彭 亮 ，姚中亮，尹賢剛

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；2.金屬礦山安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

充填站絮凝劑添加實(shí)施方案研究

彭 亮1，2，姚中亮1，2，尹賢剛1，2

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；2.金屬礦山安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

用立式砂倉進(jìn)行充填時(shí)，普遍存在砂倉頂部溢流濃度高的問題，溢流水帶走大量尾砂顆粒，降低了尾砂利用效率，且降低了尾礦庫服務(wù)年限。為了提高充填尾砂利用率，通常需要在砂倉頂部添加絮凝劑，以加速尾砂沉降速度。對(duì)絮凝劑添加的必要性、添加方案、添加設(shè)備及成本分析等進(jìn)行了分析。

尾砂充填；溢流；絮凝劑；沉降率；加藥機(jī)

1 絮凝劑添加的必要性

某公司目前兩個(gè)充填站的進(jìn)砂流量均為350 m3/h，均大大超過實(shí)際所需進(jìn)砂量，其中一充填站進(jìn)砂量是實(shí)際需要量的2.33～2.74倍，另一個(gè)充填站為1.3～1.52倍。

充填站進(jìn)砂量過大導(dǎo)致砂倉溢流濃度過高，當(dāng)進(jìn)砂濃度為40%～45%、進(jìn)砂流量為350 m3/h 時(shí)，一充填站溢流濃度達(dá)到20%左右，最高為24%，另一個(gè)充填站溢流濃度達(dá)到23%左右，最高為27%。溢流濃度過高一方面使大量尾砂進(jìn)入尾礦庫，另一方面使尾砂充填利用率降低，充填能力不能充分發(fā)揮，從而給采充平衡造成不利影響。由于溢流濃度過高導(dǎo)致尾礦庫服務(wù)年限大大降低。若尾礦庫滿庫后，充填站溢流需另找排放地點(diǎn)，根據(jù)目前整體生產(chǎn)設(shè)施布置，需另設(shè)濃密、輸送等設(shè)施，無論從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度還是基建進(jìn)度安排等方面看，均不是最佳選擇。

解決該難題的途徑有兩個(gè)方面，一方面為調(diào)節(jié)向兩個(gè)充填站的尾砂輸送量，使之與所需尾砂量相匹配；另一方面則為降低溢流濃度，減少尾砂入庫量，以延長(zhǎng)尾礦庫服務(wù)年限，同時(shí)提高尾砂充填利用率。

通過對(duì)已建尾砂濃密、輸送設(shè)施調(diào)整，現(xiàn)已可實(shí)現(xiàn)兩充填站尾砂輸入量的調(diào)節(jié)，即可將向一充填站的尾砂輸送量調(diào)節(jié)至150 m3/h左右，向另一個(gè)充填站的尾砂輸送量調(diào)節(jié)至150～200 m3/h，而多余尾砂輸送至永久尾礦庫。

但生產(chǎn)實(shí)際表明，兩個(gè)充填站尾砂輸送流量調(diào)低后，砂倉溢流濃度仍然過高，充填站溢流濃度仍達(dá)15%以上，最高溢流濃度達(dá)18%以上。

導(dǎo)致溢流濃度過高的根本原因是尾砂中的細(xì)顆粒沉降速度小，特別是鏡鐵礦在選礦過程中添加懸浮劑，從而使細(xì)顆粒更難于沉降。

解決該技術(shù)難題的有效途徑是添加絮凝劑，絮凝劑可將尾砂中的細(xì)顆粒絮凝成團(tuán)狀，從而加快沉降，以達(dá)到降低溢流濃度的目的。

2 絮凝實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果

為了解決該技術(shù)難題，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了多種絮凝劑試驗(yàn)，絮凝劑品種包括無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑。無機(jī)絮凝劑為國產(chǎn)聚合硫酸鐵，現(xiàn)750萬t/a聯(lián)合選廠回水凈化處理系統(tǒng)即采用該絮凝劑。有機(jī)絮凝劑為聚丙烯酰胺。有機(jī)絮凝劑選用品種有山東德州、北方化工、河南億生及德國巴斯夫等多個(gè)廠家生產(chǎn)的多品種聚丙烯酰胺(PAN)。

試驗(yàn)表明，在無機(jī)絮凝劑添加量達(dá)每噸干尾砂500～800 g的條件下，絮凝沉降效果不如有機(jī)絮凝劑添加量每噸干尾砂20～40 g的效果好，因而無論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)方面考慮，無機(jī)絮凝劑不適宜于生產(chǎn)上采用。

