尾矿干堆技术的试验和应用研究.pdf

_ 看么企毖工程 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．2 0 9 5 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 2 ．0 0 4 尾矿干堆技术的试验和应用研究 圜梁典德 重庆钢铁公司西昌矿业有限公司，四川西昌6 1 5 0 4 1 摘要尾矿干堆对提高尾矿堆存的安全稳定性，保护水资源，减小对环境的影响，尤其在我国金属 矿山应用有着重大意义。干堆的首要工序是尾矿的脱水，本文对3 种脱水方法进行了试验探讨，希 望以此推动尾矿干堆技术的发展。 关键词尾矿干堆；试验；膏体；旋流器；压滤机 中图分类号T D 9 2 6 ．4文献标识码A 文章编号2 0 9 5 ．1 7 4 4 2 0 1 2 0 2 ．0 0 4 0 ．0 6 为了做好太和铁矿的6 3 0 万t ／a 扩建方案，对尾矿 干堆技术应用方案进行探索。 重庆钢铁公司西昌矿业有限公司 原重庆钢铁公司 太和铁矿 是攀西地区四大钒钛铁矿区之一，位于四川 省西昌市太和镇。矿区距安宁河仅1 ．2k m ，安宁河谷平 原宽1 0k m ，长2 0 0k m ，号称四川第二大平原，是西 南地区的重要产粮区。由于新选尾矿库距安宁河仅约2 k m ，对矿山的扩建，国家环保部门有较高的要求，从环 保和尾矿库的安全出发，考虑用尾矿干堆技术取代传统 的上游式筑坝。 据了解，尾矿干堆在国外应用较多，但国内应用很 少。仅在有色行业有几个矿山采用尾矿干堆技术，在有 关杂志上介绍过的也只有辽宁的排山楼金矿、内蒙古撰 山矿和柴胡栏子金矿、北京的京都全泥氰化厂等。黑色 矿山尚未看到有关尾矿干堆的报道。而成功设计过尾矿 干堆的设计单位几乎没有。我们对尾矿干堆也需有个认 识过程，一切都得从头做起。为此我们参观考察了辽宁 排山楼金矿，该矿是我国黄金矿山第一家采用尾矿干堆 技术的矿山。该矿采用4 台1 0 6 0 特大型板框压滤机， 选别后的尾矿进入搅拌槽缓冲，然后用渣浆泵送进压滤 机充分挤压成含水量仅2 0 ％左右的尾矿泥团，然后用 胶带传送至尾矿干堆场，干堆场实际是一个已完成采矿 的露天凹坑。因尾矿中含有微量氰化物的有毒废水，为 避免尾矿渗漏污染地下水，堆场做了防渗处理。在现有 堆场的前段是已形成长满植物的小山坡的老堆场，经了 解是老堆场采用分层堆排，压实，再在坡面上压土盖砂， 并种植了耐旱的沙棘树。在分段的坡脚都有排水的水沟 由于北方降水量少，沟的断面不大 和维护公路，分 层段高约6m ，单坡角4 5 。，公路宽约4m ，总边坡角 约3 0 3 5 。，看起来整个堆场是很稳定的。在堆场与 山坡的交界处设有截洪沟，各堆场分段排水沟将坡面排 水引到堆场下游的集水库。在旱季只能看见水库中有很 少的一点水。被封闭在堆场内的微量废水经太阳曝晒等 自然降解，消除了对环境的污染。据介绍，与传统直排 工艺比，尾矿干堆节约生产用水，避免了对地下水的污 染，避免了对下游居民生产、生活的危害，被环保部门 认可为无排污的矿山。 收稿日期2 0 1 1 - 0 8 0 5修回日期2 0 1 2 ．0 2 ．0 3 作者简介梁典德 1 9 5 5 一 ，男．湖南涟源人，高级工程师。 4 0 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据 Ⅱ■■‘蠡玉- 要实现干堆，首先是尾矿的脱水。我们进行3 种脱 水方法的试验。 1 尾矿膏体试验 膏体尾矿技术始于2 0 世纪7 0 年代前西德普劳沙格 P r e u s s a g 的巴特格伦德 B a dG r u n d 矿。