甕福磷礦磷尾礦全尾充填工藝研究

李 松

（甕福（集團(tuán)）有限責(zé)任公司）

隨著礦山逐年開采，選礦產(chǎn)生的尾礦均排放到尾礦庫進(jìn)行堆存，尾礦庫庫存逐漸縮小對(duì)礦山可持續(xù)發(fā)展帶來影響。為解決礦山可持續(xù)發(fā)展問題，研究尾礦綜合利用實(shí)施全尾充填勢(shì)在必行［1］。甕福磷礦現(xiàn)有充填系統(tǒng)與全尾充填系統(tǒng)的匹配性尚不可知，需開展試驗(yàn)解決上料系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)匹配性等工藝問題，同時(shí)通過開展磷尾礦全尾充填工藝研究［2］，驗(yàn)證不同充填配比充填體強(qiáng)度［3］，在滿足安全和經(jīng)濟(jì)的條件下，采用新型膠凝材料替代水泥［4-5］，從而降低充填成本，探索出適合甕福磷礦全尾充填的工藝技術(shù)方案，多消耗尾礦從而延長(zhǎng)礦山服務(wù)年限。

1 磷尾礦全尾充填新工藝系統(tǒng)匹配性研究

1.1 脫水尾礦上料系統(tǒng)研究

由于脫水尾礦仍然有部分水份，其含水率大致在12%～20%，利用圓盤給料機(jī)進(jìn)行脫水尾礦的上料，存在很大的難度。根據(jù)國內(nèi)現(xiàn)有的上料系統(tǒng)，通過對(duì)比研究選擇合適的上料系統(tǒng)進(jìn)行脫水尾礦的上料，并觀察上料系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定性和計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

1.1.1 脫水尾礦參數(shù)

脫水尾礦參數(shù)：含水率約為12%（質(zhì)量濃度），尾砂粒級(jí)-200目占比72%以上，黏性略大。

1.1.2 利用圓盤給料機(jī)上料系統(tǒng)進(jìn)行脫水尾礦的上料試驗(yàn)

利用原有的圓盤給料機(jī)進(jìn)行脫水尾礦的上料試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)脫水尾礦因含有部分水份且黏性較大，在圓盤給料機(jī)出料口無法給料，經(jīng)過整改仍無法進(jìn)行上料。

1.1.3 利用雙螺旋上料系統(tǒng)進(jìn)行脫水尾礦的上料試驗(yàn)

通過試驗(yàn)，雙螺旋給料機(jī)一直無法正常工作，每次在空倉情況下投料后，雙螺栓立即被壓停，無論是降低頻率還是啟動(dòng)倉壁振動(dòng)器均不能使其恢復(fù)工作（圖1）。通過討論對(duì)料倉進(jìn)行改造，在料倉內(nèi)加斜板以縮小下面卸料口尺寸，減少倉壓對(duì)雙螺旋的影響（圖2）。

改造后對(duì)下料倉進(jìn)行多次調(diào)整試驗(yàn)，仍存在料倉中物料起拱、倉內(nèi)物料無法順暢排出、給料量不能滿足設(shè)計(jì)要求等問題，未能從根本上解決雙螺旋給料機(jī)不能正常工作的問題。

1.1.4 利用皮帶機(jī)上料系統(tǒng)進(jìn)行脫水尾礦的上料試驗(yàn)

通過分析其他礦山的雙螺旋給料機(jī)整改方案及類似物料給料成功案例，確定雙螺旋給料機(jī)的改造方案：將雙螺旋輸送機(jī)更換為拖料皮帶機(jī)（圖3），增加破拱裝置（圖4）。割掉料斗部分錐體，做1臺(tái)CWG-10型尾砂給料機(jī)（含破拱裝置及拖料皮帶機(jī)），連接至原料斗錐體，支腿固定于混凝土基礎(chǔ)之上。

