加絮凝劑后，礦漿中的微細礦泥得到迅速絮凝變粗數(shù)倍，加速了顆粒沉降，沉降速度相對提高了7.7倍，效果十分顯著。

根據(jù)試驗曲線計算，添加30 g/t絮凝劑的處理能力為120 kg/(m2·h)，不添加絮凝劑的處理能力為46 kg/(m2·h)?？紤]到回用水中絮凝劑殘余量對浮選效果的影響，設計的絮凝劑添加量選30 g/t。

添加絮凝劑后，濃密機溢流中最大顆粒粒徑dx，可根據(jù)試驗顆粒沉降速度相對提高的倍率由斯托克斯公式求出。按常規(guī)設計濃縮溢流粒徑0.005 mm測算，則：

(1)

(2)

這說明在獲得相同溢流水質(zhì)的情況下，濃密機添加絮凝劑后，由于微細泥粒度變粗、沉降加速，微細泥含量大幅減少，因而溢流中最大顆粒粒徑可由原來的5 μm增大至14 μm。

試驗結(jié)果表明，尾礦濃縮過程添加的絮凝劑，可顯著加速微細礦泥的絮凝沉降，但用量不宜過大，否則礦漿中的多余絮凝劑會影響陶瓷過濾機濾板的過濾效果，縮短其使用壽命；同時，濃縮過濾回用水所含多余絮凝劑，會對浮選產(chǎn)生一定的不利影響。

5.1.2 濃密設備選型

目前，選礦廠常用的大型礦漿濃縮設備主要有常規(guī)耙式濃密機、新型斜板濃密機和高壓濃密機3種[7]，在給礦尾礦密度為2.75 g/cm3、質(zhì)量濃度為10.14%、干礦量為179.2 t/h的條件下進行濃縮設備選擇對比，且3種設備處理能力均按添加絮凝劑計，用量為30 g/t，對比結(jié)果見表3。

根據(jù)總尾礦中-0.037 mm粒級含量比較高、難于沉降的特點，經(jīng)綜合考慮設備投資成本、濃縮效率、使用壽命和占地面積等因素，優(yōu)先選用HRC型高壓濃縮機[7]，從而確保尾礦濃縮溢流滿足生產(chǎn)回用水質(zhì)的實際要求；同時，濃縮底流的高濃度又可有效提高過濾效率，減少運行成本。HRC型高壓濃縮機是長沙礦冶研究院研制的最新一代礦漿濃縮設備，隨機配有藥劑系統(tǒng)、底流排放系統(tǒng)、過程監(jiān)測和控制系統(tǒng)，還可根據(jù)需要安裝傾斜板增加沉降面積，設備的自動化程度高，操作穩(wěn)定可靠，細泥濃縮效率高。設備的占地面積較小，但配置高程較大、給礦砂泵揚程高。

表3 濃縮設備選擇對比表

5.1.3 濃密設備計算

按濃縮尾礦干量179.2 t/h、質(zhì)量濃度10.14%、尾礦密度2.75 g/cm3，以及尾礦粒度組成特點，結(jié)合尾礦濃縮試驗結(jié)果，設計采用HRC-25型高壓濃密機，設備處理能力按Q=120 kg/(m2·h)計算，則濃密機臺數(shù)N：

(3)

式中，G為尾礦處理量，t/h；F為選定濃密機面積，490+410(斜板)m2；Q為單位面積處理量，t/(m2·h)。

經(jīng)計算，N=1.66臺，選2臺。

選定的HRC-25型高壓濃密機的主要技術參數(shù)見表4。

表4 HRC型高壓濃縮機主要技術參數(shù)

5.2 過濾設備

5.2.1 過濾設備選型

目前，選礦廠常用的大型尾礦過濾設備主要有箱式壓濾機、板框壓濾機、帶式過濾機、盤式過濾機和新型陶瓷過濾機等幾種。其中，設備技術、大型化和自動化水平較高的主要有自動板框壓濾機和新型陶瓷過濾機2種，在給礦尾礦密度為2.75 g/cm3、干礦量為102.5 t/h的條件下進行對比。其對比結(jié)果見表5。

表5 過濾設備選擇對比結(jié)果

根據(jù)總尾礦的性質(zhì)特點及設備選擇對比結(jié)果，由于陶瓷過濾機具有可自動連續(xù)下卸濾餅、便于膠帶機均量運輸外堆，可高濃度自流給礦、開機能耗少，濾餅含水率低等優(yōu)點，故設計優(yōu)先選用新型陶瓷過濾機。

5.2.2 過濾設備計算

根據(jù)尾礦過濾試驗結(jié)果，設計確定陶瓷過濾機的單位生產(chǎn)能力為：Q=0.35 t/(m2·h)，尾礦量暫按102.5 t/h計，則過濾機計算臺數(shù)N按式(1)計算可得：N=2.44臺，選3臺。其中，F(xiàn)為選定過濾機面積，120 m2。

由于陶瓷過濾機每天需要停機清洗陶瓷濾板2～3次，每次約需1 h，而尾礦量大、需連續(xù)過濾，故設計選定4臺過濾機，其中輪換清洗備用1臺。選定過濾機的技術參數(shù)見表6。

表6 陶瓷過濾機技術性能參數(shù)

6 結(jié) 語

(1)廣西某有色金屬礦使全部入庫尾礦實現(xiàn)了干堆存放，除尾礦濾餅含水外，再無廢水外排，選礦廢水循環(huán)利用量達608.43×104m3/a，回水利用率由75%提高到98%。

(2)尾礦干堆設計工藝實現(xiàn)了正常生產(chǎn)廢水零外排，有效消除了重金屬外排對周邊生態(tài)環(huán)境造成的污染，避免了污染源的擴散，對周邊環(huán)境的保護做到了最大化，非常有利于當?shù)鼐用?、環(huán)境和區(qū)域經(jīng)濟的長期和諧發(fā)展，體現(xiàn)了國有企業(yè)理應承擔的社會責任，社會效益顯著。

[1] 中國有色金屬工業(yè)總公司與北京有色冶金總院.ZBJ1-90 選礦廠尾礦設施設計規(guī)范[S].北京：中華人民共和國建設部，1991.

[2] 滕志國.干堆尾礦庫設計及堆筑技術的探討[J].金屬材料與冶金工程，2012(4)：16-19.

[3] 邢萬芳，金英豪，姚 香.黃金尾礦干堆技術若干問題探討[J].有色金屬：礦山部分，2008(1)：48-52.

[4] 梁炳玉.魯塘尾礦庫治理及尾礦處理工程可行性研究報告[R].柳州：柳州華錫有色設計研究院有限責任公司，2011.

[5] 羅敏杰.淺談尾礦干堆技術[J].有色冶金設計與研究，2009(6)：18-21.

[6] 選礦廠設計手冊編委會.選礦廠設計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[7] 中國選礦廠設備手冊編委會.中國選礦廠設備手冊[M]. 北京：科學出版社，2006.

2016-07-13)

鄭文軍(1983—)，女，工程師，545006 廣西壯族自治區(qū)柳州市城中區(qū)高新一路華錫苑13棟2樓。