而我国引进该 项技术则是近几年的事，因此，在国内可直接引用的实 例很少。 所谓膏体，其定义为脱水至能用泵输送的、不离析 的黏稠状极限浓度，或定义为静置时含轻微过量水的水 与固体的单相结合物。 为探索太和铁矿尾矿制备适合于干堆膏体的可能性 及为底流输送试验提供样品，为尾矿库设计、浓缩机选 型和施工设计提供必要的参数。我们与上海里孚机电设 备有限公司合作，进行了试验室静态量筒沉降试验、实 验室动态高密度浓密试验和半工业连续膏体浓密试验。 矿样取自选矿生产总尾矿。矿样粒度筛析结果 O ．3 、 - 0 ．3 O ．2 、一O ．2 0 ．1 5 4 、- 0 ．1 5 4 0 ．1 0 5 、- 0 ．1 0 5 0 ．0 7 4 、 一0 ．0 7 4m m 粒级产率 ％ 分别为7 ．1 9 、5 ．1 1 、1 1 ．1 8 、 1 1 ．8 2 、1 9 ．3 2 、4 5 ．3 7 。 1 ．1 试验室静态量筒沉降试验 先用量筒分别做不加絮凝剂和加絮凝剂的静态沉降 试验。 试验表明，不添加絮凝剂 见表1 ，虽然颗粒沉降 速度比其它矿山快，但仔细观察是粗颗粒先沉，细颗粒 后沉，导致量筒底部沉砂．泥层分层现象严重，粗、细 颗粒分散而没有均匀混合，这样就不可能形成膏体所需 要的致密、均匀的泥层结构。 继续观察数小时后，上升水逐渐由浊变清，沉淀层 也似乎具有较高的浓度，但沉淀的泥砂除了上述缺陷外， 几乎没有流动性，相反团聚性差、遇水即散，丧失浓度。 在工业规模浓密机槽底或管道泵输送中，这样的泥 沙会随时变，也会随时沉淀，阻碍正常生产。 试验表明，在不加絮凝剂的情况下，无论泥层有多 高，均无法形成膏体甚至高密度浓缩体底流浓度呈现 时而浓，时而稀，极不稳定的现象底流结构呈现部分粗、 部分细，粗细颗粒离散、结合松散的现象。不加絮凝剂 的静态量筒沉降试验结果见表l 。 加絮凝剂的试验按国产絮凝剂和进口絮凝剂分别 进行。我们筛选了3 种进口絮凝剂和4 种国产絮凝剂。 进口絮凝剂的型号分别为6 1 4 1 8 ，6 2 0 2 2 以及6 2 5 2 6 。 国产絮凝剂的型号分别为A 5 0 0 5 ．A 6 0 2 5 、A 6 0 4 5 以及 A 8 0 2 5 。 总体来看，太和铁矿稍加一点絮凝剂，沉降速度 都很快，清液析出速度也很快。但可能是细颗粒含量较 少的缘故 分析主要是人工采样的代表性相对来说比较 差 ，所生成的絮状物尺寸均很小、很稀薄、团聚性也弱。 以3 0 鼽剂量为例，5m i n 左右，自由沉降、干涉 沉降阶段即告完成，泥层浓缩到5 0 0m L 处 底流浓度 约4 0 ％ I2 0m i n 左右泥层浓缩到4 0 0m L 处 底流浓 度约5 0 ％ ，漫长的压缩沉降阶段开始。 当絮凝剂剂量加大到6 0 酣，5m i n 左右即达到压 缩沉降阶段 4 0 0m L 处 ；但此后再加大絮凝剂剂量， 压缩沉降时间缩短很少，2h 后也难以达到3 8 0m L 处； 絮状物也没有大的改善，这可能意味着沉降速度已接近 液体析出速度，而且泥层上部液体施加的压力也达到了 极限。 不同絮凝剂在剂量较小或者在自由沉降阶段，沉降 速度差异较大，但在絮凝剂剂量较大或者在干涉沉降和 压缩沉降阶段，差异越来越小。 考虑到工业规模的给料条件与混合条件往往不同， 3 种进口絮凝剂应该都可以使用，甚至国产A 5 0 0 5 絮凝 剂也可考虑，只是进口6 2 0 2 2 综合性能更好一些。 国产絮凝剂耗量要达到8 0 鲈时才与进口絮凝剂6 0 卧时的效果相当 部分试验结果见表2 ～4 。 