孫圣添　闞永明

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司龍煙礦山分公司)

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近北莊鐵礦尾礦干堆工藝的應(yīng)用及改造

孫圣添闞永明

(河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司龍煙礦山分公司)

摘要為解決近北莊鐵礦尾礦庫庫容不足的問題，通過尾礦干堆工藝與傳統(tǒng)濕排工藝的比較，確定采用尾礦干堆工藝對原有尾礦排放工藝進(jìn)行改造。同時(shí)，改造后針對工藝流程中存在的問題進(jìn)行了分析，并提出了解決措施，確保了尾礦干堆工藝的穩(wěn)定順行，環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

關(guān)鍵詞鐵礦尾礦干堆技術(shù)改造安全效益

龍煙礦山分公司近北莊鐵礦西溝尾礦庫為近北莊鐵礦現(xiàn)役唯一尾礦堆存場地，距近北莊礦選廠500 m，屬山谷型尾礦庫，1986年建成并投入使用，由鞍山黑色冶金礦山設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，服務(wù)年限20 a，設(shè)計(jì)庫容444萬m3，設(shè)計(jì)最終標(biāo)高1 214 m，采用上游式筑壩。當(dāng)時(shí)選廠規(guī)模為40萬t/a，年產(chǎn)尾礦17.74萬m3。2005年由龍煙分公司與秦皇島設(shè)計(jì)院共同進(jìn)行西溝尾礦庫中線法擴(kuò)容設(shè)計(jì)，并于2006年6月開工，2008年4月正式投入使用，總庫容 1 220萬m3。

近北莊鐵礦經(jīng)多次擴(kuò)能技術(shù)改造后，年處理鐵礦石達(dá)到了170萬t，雖經(jīng)中線法擴(kuò)容改造后，尾礦庫服務(wù)年限有所延長，但仍然十分有限。為保證近北莊鐵礦生產(chǎn)正常延續(xù)，解決尾礦排放問題，進(jìn)行尾礦干堆工藝改造，并獲得了滿意的效果。

1尾礦排放方案比較

龍煙礦山分公司初期考慮濕排和干排兩種方案，濕排方案在距選廠17 km處建設(shè)一處尾礦庫，取代現(xiàn)有尾礦庫繼續(xù)服務(wù)；干排方案采用尾礦干排工藝，在西溝尾礦庫附近建設(shè)一套干排系統(tǒng)，過濾后的干尾礦堆積在西溝尾礦庫壩體外側(cè)。

尾礦干堆技術(shù)就是將采出礦石經(jīng)精選后剩余的尾礦漿經(jīng)脫水設(shè)備充分抽濾后形成片狀或餅狀的干尾礦，含水率通常在20%以下，此種工藝與精礦脫水工藝類似。濕式排放是大多數(shù)礦山采用的傳統(tǒng)的尾礦排放堆存方式，但該方式牽涉征地、基建的成本消耗較高，而且尾礦庫屬于具有高勢能的人造泥石流的重大危險(xiǎn)源，傳統(tǒng)的水力沖填法使尾礦漿水分滲入自然，也密切關(guān)系到環(huán)境與安全問題。因此，最終決定采用尾礦干堆方案作為未來尾礦排放方式。

按照現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)劃，近北莊鐵礦年尾礦排放量為87.12萬t。若以建設(shè)尾礦庫作為實(shí)際方案，擬選的新庫址距離廠區(qū)較遠(yuǎn)，日常運(yùn)營成本較高，且管理也復(fù)雜。

根據(jù)以往采用濕排方式的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合市場實(shí)際建設(shè)成本，對兩種排放尾礦方案進(jìn)行比較。對尾礦干排充填采空區(qū)和新建濕排尾礦庫在建設(shè)投資、后期運(yùn)行及安全度等方面進(jìn)行比較：采用干排工藝不會(huì)產(chǎn)生爭占山地等方面的大量投資，避免發(fā)生新的環(huán)境破壞；盡管初期基建費(fèi)用較高，但干排綜合投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新建庫尾礦庫濕排方案。采用尾礦干排方案基本不產(chǎn)生新的環(huán)境破環(huán)，也不存在洪水、滲流方面的危害，安全度較尾礦庫大幅提高。

此外，干排方案使溢流水直接回收利用，提高了生產(chǎn)用水效率，對于新水的需求有所降低，也減輕了與地方爭水的矛盾；干尾礦對尾礦庫進(jìn)行壩外補(bǔ)坡，待尾礦庫服役期滿，露天采場也面臨閉坑，屆時(shí)可將尾砂運(yùn)輸至采空區(qū)充填。

2工藝設(shè)計(jì)

