细黏粒湿排尾矿库实施干排工艺探析

2019-03-25曾宪坤

有色冶金设计与研究 2019年6期

曾宪坤

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

细粒尾矿并无严格定义，对细粒尾矿库的定义来自于生产实践。业内常把颗粒粒径>0.075 mm 的质量占土粒总质量的50%以下，排放到尾矿库堆积尾矿坝的尾矿为细粒尾矿[1]。有研究显示，尾矿中<0.02 mm 的细粉粒组、黏土粒组和胶体粒组只能在静水条件下沉积。这种沉积尾矿密度小、占用库容大、固结慢、强度低，对于尾矿库的安全运行极为不利[2]。因此，细黏粒湿排尾矿库往往存在更大的安全风险。

尾矿干排是通过一定工艺将尾矿实现干料和水的最大化分离，干料可运输至尾矿堆场储存，水则可以回选厂利用[3]。干排工艺能大幅减少尾矿输送量，有效提高回水利用率，在同等条件下能有效延长尾矿库的使用年限[4]。与传统的尾矿湿排工艺相比，尾矿干堆在安全性方面具有明显的优势[5]。经过多年的探索和发展，国内矿山尾矿库干排工艺得到发展，并逐渐成熟，可大大降低尾矿库的安全风险。

出于安全、环保的双重压力下，近几年一些矿山开始着手对尾矿库进行湿排改干排工艺的改造，但企业及设计人员对于细黏粒湿排尾矿库能否成功实现湿排工艺转干排工艺的转换并无十足把握，特别是对初期如何在湿排的尾矿面上实现干排机械作业、后期的排矿工艺如何实施、实施干排后是否影响调洪等方面存在疑虑。本文拟通过某案例的实施，对在细黏粒湿排尾矿面实施干排工艺的情况进行探讨。

1 项目概况

某金矿位于贵州省黔西南州，属于南方多雨地区。该矿选矿设计能力为年处理矿石量120×104t，浮选尾矿库自2007 年建成以来一直采用湿排工艺向库内排放尾矿，排库尾矿的矿浆质量浓度为30%~35%。

该库采用一次性建坝、分期实施的方式获得库容贮存尾矿。前期为了提高尾矿坝上游边坡的稳定性和坝体的防渗性能，在坝体上游面排入尾矿；后期为了提高库容利用系数，尾矿也从库后及周边排放，尾矿水在西侧支沟澄清。由于环保要求库内澄清水不得向外排放，因此尾矿库投入运行以来，库内水位始终保持较高的状态，基本难于形成干滩。截至2015年矿方决定对尾矿库进行湿排改干排工艺改造时，坝前湿排尾矿深度约84 m。湿改干前现状照片见图1。

图1 浮选尾矿库湿排改干排前库内情况照片

回水区域位于浮选尾矿库西侧支沟，采用浮船回水，库内西侧支沟设有1 座排洪竖井，但出于环保要求，正常情况下不排水。

2 浮选尾矿性质

尾矿井下充填后，溢流尾矿进入尾矿库，-400目（38 μm）颗粒超过99%，尾矿平均粒径dp＜0.006 mm，属黏性尾矿中的“尾黏土”。可以看出，排入浮选尾矿库内的尾矿颗粒极细，库面尾矿固结情况差，在高水位的浸泡下处于“悬浮”状态。

根据对库内沉积滩原样尾矿以及经小型压滤机处理后获得的滤饼实验数据，可知：1）浮选尾矿库内沉积滩原样含水率为52.7%，湿密度为1.73 t/m3，饱和密度为1.74 t/m3，干密度为1.13 t/m3。 2）尾矿滤饼进行击实试验后，滤饼含水率为41.5%，最优含水率wop=27.9%，最大干密度ρdmax=1.45 g/cm3，最大压实度R为0.83，干密度ρd=1.21 g/cm3，快剪抗剪强度指标c=9.26 kPa，φ=26.56°。 3）通过试验得到压实度为0.95、0.92、0.90 3 种情况下的滤饼含水率，以及相应物理力学指标，如表1 所示。4）经过滤饼液塑限试验得到，10 mm 液限为47.2%，17 mm 液限为57.1%；塑限26.6%。

表1 不同压实度下滤饼含水率及物理力学指标

3 湿排改干排必要性

1）符合国家相关政策。根据《尾矿库安全监督管理规定》（安监总局第38 号令）第8 条：鼓励生产经营单位应用尾矿库在线监测、尾矿充填、干式排尾、尾矿综合利用等先进适用技术。该矿炭浸尾矿库于2009 年已成功实施了尾矿干排技术，浮选尾矿也于2013 年建成了分级井下充填系统，对分级后的细粒尾矿实施压滤后干排，均属于国家鼓励的“先进适用技术”。

2）提高尾矿库的安全性。相对传统的湿排尾矿而言，尾矿压滤后通过滤饼的方式排入尾矿库，物理力学指标大大改善，干排区固结效果相对较好，降低了尾矿坝溃坝等安全风险。

3）提高库容利用率。湿排尾矿由于需要通过库周边放矿，尾矿在库内是自然沉积的过程，受放矿点和支沟距离长等多方面因素的影响，库容利用率不高于90%，而干排则可以实现各个区域排放尾矿，提高库容利用率。

4）降低环境污染风险。尾矿经压滤后，压滤水返回选厂重复使用，滤饼中含水率仅40%左右，平时库区几乎无水，处于干库状态；滤饼在库内分层碾压，库内降雨时，雨水往西侧支沟汇集，远离坝体，延长了渗径，可大大降低环境污染风险。