而各品牌有機(jī)絮凝劑效果差異較大，根據(jù)等成本原則，北方化工生產(chǎn)的陰離子絮凝劑及德國巴斯夫生產(chǎn)的尾礦專用絮凝劑Pheomax9010性價(jià)比較優(yōu)。

對(duì)上述兩種品牌絮凝劑做了進(jìn)一步的試驗(yàn)，結(jié)果表明：

(1) 對(duì)鏡鐵礦尾砂而言，當(dāng)采用巴斯夫絮凝劑，其添加量為每噸干尾砂15 g時(shí)，5 min沉降濃度可達(dá)57.47%(初始濃度40%)，10 min沉降濃度為63.69%，而自然沉降時(shí)，10 min沉降濃度為45.05%，20 min沉降濃度為49.41%;

(2) 對(duì)磁鐵礦尾砂而言，當(dāng)采用巴斯夫絮凝劑,其添加量為每噸干尾砂15 g時(shí)，5 min沉降濃度可達(dá)59.52%，10 min鐘沉降濃度可達(dá)62.5%，而自然沉降時(shí)，10 min沉降濃度為43.48%，20 min沉降濃度為46.73%；

在皇家大小宴席中，也總少不了火鍋。乾隆四十八年正月初十，乾隆皇帝在乾清宮筵宴宗室，一次辦了530桌火鍋。嘉慶帝更有此愛好，在登基大典上，竟舉辦了 1550桌的火鍋宴，應(yīng)邀品嘗者達(dá)5000余人，成了歷史上最大的一次火鍋盛宴。據(jù)說，慈禧太后也很喜歡吃火鍋，火鍋是她冬日里經(jīng)常享用的美食。

(3) 對(duì)鏡鐵礦尾砂而言，當(dāng)采用北方化工絮凝劑，其添加量為每噸干尾砂40 g時(shí)，10 min沉降濃度可達(dá)58.14%，20 min沉降濃度為62.89%;

(4) 對(duì)磁鐵礦尾砂而言，當(dāng)采用北方化工絮凝劑，其添加量為每噸干尾砂40 g時(shí)，10 min沉降濃度45.87%，20 min沉降濃度為60.24%。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，添加有機(jī)絮凝劑后，可顯著加速尾砂細(xì)顆粒沉降速度，從而降低溢流濃度，提高尾砂充填利用率。同時(shí)通過對(duì)比試驗(yàn)可知，無論是鏡鐵礦還是磁鐵礦，巴斯夫尾礦專用絮凝劑添加量為每噸干尾砂15 g，其同等時(shí)間尾砂沉降濃度均高于添加量為每噸干尾砂40 g的北方化工絮凝劑，特別是沉降早期即添加絮凝劑后短時(shí)間內(nèi)，其絮凝沉降效果優(yōu)于北方化工產(chǎn)的絮凝劑，所以推薦采用德國巴斯夫生產(chǎn)的尾礦專用絮凝劑Pheomax9010，鏡鐵礦尾砂及磁鐵礦尾砂添加量均為每噸干尾砂15 g。

3 絮凝劑添加工藝及參數(shù)

有機(jī)絮凝劑為白色粉末，25 kg防潮袋裝，添加時(shí)將之調(diào)制成0.1%～0.5%的溶液并與尾砂漿相混合，所以其添加工藝為溶液調(diào)制、儲(chǔ)存、泵送、混合等環(huán)節(jié)。絮凝劑添加系統(tǒng)見圖1。

圖1 絮凝劑添加系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)有充填設(shè)施布置，將絮凝劑添加系統(tǒng)布置于各充填站的廠房?jī)?nèi)，選用自動(dòng)加藥機(jī)調(diào)制、存儲(chǔ)、輸送絮凝劑。選用巴斯夫尾礦專用絮凝劑，絮凝劑添加量為每噸干尾砂15 g。

根據(jù)各充填站充填能力分配，3#充填站進(jìn)砂流量為150 m3/h左右，相應(yīng)濃度為0.1%絮凝劑溶液添加量為1.2～1.4 m3/h，2#充填站進(jìn)砂流量為270 m3/h左右，相應(yīng)濃度為0.1%絮凝劑溶液添加量為2.2～2.5 m3/h。

根據(jù)上述參數(shù)可選用淮北中芬礦山機(jī)器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的ZJY4—00型自動(dòng)加藥機(jī)，其攪拌桶容積為4 m3，存儲(chǔ)箱容積8 m3，泵流量10 m3/h(可調(diào))，泵揚(yáng)程H=50 m，電機(jī)功率3 kW。該加藥機(jī)可根據(jù)設(shè)定的藥劑配制濃度及添加量自動(dòng)完成藥劑配制、存儲(chǔ)、泵送等作業(yè)。

