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铁尾矿膏体充填浓缩试验研究 ① 张 毅， 仝克闻， 全 源， 张 刚 （长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 为实现铁尾矿膏体充填塌陷区的目的，对该铁尾矿进行了絮凝沉降试验和自制浓缩模型试验，研究了给矿浓度、絮凝剂用 量以及机械搅拌对底流浓度和溢流水固含量的影响。 试验结果表明在给矿浓度 ２０％、絮凝剂用量 ４０ ｇ／ ｔ 条件下，底流浓度可达到 ７０％以上。 试验结果对矿山采用膏体浓密机进行尾矿高浓度浓缩具有指导意义。 关键词 浓密机； 膏体； 尾矿浓缩； 底流浓度 中图分类号 ＴＤ９２６文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０２．０１５ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０２－００５４－０３ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐａｓｔｅ Ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｉｒｏｎ Ｔａｉｌｉｎｇｓ ｆｏｒ Ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｙｉ， ＴＯＮＧ Ｋｅ⁃ｗｅｎ， ＱＵＡＮ Ｙｕａｎ， ＺＨＡＮＧ Ｇａｎｇ （Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｉｒｏｎ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｐａｓｔｅ ｉｎ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ａｒｅａｓ， ｔｅｓｔ ｏｎ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｃｈ ｉｒｏｎ ｔａｉｌｉｎｇｓ ａｎｄ ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ ｔｅｓｔ ｕｓｉｎｇ ａ ｈｏｍｅ⁃ｍａｄｅ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ， ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｆｅｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ ｄｏｓａｇｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｉｒｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｆｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｏｖｅｒｆｌｏｗ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｆｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｅｘｃｅｅｄｓ ７０％ ｗｉｔｈ ａ ｆｅｅｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ２０％ ａｎｄ ａ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ４０ ｇ／ ｔ． Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｉｓ ｏｆ ｇｕｉｄｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ ｏｆ ｍｉｎｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｕｓｉｎｇ ｐａｓｔｅ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｔｈｉｃｋｅｎｅｒ； ｐａｓｔｅ； ｔａｉｌｉｎｇｓ ｔｈｉｃｋｅｎｉｎｇ； ｕｎｄｅｒｆｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ 随着矿产资源的不断开采，大量尾矿直接排放于 地表，而地下采空区和地表塌陷区不断增加，对人类的 生活环境和生命财产安全造成了极大的危害。 