曾愛民 涂曉琴 吳澤洲

(三川德青工程機(jī)械有限公司，湖北 宜昌443005)

托庫孜巴依金礦尾礦庫投入運(yùn)行已十多年，入庫尾礦約有80萬t，堆積標(biāo)高673.0 m。如繼續(xù)使用需兩面筑壩，不僅筑壩難度大，且適合筑壩的尾礦不足，需采用其它筑壩材料，將大大減少有效庫容，不能滿足二期擴(kuò)建的生產(chǎn)需要，因此將尾礦庫改擴(kuò)建為干堆場(chǎng)，將尾礦濕排工藝改為干排工藝。

托庫孜巴依金礦選后處理的尾礦漿有兩種：一種是濃度25%的浮選后漿液，一種是濃度15%的重選后漿液。根據(jù)來樣分析，固體顆粒質(zhì)量濃度25%～28%，粒徑分布見表1。

表1 尾礦漿粒徑分布Table 1 Particle size distribution of tailings pulp

1 托庫孜巴依金尾礦干排方案

根據(jù)來樣分析及實(shí)驗(yàn)室沉降試驗(yàn)數(shù)據(jù)，托庫孜巴依金尾礦干排工藝流程見圖1。

圖1 托庫孜巴依金礦干排工藝方案Fig.1 Dry-discharge process of Tuokuzibayi gold ore

當(dāng)濃度25%的浮選后漿液進(jìn)入選后處理系統(tǒng)時(shí)，開啟相應(yīng)閥門使之進(jìn)入控源分離設(shè)備進(jìn)行旋流分級(jí)，底流給入脫水篩進(jìn)行脫水，溢流給入高效多錐濃密機(jī)，濃密機(jī)底流進(jìn)壓濾機(jī)，溢流及濾液作為循環(huán)水返回系統(tǒng)。當(dāng)濃度15%的重選后漿液進(jìn)入處理系統(tǒng)時(shí)，開啟相應(yīng)閥門使之進(jìn)入傾斜板濃密機(jī)，將尾礦漿濃縮至25%濃度后再通過泵1進(jìn)入控源分離設(shè)備。生產(chǎn)中可考慮加5～8 g/t絮凝劑。

尾礦漿進(jìn)入控源分離設(shè)備分離，使粗顆粒通過振動(dòng)篩篩出，形成部分含水15%可堆積的干渣；剩余的尾礦漿通過“泵2”進(jìn)入高效深錐濃密機(jī)，與藥劑混合后迅速沉淀，小部分上清液進(jìn)入尾水處理系統(tǒng)，大部分上清液進(jìn)入濃密機(jī)自循環(huán)利用，底部高濃度尾礦漿通過“泵3”進(jìn)入待壓罐，供壓濾機(jī)使用；高濃度尾礦漿進(jìn)入待壓罐后，通過“泵4”進(jìn)入壓濾機(jī)，將尾礦漿壓濾為含水15%～17%的泥餅和澄清的濾液。

2 不同粒徑尾礦干排工藝方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

尾礦干排的工藝方案是：旋流分離+高頻振動(dòng)脫水+固液濃縮(濃密)+固液分離(過濾)。旋流分離用于中粗粒徑物料的快速分級(jí)與濃縮，高頻振動(dòng)脫水用于旋流器底流的脫水[1]，固液濃縮(濃密)用于旋流器溢流的濃縮，固液分離(過濾)用于微細(xì)粒徑物料的脫水與零污染排放。

尾礦不同，其礦物成分不同，比重、濃度、粒徑及其分布也各有差異。在尾礦治理過程中，應(yīng)根據(jù)尾礦漿特性，設(shè)計(jì)合理工藝方案，選擇合理設(shè)備。本研究的工藝優(yōu)化原則為：針對(duì)不同粒徑分布的尾礦漿，在提高干排功效的前提下，盡量減少占地面積、減少濃縮機(jī)面積、減少設(shè)備投入。

1)粗粒徑尾礦漿

粗粒徑尾礦漿，固相顆粒d50>0.075 mm，對(duì)循環(huán)利用回水質(zhì)量要求不高，干排工藝方案設(shè)計(jì)為：旋流器+脫水篩+濃密機(jī)，見圖2。該工藝方案簡(jiǎn)單，設(shè)備投資低，可連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，脫水礦物含水率<20%，適用于不含泥的粗粒徑尾礦。

