新型尾矿干排技术在铜山口矿的应用

黎祖焕  顾德溥

摘要：

本文先容了大冶有色集团铜山口矿尾矿处理新工艺，以及在调试与生产过程中遇到的问题及相关解决方案。这种新型尾矿干排处理技术，通过砂泵、浓缩旋流器、高频振动脱水筛、压滤机等设备组合应用，解决了制约尾矿库安全的固液分离问题，大大提高了选矿厂回水的利用率，为尾矿的安全堆存提供了新思路。

关键词：尾矿干排 高频振动脱水筛 长锥比旋流器

传统的尾矿排放方法是使用尾矿库，这种尾矿堆存方式，占用大量土地，增加了矿山投资和尾矿库建设成本，同时存在安全隐患，雨季或地震等自然灾害容易引起滑坡或泥石流，一旦溃坝、对下游村庄造成生命财产损失。

铜山口铜矿是大冶有色金属集团下属的骨干矿山之一。建矿生产30多年，尾矿库已到服务年限，不能继续使用，为了解决后续生产的尾矿堆存问题，必须对尾矿进行浓缩脱水后干堆。

1铜山口铜矿选厂尾矿基本情况

1.1选厂尾矿

铜山口矿选厂由一个日处理能力为4200吨和两个小选厂组成，合计日处理原矿5200t/d，尾矿量为5044t/d（尾矿浓度21％）。新建尾矿脱水干堆系统按处理量5200t/d计，能满足选厂正常生产要求。

1.2选厂尾矿粒级组成

选厂尾矿-200目含量占53.59％，粗粒级含量所占比例大，其尾矿粒级组成见筛析表

尾矿粒度筛析表1-1

1.3 选厂尾矿处理状况

原选厂浮选后的最终尾矿通过管道自流至一段泵站，然后用砂泵直接扬送至尾矿库堆存。现有渣浆泵3台，一用两备，管道为三条DN300的管路，泵站到老尾矿坝距离约800m，几何高27m。

老尾矿库已到服务年限，不能继续用常规方式排放尾砂。

2 尾矿干排干堆工艺概况

该工艺是将尾矿通过砂泵、分级、浓缩、脱水等设备实现尾矿浆中干料和水的有效分离，使达到含水量要求的尾矿干料运至尾矿堆场直接堆存，分离得到的水再进行回水利用。

尾矿干堆具有占地少，安全性高，后续生产成本低，可延长原有尾矿库或尾矿坝的服务年限，降低尾矿库或尾矿坝的管理成本。同时对堆场要求的条件不苛刻，可利用废弃的采矿坑作为堆场；回水利用率可达到80％以上。

从安全及矿山长远生产运营考虑，尾矿干排技术都具有明显优势。

该工艺能大大缓解尾矿库所面临的用地及安全管理等难题。

现在国内开发的尾矿干排方案有如下几种。

（1）尾矿浓缩—过滤

先利用浓密机预先浓缩尾矿，再将浓缩产物给入过滤机，得到含水量较低的物料，基本上可以满足干堆要求。过滤机一般采用压滤机，也有采用过滤机的。

此种方案的缺点在于：

1）直接将尾矿给入浓密机后，处理量大，溢流常常跑浑，需要大规格浓密机；

2）过滤机承担所有物料处理，浓密机的底流浓度不好控制，配备压滤机台数较多，设备运行维护成本高。

（2）两级串联浓缩—过滤

采用旋流器作为一级浓缩设备，旋流器的溢流进入浓密机，旋流器的底流和浓密机的底流进入压滤机，最终过滤机产出干矿，浓密机溢流作为回水使用。

旋流器实现粗细颗粒分级，浓密机用来处理旋流器溢流。浓密机负荷减轻、工作效率提高，有利于浓密机规格的小型化，投资成本降低。 较上一方案有一定进步。

（3）利用高效重力沉降脱水设备

通过优化设备的结构和采用絮凝剂辅助脱水，提高浓缩产物的浓度，有代表性的重力脱水设备是国外的PPSM型浓密机和国内的深堆型浓密机。

3 铜山口铜矿新型尾矿干堆工艺

通过对以上干排方案比较，结合本矿山的尾矿性质和粒度的组成状况，与有关干排设备专业生产厂家共同试验研究，使用长锥比浓缩旋流器，提高底流中的粗、中粒级含量，用高频振动脱水筛取代过滤机，仅有30％左右的细粒级进行浓缩过滤处理，通过试验探索总结出新型尾矿干堆工艺。

该工艺能降低尾矿干排的设备投资和运行成本，为尾矿干排工艺探索新的推广思路。

推荐工艺流程如图1

图1 新型干排工艺流程

试验流程如图2

图2

表3-1 试验设备

3.2实验数据与分析

设备运行参数见表3-2

设备运行参数与效果表3-2

由表显示：在使用两台Ф350高效长锥比浓缩旋流器的情况下，当给矿浓度为31-35％时，使用渣浆泵变频器频率为45HZ, 脱水筛频率49.9HZ，得到沉砂浓度58％，溢流浓度22.5％，此时效果最佳；在使用一台Ф350旋流器的情况下，当给矿浓度为31％-36.5％时，使用渣浆泵变频器频率33HZ,脱水筛频率49.9HZ，进料压力0.12MPa,得到沉砂浓度76％，溢流浓度16％,筛上料层厚度13cm,此时效果最佳。在一台砂泵供应一台旋流器时，给矿压力更大，旋流器沉砂浓度更高。

