细粒级尾矿干排处理工艺在张庄矿的应用研究

2021-12-17齐美超孙春海

现代矿业 2021年11期

吴红潘猛齐美超王琦孙春海

（安徽马钢张庄矿业有限责任公司）

选矿作业过程中将有用目标组分含量较低且无法利用的部分称为尾矿。据统计，矿山产出的尾矿占工业固体废物的30%，但其利用率仅为7%［1-3］，不仅给生态环境造成了破坏，也给企业高质量发展带来了影响。目前，对于尾矿的利用主要有井下充填和干排处理，尾矿的综合利用及可持续绿色发展是当前矿产资源开发过程中必须考虑的因素。为此，对马钢张庄矿全粒级铁尾矿进行了试验研究，以提高资源利用率。

1 概况

马钢张庄矿选矿厂建设规模500万t/a，为响应国家绿色矿山建设，提高尾矿资源利用率，张庄矿探索取消尾矿库、全尾充填的生产模式。选矿厂尾砂经两段浓密机浓缩，其中一段浓密机为1台φ50 m浓密机，底流浓度为25%，由泵输送至充填站的1台φ20 m深锥浓密机进行浓缩，浓密机底流浓度为68%，然后充填至井下。

为进一步提高尾矿资源利用率，张庄矿继续对尾矿处理进行探索研究，研发了一套尾矿干排处理系统，该尾矿干排处理系统分为粗粒尾矿干排和细粒尾矿干排。其中，粗粒尾砂干排项目由水力旋流器和直线筛组成，φ50 m浓密机底流分流一部分经水力旋流器分级，直线振动筛脱水后，筛上物料厚度达10 cm，粗粒尾砂产率53.0%，含水率17.73%，2018年已形成稳定产线，具备30万t/a的生产能力。本文重点论述在粗粒尾矿处理过程中，由水力旋流器溢流和振动脱水筛筛下形成的细粒级尾矿的干排处理方式。

2 工艺流程

张庄矿选厂尾矿干排处理系统按60万t/a设计，粗粒级和细粒级各30万t/a，日均生产能力各约1 000 t。尾矿取自浓缩大井（φ50 m）底流，底流浓度25%，由泵输送至旋流器浓缩分级，粗粒级由直线振动筛脱水处理后形成粗砂；旋流器溢流混合直线振动筛筛下细粒级尾矿至深锥浓密机浓缩，再采用陶瓷过滤机进行脱水形成细砂。工艺流程见图1。

细粒级尾矿浓度约16%，密度2.7 t/m³，粒度组成见表1。细粒级尾矿干排系统主要设备为φ15 m深锥浓密机，输送渣浆泵，TT-96型陶瓷过滤机，DTII（A）等。

3 细粒级尾矿干排系统设备选型

3.1 浓密机选型

浓密机入料量1 000 t/d，浓度约22%，给料量波动系数1.15，根据浓密机所需面积计算公式A=Qd/q（式中，A为浓密机面积，m2；Q为进入浓密机的固体量；d为波动系数；q为单位面积处理量，t/（m2·h）），并参考相关物料沉降试验结果，确定深锥浓密机单位面积处理量为0.3 t/（m2·h）［4-6］，絮凝剂添加量为10 g/t，单位面积处理量q经验值取0.3 t/（m2·d），计算可得A≈159.7 m2。故浓密机直径计算可得D≈14.3 m，故选择1台直径15 m的深锥浓密机。

3.2 陶瓷过滤机选型

陶瓷过滤机入料矿量1 000 t/d，即Q=41.67 t/h，入料浓度60%，设计滤饼含水率18%。根据前期半工业试验表明，TT-96型陶瓷过滤机单位处理能力为0.38 t/（m2·h）［3］，过滤面积96 m2，故需过滤机台数1.14，选择2台TT-96型陶瓷过滤机。过滤后滤饼在卸料时呈块状下落，实际生产中便于堆放、存储和运输，滤液清澈透明，可回收利用。主要设备选型见表2。

