邢加勇

（銅陵有色鳳凰山礦業(yè)公司　安徽銅陵　244000）

立式砂倉(cāng)全尾砂高濃度放砂技術(shù)研究

邢加勇

（銅陵有色鳳凰山礦業(yè)公司安徽銅陵244000）

立式砂倉(cāng)是礦山充填采礦工藝中的一個(gè)關(guān)鍵部分，砂倉(cāng)底部排出尾砂濃度的高低通常是衡量工藝好壞的一個(gè)十分重要的參數(shù)。通常在研制砂倉(cāng)過(guò)程中，一直沒有非常有效的理論作為指導(dǎo)，運(yùn)用最多的是二種立式砂倉(cāng)即大高徑比的立式砂倉(cāng)，另一種砂倉(cāng)為高徑等比的砂倉(cāng)，由于大高徑比的砂倉(cāng)投資較大，我國(guó)現(xiàn)階段采用較多的是等高徑比的立式砂倉(cāng)居多，而該類砂倉(cāng)雖然投資較低，但放砂濃度也較低，且基本上實(shí)行的是間歇式充填，充填能力難于提高，因此對(duì)等高徑比砂倉(cāng)放砂技術(shù)的研究有著極其重要的意義。

等高徑比；孔隙壓力；“零米”放砂；濃縮；間歇式

1　制備料漿濃度與尾砂性能的關(guān)系

尾礦濃度是受尾礦特性所決定的，如尾礦比重、粒徑、細(xì)度、礦物成分、孔隙率、分子間孔隙壓力、粘性、稠度、濃縮時(shí)間等。尾礦漿體是由很多固體顆粒組成，部分固體顆粒彼此接觸，其中的間隙充滿或充有水。大量的試驗(yàn)和充填實(shí)踐證明，相同性能的尾礦在一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)尾礦的濃度又受尾礦沉降與濃縮時(shí)間，孔隙壓力等因素所制約，正是基于這一點(diǎn)，做好全尾礦性能的研究，是全面的做好等高徑比全尾砂高濃度制備技術(shù)的基石。

2　全尾砂與分級(jí)尾砂的特性差異

全尾砂和分級(jí)尾砂的特性是有所差異的，這一點(diǎn)己被大量的試驗(yàn)和實(shí)踐所證明，在制備高濃度上，對(duì)于兩者之間的差異我們大概可以這樣表述，全尾砂在連續(xù)制備過(guò)程中，更易實(shí)現(xiàn)高濃度，其原因是：在沉降及濃縮過(guò)程中，全尾砂自身的密實(shí)性，對(duì)上部水體有較大的阻礙作用，形面隔離層。在一定程度由于全尾砂的密實(shí)性和細(xì)粒級(jí)尾礦的增加，尾礦的粘性增大，從而切斷了與上面水體的聯(lián)系，特別對(duì)于尾砂粘性較大的高硫尾礦在砂倉(cāng)中更是如此，在一定程度上保證了高濃度持續(xù)放砂，分級(jí)尾砂在砂倉(cāng)中易沉降和板結(jié)，在造漿過(guò)程中一方面因粒徑較粗，難以活化，另一方面，在活化造漿過(guò)程中，需用大量的水進(jìn)行流態(tài)化，破壞了砂倉(cāng)內(nèi)料漿濃度的平衡，導(dǎo)致大量水體涌入放砂壓縮層，使?jié)舛却蠓认陆怠?/p>

3　等高徑比砂倉(cāng)制備高濃度技術(shù)研究

高濃度尾砂具有固體兼液體的特性，對(duì)于復(fù)雜混合流體，如果總試圖用牛頓流體的類似方法通過(guò)確定某種特定狀態(tài)下流體的粘度來(lái)描述流體的流變性能，就容易在理論上和實(shí)踐上造成一些誤解或困難。這里我們引進(jìn)一個(gè)流體力學(xué)模型：對(duì)于放砂規(guī)律的掌握大有幫助：

