拉么锌矿尾矿处理方案研究

张开盛 王 春 程露萍 王文丽

(1.柳州华锡有色设计研究院有限责任公司，广西 柳州 545001；2.中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083；3.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院，云南 昆明 650100)

拉么锌矿尾矿处理方案研究

张开盛1王 春2程露萍2王文丽3

(1.柳州华锡有色设计研究院有限责任公司，广西 柳州 545001；2.中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083；3.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院，云南 昆明 650100)

拉么锌矿选矿厂尾矿采用低浓度排放方式，面临能耗较高、外排废水量大、重金属离子超标、枯水期选厂生产用水紧张等问题，详细分析了拉么锌矿选矿厂尾矿处理现状。通过尾矿性质分析，得出尾矿成分、含量及尾矿以中细粒为主；借助尾矿沉降试验，测出尾矿浆达到良好沉降效果时絮凝剂的添加量；研究出了膏体制备的工艺流程及浓缩指标。同时对高浓度尾矿料浆进行塌落度试验及环管输送试验，对尾矿浆输送浓度、体积和速度进行测算，最终得出了合理的输送方案。制定了一套适合拉么锌矿选矿厂尾矿处理的方案，即尾矿料浆浓度为70% 的膏体尾矿运排方案。该方案具有使生产用水循环利用，尾矿入库干堆排放、外排废水量少等优点，解决了当前拉么锌矿选矿厂尾矿处理面临的问题。

锌矿 选矿 尾矿处理 膏体 试验

采矿、选矿、尾矿处理是矿业工程面临的重要环节。建国以来，随着地下资源的开采，遗留了大量的采空区，低浓度尾矿排放给环境照成了严重的影响，同时浪费了大量的资源。如新塘铜矿、雷家寨铜多金属矿、二里河铅锌矿等采用空场法开采，遗留了大量采空区[1-3]，山东金岭铁矿、丁家山铅锌矿、接龙铁矿等，每年都需要处理大量的尾矿[4-6]。采用充填法处理采空区具有安全高效、地压灾害控制及深井通风降温效率高等优点，采用膏体尾矿排放具有节能减排的优点[7-13]。膏体尾矿制备、输送及工艺方面的研究具有重要的意义，因此，依托广西金河矿业股份有限公司拉么锌矿进行膏体尾矿处理方案的研究。

1 尾矿处理现状及存在的问题

1.1 尾矿处理现状

拉么锌矿选矿厂尾矿处理方法仍然采用传统方法，即低浓度排放，尾矿最终堆存在金竹坳选矿工业区老尾矿库中。尾矿浆经过自流、提升、自流的过程，最终排入老尾矿库。具体线路为：矿山采出的原矿运至选矿厂经浮选、重选和磁选后的尾矿浆汇集到总尾矿沟，尾矿浆浓度为18%左右，此时尾矿浆经总尾矿沟由+550 m标高自流至+517 m标高的抽泵站，然后经砂泵提升至+584 m标高的总尾矿沟后，再自流至金竹坳老尾矿库排放。

1.2 存在的问题

拉么锌矿选矿厂的生产规模为1 500 t/d，原矿品位约5%，按照老工艺流程不变，拉么锌矿选矿厂的选矿尾矿量约为1 392 t/d，外排尾矿浆的平均浓度为18%，则尾矿干量约为16.32万m3/a。目前拉么锌矿选矿厂关于处理尾矿的问题主要有：

(1)采用传统的低浓度排放方式，能耗较高，尤其是在枯水期尾矿库的所有回水都要返回选厂作为生产用水，能耗更高。

(2)尾矿库外排废水量大，存在重金属离子超标的现象，废水处理的难度大。

2 膏体尾矿制备研究

2.1 尾矿性质

拉么锌矿选矿厂的尾矿以中细粒为主，-200目57.3%，-400目23%。尾矿中的成分：锌0.3%、铜0.04%、硫2%～3%、铁5%～7%、砷2%～3%，锡0.01%～0.1%、钨0.01%～0.1%，其他成分为硅质岩、泥灰岩、页岩等。尾矿真密度3.3 t/m3，堆容重1.8 t/m3，尾矿粒度分析成果见表1。