4 生产调试过程

4.1 陶瓷过滤机最佳给料浓度调试及能力计算

细粒级尾矿经深锥浓密机浓缩后，浓度可达50%以上，再给入陶瓷过滤机过滤脱水，现场保证陶瓷过滤机其他参数不变，探索最佳生产浓度，结果见表3。

由表3可知，物料浓度对陶瓷过滤机的产能和滤饼含水率影响都很大；随着物料浓度升高，陶瓷过滤机处理能力增大，滤饼含水率也上升；当浓度达到65%以上时，滤饼水分高于20%，不满足汽车外运的环保条件；故综合考虑考，陶瓷过滤机的给料浓度应控制在58%～65%，实际生产时可根据市场需求调整。

将浓度控制在58%～65%，则陶瓷过滤机的处理能力为363.5 kg/（m2·h）。TT-96型陶瓷过滤机的处理面积为96 m2，实际2台每时处理能力为69.79 t，陶瓷过滤机每天实际可开机时长18 h，则每天可生产细尾砂量1256.22 t，达到了设计要求。

4.2 絮凝剂添加量调整

因前期进行的浓密沉降试验表明，在给矿浓度15%、絮凝剂添加量10 g/t、给料速度0.50 t/（m2·h）时，效果较好。此时，底流浓度可达62.17%，屈服应力82.50 Pa、溢流水含固量116.8 mg/L，但实际生产时受给料浓度升高（22%左右）影响，若按照此标准添加絮凝剂，水质很难维持目标值，故需要对絮凝剂添加量进行试验研究，以达到最佳絮凝沉降效果。试验结果见表4。

由表4可知，在给料浓度保持不变的情况下，底流浓度及溢流水水质随絮凝剂添加剂量升高而升高；当絮凝剂添加量超过60 g/t时，浓度及水质改善并不明显，且由于物料存在细粒级，絮凝后表现出泥床较黏，底流屈服应力较高以及泥床旋转现象，不利于现场生产；综合考虑，确定絮凝剂添加量为50 g/t，此时底流浓度为62.35%，溢流水悬浮固体含量为160 mg/L。

4.3 生产过程中存在的问题及解决措施

4.3.1存在问题

（1）张庄矿尾矿干排处理工艺流程中水力旋流器溢流和直线振动筛筛下产物混合成的细粒级物料需通过渣浆泵输送至深锥浓密机，调试时发现中砂、细砂产率不为1∶1，细粒级产率较高，该渣浆泵能力偏小。2台尾矿直线振动筛同时作业的情况下，会造成漫料，需向总尾缓冲箱分流。

（2）陶瓷过滤机给料浓度不稳定，波动区间较大，其主要受深锥浓密机底流矿浆浓度和补加水影响，人工调控浓度不精确，影响陶瓷过滤机带料效果，造成干排产物量小、水分高，且系统操作全部为本地手动操作，过程较为复杂，所有泵池无液位计，不便观察液位，不具备连锁控制功能。

（3）目前，国内矿山尾矿脱水流程中细粒级多采用压滤机处理。经考察及试验研究，压滤机滤液较浑浊，不利于回收再利用，压滤后产品水分较高，在20%左右。故张庄矿采用陶瓷过滤机处理细粒级尾矿，由于在脱水处理过程中细粒级含量、絮凝剂添加、陶瓷过滤机参数调整等影响细砂产品水分和产量的因素较多，现场调整调试较精细，也会影响陶瓷板使用寿命。调试前期经常出现水分大和更换陶瓷过滤机滤板频繁的情况，。

4.3.2解决措施

（1）更换大功率变频渣浆泵，并改造筛下物料可直接返回至φ50 m大井，一旦出现漫料，加大泵频率或改部分筛下物料至大井，该问题得到有效解决。

（2）增加自动化操作及视频监控系统，实现深锥底流浓度与补加水量连锁控制。将过滤机的给料箱及给料管由原来的三点给料改为多点均匀给料，精准控制陶瓷过滤机给料浓度，并加装泵池液位自动控制装置，提高了系统运行的自动化水平，降低了工人劳动量，系统运行更加稳定高效［7-10］。

（3）延长陶瓷板酸洗时间，适当加大用酸量。将过滤机酸洗时间由1 h延长为2 h，并将过滤机清洗电源盒电流由2.3 A调整到5 A，合理规划2台过滤机酸洗频次，使滤板达到高效清洗，确保过滤效果，保证细砂产品水分合格的同时，也延长了陶瓷板的使用寿命［11-13］。