式中：τ-管壁切應(yīng)力（Pa）；τo-初始剪切應(yīng)力（Pa）；ηs-粘性系數(shù)（Pa·s）；u-孔隙壓力（Pa）；φ-內(nèi)摩擦角（°）；σ-總法向應(yīng)力（Pa）。

如果固體顆粒較大，流體中液體的滲透性很好，則在一定的外部條件下，式中孔隙壓力u基本一定；如果固體顆粒很小，混合體的滲透性比較差，則式中孔隙壓力u為時(shí)間的函數(shù)。流變學(xué)行為變化緩慢的流體廣義看作非穩(wěn)定流體。如果將這樣的流體當(dāng)作賓漢體，則不利于對(duì)問(wèn)題進(jìn)行客觀有效的分析，有時(shí)還可能起到誤導(dǎo)作用。充填料漿的輸送是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，僅用賓漢流體模型來(lái)分析對(duì)待是不夠的，而方程式中孔隙壓力的引入有望提高分析和計(jì)算的精度，從而提高砂倉(cāng)放砂性能和改善充填管道輸送情況。有了上述方程式，我們對(duì)于等高徑比砂倉(cāng)全尾砂連續(xù)放砂過(guò)程中的一系列問(wèn)題就易于解釋。

一般為提高放砂濃度都將立式砂倉(cāng)建的很高（20多米高），較高的立式砂倉(cāng)盡管可以提高放砂濃度，但是在放砂過(guò)程中也有不利的一面，即立式砂倉(cāng)底部沉淀尾砂的濃度較高時(shí)，尾砂將難以順利放出，這是由于尾礦顆粒間孔隙壓力的消失造成的，通常不得不在砂倉(cāng)底部注入水或氣體來(lái)加強(qiáng)沉淀尾砂的流動(dòng)性，但是水或氣體的加入會(huì)帶來(lái)一定的副作用，而且隨著人們對(duì)放砂濃度越來(lái)越高的要求，這種傳統(tǒng)的方法越來(lái)越力不從心。

等比立式砂倉(cāng)一般高10m（錐體部分體積不計(jì)），砂倉(cāng)直徑10m，錐體部分角度一般在30℃，為保證放砂濃度，砂位一般在6m以上（錐體部分體積不計(jì)），經(jīng)過(guò)12h左右的濃縮時(shí)間，濾去上面的溢流水，再進(jìn)行放砂，一般砂倉(cāng)有效容積在70%，生產(chǎn)過(guò)程中我們注意到，在單孔放砂的等高徑比立式砂倉(cāng)放砂過(guò)程中，圍繞放砂孔1.5m范圍內(nèi)的濃縮料漿的中央流速最快形成一個(gè)放砂漏斗，在砂位較高時(shí)，因等比砂倉(cāng)直徑較大，易形成放砂“死角”，加之尾砂的結(jié)塊性，四周的尾砂己經(jīng)固結(jié)成一個(gè)整體，所放尾砂或是中央沉降濃縮的低濃度尾砂，或是己板結(jié)的塊狀尾砂在風(fēng)水造漿外力作用下，倒塌，將放砂口堵塞，發(fā)生斷流現(xiàn)象。因此，要做好等高徑比砂倉(cāng)全尾砂高濃度料漿的連續(xù)排放就必須所制備的料漿具有孔隙壓力的存在，同時(shí)由于等高徑比砂倉(cāng)高度不夠，要想放出高濃度的尾砂就必須做好砂倉(cāng)內(nèi)的尾礦均化，必須采用控壓助流技術(shù)。

