羅寺溝尾礦庫細(xì)粒微細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)研究

文啟付 杜 博 王 靜

(河南安鋼集團(tuán)舞陽礦業(yè)有限責(zé)任公司，河南 舞鋼 462500)

0 引言

羅寺溝尾礦庫緊臨舞鋼市區(qū)，下游約800 m處有村莊、田崗水庫和省道七蟻公路，東南距鐵山礦區(qū)鐵古坑采場約4 km，屬山谷型尾礦庫，設(shè)計總庫容為2 300 萬m3、最終堆積標(biāo)高+168.5 m和堆積總高68.5 m[1]。初期壩采用不透水粘土筑壩，于1972年建成。2008年至2012年，公司對尾礦庫多期子壩出現(xiàn)沼澤化的安全隱患進(jìn)行災(zāi)害綜合治理，在緊臨原壩下游用露采剝離巖石一次性修筑廢石壩，最終標(biāo)高168.5 m，壩體中軸線長1 800 m，原始地貌為透水心墻廢石壩，最低處長89 m，其余為不透水粘土心墻廢石壩，新增庫容596 萬m3。災(zāi)害治理后總庫容2 896 萬m3；庫等別由三等庫提高到二等庫；新增一排水系統(tǒng)，由框架擋板式排水井和隧洞組成，防洪標(biāo)準(zhǔn)由五十年一遇提高到一千年一遇[1]。2012年，鐵山礦區(qū)采礦由露采轉(zhuǎn)入地采，采用充填法開采，尾礦經(jīng)分級后細(xì)粒部分輸送到尾礦庫。2016年6月，趙案莊王道行礦區(qū)微細(xì)粒和細(xì)粒尾礦開始輸送到尾礦庫。為此，兩礦區(qū)細(xì)粒尾礦均入庫，給尾礦庫安全生產(chǎn)帶來了挑戰(zhàn)，需對細(xì)粒微細(xì)粒尾礦入庫如何排放等進(jìn)行綜合研究。

1 運行現(xiàn)狀

趙案莊王道行礦區(qū)微細(xì)粒尾礦排到老庫區(qū)，入庫后在壩前難沉淀，干灘平緩，已堆積到溢流塔附近，影響到溢流塔的排水質(zhì)量。目前，尾砂堆積壩子壩壩頂標(biāo)高156.3 m，壩前堆積干灘灘頂高平均154.5 m，干灘坡度<1%，溢流塔出水口標(biāo)高150.50 m。子壩距溢流斜槽650 m，距溢流塔1 100 m。

廢石壩與尾砂堆積壩之間形成的三角區(qū)，由鐵山礦細(xì)粒尾礦排放堆積，見圖1。三角區(qū)現(xiàn)已堆積到148.5 m標(biāo)高，堆積到尾砂堆積子壩標(biāo)高尚需115.33 萬m3。

圖1 羅寺溝尾礦庫現(xiàn)狀圖

2 安全隱患

2.1 趙案莊王道行礦區(qū)尾礦排入尾礦庫產(chǎn)生的安全隱患

趙案莊王道行礦區(qū)排入尾礦庫的細(xì)粒、微細(xì)粒尾礦-0.038 mm占61.68%，難沉淀，部分在水中呈懸浮狀態(tài)，直接推進(jìn)到溢流塔附近，回水水質(zhì)不能滿足選礦生產(chǎn)要求。堆積壩前干灘抬升緩慢，干灘坡度過緩，平均坡度<1%，形成汛期最小干灘長度100 m時安全超高不能滿足要求。若因回水水質(zhì)問題，封溢流塔抬高排水標(biāo)高，又引起汛期調(diào)洪庫容不足。