采用全 尾矿膏体充填地下采空区或地表塌陷区，不仅可减少 尾矿占地问题，还可解决地下采空区和地表塌陷的处 理问题，具有显著的环境效益和社会效益，是目前尾矿 处理的一个新途径［１］。 河北某铁矿山尾矿排放初始浓度 １０％左右，经一 段浓缩浓度达到 ４０％后直接排入尾矿库。 按照该矿 山每年尾矿排放量计算可知，现有尾矿库还剩不到 ４ 年的服务时间。 该矿山属地下开采矿山，现已形成 有效容积约为 ２７６ 万立方米的塌陷区，据估测，今后塌 陷区总容积可达到 ６４４ 万立方米。 如果进行塌陷区尾 矿膏体堆存，该塌陷区的总容积完全可以满足今后尾 矿的堆存需要，然而要实现塌陷区尾矿膏体堆存，关键 技术问题是将该铁尾矿浓度提高到 ７０％以上［２－３］。 本 文通过沉降试验和浓缩模型试验研究了该铁尾矿的沉 降性能，并与广西拉么铅锌尾矿沉降性能进行了对比， 以探讨采用长沙矿冶研究院的 ＨＲＣ－１５ 膏体浓密机 是否可将该铁尾矿矿浆浓缩到 ７０％以上。 １ 试样性质及试验方法 试样取自河北某铁矿选矿厂，采用比重瓶法测得 尾矿密度为 ２．７５ ｔ／ ｍ３。 试样粒级组成见表 １。 表 １ 某铁矿选矿厂尾矿粒级组成 粒级／ ｍｍ产率／ ％负累计产率／ ％ －２＋０．８５ ０．０８１００．００ －０．８５＋０．５ ０．７７９９．９２ －０．５＋０．２５ ７．２４９９．１５ －０．２５＋０．１５１０．６３ ９１．９１ －０．１５＋０．１１１．３３ ８１．２８ －０．１＋０．０７５７．４０ ６９．９５ －０．０７５＋０．０４５１３．８７ ６２．５５ －０．０４５＋０．０３８４．７０ ４８．６８ －０．０３８～＋０．０２８６．２４ ４３．９８ －０．０２８＋０．０２６．７８ ３７．７４ －０．０２ ３０．９６３０．９６ 合计１００．００ ①收稿日期 ２０１５－１０－１４ 作者简介 张 毅（１９８９－），男，河南人，硕士，主要研究方向为尾矿浓缩脱水。 第 ３６ 卷第 ２ 期 ２０１６ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №２ Ａｐｒｉｌ ２０１６ 由表 １ 可知，该尾矿样－０．０７５ ｍｍ 粒级占 ６２．５５％， －０．０２ ｍｍ 粒级占 ３０．９６％，可见该尾矿微细粒级含量 较高。 试验所用絮凝剂阴离子型聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）分 子质量 １ ２００ 万左右，在试验前配置成浓度为 １‰的溶 剂，待用。 试验主要设备包括电子天平、电动搅拌器、小型软 管泵、水质仪、沉降量筒、自制实验室动态浓缩装置等。 试验在 １ ０００ ｍＬ 量筒中进行。 首先，将尾矿配制 成试验所需的矿浆浓度，并搅拌 ３０ ｍｉｎ，使矿样在水中 充分分散；之后，将搅拌好的矿浆倒入量筒中，加入适 量絮凝剂并充分混匀；然后，静置量筒于平坦的桌面 上，同时用秒表记时，记录不同时间矿浆的沉降高度， 直到沉降完毕。 将矿浆配制成浓度１０％、２０％和４０％，每种浓度配 制 ３ 组，其中 １ 组进行自然沉降试验，另外 ２ 组进行不 同药剂量的絮凝沉降试验。 通过以上 ３ 组沉降试验来 确定最佳的给矿浓度，然后在此浓度基础上，再进行絮 凝沉降试验，以此确定最佳药剂用量，并测定不同时间 段溢流水的固含量。 ２ 试验结果及分析 ２．１ 量筒沉降试验 量筒沉降 Ｈ⁃Ｔ 曲线见图 １。 由图 １ 可见，初始矿 浆浓度为 １０％时，其沉降速度为 １．２６９ ｍ／ ｈ；初始矿浆 浓度为 ２０％，其沉降速度为 ０．３０６ ｍ／ ｈ；初始矿浆浓度 为 ４０％，其沉降速度降至 ０．０８４ ｍ／ ｈ。 总体来说，不同 浓度矿浆条件下，自然沉降速度随矿浆浓度增大而减 小。 絮凝沉降与自然沉降规律一致，矿浆浓度对沉降 速度影响十分显著。 同一 ＰＡＭ 用量下，沉降速度随矿 浆浓度增大而减小。 相对于自然沉降，添加絮凝剂 ＰＡＭ 对浓度 １０％、２０％的矿浆沉降有明显的絮凝加速 作用，但对浓度 ４０％的矿浆基本上无絮凝加速作用。 