吳 紅 潘 猛 齊美超 王 琦 孫春海

（安徽馬鋼張莊礦業(yè)有限責(zé)任公司）

選礦作業(yè)過程中將有用目標(biāo)組分含量較低且無法利用的部分稱為尾礦。據(jù)統(tǒng)計，礦山產(chǎn)出的尾礦占工業(yè)固體廢物的30%，但其利用率僅為7%［1-3］，不僅給生態(tài)環(huán)境造成了破壞，也給企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展帶來了影響。目前，對于尾礦的利用主要有井下充填和干排處理，尾礦的綜合利用及可持續(xù)綠色發(fā)展是當(dāng)前礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中必須考慮的因素。為此，對馬鋼張莊礦全粒級鐵尾礦進行了試驗研究，以提高資源利用率。

1 概況

馬鋼張莊礦選礦廠建設(shè)規(guī)模500萬t/a，為響應(yīng)國家綠色礦山建設(shè)，提高尾礦資源利用率，張莊礦探索取消尾礦庫、全尾充填的生產(chǎn)模式。選礦廠尾砂經(jīng)兩段濃密機濃縮，其中一段濃密機為1臺φ50 m濃密機，底流濃度為25%，由泵輸送至充填站的1臺φ20 m深錐濃密機進行濃縮，濃密機底流濃度為68%，然后充填至井下。

為進一步提高尾礦資源利用率，張莊礦繼續(xù)對尾礦處理進行探索研究，研發(fā)了一套尾礦干排處理系統(tǒng)，該尾礦干排處理系統(tǒng)分為粗粒尾礦干排和細(xì)粒尾礦干排。其中，粗粒尾砂干排項目由水力旋流器和直線篩組成，φ50 m濃密機底流分流一部分經(jīng)水力旋流器分級，直線振動篩脫水后，篩上物料厚度達10 cm，粗粒尾砂產(chǎn)率53.0%，含水率17.73%，2018年已形成穩(wěn)定產(chǎn)線，具備30萬t/a的生產(chǎn)能力。本文重點論述在粗粒尾礦處理過程中，由水力旋流器溢流和振動脫水篩篩下形成的細(xì)粒級尾礦的干排處理方式。

2 工藝流程

張莊礦選廠尾礦干排處理系統(tǒng)按60萬t/a設(shè)計，粗粒級和細(xì)粒級各30萬t/a，日均生產(chǎn)能力各約1 000 t。尾礦取自濃縮大井（φ50 m）底流，底流濃度25%，由泵輸送至旋流器濃縮分級，粗粒級由直線振動篩脫水處理后形成粗砂；旋流器溢流混合直線振動篩篩下細(xì)粒級尾礦至深錐濃密機濃縮，再采用陶瓷過濾機進行脫水形成細(xì)砂。工藝流程見圖1。

細(xì)粒級尾礦濃度約16%，密度2.7 t/m3，粒度組成見表1。細(xì)粒級尾礦干排系統(tǒng)主要設(shè)備為φ15 m深錐濃密機，輸送渣漿泵，TT-96型陶瓷過濾機，DTII（A）等。

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3 細(xì)粒級尾礦干排系統(tǒng)設(shè)備選型

3.1 濃密機選型

濃密機入料量1 000 t/d，濃度約22%，給料量波動系數(shù)1.15，根據(jù)濃密機所需面積計算公式A=Qd/q（式中，A為濃密機面積，m2；Q為進入濃密機的固體量；d為波動系數(shù)；q為單位面積處理量，t/（m2·h）），并參考相關(guān)物料沉降試驗結(jié)果，確定深錐濃密機單位面積處理量為0.3 t/（m2·h）［4-6］，絮凝劑添加量為10 g/t，單位面積處理量q經(jīng)驗值取0.3 t/（m2·d），計算可得A≈159.7 m2。故濃密機直徑計算可得D≈14.3 m，故選擇1臺直徑15 m的深錐濃密機。

3.2 陶瓷過濾機選型

陶瓷過濾機入料礦量1 000 t/d，即Q=41.67 t/h，入料濃度60%，設(shè)計濾餅含水率18%。根據(jù)前期半工業(yè)試驗表明，TT-96型陶瓷過濾機單位處理能力為0.38 t/（m2·h）［3］，過濾面積96 m2，故需過濾機臺數(shù)1.14，選擇2臺TT-96型陶瓷過濾機。過濾后濾餅在卸料時呈塊狀下落，實際生產(chǎn)中便于堆放、存儲和運輸，濾液清澈透明，可回收利用。主要設(shè)備選型見表2。

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4 生產(chǎn)調(diào)試過程

4.1 陶瓷過濾機最佳給料濃度調(diào)試及能力計算

細(xì)粒級尾礦經(jīng)深錐濃密機濃縮后，濃度可達50%以上，再給入陶瓷過濾機過濾脫水，現(xiàn)場保證陶瓷過濾機其他參數(shù)不變，探索最佳生產(chǎn)濃度，結(jié)果見表3。

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由表3可知，物料濃度對陶瓷過濾機的產(chǎn)能和濾餅含水率影響都很大；隨著物料濃度升高，陶瓷過濾機處理能力增大，濾餅含水率也上升；當(dāng)濃度達到65%以上時，濾餅水分高于20%，不滿足汽車外運的環(huán)保條件；故綜合考慮考，陶瓷過濾機的給料濃度應(yīng)控制在58%～65%，實際生產(chǎn)時可根據(jù)市場需求調(diào)整。