經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的儲(chǔ)砂漏斗適合于脫水尾砂、尾礦庫尾砂等黏性物料的上料緩存及穩(wěn)定給料，料斗內(nèi)部設(shè)置的破拱裝置可將結(jié)拱物料破拱打散，底部的拖料皮帶均勻穩(wěn)定出料，能夠準(zhǔn)確計(jì)量。

1.2 充填系統(tǒng)匹配研究

磷尾礦相比細(xì)砂，其顆粒更細(xì)，當(dāng)采用全尾砂充填時(shí)，其充填料漿更為黏稠，現(xiàn)用的攪拌系統(tǒng)能否進(jìn)行全尾充填料漿的攪拌需要試驗(yàn)研究，并根據(jù)其攪拌效果對(duì)攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速等指標(biāo)進(jìn)行分析，從而選擇適用于全尾充填的攪拌系統(tǒng)。

全尾砂充填將采用自流和泵送進(jìn)行料漿輸送，由于全尾充填料漿濃度高，尾砂黏度大，在試塊試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)高濃度全尾砂料漿呈膏狀。通過對(duì)不同濃度的全尾砂充填料漿進(jìn)行坍落度試驗(yàn)研究，測(cè)定其流動(dòng)性，從而選擇合適的充填料漿濃度，滿足在現(xiàn)有充填泵的情況下進(jìn)行泵送充填和部分空區(qū)自流充填。

1.2.1 攪拌系統(tǒng)研究

通過現(xiàn)有的尾砂充填系統(tǒng)進(jìn)行不同濃度（69%、71%、73%）全尾砂料漿制作與輸送，根據(jù)試驗(yàn)情況，高濃度的全尾砂充填料漿在充填過程中沒有發(fā)生堵管，現(xiàn)有的尾砂充填系統(tǒng)能夠匹配全尾砂充填，其攪拌系統(tǒng)各指標(biāo)均在正常范圍之內(nèi)。

1.2.2 輸送系統(tǒng)研究

利用充填泵進(jìn)行全尾砂充填輸送，根據(jù)井下出料口料漿的流動(dòng)情況，尾砂充填的輸送系統(tǒng)能夠匹配全尾砂充填。根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算全尾砂充填自流倍線，選擇充填倍線逐步擴(kuò)大的空區(qū)進(jìn)行自流充填，全尾充填自流試驗(yàn)較為順利，現(xiàn)自流充填倍線已擴(kuò)大到9.6（充填倍線N=L/H，其中，L為充填管線長(zhǎng)度，m；H為充填垂直高度，m）。

2 全尾充填體強(qiáng)度研究

根據(jù)前期尾砂的研究成果，選擇合適的配比濃度進(jìn)行全尾砂試塊試驗(yàn)，根據(jù)試塊的抗壓強(qiáng)度選擇合適的全尾砂充填配比［3］。

2.1 試塊試驗(yàn)情況

通過試驗(yàn)室完成了全尾礦試塊制作（膠結(jié)劑為425水泥），全尾礦料漿濃度為67%～77%，灰砂比分別為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9，新型膠凝材料替代10%～30%水泥（圖5）。

同時(shí)根據(jù)前期尾礦+細(xì)砂充填工業(yè)試驗(yàn)的情況，工業(yè)試驗(yàn)巖芯強(qiáng)度均大于試驗(yàn)室試塊強(qiáng)度，通過對(duì)比分析，本次全尾礦充填工業(yè)試驗(yàn)料漿濃度均選擇71%，分別選擇灰砂比為1∶5、新型膠凝材料替代30%水泥，灰砂比為1∶6、新型膠凝材料替代20%水泥，灰砂比為1∶7、新型膠凝材料替代20%水泥，灰砂比為1∶8、新型膠凝材料替代10%水泥，灰砂比為1∶9、新型膠凝材料替代10%水泥全尾充填方案進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)［4-5］（試驗(yàn)示意圖見圖6）。

