尾矿浓缩地面堆放研究与应用

司不知（中钢集团山东矿业有限公司，山东 苍山 277700）

尾矿浓缩地面堆放研究与应用

Application and study of tailings thickening and stacking on the ground

司不知（中钢集团山东矿业有限公司，山东 苍山 277700）

针对中钢集团山东矿业有限公司无尾矿库的实际情况，在试验论证的基础上，采用了旋流器浓缩堆放的地面尾矿存放方式，不但解决了尾矿存放问题，而且浓缩后的尾矿沙可以作为水泥生产的原料，实现了矿业经济、生态环境、资源利用的和谐发展。

尾矿浓缩；合理利用；地面堆放

1 前言

中钢集团山东矿业有限公司苍山铁矿位于山东省苍山县境内，已探明地质储量7 500万t，为鞍山式沉积变质铁矿床，铁矿石平均地质品位32.65%。矿山建设规模设计为采选矿石240万t/a，选矿尾矿用于井下充填。2008年7月选矿厂建成投产，生产初期，井下充填系统尚未形成，选厂尾矿全部用于充填矿区周边的矿坑。截止2009年7月，选矿厂共处理原矿石近70万t，外排尾矿50余万吨，西风井至选矿厂周围的矿坑几乎全部充填完毕并覆土复耕，可利用的矿坑将使用殆尽，而选矿厂周围没有合适的地形（没有高山峡谷）修建临时尾矿库，且矿体周围居民密集。而原设计周年沟尾矿库位于选厂东南方向，距选厂约7km。经现场踏勘及从地形图上查找，选矿厂周围没有合适的地形，地形高差不大，只有选择周念沟山谷作为尾矿库较合适。周念沟周围地形高差也只有50～60m，占地面积大。由于土地征用难度较大及井下充填系统形成后，选矿厂的生产尾矿主要用于井下充填采空区，因此生产初期在周年沟修建尾矿库既不经济，同时时间上也不容许。

在矿区周围修建传统的尾矿库不但工程造价高、库容量小、运行安全程度低，而且实施困难（涉及居民搬迁），建设周期长，不能满足山东矿业公司“边生产、边基建，以矿养矿滚动发展”的战略需求。选矿厂的生产面临着尾矿无处排放被迫停产的严峻形势。

为此，中钢集团山东矿业有限公司积极寻求尾矿存放的新方式、新方法，组织专业工程技术人员经过反复考察论证，结合当地的具体情况，在充分考虑安全可行、风险小、易于操作、方便管理、不占或少占农田等方面的综合因素后，拟定了利用距选矿厂2km平山后村的小荒山沟，进行尾矿干堆的存放方案。为此，中钢集团山东矿业有限公司选矿厂于2009年5月26日至2009年8月10日，先后从磨选—选别车间内拆除3台用于磨矿分级用的WDS610旋流器进行了尾矿浓缩试验。全部工业试验历时两个月，与选矿厂生产设备能力标定及流程考查工作同步进行，取得了较为满意的工艺技术指标。即在目前的选矿厂排尾浓度下，选矿厂外排尾矿经过浓缩可以取得旋流器沉砂浓度69.85%、沉砂产率70.5%的良好工艺指标，达到了预期的目的。并于2009年8月25日正式投入使用，实践证明，运行至今效果良好，浓缩后的尾矿砂不但存放安全，而且还可以销往附近的水泥厂作为生产水泥的原料，实现了变废为宝，同时也减少了尾砂占地面积，为中钢集团山东矿业有限公司苍山铁矿选矿厂的生产运行提供了可靠的保障。

2 物料性质

物料的化学成分。尾矿主要以石英、普通角闪石、蓝闪石为主，此外含极少量绿泥石、黑云母、长石（斜长石、正长石、微斜长石）石榴石等，铁矿物主要以硅酸铁、碳酸铁、赤铁矿、褐铁矿为主，此外尚含有少量的黄铁矿、磁铁矿。物相分析结果见表1。

表1 尾矿铁物相分析结果 %

从尾矿铁物相分析结果可知，外排尾矿的铁矿物主要以硅酸铁为主，其次是赤褐铁矿，其它铁矿物含量较低。由于尾矿中铁矿物的含量达14.81%，因此尾矿密度较大，有利于尾矿砂的浓缩堆存。尾矿多元素分析结果见表2。

表2 尾矿多元素分析结果 %

由表2可以看出，尾矿中SiO2的含量达63.64%，满足附近苍山、枣庄水泥厂对生产水泥辅料的要求（SiO2＞60%）。

原矿石密度为3.47g/cm3，尾矿密度3.03g/cm3，尾矿松散密度1.36g/cm3；外排尾矿浓度16.67%～20.50%；输送尾砂量177t/h。选矿厂外排尾矿的粒级组成见表3。