表1 拉么锌矿选矿厂尾矿粒度分析成果

2.2 尾矿沉降试验

(1)试验目的。通过尾矿沉降试验测出尾矿浆达到良好沉降效果时絮凝剂的添加量。

(2)试验方案及步骤。矿样配浆按矿浆质量浓度分别为7%、10%、13%、18%和20% 5种，分别进行静态絮凝沉降的对比试验。矿浆质量浓度7%、10%、13% 时，添加聚丙烯酰胺(PAM)高分子絮凝剂5 g/t；矿浆质量浓度18%、20% 时，添加聚丙烯酰胺高分子絮凝剂10 g/t。根据所得数据绘制絮凝剂沉降曲线进行对比分析。

(3)试验结果及分析。根据试验测得的数据，绘制出不同浓度下絮凝剂沉降曲线，见图1、图2。

图1 不同浓度下5 g/t PAM高分子絮凝剂沉降曲线

图2 不同浓度下10 g/t PAM高分子絮凝剂沉降曲线

由图1、图2可以得出，对于给矿浓度为18%的矿样，按接近沉降临界点的清水层高度计，加10 g/t絮凝剂组所需沉降时间为2 min，这说明添加絮凝剂后，矿浆中的微细矿泥得到迅速絮凝变粗数倍，加速了颗粒沉降，沉降速度相对提高了，矿浆的沉降比较容易，效果十分显著，根据试验结果PAM添加量定为10 g/t，尾矿浆可以达到良好的沉降效果。

2.3 膏体尾矿制备

拉么锌矿选矿厂选用HRC-15-3.0HC型高压浓密机，在重选车间旁，直接将低浓度(18%)的尾矿浆送入高压浓密机进行浓缩，浓密机的底流为膏体或近膏体尾矿浆，浓密机的溢流回水返回选厂作生产用水。为控制和减少尾矿库的外排废水量，避免因选矿废水外排造成重金属污染源的扩散，同时降低系统运行费用，采用“低浓度尾矿→浓缩→膏体(或近膏体)尾矿，浓缩液流回选厂”的制备工艺流程(如图3)。对排往尾矿库的尾矿进行提前处理，最终实现尾矿在金竹坳尾矿总库膏体排放，选矿废水全部循环利用，消除污染源对周边环境产生影响。尾矿浓缩指标见表2。

图3 尾矿处理工艺流程

项目名称浓 度/%尾 砂/(t/d)/(t/h)尾 水/(m3/d)/(m3/h)浓缩底流701389.8057.911921.380.0浓缩溢流0.052.220.094420.0184.2给 矿181392.0058.006341.3264.2

3 膏体尾矿输送

3.1 高浓度尾矿浆料的流动性

为了解尾矿浆料的流动性，进行了全尾矿的塌落度试验，试验结果见表3。

表3 拉么锌矿全尾矿塌落度试验结果

从表3中可以看出，尾矿浆浓度越大，塌落度越小。试验结果表明：拉么锌矿选矿厂尾矿浆在浓度较高的情况下，流动性比较差。

3.2 高浓度尾矿环管输送试验

膏体、似膏体及高浓度料浆输送与输送料浆的初速度、压头、尾矿料浆中物料的粒度分布及配比等关系密切。环管输送试验即模拟地表排放管线设计，增加一定的难度系数，如多增设弯头、增设垂直管段等，在地表设一套环管输送试验系统，环管试验系统与立式砂仓配套的搅拌槽相连接，该管路将搅拌槽作为喂料仓和储仓，可将料浆循环泵送，以测定不同配比和浓度下料浆输送的管路压力损失。试验管路布置见图4。

图4 高浓度尾矿环管输送试验管路布置

通过高浓度尾矿环管输送试验测定不同配比和浓度下料浆输送的管路压力损失如图5。从图5中可以看出环管输送的管路沿程压力损失与输送流量、料浆浓度有关，并且随着浓度增大而增大，随着流速加快而增大，在料浆的流量大于60 m3/h时，环管输送的管路沿程压力损失增加相对显著。

图5 尾矿环管输送沿程阻力损失与流量关系

3.3 尾矿浆输送浓度、体积和速度的确定

尾矿的真密度为3.3 t/m3，当尾矿浆的浓度达到70%时，容重为1.95 t/m3，根据选矿厂的生产规模，此时要输送的尾矿浆量为1 018.4～1 076.9 m3/d，即42.4～44.9 m3/h，考虑尾矿输送泵要满足20%的富余能力，则泵的输送能力应大于53.9 m3/h。