2.2 工業(yè)試驗(yàn)充填體強(qiáng)度情況

充填體初凝情況：根據(jù)全尾充填工業(yè)試驗(yàn)實(shí)際情況分析，當(dāng)灰砂比1∶5、新型膠凝材料替代30%水泥時(shí)，全尾充填初凝時(shí)間為48 h，工業(yè)試驗(yàn)每隔2 d充填1次。按照全尾充填工業(yè)試驗(yàn)方案逐步實(shí)施充填，待充填完成后進(jìn)行28 d養(yǎng)護(hù)，開展不同配比巖芯取樣工作（圖7），并進(jìn)行抗壓試驗(yàn)（圖8）。

充填體試塊取樣強(qiáng)度情況：灰砂比1∶5、新型膠凝材料替代30%水泥時(shí)，取樣22個(gè)試塊，強(qiáng)度最高為1.878 MPa，最低為0.918 MPa，平均為1.37 MPa；灰砂比為1∶6、新型膠凝材料替代20%水泥時(shí)，取樣18個(gè)試塊，強(qiáng)度最高為1.55 MPa，最低為1.36 MPa，平均為1.36 MPa；灰砂比為1∶7、新型膠凝材料替代20%水泥時(shí)，取樣39個(gè)試塊，強(qiáng)度最高為1.62 MPa，最低為0.7 MPa，平均為1.17 MPa；灰砂比為1:8、新型膠凝材料替代10%水泥時(shí)，取樣30個(gè)試塊，強(qiáng)度最高為1.18 MPa，最低為0.87 MPa，平均為0.87 MPa；灰砂比為1∶9、新型膠凝材料替代10%水泥時(shí)，取樣8個(gè)試塊，強(qiáng)度最高為1 MPa，最低為0.85 MPa，平均為0.99 MPa。

巖芯取樣平均強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度1.5 MPa的有：灰砂比為1∶5、新型膠凝材料替代30%水泥，灰砂比為1∶6、新型膠凝材料替代20%水泥，灰砂比為1∶7、新型膠凝材料替代20%水泥，灰砂比為1∶8、新型膠凝材料替代10%水泥。通過對(duì)其平均強(qiáng)度與成本進(jìn)行分析，建議利用灰砂比為1∶5、新型膠凝材料替代30%水泥方案來替代現(xiàn)在底部15 m采用灰砂比為1:4、新型膠凝材料替代30%水泥；利用灰砂比為1∶8、新型膠凝材料替代10%水泥方案來替代灰砂比為1∶6、新型膠凝材料替代30%水泥的方案進(jìn)行空區(qū)充填。充填成本相比之前的尾砂充填下降了15%。

3 結(jié)論

（1）尋找到一種有效的上料系統(tǒng)解決含水物料的上料問題。由于脫水尾礦含有部分水份且黏度較大，長(zhǎng)時(shí)間靜置容易結(jié)塊，像這種含有水份的物料，利用皮帶機(jī)上料，同時(shí)需要通過增加破拱裝置將其打散，防止物料結(jié)塊，再進(jìn)行上料。

（2）完成了尾砂充填系統(tǒng)和全尾砂充填系統(tǒng)的匹配，打通了全尾砂充填工藝。通過對(duì)全尾砂充填的每個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，解決了相關(guān)問題，打通工藝流程。

（3）尋找到了全尾砂充填極限自流倍線的計(jì)算方法。通過對(duì)全尾砂充填進(jìn)行分析，全尾砂充填料漿屬于似均質(zhì)流體，且充填料漿基本在紊流狀態(tài)下輸送，根據(jù)金川公式算出了的充填的水力坡度，利用極限倍線公式，得出了的極限自流倍線。

（4）優(yōu)化充填配比，降低了充填成本。通過制作不同配比的試塊試驗(yàn)并結(jié)合尾砂充填巖芯取樣的情況，合理的選擇配比進(jìn)行全尾砂充填工業(yè)試驗(yàn)，找到了滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度的優(yōu)化配比，能降低充填成本15%。

（5）提高磷尾礦的綜合利用。以每年100萬t級(jí)礦石生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算，實(shí)施全尾充填每年將多消耗干尾礦20萬t。