表3 选矿厂外排尾矿的粒级组成

由表3可见，选矿厂最终尾矿粒度较粗（-0.074mm占49.94%），且密度大，高达3.03t/m3、沉降快，这就为尾矿浓缩创造了条件。

3 尾矿浓缩方案的确定

既考虑生产建设周期要短同时又考虑到投资省、见效快，尽快解决选矿厂尾矿存放问题，更要确保试验结果的准确性，经过研究决定今后的生产中不考虑投资大、耗费高、建设周期长的高效浓密机，使用可以将原混合物料分成截然不同的两部分——带有少量水的粗砂和含有大量水分的溢流的旋流器对生产尾矿进行浓缩堆放。因此，直接利用现场条件，从正在使用的选矿厂拆除3台磨矿—分级用旋流器，安装在矿区北侧正在充填的矿坑周边进行浓缩试验。这样既节俭了试验费用又能保证试验结果与生产实际相吻合，同时又不影响选矿厂的正常生产。其原则流程见图1。

图1 尾矿浓缩流程示意图

旋流器入口与尾矿输送管路相连接，在旋流器的入口处安装调节阀（用以调节旋流器的工作压力、使3台旋流器的工作压力保持均衡），在试验中，选矿厂外排尾矿进入旋流器后，底流直接充填矿坑，溢流排放到其它地方，经过澄清后的溢流水由回水泵返回选矿厂生产工艺中作为回水使用。

旋流器的选择：不同规格、不同用途的旋流器可以得到不同的浓缩分离效果，同一种旋流器也会由于溢流管、沉沙嘴直径的不同，操作条件的不同（如进料浓度、工作压力等）得到不同的效果。考虑到选矿厂外排尾矿粒度较粗，-0.074mm含量仅占50%，可以使用较大规格的旋流器进行浓缩试验，因此直接拆除选矿厂备用的WDS610水力旋流器用于尾矿浓缩。

4 浓缩试验结果及分析

采样点的设置：本次试验采样点较少，分别是旋流器的底流、溢流及旋流器的给矿共3个点，在同一时间内同时进行采样。旋流器的给矿从尾矿输送渣浆泵出口管道垂直管段上经由放矿阀截取，同时为了确保试验结果的精确性，每次条件试验采样时间为2小时，采样时间间隔为30分钟。

浓缩试验过程中，旋流器工作压力的调整是通过调整旋流器进口管路上阀门的开度来实现；旋流器溢流及底流的调整，通调整旋流器的溢流短管及沉砂嘴来实现，旋流器给矿浓度的调整是通过调整尾矿输送渣浆泵进口管路上阀门的开度来实现。在整个试验过程中，为了保证试验结果的准确性，每次改变条件完毕后，系统稳定运行20分钟后开始取样，并将所取试样送选矿厂试验室进行研究。因为考虑到实际生产中，仅仅依靠进口管路上阀门的开度来控制旋流器的给矿压力，因阀门磨损较快给生产管理带来不便，因此对阀门的开度不做具体的研究，仅仅作为在试验中调整旋流器的工作压力之用，查看旋流器工作效果的变化。在实际生产时可采用不同规格的旋流器，以WDS610旋流器作为主旋流器，以WDS350旋流器为辅助旋流器——压力调整之用，通过增加或减少WDS350旋流器的工作台数，实现旋流器进口压力的调控。

选定以上条件进行尾矿浓缩试验，试验结果见表4。由表4可以得出如下几点。

表4 尾矿浓缩试验结果

（1）当旋流器的进料浓度16.67%时，安装Φ80mm沉砂嘴，在目前的尾矿排放压力下，可以获得底流产率为59.33%、浓度75.60%的工艺指标。

（2）当旋流器的进料浓度17.60%时，安装Φ80mm沉砂嘴，在目前的尾矿排放工作压力下，可以获得底流浓度76.8%、产率63.06%的工艺指标。由此可见，安装Φ80mm沉砂嘴，虽然可以得到较高的底流浓度，但产率较低，仅60%左右，也即选矿厂外排尾矿中，有近40%进入到溢流中，给溢流水的澄清带来不利影响。

（3）当旋流器的进料浓度为18.7%时，安装Φ100mm沉砂嘴，在目前的尾矿排放压力下，可以获得底流产率为70.46%、浓度为70.2%的工艺指标。

（4）当旋流器的进料浓度为18.70%时，安装Φ110mm沉砂嘴，在目前的尾矿排放压力下，可以获得底流产率为76.6%、浓度为58.6%的工艺指标。底流产率较高，底流浓度相对较低。

