罗寺沟尾矿库细粒微细粒尾矿堆存技术研究

文启付 杜 博 王 静

(河南安钢集团舞阳矿业有限责任公司，河南 舞钢 462500)

0 引言

罗寺沟尾矿库紧临舞钢市区，下游约800 m处有村庄、田岗水库和省道七蚁公路，东南距铁山矿区铁古坑采场约4 km，属山谷型尾矿库，设计总库容为2 300 万m3、最终堆积标高+168.5 m和堆积总高68.5 m[1]。初期坝采用不透水粘土筑坝，于1972年建成。2008年至2012年，公司对尾矿库多期子坝出现沼泽化的安全隐患进行灾害综合治理，在紧临原坝下游用露采剥离岩石一次性修筑废石坝，最终标高168.5 m，坝体中轴线长1 800 m，原始地貌为透水心墙废石坝，最低处长89 m，其余为不透水粘土心墙废石坝，新增库容596 万m3。灾害治理后总库容2 896 万m3；库等别由三等库提高到二等库；新增一排水系统，由框架挡板式排水井和隧洞组成，防洪标准由五十年一遇提高到一千年一遇[1]。2012年，铁山矿区采矿由露采转入地采，采用充填法开采，尾矿经分级后细粒部分输送到尾矿库。2016年6月，赵案庄王道行矿区微细粒和细粒尾矿开始输送到尾矿库。为此，两矿区细粒尾矿均入库，给尾矿库安全生产带来了挑战，需对细粒微细粒尾矿入库如何排放等进行综合研究。

1 运行现状

赵案庄王道行矿区微细粒尾矿排到老库区，入库后在坝前难沉淀，干滩平缓，已堆积到溢流塔附近，影响到溢流塔的排水质量。目前，尾砂堆积坝子坝坝顶标高156.3 m，坝前堆积干滩滩顶高平均154.5 m，干滩坡度<1%，溢流塔出水口标高150.50 m。子坝距溢流斜槽650 m，距溢流塔1 100 m。

废石坝与尾砂堆积坝之间形成的三角区，由铁山矿细粒尾矿排放堆积，见图1。三角区现已堆积到148.5 m标高，堆积到尾砂堆积子坝标高尚需115.33 万m3。

图1 罗寺沟尾矿库现状图

2 安全隐患

2.1 赵案庄王道行矿区尾矿排入尾矿库产生的安全隐患

赵案庄王道行矿区排入尾矿库的细粒、微细粒尾矿-0.038 mm占61.68%，难沉淀，部分在水中呈悬浮状态，直接推进到溢流塔附近，回水水质不能满足选矿生产要求。堆积坝前干滩抬升缓慢，干滩坡度过缓，平均坡度<1%，形成汛期最小干滩长度100 m时安全超高不能满足要求。若因回水水质问题，封溢流塔抬高排水标高，又引起汛期调洪库容不足。

2.2 铁山矿区尾矿排入尾矿库产生的安全隐患

三角区原尾矿堆存工艺为铁山矿区尾矿经旋流器浓缩分级后沉沙堆积在三角区，溢流排入老库区。为了加快三角区尾矿堆存抬升速度，细粒尾矿不经旋流器浓缩分级直接排入三角区。细粒尾矿直排后，造成微细粒尾矿无规律堆积，局部形成隔水层，部分堆积在透水坝段附近，直接影响透水坝的透水性。

3 细粒微细粒尾矿堆存技术研究

3.1 入库尾矿的矿物组成

赵案庄王道行矿区选矿产生的尾矿经分级排入尾矿库的细粒微细粒部分，取样做物相鉴定，主要矿物为蛇纹石，占总量的75%以上，其余为白云石、角闪石、古铜辉石和石膏等；取样化学分析，全铁矿品位TFe 4.50%，磁性铁mFe 0.75%。蛇纹石经选矿工艺后部分泥化，悬浮于水中难沉淀。

铁山矿区尾矿经分级排入尾矿库的细粒部分，取样做物相鉴定，主要矿物为石英和单斜辉石，占总量的90%以上，其余为玉髓、角闪石和方解石等；取样化学分析，全铁矿品位TFe 11.00%，磁性铁mFe 1.20%。铁山矿区分级后细粒尾矿中含少量的微细粒，整体易沉淀。

3.2 赵案庄王道行矿区微细粒尾矿堆存技术试验研究

3.2.1 充填站浓缩池溢流尾矿砂浆沉淀试验

充填站30 m浓缩池取溢流样，将矿浆静置澄出上层澄清液备用，预先测定下层矿浆的固体和水分的重量。为保证矿浆的粒度、泡沫粘度等条件与生产一致，用原试样的澄清液配制不同浓度的矿浆。试验用1 000 ml量筒取等量、等浓度的矿浆充分混合后分四组样，静止观察各量筒中矿浆的沉降情况取平均值。沉淀试验结果见表1。通过自然沉降试验，该微细粒尾矿为难沉淀尾矿。