圖2 粗粒徑尾礦漿干排工藝方案Fig.2 Dry-discharge process of coarse size tailings pulp

2)中、細(xì)粒徑尾礦漿

中、細(xì)粒徑尾礦漿，固相顆粒d50=0.075～0.023 mm，干排工藝方案設(shè)計(jì)為：旋流器+脫水篩+濃密機(jī)+過濾機(jī)，見圖3。旋流器和脫水篩相結(jié)合，主要作用是隔粗與脫水[2]；濃密機(jī)和過濾機(jī)相結(jié)合，主要作用是濃縮與脫水。礦漿固相顆粒d50≤0.038 mm，占比小于80%且含泥量少的一般采用真空過濾機(jī)或加壓過濾機(jī)，占比大于80%或含泥量多的一般采用板框式壓濾機(jī)。

圖3 中、細(xì)粒徑尾礦漿干排工藝方案Fig.3 Dry-discharge process of medium and fine size tailings pulp

3)超細(xì)粒徑尾礦漿

超細(xì)粒徑尾礦漿，固相顆粒d50<0.023 mm，干排工藝方案設(shè)計(jì)為：濃密機(jī)+壓濾機(jī)，見圖4中的方案a，或旋流器+濃密機(jī)+壓濾機(jī)，見圖4中的方案b。方案b采用旋流器加濃密機(jī)的串聯(lián)濃縮，充分利用不同粒徑礦物有不同沉降速度，既可提高濃密機(jī)的處理能力[3]，避免其溢流跑渾，又可獲得高濃度底流，以提高干排系統(tǒng)的處理能力[4]。實(shí)踐表明，旋流器強(qiáng)制濃縮后的底流濃度可達(dá)60%～70%，采用新型長(zhǎng)錐旋流器底流濃度可高達(dá)70%～80%，高于濃密機(jī)結(jié)合絮凝劑濃縮后的底流濃度50%～60%。采取何種濃縮方式，由運(yùn)行成本與效率來綜合決定。

圖4 超細(xì)粒徑尾礦漿干排工藝方案Fig.4 Dry-discharge process of ultra-fine size tailings pulp

3 尾礦干排工藝用關(guān)鍵設(shè)備

1)旋流器的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

旋流器是一種固液分級(jí)濃縮設(shè)備，其工作基于離心重力沉降的作用原理，適用于中粗粒徑。在尾礦干排工藝流程中，旋流器處理后的底流進(jìn)脫水篩、溢流進(jìn)濃密機(jī)，可高效完成脫水與濃縮工藝[5]。尾礦液經(jīng)旋流器分級(jí)濃縮后，高濃度的粗粒級(jí)底流可大幅提高脫水篩生產(chǎn)能力，低濃度的細(xì)粒級(jí)溢流可有效減輕濃密機(jī)的負(fù)荷。在設(shè)計(jì)選型時(shí)，可根據(jù)進(jìn)料礦物粒徑分布及濃度，對(duì)旋流器的直徑、進(jìn)料方式、直柱長(zhǎng)度以及錐體角度等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，常用規(guī)格有直徑50～500 mm旋流器或由其組成的旋流器組。

旋流器的各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)旋流器的分離性能有著直接的影響，其中排口比(底流口與溢流口直徑之比)是影響水力旋流器性能的最重要幾何參數(shù)之一?，F(xiàn)有旋流器排口比在設(shè)備出廠時(shí)是固定值，后期會(huì)提供不同排口比的替換件來應(yīng)對(duì)不同的工況。當(dāng)工況發(fā)生改變時(shí)，排口比不能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致旋流器的分離性能不理想而難以滿足工作要求。鑒于此，本優(yōu)化設(shè)計(jì)研究提供一種水力旋流器排口比在線調(diào)節(jié)裝置(專利申請(qǐng)?zhí)枺?02120035958.X)，通過在底流口與溢流出料口各設(shè)置一段耐磨材料柔性管，通過自身的調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)各自內(nèi)徑，解決了排口比不能無級(jí)調(diào)節(jié)的問題；裝置還可通過手動(dòng)或電動(dòng)等方式實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，不影響工程施工的連續(xù)性。

