馬海玉，堯金才

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

尾砂充填新工藝探討

馬海玉，堯金才

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

尾砂膠結(jié)充填常采用立式砂倉、水泥倉、相應(yīng)的給料計(jì)量裝置、高濃度攪拌桶、風(fēng)水及工藝管道、電儀控制等的配置形式，但考慮到傳統(tǒng)的立式砂倉容積過大、造價(jià)過高，現(xiàn)采用斜板濃密機(jī)來代替立式砂倉，可有效地節(jié)省基建投資，是充填工藝發(fā)展的新方向。

尾砂充填；斜板濃密機(jī)；立式砂倉；淺層沉降；分級(jí)尾砂

充填采礦技術(shù)發(fā)展迅速，20世紀(jì)50年代主要采用干式充填，進(jìn)入60年代以后，出現(xiàn)了水砂充填和混凝土充填，70～80年代出現(xiàn)分級(jí)尾砂和天然磨砂充填，90年代以后出現(xiàn)廢石膠結(jié)充填、膏體充填和全尾砂充填[1]。目前，國內(nèi)礦山根據(jù)自身不同的實(shí)際情況及尾廢的合理利用，采用分級(jí)尾砂充填和全尾砂充填居多。從充填工藝上看，尾砂膠結(jié)充填常采用立式砂倉、水泥倉、相應(yīng)的給料計(jì)量裝置、高濃度攪拌桶、風(fēng)水及工藝管道、電儀控制等的配置形式。本文擬針對(duì)傳統(tǒng)充填系統(tǒng)工藝的缺點(diǎn)，研究一種新的尾砂充填工藝，并從分級(jí)尾砂和全尾砂兩方面對(duì)該充填工藝進(jìn)行探討。

1 傳統(tǒng)尾砂充填系統(tǒng)工藝

現(xiàn)以采用立式砂倉的充填系統(tǒng)為例，介紹傳統(tǒng)尾砂（或分級(jí)尾砂）充填系統(tǒng)的工藝流程。來自選廠的尾砂通過泵送至立式砂倉內(nèi)（分級(jí)尾砂中間加一套分級(jí)裝置，常為旋流器組，分級(jí)后進(jìn)入立式砂倉），靠重力自然沉降至砂倉底部，澄清水通過倉頂溢流。沉降的尾砂經(jīng)風(fēng)水造漿后，形成可連續(xù)放出的高濃度砂漿供使用。水泥或者膠固材料通過罐車壓入相應(yīng)的料倉貯存，使用時(shí)經(jīng)底部計(jì)量給料裝置按一定配比給入高濃度攪拌桶，與砂倉放出的砂漿高效攪拌后，形成結(jié)構(gòu)流體狀的充填料漿，自溜進(jìn)入井下采空區(qū)(充填倍線過大時(shí),會(huì)在井下管道入口處增加充填泵)。

傳統(tǒng)的立式砂倉一般是直徑Φ7～10 m，高度超過25 m，容積過大，造價(jià)過高，現(xiàn)考慮采用斜板濃密機(jī)來代替立式砂倉。

2 尾砂充填新工藝

2.1 新工藝論述

因斜板濃密機(jī)效率非常高，斜板濃密機(jī)單位占地面積的生產(chǎn)能力是普通濃密機(jī)的4倍[2]，能使來自選廠的25%～30%重量濃度的尾砂濃密到60%～70%，基本滿足部分礦山的充填工藝要求，對(duì)于尾砂特別細(xì)的礦山可適當(dāng)增加絮凝劑來提高濃密后的濃度。同時(shí)，斜板濃密機(jī)的回水將進(jìn)入選廠重復(fù)利用，故選擇絮凝劑的材料非常重要，必須通過大量的試驗(yàn)得出。一定量絮凝劑的使用即能加快沉降速度，回水重復(fù)進(jìn)入選廠時(shí)又不影響選礦回收率，故采用斜板濃密機(jī)替代砂倉是可行的。

充填新工藝如圖1，來自選廠的全尾砂通過泵送至斜板濃密機(jī)（采用分級(jí)尾砂時(shí)，中間需加一套分級(jí)裝置，常為旋流器組，分級(jí)后進(jìn)入斜板濃密機(jī)）,沿斜板沉降至砂倉底部，澄清水通過倉頂溢流作為工業(yè)回水使用。沉降的尾砂經(jīng)風(fēng)水造漿后，形成可連續(xù)放出的高濃度砂漿供使用。水泥或者膠固材料通過罐車壓入相應(yīng)的料倉貯存，使用時(shí)經(jīng)底部計(jì)量給料裝置按一定配比給入高濃度攪拌桶，與濃密機(jī)放出的砂漿高效攪拌后，形成結(jié)構(gòu)流體狀的充填料漿，進(jìn)入井下采空區(qū)。當(dāng)斜板濃密機(jī)底流濃度達(dá)不到充填要求時(shí)，可以配置加藥裝置來加速顆粒的沉降。

圖1 尾砂充填新工藝系統(tǒng)

對(duì)于易板結(jié)的尾砂，可采用高頻振動(dòng)斜板濃密機(jī)，斜板組模塊間歇式高頻微振，使斜板上的物料有序下滑，保證斜板板面上不堆積物料，板間不堵塞，從而保證設(shè)備長期穩(wěn)定的工作效能。為避免可能出現(xiàn)的底流排放管道和閥門的堵塞，高頻振動(dòng)斜板濃密機(jī)又采用了底流無障礙排放裝置設(shè)計(jì)，減少和避免閥門和管道的堵塞和磨損，達(dá)到最好的使用效果。