该选矿厂原采用外径为108 mm、内径为96 mm的管道输送尾矿浆料时，管道的沿程压力损失比较大，为降低砂浆输送的阻力，宜适当增大尾矿输送管的直径，故推荐选用外径为133 mm、内径为117 mm的无缝钢管输送尾矿浆料。当尾矿浆料流量一定时，流速与输送管道内直径成反比，见式(1)。

V=Q/(3 600πD2/4)，

(1)

式中，V表示尾矿浆流速；Q表示尾矿浆流量；D表示输送管道的内直径。

计算可知，当管道内径由96mm增大到117mm时，尾矿浆料的流速将由1.95～2.07m/s降到1.31～1.39m/s，就大大降低输送过程的沿程阻力。

3.4 膏体尾矿输送

拉么锌矿选矿厂将尾矿浆料由尾矿制备站输送到金竹坳尾矿总库，中途要经过标高约为+584 m茶山口，输送距离超过5 780 m，高差超过54 m。为了顺利将尾矿浆料(浓度为70%)输送到尾矿总库，必须采用管道泵压输送。根据需要，选矿厂选用2台G105-1型单螺杆泵(正常工作1台、备用1台)与高压浓密机配置，采用变频调速控制输送流量，并留有较大的富余生产能力。实践证明，该选矿厂膏体尾矿可以顺利地输送到金竹坳尾矿总库。

4 尾矿处理方案评价

拉么锌矿的尾矿处理方法由传统低浓度排放改为高浓度尾矿膏体排放，取得的主要成效有：

(1)尾矿浆经浓缩制成膏体，制备过程中获得大量回水，使生产用水循环利用，减少尾矿库回水运输的费用，同时也解决了枯水期选矿生产用水紧缺的问题。

(2)尾矿膏体排入尾矿库实现了干堆排放，外排的废水很少，解决了外排废水治理的问题。

(3)拉么锌矿选矿厂尾矿浆液中存在重金属离子超标的现象，实现膏体输送排放后，重金属离子的年排量大大减小，解决了废水排放重金属离子超标的问题。

(4)膏体尾矿输送排放的尾矿处理方法在拉么锌矿选矿厂的成功运用,对其他相似企业具有一定的参考价值。

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(责任编辑 徐志宏)

Study of Tailings Disposal Scheme in Lame Zinc Mine

Zhang Kaisheng1Wang Chun2Cheng Luping2Wang Wenli3

(1.Liuzhou Huaxi Non-Ferrous Design Research Institute Co.Ltd.，Liuzhou 545001，China；2.School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China；3.Kunming Prospecting Design Institute of China Nonferrous Metals Industry，Kunming 650100，China)

Tailings in dressing plant of Lame Zinc Mine were discharged with low concentration，which caused such problems as high energy consumption，large water-waste，overproof heavy metal and water shortage in production in dry season and so on.Therefore，the current situation of tailing disposals in Lame Zinc Mine was analyzed in detail.Through the analysis of the nature of tailings，the composition and content of tailings were obtained and the tailings are mainly in medium-fine particle.With tailings settling tests，the flocculant dosage by which tailings slurry can achieve good settlement effect were measured，and the process and concentrated indicators of paste preparation were prepared.At the same time，through the slump tests and the loop conveyor of high concentrations of tailings slurry，a reasonable transportation plan was finally determined by calculating the concentration，volume and speed of slurry delivery.A set of the tailings disposal scheme being suitable for dressing plant of Lame Zinc Mine was put forward，that is，tailings slurry with concentration of 70% is considered as paste for transport.The scheme owns a series of advantages，such as water recycling in production，dry tailings stockpiling，less water wastes etc,.So，the scheme can solve the problems of tailing disposal currently faced by Lame Zinc Mine.

Zinc mine，Mineral processing，Tailings disposal，Pasty fluid，Test

2014-09-07

张开盛(1987—)，男，助理工程师。通讯作者 王 春(1986—)，男，博士研究生。

TD853.3

A

1001-1250(2014)-11-046-04