1 ．2 实验室动态高密度浓密试验 在接下来的动态试验中，再一次证实，不加絮凝剂 的动态浓密试验，粗细颗粒不能均匀混合凝聚，高密度 浓缩体无法形成。 试验测试了絮凝剂用量3 0 ～6 0 卧，单位面积处理 量为0 ．3 ～0 ．6t ／m 2 ．h 的不同给料量。当控制单位给料量 0 ．3 5t ／m 2 h 左右，絮凝剂用量为6 0 卧时，状况得以稳 定。泥层似乎变得较为密实，但泥层中仍然有气穴存在， 表1 不加絮凝剂的静态量筒沉降试验结果 矿浆密度1 ．0 7 7g ／m L 注清澈，清澈．，混浊，混浊．指直观上完全透明，微微有点浊、完全混浊，非常混浊。 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期 4 1万方数据 _ 看危企奄工程一N O N F E R R O U S M E T A L SE N G I N E E R I N G 一’_---_h-_●●_●___________-_____________________●___-_-__●_-_●___-____-_-_●_-__-_-_●___-_____●__-_●__________●-____-_-，______一 表2 进口絮凝剂静态量筒筛选试验 麓裂娑原繁度絮凝剂用量俐 泥层高度，岫沉降时舭嚣 蓑黧瀑 6 2 0 2 2 1 03 018 0 0 7中 好清澈 1 03 014 0 0 2 4 中好清澈 l O3 010 0 04 4 中好清澈 l O3 04 0 0 2 8 7 中好清澈 1 06 0 l8 0 02 中好清澈 1 06 0 l2 0 05 中 好清澈 1 06 08 0 0 8 中好清澈 l O6 05 0 0 7 1 中好清澈 6 2 5 2 61 0 3 018 0 08 小较好清澈． 1 03 0l4 0 02 8 小较好 清澈． 1 03 0l0 0 05 0 小较好清澈- l O3 07 0 0 1 0 7 小较好清澈一 l O 3 05 0 03 3 8 小差清澈～ A 5 0 0 51 06 0 l8 0 02 2 小差 清澈一 1 06 012 0 08 6 小 差 清澈～ 1 06 08 0 01 1 3 小 差 清澈一 1 06 06 0 01 6 0 小差清澈一 1 0 6 05 0 03 5 0 小差清澈一 注清澈、清澈- ，清澈一指直观上完全透明、微微有点浊．微浊 约1 0 0p g ／L ，下同。 表3 絮凝剂静态量筒筛选试验 畿裂磐原矿浓度脱絮凝剂用量“g ．f t 泥层高度／眦沉降时m 弓紫毳黧害虢 6 2 0 2 21 07 016 0 02 中好清澈． 1 07 0l0 0 0 5 中好清澈． 1 0 7 0 6 0 0 1 0 中好清澈- l O7 05 0 02 4 中好 清澈． A 5 0 0 51 07 019 0 0 1 5 中较好清澈． 1 07 010 0 0 3 0 中较好清澈． 1 07 0 8 0 04 1 中较好清澈- 1 07 05 0 01 6 3 中较好 清澈． 1 07 04 0 06 9 0 中较好清澈． A 6 0 2 51 07 0l9 0 0 2 小差清澈一 1 07 014 0 0 9 7 小差清澈一 l O7 010 0 01 9 0 小 差 清澈一 l O7 06 0 05 3 5 小 差 清澈一 表4 絮凝剂静态量筒筛选试验 絮裂磐原矿浓度肠絮凝剂用量彬1 泥层高度／衄沉降时间／s 弓紫豢篥整錾箍 l O8 019 0 0 4 中好清澈一 l O8 014 0 0 1 4 中好清澈． A 6 0 4 51 0 8 010 0 02 5 中好 清澈． 