（5）当旋流器的进料浓度为20.50%时，安装Φ100mm沉砂嘴，经过调压后，可以获得底流产率为75.30%、浓度为69.85%的“双七十”工艺指标。

由此可见，相同的沉沙嘴由于给矿浓度的不同，导致了浓缩效果的不同，可见旋流器的给矿浓度对旋流器的浓缩分级影响较大；在其他条件不变的情况下，相同的给矿浓度、不同的沉沙嘴也会导致浓缩分级效果的不同，沉沙嘴大，进入底流中的尾矿砂数量增多，但底流浓度降低；相反，沉沙嘴直径变小、底流浓度变高，但底流数量变小，也即进入溢流中的尾矿量增多，需要堆放的尾砂量减少。因此，在生产实际中应根据现场的具体情况，在满足堆放要求的前提下，采用较大规格的沉沙嘴适当降低底流浓度，从而增加尾矿堆放的数量。

根据现场的实际情况，在不影响浓缩尾矿干堆的前提下适当降低旋流器的底流浓度，提高进入底流中的尾砂数量。因尾矿粒度较粗（-0.074mm占50%）、沉降较快、浓缩后尾砂堆积角较大，据现场测试可以达到20°左右，采用65%的底流浓度，可以使干堆尾矿的数量达到全部尾矿量的75%以上，进入溢流中的尾砂量仅为输送量的1/4左右，为尾矿回水的重复利用奠定了基础，同时也减少了溢流中细粒级部分的存储费用。

5 应用实践

中钢集团山东矿业有限公司选矿厂于2009年8月25日开始启用平山后小山沟作为尾矿存放处理场，其总库容仅35万m3，如果采用传统的尾矿排放方式，选矿厂达产后，年处理矿石量240万t，每月处理矿量为21.8万t，选矿比为3.98，可生产精矿5.48万t，预选抛废石量为5.45万t，需要输送的尾矿量为10.87万t，折合7.99万m3，即正常生产时四个月就将填平闭库。为了延长临时尾矿库的使用寿命，确保选矿厂生产的正常进行，根据尾矿浓缩试验的结果，在现场安装了WDS610和WDS350水力旋流器各5台对生产外排尾矿进行浓缩干堆。旋流器安装位置高于存放溢流的矿坑30m，浓缩后的尾矿砂直接存放在山坡上，且山势较为平缓，适宜尾砂的存放，经风吹、日晒晾干后，由于尾矿中SiO2的含量达63.64%，满足制作水泥用原料的要求，可以将之销往附近的水泥厂，溢流经过尾矿管道自流到尾矿坑中，经自然沉降澄清后，回水返回选厂重复利用。现场设置浓缩后尾砂存放处理场所两处，二者交替使用，使浓缩后的尾矿砂有充足的时间风化、晾干，方便运输销售。

实际生产中，由于考虑到浓缩后的尾矿砂不是用于筑坝，无需将底流中细粒级物料剔除，因此在满足使用要求的前提下，可以使用小直径的旋流器，以提高底流中尾砂的数量。因此在实际生产过程中，WDS350水力旋流器5台为主、WDS610水力旋流器1台作为处理能力不足时的补充之用，运行结果见表5。

表5 水力旋流器运行结果 %

由表5可以看出，由于现场同时采用WDS610与WDS350旋流器联合作业，浓缩效率与试验所用的单一种WDS610相比，当旋流器给矿浓度几乎相同时（前者18.7%，后者18.5%），沉砂产率由70.46%提高到80.52%，进入溢流中尾砂量仅为全部输送量的20%左右，矿坑的使用寿命延长了4倍。旋流器浓缩尾矿排放法见图2。

图2 旋流器浓缩尾矿排放示意图

旋流器置于山坡之上，选矿厂的尾矿浆经由尾矿输送渣浆泵进入旋流器中。浓缩后的尾矿砂沿着自然地势由上向下排放。在山坡的坡脚下建一简单的拦挡堤坝，将浓缩后的尾矿砂置于堤内，溢流直接进入矿坑内。由于尾矿密度大沉降速度快，因此浓缩尾矿砂堆放表面坡度较大，拦挡堤坝高度可以相应降低。现场仅在坡脚建2m高拦挡堤坝可就可满足使用要求。由于浓缩后尾砂浓度较高，尾矿砂存放区域内不见明水。浓缩后的尾矿砂在排放和流动过程中，经过蒸发和脱水，因而进行了一定的固结[1]。根据尾矿的排放顺序，可以对存放的尾矿进行销售或当其达到设计标高时进行覆盖和复垦。

截止2010年6月25日，选矿厂共处理原矿石104万t，累计尾矿输送量51.85万t，折合38.12万m3，经旋流器浓缩干堆尾矿量30.5万m3，几乎全部销往水泥厂，仅7.62万m3的细粒级尾矿砂从溢流进入到矿坑中，矿坑的利用系数按0.8计算，35万m3矿坑可以满足选矿厂处理原矿石385.8万t，矿坑的使用寿命延长了4倍。