同时考虑到试验结果及现场条件，建议最佳给矿浓度 控制在 ２０％左右［４－８］。 1;0Tmin 0 50 100 150 200 250 300 2010030608070504090 1-,Hmm      10 , PAM 0 10 , PAM10 g/t 10 , PAM20 g/t 20 , PAM 0 20 , PAM10 g/t 20 , PAM20 g/t 40 , PAM 0 40 , PAM10 g/t 40 , PAM20 g/t     图 １ 沉降 Ｈ⁃Ｔ 曲线 量筒沉降 Ｃ⁃Ｔ 曲线见图 ２。 由图 ２ 可知，当给矿 浓度为 ２０％，沉降时间在 １２ ｈ 以内，底流浓度随絮凝 剂用量增加而不断增大。 但在沉降 ２４ ｈ 以后，絮凝剂 用量为 ４０ ｇ／ ｔ 所对应的最终底流浓度为 ５３．２８％，而絮 凝剂用量为 ６０ ｇ／ ｔ 所对应的最终底流浓度为 ５１．５４％， 两者相差 １．７４ 个百分点。 由此可知，当药剂用量超过 某一范围时，底流浓度反而随絮凝剂用量增加而降低。 因此，最佳絮凝剂用量应控制在 ４０ ｇ／ ｔ 左右［９］。 1;0Tmin 60 50 40 30 20 300060090012001500 7,Cmm      PAM0 PAM10 g/t PAM20 g/t PAM40 g/t PAM60 g/t 图 ２ 沉降 Ｃ⁃Ｔ 曲线 量筒沉降水质见图 ３。 由图 ３ 可知，当给矿浓度 为２０％时，不管是自然沉降还是絮凝沉降，沉降１５ ｍｉｎ 时上层水固含量就能达到 １００ ｍｇ／ Ｌ 以下；当絮凝剂用 量超过 ２０ ｇ／ ｔ 时，沉降 ３０ ｍｉｎ 时上层水固含量能达到 ５０ ｍｇ／ Ｌ 以下，说明该尾矿中微细粒级沉降性能较好， 上层水固含量低，水质能满足选厂回水利用要求。 1;0Tmin ./4mg L-1 100 80 60 40 20 0 301545607590      PAM0 PAM10 g/t PAM20 g/t PAM40 g/t PAM60 g/t 图 ３ 沉降水质 ２．２ 模型浓缩试验 首先制备好 ２ 组 ２０％浓度的矿浆，采用自制模型 装置分别进行静态和动态模型浓缩试验。 试验过程中 一直搅拌，同时用小型软管泵将矿浆送入到浓缩模型 中，大约 ４ ｍｉｎ 后模型装满，然后开始观察沉降过程和 记录数据，结果如图 ４ 所示。 从图 ４ 可知，在同等条件 下，该铁尾矿动态浓缩所得到的底流浓度较静态浓缩 底流浓度高，而且沉降速度也有一定程度提高；静态浓 ５５第 ２ 期张 毅等 铁尾矿膏体充填浓缩试验研究 缩时尾矿极限质量分数为 ６９．７７％，而动态浓缩时尾矿 极限质量分数为 ７９．５７％，两者相差 ９．８ 个百分点。 可 见通过对压缩层进行搅动、挤压，可大幅度提高尾矿极 限质量分数［１０］。 1;0Th 100 80 60 40 20 0 20100304050607080 7,C   27 ,3 3 图 ８ 动态浓缩 Ｈ⁃Ｔ 曲线对比 如图 ７～８ 所示，初始浓度为 ２０％，在动态浓缩条 件下，铁尾矿沉降速度一直高于铅锌尾矿沉降速度；铁 尾矿最终浓缩浓度为 ７９．５７％，而铅锌尾矿最终压缩浓 度为 ７８．５１％，两者相差 １．０６ 个百分点。 可见铁尾矿 沉降性能优于铅锌尾矿。 通过工业案例分析比较可知采用 ＨＲＣ－１５ 型膏 体浓密机对铁尾矿进行浓缩沉降，底流浓度完全可达 到 ７０％以上。（下转第 ５９ 页） ６５矿 冶 工 程第 ３６ 卷 结果表明，坡度为７和９时，ＺＣＬＡ 精矿中－０．０３８ ｍｍ 粒级含量分别为 １６．５％和 １７．６７％，与原矿相比，含量减 少，说明 ＺＣＬＡ 预选还起到了脱泥的效果。 浮选原料 －０．０３８ ｍｍ 粒级含量减少，可显著改善浮选作业，为提 高浮选精矿品位创造了条件。 ＺＣＬＡ 尾矿中＋０．０３８ ｍｍ 粒级铁品位分别为 ５．１７％（７）和 ６．３９％（９），回收效果 好，且设备对给矿粒级适应范围为 １５～０ ｍｍ，可以放 粗半自磨机的排矿粒度，为提高半自磨机的处理能力 创造条件。 ＺＣＬＡ 尾矿中－０．０３８ ｍｍ 粒级铁品位分别 为１２．１３％（７）和 １２．３５％（９），该粒级占尾矿中铁金 属分布率 ６０％左右。 若想进一步回收该粒级的铁矿 物，可对 ＺＣＬＡ 尾矿进行分级，＋０．