4　“零米”放砂技術(shù)的研究與實(shí)踐

金屬礦山制備料漿時(shí)在砂倉(cāng)內(nèi)當(dāng)漿體剛開始沉淀濃縮時(shí)，到達(dá)一定濃度的地方，由于顆粒間的液體不能及時(shí)地滲流出，在一定的時(shí)間內(nèi)，孔隙壓力是存在的，在試驗(yàn)中也觀察到了孔隙壓力存在的現(xiàn)象，當(dāng)沉淀的尾砂存放時(shí)間較長(zhǎng)后孔隙壓力逐漸消失，這時(shí)將顆粒分離開來(lái)，就需要克服較大的摩擦力，甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)的空隙壓力，這時(shí)顆粒間的臨界摩擦力即方程中的（σ-υ）tanφ項(xiàng)比較大，這些特性對(duì)于全尾砂來(lái)說(shuō)較分級(jí)尾砂更加明顯。所以在立式砂倉(cāng)生產(chǎn)實(shí)踐中新鮮的尾砂要較陳砂容易放出。同時(shí)這也是全尾砂連續(xù)排放的關(guān)鍵，同時(shí)正是由于全尾砂粘度的增加，特別是粗粒級(jí)全尾砂由于粒經(jīng)的變化，孔隙率降低，為全尾砂濃度的提高和放砂的連續(xù)性提供了保障，實(shí)際上，方程后一部分由于粘性產(chǎn)生的力不僅是液體部分的粘性而產(chǎn)生的，固體顆粒也會(huì)對(duì)之產(chǎn)生很大的影響。關(guān)于混合體的粘度，愛因斯坦、托馬斯都進(jìn)行過(guò)相當(dāng)有成就的研究，從其的結(jié)論中可以大致得出這樣一個(gè)啟示，一定的混合體的粘度是固體體積濃度的函數(shù)，是有極值的?！傲忝住狈派凹夹g(shù)也就是在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。即當(dāng)尾砂達(dá)到似膏體濃度時(shí)，尾礦自身的粘性阻礙了上部水體進(jìn)入放砂濃縮層的水力聯(lián)系，并保證砂位的相對(duì)恒定，一般砂位在2m左右就可實(shí)現(xiàn)似膏體連續(xù)放砂，由于等高徑比砂倉(cāng)的砂位受到限制，通過(guò)砂位來(lái)保證濃度受到限制，這時(shí)有必要通過(guò)對(duì)周邊的料漿進(jìn)行均化，用“隱形“活化保證放砂濃度，換句話說(shuō)，在一定條件下，充填能力與砂倉(cāng)容積無(wú)關(guān)，這一點(diǎn)目前的冬瓜山銅礦和河北鋼鐵公司的石人溝鐵礦、祟禮紫金礦業(yè)公司走出了一條新路。

5　結(jié)論

（1）通過(guò)等高徑比立式砂倉(cāng)的生產(chǎn)實(shí)踐表明，在一定條件下，砂倉(cāng)的放砂濃度與砂位“無(wú)關(guān)”。

（2）在一定條件下，即一定砂位環(huán)境中放砂濃度與砂倉(cāng)的幾何形狀無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)在同一高度和濃縮條件下，其濃度是相同的，這一點(diǎn)對(duì)于深錐立式砂倉(cāng)或是深錐濃密機(jī)可以提高尾礦制備濃度可進(jìn)一步探討。

（3）在一定條件下，充填能力與砂倉(cāng)容積無(wú)關(guān)。

（4）任何形式的造漿均為一種助流或是流態(tài)化的方法，與提高濃度無(wú)關(guān)，尾砂料漿濃度是由自身物理化學(xué)性質(zhì)所決定的，造漿噴嘴只是一個(gè)助流的小設(shè)施。

（5）具有一定比例的細(xì)粒級(jí)和粘性的尾礦對(duì)于保證尾礦濃度有一定的益處。

[1]一種新型助凝劑在某礦尾礦絮凝沉降中的應(yīng)用.金屬礦山（CN34-1005/ TD）.

[2]立式砂倉(cāng)噴咀活化全尾砂高濃度連續(xù)充填試驗(yàn).金屬礦山（CN34-1005/ TD）.

[3]冬瓜山銅礦極細(xì)粒級(jí)全尾砂高濃度連續(xù)放砂實(shí)踐.有色金屬（CN11-1839/TF），2008（5）.

[4]冬瓜山銅礦全尾砂快速沉降與高濃度輸送的實(shí)現(xiàn).中國(guó)礦山工程（CN11-5068/TF），2008，37（4）.

TD853.34

A

1673-0038（2015）38-0265-02

2015-9-2