采用新工藝后，地表充填制備站的投資將大大減少。例如香爐山鎢礦要求的日平均充填能力為696m3/d，所需小時(shí)充填能力為696×1.2/15=55.68 m3/h，配置2套能力80～100 m3/h的充填系統(tǒng)。系統(tǒng)投資約2 400萬元，2套立式砂倉及基礎(chǔ)費(fèi)用約650萬元；若將立式砂倉改為1 000 m2的斜板濃密機(jī)約節(jié)省基建費(fèi)用在450萬元以上。這對(duì)于近期低迷的礦業(yè)形勢(shì)具有很大的使用價(jià)值。

2.2 斜板濃密機(jī)及其原理

斜板濃密機(jī)是基于1886年英國人Howatson發(fā)現(xiàn)的“淺層沉降”原理研制出來的，用以替代直徑較大且單位面積生產(chǎn)能力較低的普通濃密機(jī)。斜板濃密機(jī)發(fā)展很迅速，1956年即在西德商用。20世紀(jì)50、60年代，西歐、蘇聯(lián)、日本各國也進(jìn)行了斜板濃密裝置的研制開發(fā)，日本還進(jìn)行了同心圓式裝置斜板試驗(yàn)并成功。20世紀(jì)60年代，國內(nèi)的部分礦冶研究院等也進(jìn)行了斜板濃密箱的研制。1970年，參照日本設(shè)備，鞍山冶金設(shè)計(jì)院與沈陽礦山機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造了Φ30 m斜板濃密機(jī)，在本溪歪頭山鐵礦使用成功。1991年，昆明冶金設(shè)計(jì)院引進(jìn)Sala公司的50 m2斜板濃密箱的技術(shù)后，研制出了KMLZ（錐斗）和KMLY（圓池）型斜板濃密機(jī)[3]。隨后，該設(shè)備在國內(nèi)應(yīng)用逐漸廣泛。

制造斜板濃密機(jī)所依據(jù)的“淺層沉降”原理，具體如下。

濃密機(jī)的沉淀公式為

式中：u0為顆粒沉降速度，mm/s；Q為斜板濃密機(jī)處理流量，m3/h；A為沉降區(qū)域面積，m2。

可知，在處理量Q不變的情況下，增加沉降區(qū)域面積A，就可減少顆粒沉降速度u0，即只要將沉降面積增大，就算很小的沉降速度也能完成要求的處理量，這就是傳統(tǒng)的濃密機(jī)直徑大的原因。同時(shí)，

式中：t為沉降時(shí)間，s；H為沉降高度，mm；

可知，顆粒沉降速度u0不變的情況下，隨著沉降高度H的減少，沉降時(shí)間t縮短。即，在不通過外力改變沉降速度的情況下，減少沉降高度，既可以減少沉降時(shí)間又可以減少沉降池體積。由此將沉降高度H分隔成n個(gè)H/n的沉淀池，則只要沉淀區(qū)高度減少為原來的1/n時(shí)，就可以處理與原來沉淀池相同的料漿，并達(dá)到相同的效果。同時(shí)將沉降池分為n層就可以把處理能力提高n倍。

3 結(jié)論

上述新工藝作為一種探討，雖然目前國內(nèi)無使用實(shí)例，但已出現(xiàn)采用深錐濃密機(jī)或高效濃密機(jī)代替立式砂倉的工藝。本文研究的工藝仍存在很多環(huán)節(jié)需要通過實(shí)踐的檢驗(yàn)。金川選礦廠的Φ12 m傾斜板濃縮機(jī)的尾砂來料濃度為16.7%，排料濃度為63.36%[4]，雖然金川采用的是老式圓錐型的傾斜板濃密機(jī)，但對(duì)斜板濃密機(jī)的實(shí)際效率也起到一定的參考作用，經(jīng)過與其選廠技術(shù)人員溝通，選廠來的26%～28%濃度的尾砂，經(jīng)過斜板濃密機(jī)濃密后，濃度一般能達(dá)到60%左右。所以充填設(shè)計(jì)時(shí)，建議做斜板濃密機(jī)的絮凝沉降試驗(yàn)，得出合理的絮凝劑品種及劑量，以提高濃密機(jī)的底流濃度，達(dá)到合格充填濃度的要求。

[1]周愛民,何哲祥,鮑愛華.礦山充填技術(shù)的發(fā)展及其新觀念[C]//中國有色金屬學(xué)會(huì).長沙：第四屆全國充填采礦會(huì)議論文集,1999.

[2]王喜良.KMLY型斜板濃密機(jī)的原理及應(yīng)用[J].金屬礦山，1996（5）：12-15.

[3]王文潛.淺層沉淀原理與斜板濃密設(shè)備[J].國外金屬礦選礦，1998 (5)：5-7.

[4]《選礦設(shè)計(jì)手冊(cè)》委員會(huì).選礦設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988.

Discussion on New Tailings Filling Technology

MA Haiyu,YAO Jincai
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Cemented tailings filling commonly adopts vertical sand bin,cement bin,the relevant feeding metering device,high concentration agitation vessel,process pipeline and electrical instrument control etc.Due to big volume of traditional vertical sand bin and high cost,baffle-plate thickener is adopted to replace vertical sand bin,which can save capital investment effectively and become new direction of filling technology development.

tailings filling;baffle-plate thickener;vertical sand bin;shallow settlement;classified tailings

TP535

B

1004-4345(2015)06-0005-02

2015-04-03

江西省“贛鄱英才555工程”專項(xiàng)資金資助。

馬海玉（1982—），男，工程師，主要從事礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)工作。