2.2 鐵山礦區(qū)尾礦排入尾礦庫產(chǎn)生的安全隱患

三角區(qū)原尾礦堆存工藝為鐵山礦區(qū)尾礦經(jīng)旋流器濃縮分級后沉沙堆積在三角區(qū)，溢流排入老庫區(qū)。為了加快三角區(qū)尾礦堆存抬升速度，細(xì)粒尾礦不經(jīng)旋流器濃縮分級直接排入三角區(qū)。細(xì)粒尾礦直排后，造成微細(xì)粒尾礦無規(guī)律堆積，局部形成隔水層，部分堆積在透水壩段附近，直接影響透水壩的透水性。

3 細(xì)粒微細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)研究

3.1 入庫尾礦的礦物組成

趙案莊王道行礦區(qū)選礦產(chǎn)生的尾礦經(jīng)分級排入尾礦庫的細(xì)粒微細(xì)粒部分，取樣做物相鑒定，主要礦物為蛇紋石，占總量的75%以上，其余為白云石、角閃石、古銅輝石和石膏等；取樣化學(xué)分析，全鐵礦品位TFe 4.50%，磁性鐵mFe 0.75%。蛇紋石經(jīng)選礦工藝后部分泥化，懸浮于水中難沉淀。

鐵山礦區(qū)尾礦經(jīng)分級排入尾礦庫的細(xì)粒部分，取樣做物相鑒定，主要礦物為石英和單斜輝石，占總量的90%以上，其余為玉髓、角閃石和方解石等；取樣化學(xué)分析，全鐵礦品位TFe 11.00%，磁性鐵mFe 1.20%。鐵山礦區(qū)分級后細(xì)粒尾礦中含少量的微細(xì)粒，整體易沉淀。

3.2 趙案莊王道行礦區(qū)微細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)試驗研究

3.2.1 充填站濃縮池溢流尾礦砂漿沉淀試驗

充填站30 m濃縮池取溢流樣，將礦漿靜置澄出上層澄清液備用，預(yù)先測定下層礦漿的固體和水分的重量。為保證礦漿的粒度、泡沫粘度等條件與生產(chǎn)一致，用原試樣的澄清液配制不同濃度的礦漿。試驗用1 000 ml量筒取等量、等濃度的礦漿充分混合后分四組樣，靜止觀察各量筒中礦漿的沉降情況取平均值。沉淀試驗結(jié)果見表1。通過自然沉降試驗，該微細(xì)粒尾礦為難沉淀尾礦。

表1 充填站濃縮池溢流尾礦砂漿自然沉降試驗結(jié)果

3.2.2 旋流器濃縮分級與壓濾機(jī)壓濾對比試驗

根據(jù)充填站濃縮池溢流沉淀試驗結(jié)果，選用FX200、FX150、FX125和FX100四種型號的旋流器在尾礦庫現(xiàn)場進(jìn)行濃縮分級試驗。各型號旋流器在尾礦濃度、壓力相同的條件下進(jìn)行濃縮分級試驗，分別對比在8 h、24 h、48 h和72 h內(nèi)濃縮后沉沙堆積量的多少和溢流中含尾礦的濃度。經(jīng)對比試驗，F(xiàn)X150型旋流器在相同時間內(nèi)，沉沙量最多，溢流中尾礦濃度最低濃縮分級效果好，且運行成本低。

微細(xì)粒尾礦經(jīng)壓濾機(jī)壓濾試驗，壓濾后含水量約30%。壓濾后的微細(xì)粒尾礦呈團(tuán)塊狀，不流動，現(xiàn)場需頻繁架設(shè)皮帶運輸和機(jī)械二次搬運，對現(xiàn)場施工場地要求較高。

尾礦壓濾相對旋流器濃縮，現(xiàn)場占用場地大，作業(yè)條件要求高，效率低，能耗高，運行成本高。

3.2.3 土工布過濾試驗

旋流器溢流尾礦粒度細(xì)、濃度低、難沉淀，排放到尾砂堆積壩前干灘上，易沖刷干灘；懸浮物直接飄浮到溢流塔附近，影響回水水質(zhì)。干灘上用木桿和錨網(wǎng)圍成50 m×50 m的田字格，周邊分別鋪500 g/m2、200 g/m2和100 g/m2的土工布。旋流器溢流排放到不同田字格中進(jìn)行過濾試驗。見圖2。