同时由于尾矿密度大，因此尾矿颗粒沉降速度快、回水质量高，对矿坑回水进行了测定，取回水1 000mL，经过沉淀澄清过滤烘干后，悬浮物的重量为92.3mg，合92.3mg/L，完全满足工业用水的质量标准（工业废水排放标准为悬浮物浓度＜500mg/L）。2009年10月，现场敷设Φ273钢管2 000m，将矿坑溢流水输送回选矿厂，直接进入生产工艺中，从而使选矿厂的新水使用量由原来的3.5m3/t降低到1.66m3/t原矿，节约生产用水52.6%。选矿厂达产后每年可以节约水资源费441.6万元。

旋流器浓缩尾矿干堆的特点如下。

（1）安全性高。干堆方式尾砂中含水量很低，尾砂处于不饱和状态，不会形成泥石流，目前，国内外尚无干堆尾矿库溃坝实例。溢流水进入容积仅35万m3的矿坑中，矿坑面积小减少了渗流量，且矿坑远比传统的尾矿坝坚固得多，因此其安全性毋容置疑。

（2）占地面积少。矿坑35万m3，且深度达20m之多，矿坑表面积较小，浓缩后干堆尾砂的高度可以超过坝体的高度，实践证明，采用干堆的尾矿库库容可达传统尾矿库库容的3～4倍[2]，即干堆尾矿占地面积为传统尾矿库的1/3～1/4。选厂又将浓缩后的尾矿砂经过风化、晾干后及时运往水泥厂，使土地的占用面积进一步减少。

（3）经济效益高。不但减少了征地费用、住户迁移费用等，而且尾矿销售到水泥厂，实现了矿产资源的综合利用，创造出了新的价值。截止2010年6月25日，销售尾矿砂25万m3，实现利润125万元，实现了矿业产品的综合利用。

（4）见效快。由于旋流器操作简单、安装方便、快捷，占地面积小、重量轻且处理能力大、生产效率高，从实验研究到投入生产运行不足3个月，从而确保了选矿厂生产的正常进行。

（5）投资省。尾矿浓缩仅仅购买了5台WDS350旋流器，总投资10万元左右，另外5台WDS610来自选矿厂的备用旋流器。尾矿输送距离为2 000m，钢管直径为Φ325钢管，管线投资为120万元，总投资额为130万元，到2010年6月已将投资全部收回。

（6）尾矿产量高。由于浓缩后的尾矿砂不是用来筑坝，而是进行堆放或销售，因对尾矿砂中各粒级的含量没有特别的要求。因此在满足堆放的前提下，进入底流中的细粒级含量越高，则堆放的尾矿砂量就越大，对选矿厂的生产越有利。由于旋流器是一种高效浓缩设备，一台WDS610水力旋流器处理能力高达300～400m3/h，WDS350处理能力高达100～150m3/h，正常生产时两台WDS610或5台WDS350水力旋流器即可满足生产需要。根据旋流器的工作原理可以得知，小直径旋流器分级粒度细，因此使用小直径旋流器可以增大堆放尾矿的比例，从而提高了底流中尾矿砂的数量。

6 结语

中钢集团山东矿业有限公司采用尾矿浓缩干堆方式，解决了当前选矿厂生产面临的尾矿无处存放的难题，确保了选矿厂的正常生产。该种存放方式在国内刚刚起步，国外已被广泛采用，符合我国矿业循环经济的发展要求。以该种方式堆存的尾矿又可以销售到附近的水泥厂，尾矿回水率高，使选矿厂的新水用量大幅度降低，尾矿得到再利用。实现了“资源—产品—废物再利用”的良性循环[3]。

[1]王 军.尾矿浓缩堆存—选矿废渣处理的发展趋向[J].金属矿山，2009，（5）增刊：8-12.

[2]B.C.S罗宾逊.旋流器在尾矿处理中的应用[J].金属矿山，2009，（11）增刊：447-448.

[3]徐兴涛，崔喜权.矿山企业发展循环经济的构想与实践[J].矿业工程，2008,6（5）.

TD926.4

B

2010-10-12

司不知（1963-），男，河北灵寿人，选矿高级工程师，中钢集团山东矿业有限公司选矿车间技术副主任。

Abstract:In view of the practical situation that there is no tailings pond in Shandong mining Co.,Ltd.,Sinosteel Corporation,based on the test and demonstration,the way of stacking tailings on the ground after tailings thickening by cyclone is adopted.It solves the problem of tailings stacking,and the thickened tailings can be used as materials of cement production,which achieves harmonious development of mining economy,ecological environment and resource utilization.

Key words:tailings thickening;reasonable utilization;stacking on the ground

1672-609X（2011）02-0022-04