表1 充填站浓缩池溢流尾矿砂浆自然沉降试验结果

3.2.2 旋流器浓缩分级与压滤机压滤对比试验

根据充填站浓缩池溢流沉淀试验结果，选用FX200、FX150、FX125和FX100四种型号的旋流器在尾矿库现场进行浓缩分级试验。各型号旋流器在尾矿浓度、压力相同的条件下进行浓缩分级试验，分别对比在8 h、24 h、48 h和72 h内浓缩后沉沙堆积量的多少和溢流中含尾矿的浓度。经对比试验，FX150型旋流器在相同时间内，沉沙量最多，溢流中尾矿浓度最低浓缩分级效果好，且运行成本低。

微细粒尾矿经压滤机压滤试验，压滤后含水量约30%。压滤后的微细粒尾矿呈团块状，不流动，现场需频繁架设皮带运输和机械二次搬运，对现场施工场地要求较高。

尾矿压滤相对旋流器浓缩，现场占用场地大，作业条件要求高，效率低，能耗高，运行成本高。

3.2.3 土工布过滤试验

旋流器溢流尾矿粒度细、浓度低、难沉淀，排放到尾砂堆积坝前干滩上，易冲刷干滩；悬浮物直接飘浮到溢流塔附近，影响回水水质。干滩上用木杆和锚网围成50 m×50 m的田字格，周边分别铺500 g/m2、200 g/m2和100 g/m2的土工布。旋流器溢流排放到不同田字格中进行过滤试验。见图2。

图2 土工布过滤试验

通过试验对比，200 g/m2土工布在相同单位时间内过滤效果较好，处理量多，过滤后的水质满足回水水质要求，经济合理。

3.3 铁山矿区细粒尾矿堆存技术试验研究

铁山矿区细粒尾矿中微细粒含量较少，整体易沉淀。为在废石透水坝段坝前迅速抬升，采用缩小排矿口增加排放管和排放管端部安装横管(Φ100 mm横管长6 m，两端封闭，300 mm等间距开孔30 mm)均匀放矿两种方案进行试验,见图3。通过现场对比试验，增加放矿管并在端部安装横管的方案，在相同单位时间内透水坝前沉淀堆积尾矿量较多。对比两种方案，放矿管端部安装横管的方案，有效降低了尾矿在坝前的流速，加速了细粒尾矿在坝前的沉淀，维护工作量小，运行稳定，效果好。

图3 增加排放管进行堆存技术试验

4 细粒微细粒尾矿堆存技术新方案运行效果

通过对微细粒尾矿在罗寺沟尾矿库堆存技术的研究，探索出“难沉淀微细粒尾矿-小直径旋流器浓缩-沉沙坝前干滩堆存-溢流排入土工布围成的田字格中沉淀-过滤后的水进入储水区”一整套全新技术方案。依据新技术方案确定的参数，赵案庄王道行矿区微细粒尾矿通过FX150旋流器浓缩，沉沙在坝前干滩堆积，溢流排入用木杆、锚网和土工布围成的田字格中沉淀和过滤。新堆存技术方案经1.5年的运行，堆积坝干滩滩顶高程整体抬高约1.5 m；离八期子坝中轴线200 m范围内干滩上的50 m×50 m田字格中微细粒尾矿沉淀效果明显，干滩平均坡度达1.5%，局部达2%；干滩坡度、安全超高和最小干滩长度等均达到安全生产要求；水经过土工布过滤后进入储水区，回水水质满足选矿生产要求；溢流塔排水标高未抬高，调洪库容满足汛期要求。

铁山矿区细粒尾矿增加排放管并在端部安装横管分散放矿的新方案，经实践有效降低了尾矿在紧临坝前干滩上的流速，加速了尾矿的沉淀，同时增加了透水坝段坝前堆积尾矿的渗透性。新方案运行1年，透水坝坝前干滩尾矿堆积抬高约5 m，向库内由粗粒到细粒分级堆积明显，有效保证了透水坝段的透水性。

5 结语

通过对铁山和赵案庄王道行两矿区微细粒、细粒尾矿的矿物组成、沉淀试验和堆存技术的综合研究，有效解决了在罗寺沟尾矿库的堆存困难，实现了干滩坡度、最小干滩长度、安全超高和调洪库容等均满足安全生产运行要求，回水水质满足选矿生产要求。