０３８ ｍｍ 粒级排入尾 矿库，－０．０３８ ｍｍ 粒级可进一步进行研究。 ３ 结 论 １） ＺＣＬＡ 选矿机可同时回收弱磁性矿物和强磁性 矿物，经一次粗选，可抛出产率 ５０％的尾矿，尾矿 ＴＦｅ 品位 ８％左右，ＺＣＬＡ 精矿中铁回收率 ８３％。 ２） 采用 ＺＣＬＡ 选矿机进行预选抛尾，可大幅度降 低二段球磨的处理矿量，为节能降耗创造了条件；并能 简化生产流程，为降低生产成本创造了条件；ＺＣＬＡ 选 矿机对＋０．０３８ ｍｍ 粒级铁矿的回收效果好，且设备对 给矿粒级适应范围为 １５～０ ｍｍ，因此可以放粗半自磨 机的排矿粒度，解决半自磨处理能力不足的问题；浮选 原料－０．０３８ ｍｍ 粒级含量减少，可显著改善浮选作业， 提高浮选精矿品位。 ３） ＺＣＬＡ 选矿机尾矿中－０．０３８ ｍｍ 粒级含量高且 品位较高，若不采用放粗半自磨粒度的方法，可采用优 化磁选工艺参数来降低尾矿中的铁品位；或者采用旋 流器将 ＺＣＬＡ 尾矿分级，沉砂排入尾矿库，溢流用强磁 选机回收－０．０３８ ｍｍ 细粒级铁矿物。 参考文献 ［１］ 张 红，高秋爽． 南芬红铁矿选矿工艺研究［Ｊ］． 本钢技术，２００８ （６）４－７． ［２］ 董 事，刘 军． 南芬选矿厂赤铁矿石选矿工艺研究［Ｊ］． 现代矿 业，２０１３（１）２７－２９． ［３］ 曾尚林，曾维龙，李辉跃，等． 内筒式永磁强磁选机分选低品位钒 钛磁铁矿选铁尾矿试验研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（８）２９８－３００． 􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎􀪎 （上接第 ５６ 页） ４ 结 语 １） 由粒度分析结果可知，铁尾矿中－０．０３８ ｍｍ 粒 级占 ４３．９８％，－０．０２ ｍｍ 粒级占 ３０．９６％，表明该尾矿 中细粒级含量较多，但通过沉降试验发现该尾矿总体 沉降性能较好，澄清水固含量低，属较易沉降物料。 ２） 当铁尾矿浓度控制在 ２０％时，添加絮凝剂 ＰＡＭ 对沉降速度影响明显，且当 ＰＡＭ 用量为 ４０ ｇ／ ｔ 时沉降 效果较好。 这一结论给将来膏体浓密机给矿浓度和药 剂用量的控制提供了一定的借鉴作用。 ３） 通过自制浓缩模型对铁尾矿进行了静态与动 态浓缩对比试验，发现该铁尾矿极限质量分数在动态 浓缩试验条件下有较大的提高。 因为铁尾矿在动态浓 缩过程中不仅受到泥层重力挤压作用，而且添加了耙 架装置，通过对平衡状态的料浆进行有效搅动，部分絮 团或颗粒受力平衡被打破，使得颗粒更加密实。 ４） 该铁矿在模型内的极限压缩浓度可达到７９．５７％， 如果采用 ＨＲＣ－１５ 型膏体浓密机作为该铁尾矿的制 浆设备，完全能获得浓度 ７０％以上的全尾料浆，这为 塌陷区膏体充填提供了非常重要的条件。 参考文献 ［１］ 刘晓辉，吴爱群，王洪江，等． 膏体充填尾矿浓密规律初探［Ｊ］． 金 属矿山， ２００９（９）３８－４１． ［２］ 王泽伟，彭 康，徐 欣，等． 胶结充填体下顶底柱进路开采参数 优选［Ｊ］． 矿冶工程，２０１４（４）１１－１５． ［３］ 冯胜利． 谈全尾矿膏体制备与沉降的关系［Ｊ］． 铜业工程，２０１３ （６）４２－４４． ［４］ 丛日鹏，仝克闻，曾建红，等． 微细粒级浮选铝土矿尾矿颗粒聚集 沉降行为研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１５（２）６８－７１． ［５］ 肖 红，唐达生． 砂矿颗粒沉降运动规律试验研究［Ｊ］． 矿冶工 程，２０１５（３）１－３． ［６］ 王 星，胡伟伟，吴 淼，等． 尾矿浆絮凝沉降影响因素的试验研 究［Ｊ］． 金属矿山，２００８（５）１４９－１５３． ［７］ 王延坤，肖宝清． 尾矿浓缩絮凝剂的选择实验研究［Ｊ］． 中国矿山 工程，２００６（６）１３－１６． ［８］ 焦华哲，王洪江，吴爱群，等． 全尾砂絮凝沉降规律及其机理［Ｊ］． 北京科技大学学报，２０１０（６） ７０２－７０７． ［９］ 张去非． 絮凝剂的种类及其在尾矿沉降中的应用［Ｊ］． 金属矿山， ２００８（６）６９－７２． ［１０］ 王洪江，王 勇，吴爱群，等． 细粒全尾动态压密与静态压密机理 ［Ｊ］． 北京科技大学学报，２０１３（５）５６６－５７０． ９５第 ２ 期李辉跃等 ＺＣＬＡ 选矿机预先抛尾试验研究