近北莊鐵礦原有尾礦排放方式是選礦廠尾礦漿經(jīng)流槽自流至尾礦泵站，經(jīng)由砂泵揚(yáng)送至尾礦庫直接排放。庫內(nèi)澄清水經(jīng)由溢流水塔經(jīng)涵洞流至回水泵站，澄清水經(jīng)水泵揚(yáng)送至選礦廠高位水倉，供選礦生產(chǎn)循環(huán)使用。經(jīng)近礦尾礦庫地形、設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)規(guī)程的考察及對若干尾礦干堆技術(shù)方案的對比，最終確定近北莊鐵礦尾礦干堆使用濃密和真空過濾工藝。

2.1尾礦干堆工藝概述

尾礦干堆的具體工藝為：尾礦漿經(jīng)砂泵揚(yáng)送至濃縮作業(yè)，在藥劑作用下加速尾礦沉降，濃縮底流自流進(jìn)入過濾作業(yè)，上層澄清水自流至高位水倉。底流礦漿經(jīng)真空過濾脫水后，干尾礦經(jīng)帶式輸送機(jī)運(yùn)送至廠房外，由裝載機(jī)和汽車裝運(yùn)至尾礦庫堆筑補(bǔ)坡，濾液與濾布沖洗水流至集水池，經(jīng)渣漿泵楊送至濃縮作業(yè)做沖洗水使用。

干堆主要設(shè)備有：BXN2400高頻斜板濃密機(jī)1組，DU60/3000帶式真空過濾機(jī)3臺(tái)，80ZBD-400渣漿泵2臺(tái)，TD75帶式輸送機(jī)等。

2.2尾礦輸送

尾礦總砂泵站利用現(xiàn)有泵站，位置在選礦廠區(qū)，為地上建筑。泵站內(nèi)安裝200ZGB-760型渣漿泵4臺(tái)，2臺(tái)串聯(lián)為1組，1組工作，1組備用，將尾礦礦漿揚(yáng)送至高頻斜板濃密機(jī)中進(jìn)行濃縮分級作業(yè)。輸送管路利用現(xiàn)有設(shè)施，做適當(dāng)延伸。

2.3濃縮作業(yè)

按總尾礦流量1 000 t/h，-0.074 mm粒級含量占27.75%計(jì)算，濃密機(jī)選用沉降面積2 400 m2的高頻斜板濃密機(jī)一組(處理能力相當(dāng)于直徑56 m的普通濃密機(jī))，在實(shí)際生產(chǎn)中，適當(dāng)添加絮凝劑，底流排出尾礦漿濃度可達(dá)45%。

2.4尾礦脫水

帶式過濾機(jī)在現(xiàn)有中小型尾礦干排工程中已得到廣泛應(yīng)用，配置DU60/3000固定帶式過濾機(jī)3臺(tái)，每臺(tái)有效過濾寬度為3 m，有效過濾長度為20 m，有效過濾面積為60 m2，經(jīng)脫水作業(yè)干尾礦含水量約為15%～18%。

3尾礦干堆工藝技術(shù)改造及效果

3.1尾礦干堆工藝存在的問題及解決措施

尾礦干堆工藝經(jīng)過歷時(shí)一年多的基建安裝后，開始調(diào)試性運(yùn)行。采取邊運(yùn)行邊改造的辦法，逐步將工藝中存在的問題解決，使得工藝日趨完善，并確保了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)主要的工藝問題如下：

(1)如圖1所示，設(shè)計(jì)流程中，尾礦漿進(jìn)入高頻斜板濃密機(jī)之前，要先進(jìn)入旋流器進(jìn)行分級，粗顆粒經(jīng)旋流器分級成為沉砂直接進(jìn)行脫水，剩余部分進(jìn)入濃密作業(yè)。但實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，由于部分尾砂粒徑較大，而旋流器無法做到以幾何尺寸進(jìn)行分級，所以經(jīng)常造成部分粗顆粒尾砂進(jìn)入濃密機(jī)作業(yè)，造成濃密機(jī)底流排礦嘴頻繁堵塞，無法連續(xù)順利運(yùn)行，影響后續(xù)作業(yè)。

圖1　原設(shè)計(jì)尾礦干堆工藝流程

(2)尾礦濃密過程中，除自身沉降外，很大程度依靠藥劑作用。原設(shè)計(jì)加藥系統(tǒng)為：藥劑罐共3個(gè)，其中2個(gè)為攪拌罐，藥劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬?通常不少于60 min)由藥劑泵輸送進(jìn)另一個(gè)藥劑罐中，該罐連接離心泵直接至濃密機(jī)給礦箱內(nèi)。加藥、補(bǔ)水、藥劑輸送和藥量控制均由人工操控。然而加藥用離心泵單位時(shí)間的輸送藥劑量是固定的，當(dāng)?shù)V石性質(zhì)變化，尾砂量增加時(shí)，藥劑量不足就造成尾礦不能充分絮凝沉降，溢流回水變渾，加藥用水也來自溢流回水，由于攪拌用水水質(zhì)差，使得藥劑的絮凝效果變差，造成惡性循環(huán)。

