蒼山鐵礦干拋、濕拋廢石及尾礦綜合利用

王 維

(中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司)

中鋼集團(tuán)山東礦業(yè)有限公司蒼山鐵礦(以下簡(jiǎn)稱蒼山鐵礦)是一家集鐵礦石開采、加工、鐵精礦銷售為一體的大型地下開采礦山企業(yè)，采礦許可證內(nèi)累計(jì)查明鐵礦石資源儲(chǔ)量為7655.40萬(wàn)t，平均鐵品位為32.23%，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)鐵礦石200萬(wàn)t。

蒼山鐵礦于2012年5月通過(guò)國(guó)家安全驗(yàn)收并開始投產(chǎn)，于次年達(dá)產(chǎn)。井下采用點(diǎn)柱式上向分層充填采礦法采礦，地表選礦采用三段閉路破碎，中碎后干選，濕式預(yù)選和兩段全閉路階段磨礦選礦工藝。每年生產(chǎn)品位65%的鐵精粉占入破原礦量的25%，即50萬(wàn)t鐵精粉；干拋和濕拋廢石占入破原礦量的31%，即62萬(wàn)t廢石；尾砂占入破原礦量的44%，即88萬(wàn)t尾砂。根據(jù)國(guó)家國(guó)土資源部及環(huán)境保護(hù)法要求，為了充分利用蒼山鐵礦生產(chǎn)的廢石和尾砂固體廢棄物，蒼山鐵礦通過(guò)多種渠道考察實(shí)踐和研究，不斷改造和完善生產(chǎn)系統(tǒng)，最終將生產(chǎn)中的所有廢石和尾砂固廢全部利用，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)綠色礦山的最終目標(biāo)。

1 干拋和濕拋廢石綜合利用

近年，國(guó)家逐步加大礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用力度，關(guān)停多家碎石廠，禁止新開礦山碎石，建筑用石子逐漸開始采用礦山開采的廢石。蒼山鐵礦所產(chǎn)生的干拋和濕拋廢石中，干拋廢石粒度為75～0 mm，濕拋廢石粒度為12～0 mm，且廢石中不含有任何重金屬及有毒有害物質(zhì)，加工后可供道路施工使用，周邊市場(chǎng)石子需求量巨大。目前，蒼山鐵礦每年將62萬(wàn)t的干拋和濕拋廢石銷售給當(dāng)?shù)仄髽I(yè)，每年可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益幾百萬(wàn)元。

2 尾砂綜合利用

2.1 全尾砂膠結(jié)充填井下采空區(qū)

蒼山鐵礦年采出200萬(wàn)t原礦，礦石密度為3.47 t/m3，形成采空區(qū)57.64萬(wàn)m3，井下采用點(diǎn)柱式上向分層充填采礦法進(jìn)行采礦。為滿足井下充填需求，原設(shè)計(jì)采用全尾砂進(jìn)倉(cāng)沉淀后添加膠結(jié)材料直接通過(guò)管道輸送至采空區(qū)進(jìn)行充填，共設(shè)計(jì)8個(gè)單體容積為720 m3的儲(chǔ)砂倉(cāng)和4個(gè)單體200 t的膠結(jié)材料倉(cāng)，充填料漿濃度為68%～72%。但是，由于選礦生產(chǎn)出的尾砂流量較大，尾礦粒度為-0.074 mm 75%左右，單純依靠砂倉(cāng)自然沉降，細(xì)粒尾砂無(wú)法進(jìn)行處理。為解決這一難題，蒼山鐵礦通過(guò)考察研究，采用對(duì)尾砂分級(jí)的方式進(jìn)行處理。在分級(jí)尾砂實(shí)踐應(yīng)用中，旋流器是投入和使用成本最低的最佳選擇，針對(duì)蒼山鐵礦尾砂性質(zhì)，分別進(jìn)行旋流器沉砂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，采用WDS水力旋流器進(jìn)行尾礦濃縮，選用直徑為100 mm的底流嘴，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整可實(shí)現(xiàn)旋流器沉砂產(chǎn)率70%以上，濃縮尾礦濃度可達(dá)到70%以上，旋流器底流濃度完全滿足充填需求[1]。因此，通過(guò)安裝水力旋流器組，直接將旋流器底流與

表1 尾礦濃縮試驗(yàn)結(jié)果

膠結(jié)材料攪拌后充填采空區(qū)，旋流器溢流部分進(jìn)入砂倉(cāng)再沉淀。根據(jù)井下每年產(chǎn)生57.64萬(wàn)m3的空區(qū)，充填率按90%進(jìn)行計(jì)算，每年可消耗尾砂62萬(wàn)t。

2.2 大顆粒尾砂干排

蒼山鐵礦尾砂除了供井下充填每年消耗62萬(wàn)t外，還剩余26萬(wàn)t尾砂的處理一直存在難題。蒼山鐵礦經(jīng)過(guò)多次周邊調(diào)研，發(fā)現(xiàn)水泥廠對(duì)含硅量較高的尾砂可作為原材料使用。尾礦砂多元素分析結(jié)果見表2。