加入高效长锥比浓缩旋流器后,脱水筛效率明显提高，沉砂产率84.4％，筛上总产率67.3％，达到了试验目的。

使用长锥旋流器能大幅度提高筛上产率，降低压滤机负荷，满足生产的要求。

3.3方案的可行性

该尾矿干堆方案占地面积不到常规尾矿库排放用地的十分之一，最低可以达到二十分之一。

同时该方案符合冶生[1996]204号《冶金企业安全卫生设计规定》、《冶金工业环境保护设计规定》（YB9066－95）等设计规范及国家法规，是集安全、环保、经济于一身，对矿山尾矿的绿色排放具有推广价值。

3.4确定方案和流程

经过前期的试验研究和设备性能比较，最终选定由砂泵、长锥比浓缩旋流器、高频振动脱水筛、深锥浓缩机、压滤机等设备组成尾矿干排系统。

项目实施后，可以解决选厂处理量5200t/d的尾矿（127.1万立方米/年）堆存问题，确保铜山口矿选矿厂的正常生产。并且运行成本低，运输方便无需车辆运输，直接皮带运输至干式尾矿堆场。该项目是节能环保型工程，决定组织实施。

确定尾矿干排工艺流程如图3

图3  生产流程

主要设备型号、数量与功率

表3-4 主要设备参数

3.5 综合技术经济评价

1)尾矿来源稳定

铜山口铜矿目前矿山一选厂采选生产能力达到4200t/天（138万吨/年），一选厂加两小选厂总处理量达5200t/天，尾矿量稳定。

2)脱水车间成本低、生产易于运行

尾矿干排新型工艺获得干料，经皮带输送，生产成本为5.70元/t，远低于膏体生产成本（16元/t）。项目建成后即可运行，操作简单。

总之，该项目不仅解决铜山口铜矿选厂尾矿堆存问题，使得选厂正常生产。建成后运行成本低，运输方便无需车辆运输，直接皮带运输至干式尾矿堆场。该项目是项节能环保型工程，可以组织实施。

4 生产运行的状况

系统建成投产后，矿山对系统的运行效果和运行成本进行了考察。

4.1流程考查

铜山口尾矿干排系统投产运行近一年，选矿技术部安排人员对运行情况进行数据收集，于2015年6月14日开展了流程考查。

选矿厂当班原矿生产情况

表4-1当班选矿厂原矿处理量

说明：大选厂12小时工作制，二班转。

浓细度分析

各环节浓细度检测数据如表

表4-2浓细度考查数据

脱水筛排料含水14％，压滤机滤饼含水18.4％，达到设计要求，符合堆场排尾矿条件要求。

产品粒级分布

全尾矿、脱水筛上产品、压滤机滤饼作粒级分析，数据如下表

表4-3产品粒级分析情况

ZZT-1836型脱水筛工作能力：

筛上排料口料层厚度为22cm，排料口宽度180cm，取距离排料口1m处做标记，标记到达排料口处需要77秒。

表4-4  高频振动脱水筛处理能力

计算得到ZZT-1836脱水筛筛上固体物料产量为21.5t/h台。

当班脱水筛、压滤机处理量

表4-5 脱水设备当班处理量

由脱水筛筛上排尾矿料（水份14％）占总尾矿量的63％以上，达到预期目标。

4.2  成本经济分析

统计2015年1-8月份成本，各项单耗如表4-6

表4-6备品备件与功率单耗

尾矿干排前，2012年尾矿排放运行成本，见表4-7

表4-7  年平均成本单耗

可见成本相差不大，尾矿干排成本略大，但征地成本未计。

5 存在问题与建议

在现场生产中由于设备配置条件限制，一台砂泵与多台旋流器并联工作，由1-2台旋流器的底流供给一台脱水筛，有时旋流器给矿出现不均匀。脱水筛的工作能力有小幅波动。

深锥浓缩机存在跑浑现象，沉淀面积需要适当加大。

建议砂泵合理配置旋流器台数，合理安排旋流器给料布局，控制生产波动；深锥浓缩机浓缩效率较低，需要考虑选择更高效的浓缩设备，比如斜管浓缩机。

结语

采用新型尾矿干堆方案，建设周期短，节约征地百分之八十、大大降低投资成本；尾矿浆实现固液分离，回水利用率高达80％，值得在北方缺水地区推广。

本工艺采用设备具有高效、轻型、易操作、易维护等优点，流程上设计紧凑，布置合理，流程线路短，脱水筛处理60-70％左右的尾矿，适于尾矿粒度-200目在70％左右的中小型选矿厂尾矿干排应用。

【专家先容：黎祖焕  选矿工程师】