5）延长服务年限。实施尾矿分级充填后，溢流尾矿进入尾矿库，-400 目的颗粒占99%以上，靠自然很难沉积，尾矿堆积干容重相比之前排入的尾矿将大大降低，而实施干排后，尾矿堆积干容重可以提高10%左右，可延长服务年限。

4 干排工艺技术方案

4.1 干排工艺原则

1）采用顺排法分单元、分块作业。按制定的运行计划进行作业，避免无序作业，从而降低作业成本。根据每天的入库浮选尾矿滤饼量，严格在计划的作业区进行，尽量控制作业区范围。另外，有序地分块作业还有利于浮选尾矿滤饼中水分的散发。 2）提高压实度、增强干排体的稳定性。确定合理的单元高度，以便滤饼中的水分能及时散发出来；同时，也确保压实机械操作的可行性，在提高堆体密实度的同时保证其稳定性。3）操作简单，运行方便。库内干排工艺以满足运行安全为主，尽可能利用胶带运输，减少移动胶带的次数。

4.2 干排工艺堆体规划

本次浮选尾矿湿排转滤饼干堆拟采取胶带运输作业，结合胶带运输的特点，按照尽可能少移动皮带机的原则，充分利用浮选尾矿滤饼的特性，以压滤车间为中心，逐步向远处推进的方式排放浮选尾矿滤饼，推进过程中以0.25%~5%的坡度坡向库内，形成排水坡度。该项目湿排改干排后终期平面、剖面示意图见图2。

图2 浮选尾矿库湿排转滤饼干堆终期平面、剖面示意

4.3 干排工艺

来自压滤车间的浮选滤饼，通过压滤车间的主胶带和库区内分布的支胶带，进入指定作业单元卸料，然后由湿地型履带式机械摊铺、堆放、晾晒2～3 d后，再由湿地型推土机进行来回碾压。

1）干排工艺平面布置。以压滤车间卸料点为中心，依次形成若干个干排作业单元向库内幅射，根据每天入库的滤饼量以及作业面水分散发，轮流作业。

2）作业面积。干排作业单元是整个干排库区的基本结构单元，为便于滤饼水分散发，需采取轮换作业的方式。结合浮选尾矿库地形，目前已形成的尾矿面积超过28×104m2，作业面相对比较宽，因此设计的工作面宽度定为30~50 m，长度为30～50 m，面积按1 500~2 500 m2左右控制，每天堆填的厚度约1.0~1.5 m。每天可堆填尾矿量约1 500~2 500 m3，基本上与每天滤饼产量相适应，压滤车间压滤尾矿量增大时，可适当增大单元作业面积。

3）作业方式。由于来自压滤车间运来的滤饼颗粒较细，平均含水量为达40%以上，直接上摊平机械可能存在一定的困难。因此，在指定的几个作业单元进行卸料并摊平后，需堆放2～3 d 后再用碾压机械碾压，并随时注意天气变化，以尽可能地让尾矿堆体水分散发。后进场的滤饼在已进场堆放并压实的堆体表面卸料，步骤同前。按照如此作业方式由压滤车间附近向浮选尾矿坝、库后支沟推进，为了作业需要，推进过程中，各单元间高差不宜大于1.5 m。

4.4 干排后的防洪安全

虽然湿排转干排后，在一定程度上能够提高浮选尾矿库的安全，但尾矿库仍是一个重大的危险源，因此，浮选尾矿库湿排转滤饼干排后，仍需维持原湿排时的防洪标准。可以利用控制滤饼堆体的方式控制调洪库容，以维持现有的排洪系统不改造的情况下实现排洪安全。

4.5 清污分流方案

尾矿库湿排改干排后，应尽可能减少进入尾矿库的水量，而减少库内水量的最佳途径就是清污分流。结合本项目情况，主要从以下几个方面进行：

1）减少入库污水量。浮选尾矿压滤水属于环保部门要求未经处理不得外排的“污水”，因此，要求压滤车间的滤液不进入浮选尾矿库，按最大2 kt/d 尾矿计，质量浓度35%，压滤完成后滤饼固体的质量浓度约70%，则滤液产生量最大约2 kt/d。目前尾矿库污水处理能力2 kt/d，要求滤液泵回选厂利用。

2）减少入库清水量。浮选尾矿库终期高程以外汇水面积达0.7 km2，在终期高程沿等高线位置设置截洪沟，将截洪沟以外至分水岭的坡面汇水拦截，直接排入库外。

3）加大库内水回用量。目前浮选尾矿库正常的回水量为5 000~6 000 m3/d，高峰时达到8 000 m3/d，为确保干排效果，应降低库内水量情况，加大回水量，尽可能保持库内“干燥”状态。

5 湿转干排后运行状况

项目自2017 年3 月正式实施干排工艺以来，由于矿方严格按照设计的干排工艺进行作业，该项目取得了比较好的效果，具体运行照片见图3。

图3 尾矿库由湿排改干排后运行现状照片

需要注意以下几点问题：1）湿改干投入运行时，由于湿排尾矿面尾砂力学性质较差，需要积累至少不得小于2 m 的滤饼厚度并形成一定的面积后方可实现机械作业。 2）滤饼排放过程中对原有的湿排尾矿库有很明显的挤压作用，因此，排矿工艺以及顺序很重要，采用上游法湿排尾矿堆积坝工艺更需谨慎。3）排矿点与库内排水井需保持足够的距离，并保持排水井周边尾矿均匀上升，避免对排水井形成不平衡的侧向推力。4）加强库内的排水非常重要，否则将严重影响干排工艺的实施。