某矿山尾矿库筑坝工艺优化实践

米振清 周 咏 田艳红

（河钢集团矿业公司司家营北区分公司）

某矿山属“鞍山式”沉积变质铁矿床，矿石类型主要为赤铁石英岩和磁铁石英岩两大类，浅部为赤铁矿石，深部为磁铁矿石。设计生产能力为年处理铁矿石1 500 万t，年产铁精粉480 万t，年产尾矿1 020 万t，尾矿经14 km 管路输送至尾矿库。尾矿库由东沟和西沟组成，堆积标高在未达到69 m以前，西沟和东沟单独使用，当堆积标高达到69 m时，东沟和西沟合为一个沟，尾矿库设计最终堆积标高为128 m，总库容达到8 714 万m3。

自投入运行后，受尾矿粒度细、黏粒含量多的影响，库内冲积滩面为淤泥状沉积体，滩面始终处于饱和状态，坡度小，渗透性差，汛期无法保证尾矿库安全，严重缩短14 km 回水管道以及尾矿库的使用寿命。同时废石筑坝费用高，实施难度大，必须研究用尾矿砂筑坝代替废石筑坝的可行性。为此，该矿山进行了尾矿库筑坝试验研究。

1 尾矿性质分析

开采初期，处理矿石为表层氧化矿，尾矿粒度非常细。随着采掘进度的推进，表层氧化矿逐步减少，但是受矿石结晶粒度细的影响，为达到最理想的选矿指标，必须提高磨矿细度，又产生了大量的次生矿泥。种种因素导致尾矿一直不能正常沉积，影响坝体稳定性。尾矿粒度分析见表1。

由表1 可见：尾矿中+0.074 mm 粒级含量19.13%，粒度偏细；-0.025 mm 粒级的矿泥含量达到54.43%，主要为悬浮质和流动质颗粒，难以沉降，呈淤泥状，形成的沉积滩承载力低，坡度不足0.2%。

2 试验研究方案

根据尾矿性质及沉降影响因素分析，结合行业内尾矿库筑坝方式，该矿山先后进行了添加絮凝剂筑坝、旋流器筑坝、旋流器加池填法筑坝试验研究。

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2.1 分散放矿过程添加特殊絮凝剂研究

经考察，进行分散放矿过程中添加尾矿库专用絮凝剂的试验室研究及工业应用，通过絮凝剂的化学干预，加快尾矿的沉积速度和清水析出速度，实现固液分离，有效形成干滩［1］。絮凝剂类型KTC-190125SH，药剂配置浓度0.25‰，试验室试验浓度为47.8%。试验结果见表2。

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由表2试验结果可见，在一定范围内随着药剂用量的提高，矿浆沉降固结效果明显提高，在较短时间内能够析出大量清水，但药剂用量超过90 g/t 后，受絮凝剂保水性能的影响，析出水量有所下降。

根据试验室试验结果，在尾矿库进行半工业试验。在西坝南侧山体平台上增设1套药剂配置装置，通过螺杆加压泵将药剂输送至放矿管路中。经生产试验，通过药剂用量调整，400 m 内沉积滩坡度可控制在0.5%至1%，沉积滩长度能够满足汛期防洪要求，澄清液清澈，也能够满足选矿厂回水要求。委托大连理工大学对沉积滩尾矿的物理力学指标进行测试，结果表明，添加絮凝剂后，形成的沉积滩渗透性变差，渗透系数仍在5～10 cm/s 量级，且压缩模量变小，沉积滩承载力低，难以从根本上解决后期坝体稳定性问题。

2.2 旋流器筑坝试验

旋流器筑坝法是将尾矿矿浆通过旋流器进行强制分离后，颗粒较粗的沉砂用于堆筑子坝，将溢流排放至库内的一种筑坝工艺［2］。根据尖山铁矿旋流器筑坝经验，对原有系统进行改造，采用FX250 脱泥型旋流器组进行旋流器筑坝半工业试验。试验内容如下。

（1）对回水系统进行改造。原回水泵为用4备3，在其中2 台备用泵上增设三通，连接至尾矿输送管路，既可用于回水，又可用于筑坝时尾矿稀释。

（2）在东坝、西坝南侧山坡的高点平台设置2 组旋流器组，每组15台，将稀释后矿浆给入旋流器组进行分级，细颗粒溢流通过管路沿库区南侧山沟直接排入库内，粗颗粒沉砂在造浆箱内加水稀释，通过渣浆泵输送至放矿管路筑坝。

（3）通过旋流器开启台数控制给矿压力，给矿压力0.15 MPa，试验结果见表3。

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由表3 试验结果可见，给矿浓度为40%时，沉砂中+0.074 mm、+0.025 mm 含量较高，利于筑坝，但是沉砂产率仅24.67%，会极大的延长筑坝时间。综合考虑沉砂粒度和产率，选择35%浓度进行旋流器筑坝。

为确定44.73%产率的旋流器沉砂是否满足坝体稳定性要求，对沉砂的相关指标进行了委托测试，测试结果见表4、表5所示。

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由表4 可见，沉砂的渗透性已经到10-4量级，内摩擦力和黏聚力指标较为理想，可保证尾矿砂快速排水和固结。根据表4 数据对坝体的稳定性进行计算，结果见表5。

由表5计算结果可见，坝体稳定性计算值均高于规范安全系数，旋流器沉砂筑坝可满足坝体稳定性要求。

2.3 旋流器加池填法筑坝应用

在旋流器法应用后，虽然沉积滩坡度和渗透系数均满足筑坝要求，但是二期子坝筑坝过程中发现，部分沉砂随漫流至库区内，损失量较大，导致筑坝进度慢，筑坝周期超过4个月。

为了减少沉砂损失量，三期子坝砌筑采用了旋流器加池填法筑坝。在尾矿库干滩上用水陆两用挖掘机修砌围堰，形成沿坝体方向长42 m、宽25 m、高3 m 的池子，池子末端预埋铁管。将旋流器沉砂排入池子，粗颗粒沉降堆积，细颗粒和水经预埋铁管排入库区。待池子排满固结后，再继续加高3 m 围堰排入尾砂，最终形成6 m 高坝体，依次修砌围堰排矿，直至整个坝体砌筑完成。

3 旋流器加池填法筑坝应用效果

采用旋流器加池填法筑坝方法后，沉积滩坡度由0.2%提高至0.5%，坝前100 m 渗透系数达10-4cm/s 量级，力学指标较之前有了很大的提高，坝体稳定性满足安全生产要求［3-5］；库区蓄水深度得到增大，尾矿回水清澈，水质满足选矿厂回用要求；筑坝时间由4 个月缩短至2 个月，减少了设备租赁、柴油消耗等支出，筑坝费用由140 万元降低至60 万元。

4 结 论

（1）使用KTC-190125SH 型絮凝剂筑坝，可有效控制沉积滩坡度，但是其渗透性变差、承载力低，难以解决坝体稳定性问题。

（2）单独采用旋流器法筑坝，在给矿压力0.15 MPa、浓度35%的条件下，沉砂渗透系数、内摩擦力、黏聚力等各项指标良好，沉积滩坡度满足要求，但是存在沉砂损失、筑坝周期长的缺点。

（3）采用旋流器加池填法筑坝，各项指标均满足安全生产要求，且可将尾矿库筑坝周期缩短一半，极大地降低了筑坝费用，对同类矿山有较强的推广应用价值。