楊昌龍 王海龍 林 敏 王謙源

（1.安徽廬江龍橋礦業(yè)有限公司；2.青島理工大學(xué)科技發(fā)展總公司）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，我國尾礦堆存量為195億t，82%為鐵礦、銅礦、金礦和磷礦采選產(chǎn)生的尾礦和廢石［1］。2018年的排放總量約為12.11億t，其中鐵尾礦4.76億t，占當(dāng)年尾礦排放量的39.31%［2-3］。地面堆存尾礦造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，如何利用和處置一直礦山面臨的嚴(yán)重問題。

目前，我國尾礦的綜合利用率為14%，鐵礦石尾礦的利用率僅為7%左右［4］，與發(fā)達(dá)國家綜合利用率已達(dá)到了60%相比，還存在很大的差距。為減少地面堆存尾砂的環(huán)境壓力，近年來，我國積極推廣充填技術(shù)研究，但對(duì)很多礦山來說，全采全充也仍有部分甚至一半尾砂需要地面排放。

資源利用受技術(shù)和效益所限，目前用量較大的主要是建材和建筑行業(yè)［5］，而且主要側(cè)重于粗尾砂，細(xì)尾砂的資源利用率極低。為解決礦山的無尾排放問題，行業(yè)認(rèn)為全尾砂粗、細(xì)分離，井下膠結(jié)充填細(xì)尾砂，非膠結(jié)充填和商業(yè)利用多余粗尾砂是一條有效途徑，不僅可以解決尾砂排放問題，還可降低充填成本，提高礦山效益。本研究主要結(jié)合龍橋鐵礦的實(shí)際情況，研究分析上述思路的可行性。

1 尾砂排放與處理情況

龍橋鐵礦原礦生產(chǎn)能力為300萬t/a，年排放全尾砂量為117.75萬t，按全采全充考慮，每年只能消耗全尾砂79.15萬t，剩余尾砂38.6萬t，占尾砂排放量的32.8%。由于尾礦庫已經(jīng)飽和，目前多余尾砂用于充填處理原崩落法采礦產(chǎn)生的大空區(qū)，幾年后，大空區(qū)處理完畢，如何處理剩余尾砂是礦山后期面臨的突出問題。

為解決剩余尾砂處理問題，龍橋鐵礦建設(shè)了一套全尾砂分級(jí)處理系統(tǒng)，系統(tǒng)由分級(jí)旋流器組、濃密池、振動(dòng)脫水篩、板框壓濾機(jī)等組成。粗尾砂來自旋流器底流，經(jīng)振動(dòng)脫水篩脫掉泥水形成；細(xì)尾砂則來自旋流器溢流，經(jīng)濃密池濃縮后，板框壓濾機(jī)脫水形成，粗尾砂和細(xì)尾砂的分級(jí)比例約為4∶6。該系統(tǒng)目前主要用于充填停歇時(shí)的剩余尾砂處理。粗尾砂商業(yè)利用效果不錯(cuò)，壓濾細(xì)尾砂則很難處理，暫時(shí)內(nèi)部制磚，但用量有限。

2 細(xì)尾砂充填可行性

細(xì)尾砂充填的核心是膠凝材料，即必須使用高性能膠固料——膠固粉。

對(duì)龍橋鐵礦全粒級(jí)尾砂和中礦跑混溢流超細(xì)尾砂及部分其它礦山的溢流細(xì)尾砂，采用青島理工大學(xué)研發(fā)的膠固料進(jìn)行了膠結(jié)充填固化對(duì)比試驗(yàn)。各礦尾砂-400目細(xì)度情況:龍橋鐵礦全粒級(jí)尾砂-400目質(zhì)量占比65.8%、龍橋鐵礦中礦跑混溢流尾砂-400目質(zhì)量占比92.5%；福建鑫源金礦溢流細(xì)尾砂-400目質(zhì)量占比97.8%。

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

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主要結(jié)論:

