立式砂仓全尾砂高浓度放砂技术研究

2015-11-04邢加勇

建材与装饰 2015年38期

关键词：高径全尾砂尾砂

邢加勇

（铜陵有色凤凰山矿业公司　安徽铜陵　244000）

立式砂仓全尾砂高浓度放砂技术研究

邢加勇

（铜陵有色凤凰山矿业公司安徽铜陵244000）

立式砂仓是矿山充填采矿工艺中的一个关键部分，砂仓底部排出尾砂浓度的高低通常是衡量工艺好坏的一个十分重要的参数。通常在研制砂仓过程中，一直没有非常有效的理论作为指导，运用最多的是二种立式砂仓即大高径比的立式砂仓，另一种砂仓为高径等比的砂仓，由于大高径比的砂仓投资较大，我国现阶段采用较多的是等高径比的立式砂仓居多，而该类砂仓虽然投资较低，但放砂浓度也较低，且基本上实行的是间歇式充填，充填能力难于提高，因此对等高径比砂仓放砂技术的研究有着极其重要的意义。

等高径比；孔隙压力；“零米”放砂；浓缩；间歇式

1　制备料浆浓度与尾砂性能的关系

尾矿浓度是受尾矿特性所决定的，如尾矿比重、粒径、细度、矿物成分、孔隙率、分子间孔隙压力、粘性、稠度、浓缩时间等。尾矿浆体是由很多固体颗粒组成，部分固体颗粒彼此接触，其中的间隙充满或充有水。大量的试验和充填实践证明，相同性能的尾矿在一定条件下，单位时间内尾矿的浓度又受尾矿沉降与浓缩时间，孔隙压力等因素所制约，正是基于这一点，做好全尾矿性能的研究，是全面的做好等高径比全尾砂高浓度制备技术的基石。

2　全尾砂与分级尾砂的特性差异

全尾砂和分级尾砂的特性是有所差异的，这一点己被大量的试验和实践所证明，在制备高浓度上，对于两者之间的差异我们大概可以这样表述，全尾砂在连续制备过程中，更易实现高浓度，其原因是：在沉降及浓缩过程中，全尾砂自身的密实性，对上部水体有较大的阻碍作用，形面隔离层。在一定程度由于全尾砂的密实性和细粒级尾矿的增加，尾矿的粘性增大，从而切断了与上面水体的联系，特别对于尾砂粘性较大的高硫尾矿在砂仓中更是如此，在一定程度上保证了高浓度持续放砂，分级尾砂在砂仓中易沉降和板结，在造浆过程中一方面因粒径较粗，难以活化，另一方面，在活化造浆过程中，需用大量的水进行流态化，破坏了砂仓内料浆浓度的平衡，导致大量水体涌入放砂压缩层，使浓度大幅度下降。

3　等高径比砂仓制备高浓度技术研究

高浓度尾砂具有固体兼液体的特性，对于复杂混合流体，如果总试图用牛顿流体的类似方法通过确定某种特定状态下流体的粘度来描述流体的流变性能，就容易在理论上和实践上造成一些误解或困难。这里我们引进一个流体力学模型：对于放砂规律的掌握大有帮助：

式中：τ-管壁切应力（Pa）；τo-初始剪切应力（Pa）；ηs-粘性系数（Pa·s）；u-孔隙压力（Pa）；φ-内摩擦角（°）；σ-总法向应力（Pa）。

如果固体颗粒较大，流体中液体的渗透性很好，则在一定的外部条件下，式中孔隙压力u基本一定；如果固体颗粒很小，混合体的渗透性比较差，则式中孔隙压力u为时间的函数。流变学行为变化缓慢的流体广义看作非稳定流体。如果将这样的流体当作宾汉体，则不利于对问题进行客观有效的分析，有时还可能起到误导作用。充填料浆的输送是一个比较复杂的问题，仅用宾汉流体模型来分析对待是不够的，而方程式中孔隙压力的引入有望提高分析和计算的精度，从而提高砂仓放砂性能和改善充填管道输送情况。有了上述方程式，我们对于等高径比砂仓全尾砂连续放砂过程中的一系列问题就易于解释。