針對上述問題，經(jīng)過有關(guān)技術(shù)人員詳細(xì)考證，對尾礦干堆系統(tǒng)進(jìn)行如下改造：

(1)借鑒選礦流程中利用細(xì)篩以礦物幾何尺寸分級的辦法，用筒篩替代原有旋流器，原聯(lián)合泵房利舊適當(dāng)修繕，安裝SL1950×2000圓筒篩2臺(tái)。經(jīng)考察，尾礦粒度+5 mm粒級含量約占總尾礦量的1.5%～2%，因此將篩孔尺寸定為5 mm，大于該尺寸的尾砂全部排出，并移送別處堆存，篩下礦漿經(jīng)尾礦砂泵揚(yáng)送至斜板濃密機(jī)。

(2)原有離心泵全部拆除，改用DFGG50-1螺桿泵用于藥劑添加。螺桿泵的優(yōu)勢在于可以視具體情況對藥劑量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)范圍為4～20 m3/h，而根據(jù)實(shí)際尾礦處理量，加藥量通常需保持在7～8 m3/h。當(dāng)溢流回水出現(xiàn)渾濁跡象時(shí)，可臨時(shí)調(diào)大加藥量，待回水正常再調(diào)節(jié)回原有劑量。螺桿泵的性能完全達(dá)到工藝要求，且經(jīng)久耐用。

(3)原設(shè)計(jì)中加藥系統(tǒng)全部由人工操作。螺桿泵安裝調(diào)試成功后，在設(shè)備廠家技術(shù)人員建議下，對濃密機(jī)加藥系統(tǒng)進(jìn)行了自動(dòng)化改造。改造的具體內(nèi)容為：原有3個(gè)藥劑罐減為2個(gè)，2個(gè)藥劑罐均與藥劑泵聯(lián)通，采用交替加藥攪拌，交替輸送的方式。藥劑罐內(nèi)設(shè)置水位感應(yīng)裝置，藥劑罐中水位下降至一定高度時(shí)，供水閥自動(dòng)開啟，同時(shí)藥劑由壓風(fēng)機(jī)吹至罐內(nèi)進(jìn)行攪拌，視情況調(diào)節(jié)加藥時(shí)間控制藥量大小，當(dāng)水位上升至一定高度時(shí)，水閥自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)自動(dòng)系統(tǒng)因設(shè)備及線路故障失靈時(shí)，可將自動(dòng)模式調(diào)整為手動(dòng)。

改造后尾礦干堆工藝流程見圖2。

圖2　改造后尾礦干堆工藝流程

3.2尾礦干堆工藝的改造效果

經(jīng)過上述改造后，其應(yīng)用效果明顯改善，具體表現(xiàn)為：

(1)改造后工藝由原有的濃密作業(yè)前分級后粗細(xì)粒均進(jìn)入過濾改為預(yù)先篩分，細(xì)粒級單獨(dú)進(jìn)行濃密作業(yè)。此項(xiàng)改造有效提高了分級效率，并一舉解決了粗粒級堵塞濃密機(jī)排礦嘴致使工藝不暢的問題。

(2)螺桿泵加藥從根本上解決了因生產(chǎn)情況變化的應(yīng)變問題，加藥自動(dòng)化改造使加藥更加穩(wěn)定和精確化，同時(shí)減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

4結(jié)語

(1)近北莊鐵礦尾礦排放工藝由濕式排放改為干堆壩外補(bǔ)坡，客觀上減輕了尾礦庫運(yùn)行的危險(xiǎn)程度和負(fù)擔(dān)。但實(shí)際運(yùn)行中，細(xì)粒級尾礦的脫水情況并不十分理想，物料與過濾用布材料的適應(yīng)情況仍需要進(jìn)一步比較論證，這也將是下一步需要研究的主要問題。

(2)尾礦干堆工藝對于環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展都具有很大意義，從礦山應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等層面，均可使企業(yè)和地方受益。隨著國家和全社會(huì)對安全、環(huán)保工作的重視程度與日俱增，尾礦干堆技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步的推廣。

(收稿日期2016-01-18)

孫圣添(1987—)，男，助理工程師，075200 河北省張家口市宣化區(qū)龐家堡鎮(zhèn)。