（1）高性能膠固料完全可以解決超細(xì)尾砂充填問題，-400目細(xì)尾砂接近98%的鑫源金礦細(xì)尾砂使用膠固料145 kg/m3，28 d強(qiáng)度達(dá)到2.54 MPa；而龍橋鐵礦全粒級(jí)尾砂使用膠固料為122.7 kg/m3，28 d強(qiáng)度達(dá)到2.04 MPa；龍橋鐵礦中礦跑混溢流細(xì)尾砂使用膠固料為118.2 kg/m3，28 d強(qiáng)度達(dá)到1.95 MPa。

（2）普通膠固料也有較大的強(qiáng)度差異。采用普通膠固料需要較高的充填成本。

3 粗尾砂滲透性試驗(yàn)及非膠結(jié)充填可行性

3.1 分級(jí)粗尾砂粒度分析

龍橋鐵礦的分級(jí)粗尾砂粒度篩分結(jié)果見表2。可見，-400目的不到5%，粒級(jí)主要在100目以上。

3.2 粗尾砂滲透試驗(yàn)及結(jié)論

用變水頭滲透儀檢測(cè)了龍橋鐵礦現(xiàn)分級(jí)粗尾砂的滲透系數(shù)，變水頭滲透系數(shù)按下式計(jì)算。

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式中，a為試樣截面積，m2；A為變水頭管的斷面積，cm2）；L為滲徑，即試樣高度，cm；t1，t2分別為測(cè)讀水頭的起始和終止時(shí)間，s；H1，H2分別為起始和終止水頭，m。

龍橋鐵礦粗尾砂的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。將測(cè)得的幾個(gè)滲透系數(shù)中較接近的幾個(gè)，求其算數(shù)平均值，得到平均滲透系數(shù)為0.001 7 cm/s?？梢姡摯治采皾B透系數(shù)較大，若濾排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)得當(dāng)，能夠排出孔隙水，可以保證非膠結(jié)充填的安全。

注:a、L、A、t等字母含義見式（1）。

4 充填系統(tǒng)改造與有關(guān)問題

龍橋鐵礦現(xiàn)有2套充填系統(tǒng):立式砂倉充填系統(tǒng)和深錐濃密機(jī)充填系統(tǒng)。前者除配置立式攪拌桶外，還配置1套皮帶上料系統(tǒng)，后者則配置臥式雙軸攪拌機(jī)。因充填料漿制備濃度低，立式砂倉系統(tǒng)目前處于閑置狀態(tài)，正在使用的是深錐濃密機(jī)系統(tǒng)。深椎濃密機(jī)制漿效果較好，可達(dá)到似膏體濃度水平，雙軸攪拌系統(tǒng)基本滿足攪拌要求，稍加升級(jí)改造，即可滿足細(xì)尾砂制漿要求。

如需采用粗尾砂非膠結(jié)充填，可考慮啟用原立式砂倉系統(tǒng)的皮帶上料、攪拌桶制漿，利用原充填管路充填。

因此，對(duì)該礦原充填系統(tǒng)稍加改造，投資不大，即可解決全尾砂粗細(xì)分離，膠結(jié)充填細(xì)尾砂，非膠結(jié)充填或商業(yè)利用粗尾砂問題，達(dá)到無尾排放的目標(biāo)。但需要解決好下述2個(gè)問題。

（1）優(yōu)化選擇全尾砂粗細(xì)分離的合理分級(jí)點(diǎn)，滿足細(xì)尾砂全部充填需要。如需非膠結(jié)充填部分粗尾砂，則需適當(dāng)增加粗尾砂的分級(jí)比例。

（2）采用高性能膠固料，滿足細(xì)尾砂固化程度需要，降低充填成本。

5 結(jié)論與建議

（1）只要采用高性能膠固料，膠結(jié)充填細(xì)尾砂完全可以在用量不大的情況下得到較高的強(qiáng)度。

（2）粗尾砂的滲透系數(shù)雖然不高，但只要濾排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)得當(dāng)，完全可用于空區(qū)非膠結(jié)充填。

（3）原充填系統(tǒng)稍加改造，即可在投資不大的情況下，滿足膠結(jié)充填細(xì)尾砂、非膠結(jié)充填粗尾砂需要。

（4）建議選用高性能膠固料，優(yōu)化選擇全尾砂粗、細(xì)分離的合理分級(jí)點(diǎn)。