尾矿库高浓度输送低浓度排放新工艺分析

陶武玲

（四川会东大梁矿业有限公司，四川 凉山州 615205）

文章提出一种新的排放工艺，也就是在经过浓缩处理之后，进行低浓度排放。实施这种排放方式，主要由于原有的排放方式的渗透性并不理想，沉积固结所需的时间较长，而且干滩条件不够良好，换句话来讲，就是难以符合修筑子坝的标准。采取低浓度排放的方式，无论是分选还是固结，都获得了可观的效果，有助于产生干滩，由此提高坝基强度，易于对子坝进行修筑，同时促使坝体更加可靠与安全。依次进行了水槽比较试验、固结计算等，以定量的形式，对该工艺开展了优势评估。

1 工程背景

对于四川会东大梁矿业而言，其属于一家采选联合企业。地处会东县铅锌镇，与县城的距离大概为67Km，有公路相通，交通相对方便。会东铅锌矿属于以锌为主的简单硫化铅锌矿床，是含铅、锌、银等多种金属的大型矿山。该铅锌矿中含Pb0.7%左右，含Zn9%左右，氧化率低，属原生硫化铅锌矿。铅的存在以方铅矿为主，含微量白铅矿。会东铅锌矿新选厂于2014年下半年建成投产，目前生产现场采用的是“优先浮铅-选铅尾矿再浮锌”的工艺流程，为了提高铅、锌精矿的回收率，一是由于磨矿工艺的限制，磨矿产品粒级分布不合理，细粒级的含量占比较多，导致选厂排出的尾矿颗粒组成中细颗粒含量高，二是采用石灰作矿浆调整剂，矿浆pH值高（PH=11.0），矿石表面性质发生变化。因此，选厂排出的尾矿颗粒组成中细颗粒含量高。会东铅锌矿的尾矿浆与其他尾矿矿浆相比，同浓度条件下粘性偏大、颗粒细、粘性大、放矿浓度偏高，粗、细颗粒在坝前不分选，给小黑箐尾矿坝堆筑造成困难。小黑箐尾矿坝设计为上游法堆坝，由于选矿厂产生和排放的尾矿颗粒较细、放矿浓度偏高，尾矿在子坝坝前放矿后，粗、细颗粒难以分选，尾砂沉积及固结慢，子坝坝前根本形不成干滩，一直无法利用库内尾砂构筑子坝。目前尾矿库采用的筑坝材料为以前废弃的尾矿库内干尾矿砂，用汽车运输老尾矿库内的干尾砂至新库坝上，通过机械碾压筑坝。由于老尾矿库内尾砂数量有限，干尾砂消耗完以后子坝堆筑材料来源将成为问题，而利用库内坝前粗颗粒尾砂构筑子坝是最经济可行的方案。因此，针对会东大梁矿业提出的利用现在生产过程中产生的尾矿进行筑坝可行性及堆坝试验进行研究，以改善干滩长度，并探寻利用库内坝前粗颗粒尾砂构筑子坝的可能。

2 两种不同的尾矿排放

2.1 原排放工艺

对于所排出的尾矿浆而言，其浓度大概为26%～30%，若以这一浓度直接输送的话，则会极大浪费资源，使运输费用变得更多，并且也不能确保运输效率。通过浓缩池的使用来进行浓缩处理，浓度能够达到40%左右，随后由泵送到尾矿库，通过这样的方式，避免了浪费资源的现象，有效节省了运输费用，同时也能显著提升运输效率，回水循环利用。

2.2 新排放工艺

通过试验研究得知，针对此种类一样的尾矿，放矿浓度越低，所获得的分级效果就越理想，并且有着更大的粗颗粒。基于这样的原理，对以往排放工艺开展优化，在回水流过排水系统之后，借助回水泵的作用，把回水再次抽到坝上，和高浓度的尾矿进行汇合，利用稀释箱的作用对尾矿进行稀释处理，促使其浓度大概为25%，在此基础上，能够达到尾矿排放的目的。实际上对于低浓度排放而言，并未转变以往的运输模式，而是在正式排放之后，通过加入一定量的水来进行稀释，之后以分管的形式朝着库区排放，回水同样能够被循环利用。

3 尾矿排放的试验比较

3.1 高浓度排放水槽试验

对于水槽试验来讲，其实际上属于大比尺的试验，选取高浓度放矿。管道分流同时引到尾矿，在经过1个阀门之后和流量计进行连接，以便能够充分把握放矿流量，实际进行放矿时要最大程度和坝上一致，基于不同级放矿中间放置1个周期，通过这样的方式，能够确保沉积固结，结合放矿的过程与停放的时间，对与采样点有关的参数进行监测，例如总的压力以及高度等。在停放一定时间之后，开展试验同时取样进行土工试验。图1所示为放矿水槽。