圖2 土工布過濾試驗

通過試驗對比，200 g/m2土工布在相同單位時間內(nèi)過濾效果較好，處理量多，過濾后的水質(zhì)滿足回水水質(zhì)要求，經(jīng)濟(jì)合理。

3.3 鐵山礦區(qū)細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)試驗研究

鐵山礦區(qū)細(xì)粒尾礦中微細(xì)粒含量較少，整體易沉淀。為在廢石透水壩段壩前迅速抬升，采用縮小排礦口增加排放管和排放管端部安裝橫管(Φ100 mm橫管長6 m，兩端封閉，300 mm等間距開孔30 mm)均勻放礦兩種方案進(jìn)行試驗,見圖3。通過現(xiàn)場對比試驗，增加放礦管并在端部安裝橫管的方案，在相同單位時間內(nèi)透水壩前沉淀堆積尾礦量較多。對比兩種方案，放礦管端部安裝橫管的方案，有效降低了尾礦在壩前的流速，加速了細(xì)粒尾礦在壩前的沉淀，維護(hù)工作量小，運行穩(wěn)定，效果好。

圖3 增加排放管進(jìn)行堆存技術(shù)試驗

4 細(xì)粒微細(xì)粒尾礦堆存技術(shù)新方案運行效果

通過對微細(xì)粒尾礦在羅寺溝尾礦庫堆存技術(shù)的研究，探索出“難沉淀微細(xì)粒尾礦-小直徑旋流器濃縮-沉沙壩前干灘堆存-溢流排入土工布圍成的田字格中沉淀-過濾后的水進(jìn)入儲水區(qū)”一整套全新技術(shù)方案。依據(jù)新技術(shù)方案確定的參數(shù)，趙案莊王道行礦區(qū)微細(xì)粒尾礦通過FX150旋流器濃縮，沉沙在壩前干灘堆積，溢流排入用木桿、錨網(wǎng)和土工布圍成的田字格中沉淀和過濾。新堆存技術(shù)方案經(jīng)1.5年的運行，堆積壩干灘灘頂高程整體抬高約1.5 m；離八期子壩中軸線200 m范圍內(nèi)干灘上的50 m×50 m田字格中微細(xì)粒尾礦沉淀效果明顯，干灘平均坡度達(dá)1.5%，局部達(dá)2%；干灘坡度、安全超高和最小干灘長度等均達(dá)到安全生產(chǎn)要求；水經(jīng)過土工布過濾后進(jìn)入儲水區(qū)，回水水質(zhì)滿足選礦生產(chǎn)要求；溢流塔排水標(biāo)高未抬高，調(diào)洪庫容滿足汛期要求。

鐵山礦區(qū)細(xì)粒尾礦增加排放管并在端部安裝橫管分散放礦的新方案，經(jīng)實踐有效降低了尾礦在緊臨壩前干灘上的流速，加速了尾礦的沉淀，同時增加了透水壩段壩前堆積尾礦的滲透性。新方案運行1年，透水壩壩前干灘尾礦堆積抬高約5 m，向庫內(nèi)由粗粒到細(xì)粒分級堆積明顯，有效保證了透水壩段的透水性。

5 結(jié)語

通過對鐵山和趙案莊王道行兩礦區(qū)微細(xì)粒、細(xì)粒尾礦的礦物組成、沉淀試驗和堆存技術(shù)的綜合研究，有效解決了在羅寺溝尾礦庫的堆存困難，實現(xiàn)了干灘坡度、最小干灘長度、安全超高和調(diào)洪庫容等均滿足安全生產(chǎn)運行要求，回水水質(zhì)滿足選礦生產(chǎn)要求。