表2 尾礦砂多元素分析結(jié)果 %

元素TFeSiO2Al2O3CaOMgO含量15.5663.643.493.203.38

由表2可知，蒼山鐵礦生產(chǎn)的尾砂中含硅量高達(dá)63.64%，含鐵量為15.56%，均符合水泥廠要求，但是水泥廠只需要顆粒相對(duì)較大的尾砂，細(xì)泥狀尾砂無(wú)法使用。因此，蒼山鐵礦結(jié)合水力旋流器分級(jí)處理尾砂，將旋流器底流尾砂進(jìn)行脫水處理，滿足裝車運(yùn)輸要求。根據(jù)旋流器底流料漿流量和濃度，安裝兩臺(tái)DW24型尾礦專用直線型脫水篩，單臺(tái)處理能力50～100t/h，功率為22kW，脫水篩篩選出尾砂含水率小于10%，通過(guò)皮帶直接排放至尾砂堆放場(chǎng)地裝車外運(yùn)銷售，脫水篩篩下產(chǎn)物通過(guò)渣漿泵輸送至充填系統(tǒng)砂倉(cāng)進(jìn)行沉淀。

2.3 細(xì)粒尾砂制磚

充填系統(tǒng)旋流器溢流細(xì)粒尾砂和脫水篩篩下產(chǎn)物進(jìn)入充填系統(tǒng)砂倉(cāng)進(jìn)行沉淀，由于粒度較小，均無(wú)法完全自然沉淀。為了實(shí)現(xiàn)尾砂零排放目標(biāo)，蒼山鐵礦在原有充填砂倉(cāng)分別安裝了一套絮凝劑添加系統(tǒng)，加快細(xì)粒尾砂進(jìn)入砂倉(cāng)沉淀速度，實(shí)現(xiàn)了砂倉(cāng)完全溢流回清水，砂倉(cāng)沉淀尾砂達(dá)到一定濃度后再充填至井下采空區(qū)。

為了提高細(xì)粒尾砂的綜合利用率，蒼山鐵礦與聯(lián)合匯眾環(huán)?？萍加邢薰竞献鳎瑢⑸皞}(cāng)沉淀的部分細(xì)粒尾砂直接通過(guò)管道輸送至磚廠，磚廠將細(xì)粒料漿通過(guò)自然晾干和烘干的方式作為蒸壓加氣混凝土砌塊生產(chǎn)原料加以利用。蒸壓加氣混凝土砌塊生產(chǎn)所需原料主要為尾礦渣(70%)、生石灰(17%)、水泥(10%)、石膏(3%)[2]，主要用于框架結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)建筑的外墻充填、內(nèi)墻隔斷，也可以應(yīng)用于抗震圈梁構(gòu)造多層建筑的外墻或保溫隔熱復(fù)合墻體，還可以用于建筑屋面的保溫和隔熱，與傳統(tǒng)的黏土磚相比，蒸壓加氣混凝土砌塊可以節(jié)約土地資源，改善建筑墻體的保溫隔熱效應(yīng)，提高建筑節(jié)能效果。目前該制磚項(xiàng)目每年可消耗10萬(wàn)t細(xì)粒尾砂用于制作加氣混凝土砌塊，主要銷售于周邊地區(qū)，多用于房屋建筑使用，銷售市場(chǎng)表現(xiàn)良好。

2.4 尾礦砂分類處理流程

蒼山鐵礦通過(guò)干拋濕拋廢石全部外賣，尾砂安裝水力旋流器分級(jí)處理，旋流器底流大部分用于直接充填井下采空區(qū)，部分底流通過(guò)安裝礦用直線脫水篩脫水處理，生產(chǎn)的大顆粒尾砂供水泥廠，旋流器溢流及脫水篩篩下產(chǎn)物細(xì)粒尾砂通過(guò)增加絮凝劑添加系統(tǒng)，將細(xì)粒尾砂全部沉淀，部分供磚廠制作加氣混凝土砌塊，剩余部分全部充填至井下采空區(qū)。尾礦砂處理工藝流程見圖1。

圖1 尾礦砂處理工藝流程

3 結(jié) 語(yǔ)

蒼山鐵礦通過(guò)一系列的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了零廢石、零尾砂堆積排放，充分利用現(xiàn)有資源創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，最終實(shí)現(xiàn)了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，建設(shè)綠色礦山的目標(biāo)，為國(guó)內(nèi)類似礦山處理固廢提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。

[1] 司不知.尾礦濃縮地面堆放研究與應(yīng)用[J].中國(guó)礦山工程，2011(4)：22-25.

[2] 張 越.蒼山鐵礦尾礦砂綜合利用探討[J].工程技術(shù)：文摘版，2017(1)：269.