1 08 06 0 06 9 中好 清澈． 1 08 04 0 05 6 7 中好清澈． 4 2 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y万方数据 r ] L ．i j 图l 浓度为6 I ．5 3 ％的高密度浓缩底流 可见液体析出，此时泥层高度保持在约3 0 0m i l l ，约1 5 r a i n 后，取出的底流浓度达到6 1 ．5 3 ％ 见图1 浓度为 6 1 ．5 3 ％的高密度浓缩底流 。 静置3 4h 后，底流浓度仅仅达到6 2 ％左右，说明 在动态试验机的泥层高度和水头压力有限，不足以在允 许的时间内进一步排除泥层中的气体和液体，不足以进 一步提高底流浓度，我们仍然只能把这种底流称为高密 度浓缩体，而不能称为公认意义上的膏体。试验中，溢 流水澄清度非常好，小于1 5 0 嵋儿。 1 ．3 半工业连续膏体浓密试验 半工业试验采用里孚公司生产的中1 ．0m 1 0m 的 半工业膏体试验浓密机。经过与生产流程一段时间磨合， 调整，试验得出较好的结果。半工业膏体浓密试验测试 了絮凝剂用量3 2 , - , 6 5g ／t 单位面积处理量为O ．3 0 ．6 岫2 ’h 的不同给料量。 5h 后底流浓度达到了6 92 2 ％，泥层压缩层高度约 为2 m 。 当泥层在试验机中静态沉积约1 0h 后，成功地连 续地取出了理想的膏体底流，经检测浓度达到7 7 ．9 ％， 对应的浓密机泥层高度约为2 ．8 m 。膏体基本密实、饱满， 粗颗粒被细颗粒较好地包容，细颗粒的絮凝物。搭桥” 性能良好，基本达到试验预期，应是真正意义上的膏体 见图2 、图3 、图4 。 试验中，溢流水澄清度非常好，约小于1 2 0 川∥L 。 经简单的塌落度测量和溜槽测量，膏体的结构性能， 流动性能和屈服性能够达到膏体堆排要求。 1 ．4 膏体溜槽试验 试验采用钢板做的6 0 0 m m 6 0 0 m m 1 20 0 0 ∞ 的溜槽，仍用里孚的半工业膏体试验浓密机，控制排放 浓度6 5 ％、7 0 ％分别做堆排试验。 试验测得当膏体浓度为6 5 ％时，平均流速为0 ．2 8 2 m ／s ．矿浆坡度1 ．7 3 ％当膏体浓度为7 0 ％时．平均流 速为0 ．0 5m ／s ，矿浆坡度3 ．2 7 ％。矿浆溜槽断面粒度筛 博”鸯 【够刮 L - _ _ E [ 隘喊水．右F 丹流矿浆 矗擞施水． 目皋水 图2 现场溢流水情况 图3 尾矿膏体 ．建芷睦叠二li | 图4 太和综合铁尾矿膏体 浓度7 7 9 ％．浓密机泥层高度2 ．8 i l l 析结果见表5 。 从筛析结果可看出，溜槽试验中的矿浆没有出现分 层和离析现象。 经过多次分层排放试验，膏体浓缩机制备的底流浓 度在7 2 ％～7 5 ％的膏体自流人溜槽内，最终的堆积坡 度铴左右，没有产生离析现象，且在几天后恰好遇一 场小雨，没有观察到遇水即散的现象。 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期4 3万方数据 _ 蕊瓦程 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G 表5 矿浆溜槽断面粒度筛析结果 ／％ 2 旋流器浓缩脱水试验 试验采用马泰 M u l t o t e c 公司生产的旋流器，试验 流程见旋流器脱水浓缩试验示意图 图5 。 试验就在尾矿库进行。