絮凝劑溶液經(jīng)泵加壓后，通過DN30不銹鋼管輸送至各立式砂倉頂部分砂閥內(nèi)側(cè)，為了使絮凝劑與尾砂充分混合，每個(gè)砂倉設(shè)置一個(gè)DN250不銹鋼在線混合器(管道混合器)，同時(shí)設(shè)置DN30不銹鋼球閥及DN30不銹鋼單向閥。

4 設(shè)備投資與絮凝劑添加成本

絮凝劑價(jià)格為3000元/t,按處理每噸干尾砂消耗15 g絮凝劑計(jì)算，加上水電消耗每噸干尾砂添加絮凝劑的總成本為0.5元。

3#充填站年充填50萬m3，充填用磁鐵礦尾砂總量63.7萬t，按添加絮凝劑后平均溢流濃度5%計(jì)算，則尾砂沉降率為91.9%，每年需向3#充填站輸送干尾砂總量為69.3萬t，而溢流帶走細(xì)顆粒5.6萬t，則年絮凝劑添加運(yùn)營(yíng)成本34.65萬元。

一充填站年充填86.5萬m3，充填用鏡鐵礦尾砂總量116.2萬t。由于鏡鐵礦尾砂沉降性能較磁鐵礦尾砂差，按添加絮凝劑后平均溢流濃度8%計(jì)算，則尾砂沉降率為86.8%，每年需向2#充填站輸送干尾砂總量為133.87萬t，而溢流帶走細(xì)顆粒17.67萬t，則年絮凝劑添加直接成本66.935萬元。

兩個(gè)充填站達(dá)到其生產(chǎn)能力合計(jì)直接成本101.585萬元，其中絮凝劑總用量30.48 t，成本91.43萬元，占90%。

5 預(yù)期效果分析

通過采用調(diào)節(jié)向各充填站輸送的尾砂量及添加絮凝劑兩項(xiàng)措施，一方面可使排放至尾礦庫的尾砂量大幅度減少，從而有效延長(zhǎng)兩尾礦庫服務(wù)年限，另一方面則可增加充填站的尾砂利用率，充分發(fā)揮各充填站的生產(chǎn)能力，從而實(shí)現(xiàn)采充平衡。

3#充填站按年充填50萬m3計(jì)算，年充填用磁鐵礦尾砂63.7萬t，按添加絮凝劑后平均溢流濃度5%計(jì)算，則年進(jìn)砂總量為69.3萬t。當(dāng)進(jìn)砂濃度為40%～45%時(shí)，進(jìn)砂流量為163.42～139.11 m3/h，而溢流入尾礦庫尾砂量為5.6萬t，約占庫容3.7萬m3。

2#充填站按年充填86.5萬m3計(jì)算，年充填用鏡鐵礦尾砂116.2萬t，按添加絮凝劑后平均溢流濃度8%計(jì)算，則年進(jìn)砂總量為133.87萬t。當(dāng)進(jìn)砂濃度為40%～45%時(shí)，進(jìn)砂流量為311.29～264.27 m3/h，而溢流入尾礦庫尾砂量為17.67萬t，約占庫容11.78萬m3。

由于溢流濃度的大大降低，從而提高了尾砂利用率，進(jìn)而增加了尾礦的服務(wù)年限。

6 結(jié) 語

目前采用充填采礦的礦山越來越多，但采用立式砂倉進(jìn)行充填時(shí)，很多礦山都會(huì)有溢流濃度過高的問題，溢流濃度過高會(huì)帶來很多后續(xù)影響生產(chǎn)的問題。本文對(duì)礦山采用添加絮凝劑降低溢流濃度給出了較合理的解釋，并在實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)了這是有效的途徑之一。絮凝劑類型的選擇必須要經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)才能找出最佳的一種類型；通過絮凝劑濃度、進(jìn)砂濃度、充填量等參數(shù)可以選定合適的加藥機(jī)，并作為加藥機(jī)的設(shè)定參數(shù)；某礦山兩個(gè)充填站達(dá)到其生產(chǎn)能力合計(jì)直接使用成本將會(huì)達(dá)到100萬左右，但是這樣的投入可以大大延長(zhǎng)尾礦庫的服務(wù)年限，從長(zhǎng)遠(yuǎn)和可持續(xù)發(fā)展來看是非常有意義的。

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2013-10-25)

彭 亮(1983-)，貴州遵義人，在讀研究生，主要從事采礦充填工藝研究，Email：Lpeng008@qq.com。