一般为提高放砂浓度都将立式砂仓建的很高（20多米高），较高的立式砂仓尽管可以提高放砂浓度，但是在放砂过程中也有不利的一面，即立式砂仓底部沉淀尾砂的浓度较高时，尾砂将难以顺利放出，这是由于尾矿颗粒间孔隙压力的消失造成的，通常不得不在砂仓底部注入水或气体来加强沉淀尾砂的流动性，但是水或气体的加入会带来一定的副作用，而且随着人们对放砂浓度越来越高的要求，这种传统的方法越来越力不从心。

等比立式砂仓一般高10m（锥体部分体积不计），砂仓直径10m，锥体部分角度一般在30℃，为保证放砂浓度，砂位一般在6m以上（锥体部分体积不计），经过12h左右的浓缩时间，滤去上面的溢流水，再进行放砂，一般砂仓有效容积在70%，生产过程中我们注意到，在单孔放砂的等高径比立式砂仓放砂过程中，围绕放砂孔1.5m范围内的浓缩料浆的中央流速最快形成一个放砂漏斗，在砂位较高时，因等比砂仓直径较大，易形成放砂“死角”，加之尾砂的结块性，四周的尾砂己经固结成一个整体，所放尾砂或是中央沉降浓缩的低浓度尾砂，或是己板结的块状尾砂在风水造浆外力作用下，倒塌，将放砂口堵塞，发生断流现象。因此，要做好等高径比砂仓全尾砂高浓度料浆的连续排放就必须所制备的料浆具有孔隙压力的存在，同时由于等高径比砂仓高度不够，要想放出高浓度的尾砂就必须做好砂仓内的尾矿均化，必须采用控压助流技术。

4　“零米”放砂技术的研究与实践

金属矿山制备料浆时在砂仓内当浆体刚开始沉淀浓缩时，到达一定浓度的地方，由于颗粒间的液体不能及时地渗流出，在一定的时间内，孔隙压力是存在的，在试验中也观察到了孔隙压力存在的现象，当沉淀的尾砂存放时间较长后孔隙压力逐渐消失，这时将颗粒分离开来，就需要克服较大的摩擦力，甚至会产生负的空隙压力，这时颗粒间的临界摩擦力即方程中的（σ-υ）tanφ项比较大，这些特性对于全尾砂来说较分级尾砂更加明显。所以在立式砂仓生产实践中新鲜的尾砂要较陈砂容易放出。同时这也是全尾砂连续排放的关键，同时正是由于全尾砂粘度的增加，特别是粗粒级全尾砂由于粒经的变化，孔隙率降低，为全尾砂浓度的提高和放砂的连续性提供了保障，实际上，方程后一部分由于粘性产生的力不仅是液体部分的粘性而产生的，固体颗粒也会对之产生很大的影响。关于混合体的粘度，爱因斯坦、托马斯都进行过相当有成就的研究，从其的结论中可以大致得出这样一个启示，一定的混合体的粘度是固体体积浓度的函数，是有极值的。“零米”放砂技术也就是在此基础上产生的。即当尾砂达到似膏体浓度时，尾矿自身的粘性阻碍了上部水体进入放砂浓缩层的水力联系，并保证砂位的相对恒定，一般砂位在2m左右就可实现似膏体连续放砂，由于等高径比砂仓的砂位受到限制，通过砂位来保证浓度受到限制，这时有必要通过对周边的料浆进行均化，用“隐形“活化保证放砂浓度，换句话说，在一定条件下，充填能力与砂仓容积无关，这一点目前的冬瓜山铜矿和河北钢铁公司的石人沟铁矿、祟礼紫金矿业公司走出了一条新路。