通过两段M u l t o t e c 旋流器 串联浓缩，尾矿进入矿浆池，泵送到一级旋流器，采用 变频泵使一级旋流器压力在9 0l d a 左右；溢流进入二 级旋流器矿浆池，用变频泵送至二级旋流器，压力调至 1 1 0k P a 左右。 试验的目的以达到高底流浓度和能够满足回水要 求的溢流水，但从试验过程和结果看，一段在使用B 型 溢流嘴，旋流器正常工作时，底流浓度在7 0 ％以上， 二段旋流溢流浓度在2 ％以下，底流浓度随压力的不同， 变化较大。将一段旋流器更换成A 型溢流嘴后，当压力 在5 0k P a 以上时，一段底流可以提高至7 2 ％以上，但 溢流浓度也随之升高。筛析结果为旋流器底流浓度较粗， 见表6 。 从表6 可看出，细粒级都相对集中到二级旋流器溢 流，沉降缓慢，进一步浓缩困难更大了，且尾矿粗细分离， 不能达到干堆的要求。 3 压滤机压滤试验 采用景津压滤机集团有限公司的厢式隔膜压滤机 X M Y G ／8 0 0 - U ，试验地点仍选择在尾矿库进行。尾矿 生产尾矿 溢流浓缩尾矿 图5 旋流器脱水浓缩试验示意图 通过尾矿坝放矿管支管进入试验机的搅拌缸，经过搅拌 得到浓度均匀的物料，然后通过进料泵把物料打入压滤 机滤室。3 0m i n 后停止给料，然后压滤机自动保压，压 渣；lm i n 后放压，卸料，最后取滤饼化验。滤饼含水 率1 8 ％左右，干矿处理量O ．1 1 4t ／h m 2 ，滤液水质清澈。 试验结果见表7 。 生产流程的尾矿物料浓度较低，用压滤机直接脱水， 给料和压榨时间过长，效率低，单台处理量低，处理尾 矿量较大时，选用的设备较多，运行成本高，维护量大。 一般来讲，黑色矿山的尾矿浓度低、粒度粗 相对有色 表6 一段B 型溢流嘴时粒度分布肱 4 4 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y万方数据 I I I ■巴目口 表7 压滤试验结果 第一次 第二次第三次第四次 第五次第六次 滤布型号 7 5 0 B7 5 0 A B尼龙6 6尼龙6 6无纺 无纺 循环周期／m i n 3 0 4 03 02 73 0 4 0 过滤压力／M P a 0 ．7 0 ．70 ．7O ．7 O ．7O 7 含水量惕 1 5 ．7 72 1 ．7 51 8 1 8 ．6 31 5 矿山 ，不适合用压滤的方法脱水。 4 结论 通过上述三种尾矿浓缩以及干堆的试验，就太和铁 矿的尾矿得出以下结论 1 旋流器脱水，存在粒级粗细分离，对干堆不利， 且溢流中细粒级相对集中，对进一步处理来说难度更大。 2 压滤机脱水效果很好，但处理量小，不适合处理 量大的矿山。 3 膏体浓缩无论从技术的先进性还是工业的可行性 都明显要优于旋流器和压滤机浓缩，并且底流浓度和溢 流水都能达到预期效果，可作为进一步工业应用设计的 依据和参考。 4 我们与中冶长天、北京P S I 公司及有关的设备公 司合作，针对太和铁矿6 3 0 万妇的扩建工程，就尾矿 膏体制取，管道输送、干堆堆场设计等做了许多工作。 由于目前国家还没有尾矿干堆的技术规范和评价标准对 其进行安全和环境评价，阻碍了尾矿干堆在生产中推广 和应用。 5 尾矿库的环境保护和安全是国家非常重视的，尾 矿干堆技术无疑是一条值得探讨的技术路线，作为新技 术的应用探索和技术储备，希望得到更多同行的关注。 参考文献 【l 】布热斯基LS ．浓缩尾矿的露天“干堆”处理【J 1 ．国外金属 矿山，2 0 0 2 6 4 9 5 7 ． [ 2 】辛西拉w ’兰德里欧尔特D ，纽曼P 等．膏体尾矿排放技术 阴．国外金属矿山，i 9 9 9 1 4 5 5 0 ． 有色金属工程2 0 1 2 年第2 期4 5万方数据