旋流器排口比在線調(diào)節(jié)裝置如圖5所示，包括底流出料管6和溢流出料管2，底流出料管6與旋流器4的底流出料口5連接，溢流出料管2與旋流器4的溢流出料口3連接，底流出料管6和溢流出料管2均為柔性耐磨材質(zhì)，底流出料管6和溢流出料管2上分別設(shè)有管徑調(diào)節(jié)裝置1和7，通過管徑調(diào)節(jié)裝置1或7可分別調(diào)節(jié)底流出料管6和溢流出料管2的管內(nèi)徑。

1—管徑調(diào)節(jié)裝置；2—溢流出料管；3—溢流出料口；4—旋流器；5—底流出料口；6—底流出料管；7—管徑調(diào)節(jié)裝置圖5 旋流器排口比在線調(diào)節(jié)裝置Fig.5 On-line regulator for hydro-cyclone ratio of overflow to underflow

2)脫水篩的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

脫水篩是一種固液分離脫水設(shè)備，其工作基于雙電機(jī)自同步的反向作用原理，廣泛應(yīng)用于尾礦干排、精礦回收、泥漿凈化等過濾脫水設(shè)備行業(yè)。篩機(jī)設(shè)計(jì)選型時(shí)，其外形尺寸主要取決于所需脫水物料的物理性質(zhì)，包括物料的比重、濃度、含泥量、粒徑及其分布等。而對(duì)于一定的物料而言，篩機(jī)的生產(chǎn)力及生產(chǎn)率取決于篩面尺寸。篩面長(zhǎng)度決定篩機(jī)生產(chǎn)力，篩面越長(zhǎng)生產(chǎn)力越高；篩面寬度決定篩機(jī)生產(chǎn)率，篩面越寬生產(chǎn)率越高。篩面開孔率越大，則單位篩面的生產(chǎn)率越大，篩分效率也越高。

篩網(wǎng)是影響物料篩分性能最為關(guān)鍵的因素，篩網(wǎng)的縫隙寬度是根據(jù)物料不同的篩分要求而專門設(shè)置的。篩網(wǎng)縫隙寬度如果是固定值，當(dāng)物料發(fā)生變化時(shí)，篩面不是“跑漿”就是“漏粗”，難以達(dá)到理想篩分狀態(tài)。鑒于此，本優(yōu)化設(shè)計(jì)研究提供一種縫隙寬度可調(diào)式的篩網(wǎng)裝置(專利申請(qǐng)?zhí)枺?02120154987.8)，采用夾層設(shè)計(jì)和齒輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)在線無極調(diào)節(jié)篩網(wǎng)的縫隙寬度，在提高物料篩分性能的同時(shí)也滿足了不同的工作需求。

1—隔板；2—篩框；3—齒條；4—手柄；5—轉(zhuǎn)軸；6—齒輪圖6 縫隙寬度可調(diào)式篩網(wǎng)裝置Fig.6 Gap width adjustable device of screen

縫隙寬度可調(diào)式篩網(wǎng)裝置(圖6)，包括篩網(wǎng)外框1和篩網(wǎng)隔板2，篩網(wǎng)外框1為內(nèi)中空結(jié)構(gòu)，篩網(wǎng)外框1上開設(shè)有條形間隔板用于篩分物料，篩網(wǎng)外框1的底部面兩側(cè)開設(shè)有滑槽；滑槽與篩網(wǎng)外框1的內(nèi)部相連通，篩網(wǎng)隔板2設(shè)置于篩網(wǎng)外框1之中并且可在篩網(wǎng)外框1里前后滑動(dòng)，篩網(wǎng)隔板2上設(shè)有條形間隔板用于調(diào)節(jié)篩網(wǎng)外框1間隔板之間的縫隙寬度。

4 結(jié)論

對(duì)托庫孜巴依金礦進(jìn)行尾礦干排方案設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)尾礦的礦物種類、密度及粒徑分布，礦漿比重、濃度、處理量等指標(biāo)特征以及現(xiàn)場(chǎng)地理?xiàng)l件，進(jìn)行合理的配置與設(shè)計(jì)，采用濃密+多頻篩+壓濾的聯(lián)合工藝，實(shí)現(xiàn)金尾礦渣水的有效分離，達(dá)到預(yù)期效果。本干排工藝與其他工藝相比，每噸干尾礦可節(jié)省成本3元，按1 500 t/d處理量計(jì)，年節(jié)省成本可達(dá)160萬元，回水利用率達(dá)95%以上，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。