图1 放矿水槽

具体放矿中，先沉积于坝基的地方，通过水槽慢慢产生漫流，因为有着很强的挟砂能力，促使沉积滩坡度相对平缓。实际放矿流动中，对于粒径超过0.074mm的颗粒，以很快的速度下沉，而粒径没有超过0.02mm的颗粒，持续向后进行扩散。通过不断的流动慢慢达到固相沉积，与此同时，也实现了对颗粒的分选。通过试验能够得知，针对于颗粒级分布而言，浓度对其所造成的影响并不大。以大多数的尾矿而言，其粒径处于0.044至0.074mm的范围，对于粒径超过0.074（+200目mm的尾矿颗粒，大约能够占到整体的40%。结合土的工程分类，对于这一尾矿来讲，颗粒总体上并不大，级配不够理想，在排水固结方面有着很大的难度。

3.2 水槽试验和库区取样结果比较

在完成水槽试验之后，对多个位置进行取样，并在相同的地方取上一定的尾矿，针对土样以及尾矿，对两者开展颗分试验。通过水槽试验，可以充分体现尾矿浆的分选情况，从流动的方向上来看，土粒比重存在降低的趋势，当处于二十米范围内的区域，粗颗粒含量呈现增加的趋势，由于粗颗粒的沉积，在超过三十米之后的区域，含量逐渐降低，当尾矿粒径处于0.044至0.074mm的范围，含量出现较大的增长趋势。通过开展水槽试验，就是为了比较分析尾矿分选的不同。沿着矿浆流动的方向，对于库区土样而言，其颗粒比重也呈现了降低的趋势。和高浓度放矿进行比较，库区排放有着突出的差异，在四十米的范围内，粒径超过0.074mm的含量都超过了75%，而处于四十米范围内的颗粒，其含量远低过水槽的。由此对于低浓度矿浆而言，其在分选上较为彻底，易于形成尾矿的沉积。进一步能够推断，相比之下，低浓度放矿有着更为可观的分选效果，能使大量的矿料沉积于坝基的地方，更易于产生坡度，除了与干滩的产生有关，也能直接决定坝的可靠性。

4 高低浓度尾矿固结模拟

（1）模型构建与参数选择。初期尾矿坝的高度约有32m，每级子坝的高度都为10m，共50m，总坝高82m。模型属于一维土柱，一共有十二层，每层高度均为三米，好比分成了十二个阶段，达到分层排放。从开始放矿到结束，一共大概有31个月，由此可以得知，排放时间大概有78天，停放时间大概有三个月。在排放高度上升的情况下，水位线随之变高，且处于最顶端的位置，换句话来讲，各层均属于饱和土。充分结合子坝的规模，对于子坝的修筑而言，处于五十米范围内的料发挥着重要的作用，表1所示为实际的材料参数。

表1 材料参数

（2）水槽50米尾矿固结计算。即便停放时间超过三个月，水压力的消散也不是很彻底。针对单向固结理论，探究内容仅和超净孔压力有关，与变形耦合没有直接的联系，同时借助其消散程度，对固结程度进行定义，以最差的一层来计算，可以进一步得知固结度是0.78。

（3）库区50m尾矿固结计算。在水压力消散方面，相比于水槽50m，库区50m较为彻底，通过相关的计算，固定度为0.98，由此得知差不多完成固结。显而易见，与高浓度排放进行比较，低浓度的有着较大的固结度，所以易于形成尾矿固结。

5 稳定性校核

（1）模型构建和参数选择。依次在20m以及50m的地方取土样，并且开展土工试验，和干密度是类似的，对于20m位置的土样，其干密度为1.975g每立方厘米，而对于50m位置的土样，干密度则为1.6g克每立方厘米，通过测量获得相应的渗透系数与抗剪强度。为更好提升可比性，实施彻底固结参数，就抗剪强度参数而言，相比于水槽，库区的相对较高。针对已建成的二级子坝，对其坝体开展稳定性校核。通过对碎石的使用来开展堆筑，干滩长度达到三十米，有着正常的运转条件。

（2）渗流水位线计算。通过对GEO-SEEP模块的使用，获得了相应的水位线图，相比于高浓度放矿，低浓度有着较低的水位线，使得浸润线埋深得到了进一步的提升，这易于形成尾矿固结，同时能够促使坝体更加稳定。

（3）稳定性计算。基于渗流的计算，通过对极限平衡法的使用，来对静力稳定开展分析，当处于正常的运转条件，借助圆弧法开展计算。通过结果得知，对于30m干滩工况而言，并不能符合有关的设计标准，而实施低浓度放矿，则可以符合设计要求。表2所示为计算结果。

表2 计算结果

6 结论

在具体排放中，把回水泵接回放矿口，借助稀释箱的作用，对尾矿浆进行稀释处理，由此达到排放的目的。经过颗粒分选比较分析得知，通过稀释排放的方式，能够获取更为可观的分选效果，无论是渗透系数，还是粗颗粒的含量，都是相对较大的。通过开展固结计算得知，对于库区50m位置的尾矿而言，差不多彻底固结，相比之下，水槽的固结程度仅达到0.78，有着相对差的效果。总而言之，在试验以及计算的基础上，证明了新的排放工艺具有较好的可行性。