將濃度控制在58%～65%，則陶瓷過濾機的處理能力為363.5 kg/（m2·h）。TT-96型陶瓷過濾機的處理面積為96 m2，實際2臺每時處理能力為69.79 t，陶瓷過濾機每天實際可開機時長18 h，則每天可生產(chǎn)細(xì)尾砂量1256.22 t，達到了設(shè)計要求。

4.2 絮凝劑添加量調(diào)整

因前期進行的濃密沉降試驗表明，在給礦濃度15%、絮凝劑添加量10 g/t、給料速度0.50 t/（m2·h）時，效果較好。此時，底流濃度可達62.17%，屈服應(yīng)力82.50 Pa、溢流水含固量116.8 mg/L，但實際生產(chǎn)時受給料濃度升高（22%左右）影響，若按照此標(biāo)準(zhǔn)添加絮凝劑，水質(zhì)很難維持目標(biāo)值，故需要對絮凝劑添加量進行試驗研究，以達到最佳絮凝沉降效果。試驗結(jié)果見表4。

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由表4可知，在給料濃度保持不變的情況下，底流濃度及溢流水水質(zhì)隨絮凝劑添加劑量升高而升高；當(dāng)絮凝劑添加量超過60 g/t時，濃度及水質(zhì)改善并不明顯，且由于物料存在細(xì)粒級，絮凝后表現(xiàn)出泥床較黏，底流屈服應(yīng)力較高以及泥床旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，不利于現(xiàn)場生產(chǎn)；綜合考慮，確定絮凝劑添加量為50 g/t，此時底流濃度為62.35%，溢流水懸浮固體含量為160 mg/L。

4.3 生產(chǎn)過程中存在的問題及解決措施

4.3.1存在問題

（1）張莊礦尾礦干排處理工藝流程中水力旋流器溢流和直線振動篩篩下產(chǎn)物混合成的細(xì)粒級物料需通過渣漿泵輸送至深錐濃密機，調(diào)試時發(fā)現(xiàn)中砂、細(xì)砂產(chǎn)率不為1∶1，細(xì)粒級產(chǎn)率較高，該渣漿泵能力偏小。2臺尾礦直線振動篩同時作業(yè)的情況下，會造成漫料，需向總尾緩沖箱分流。

（2）陶瓷過濾機給料濃度不穩(wěn)定，波動區(qū)間較大，其主要受深錐濃密機底流礦漿濃度和補加水影響，人工調(diào)控濃度不精確，影響陶瓷過濾機帶料效果，造成干排產(chǎn)物量小、水分高，且系統(tǒng)操作全部為本地手動操作，過程較為復(fù)雜，所有泵池?zé)o液位計，不便觀察液位，不具備連鎖控制功能。

（3）目前，國內(nèi)礦山尾礦脫水流程中細(xì)粒級多采用壓濾機處理。經(jīng)考察及試驗研究，壓濾機濾液較渾濁，不利于回收再利用，壓濾后產(chǎn)品水分較高，在20%左右。故張莊礦采用陶瓷過濾機處理細(xì)粒級尾礦，由于在脫水處理過程中細(xì)粒級含量、絮凝劑添加、陶瓷過濾機參數(shù)調(diào)整等影響細(xì)砂產(chǎn)品水分和產(chǎn)量的因素較多，現(xiàn)場調(diào)整調(diào)試較精細(xì)，也會影響陶瓷板使用壽命。調(diào)試前期經(jīng)常出現(xiàn)水分大和更換陶瓷過濾機濾板頻繁的情況，。

4.3.2解決措施

（1）更換大功率變頻渣漿泵，并改造篩下物料可直接返回至φ50 m大井，一旦出現(xiàn)漫料，加大泵頻率或改部分篩下物料至大井，該問題得到有效解決。

（2）增加自動化操作及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)深錐底流濃度與補加水量連鎖控制。將過濾機的給料箱及給料管由原來的三點給料改為多點均勻給料，精準(zhǔn)控制陶瓷過濾機給料濃度，并加裝泵池液位自動控制裝置，提高了系統(tǒng)運行的自動化水平，降低了工人勞動量，系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定高效［7-10］。

（3）延長陶瓷板酸洗時間，適當(dāng)加大用酸量。將過濾機酸洗時間由1 h延長為2 h，并將過濾機清洗電源盒電流由2.3 A調(diào)整到5 A，合理規(guī)劃2臺過濾機酸洗頻次，使濾板達到高效清洗，確保過濾效果，保證細(xì)砂產(chǎn)品水分合格的同時，也延長了陶瓷板的使用壽命［11-13］。

5 結(jié)語

（1）張莊礦采用深錐濃密機—陶瓷過濾機工藝處理細(xì)粒級鐵尾礦，具備日生產(chǎn)細(xì)尾砂1 000 t以上，水分18%左右的能力。

（2）張莊礦細(xì)粒級尾礦干排處理系統(tǒng)運行后，生產(chǎn)建材細(xì)砂可創(chuàng)效360萬元/a，年節(jié)約充填空間30萬m3，可節(jié)約充填費用1 200萬元，綜合創(chuàng)效1 560萬元/a。

（3）張莊礦作為500萬t大型鐵礦山，使用水力旋流器—直線振動篩—深錐濃密機—陶瓷過濾機工藝處理全粒級鐵尾礦，具有重要的推廣意義。

（4）尾礦的干排處理不僅提高了資源利用率，對張莊礦實現(xiàn)無尾礦庫、無廢開采的創(chuàng)新生產(chǎn)模式，起到了至關(guān)重要的作用，符合國家綠色環(huán)保理念，消除了新建尾礦庫帶來的環(huán)境問題和社會問題，具有行業(yè)標(biāo)桿意義。