趙耀軍，王志生

（南京寶地產城發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司，江蘇 南京 210012）

梅山鐵礦地處南京近郊，是國內離中心城市最近的大型地下礦山，具備年500 萬噸的采選綜合生產能力。其采礦方式采用無底柱分段崩落法，該采礦方法廢石混入率高達15%～20%。隨著采礦水平的下移，此比例也隨之略有提高。其二期設計尾礦用大型隔膜泵輸送至38 公里以外的山景尾礦庫堆存。由于地處南京，隨著國家安全、環(huán)保要求的提高，原設計的山景二期尾礦庫進一步征地幾無可能，尾礦庫的庫容嚴重不足，按目前尾礦排放量，尾礦庫只能再使用3 年。礦山尾礦庫庫容不足與濕尾排放量逐年增加的矛盾日益突出，尾礦問題直接關系到梅山礦業(yè)公司的生存，盡快開展尾礦綜合利用，探索出一條適合梅山尾礦實際，符合國家目前產業(yè)政策和管理要求的尾礦處置路徑，減少濕尾礦入庫量,延長現(xiàn)有尾礦庫服務年限，刻不容緩[1]。

1 梅山礦尾礦性質及前期開展尾礦利用情況

1.1 梅山礦濕尾礦狀況介紹

梅山礦濕尾礦主要有兩種：一是重選濕尾，二是降磷尾礦。重選濕尾和降磷尾礦混合稱為綜合尾礦，重選濕尾和降磷尾礦二者的礦物組成類似，鐵品位略有差別。

綜合尾礦中主要鐵礦物有赤鐵礦、菱鐵礦、少量黃鐵礦和磁鐵礦。主要脈石礦物為碳酸鹽（白云石、方解石）、石英、高嶺石、長石、透輝石、綠泥石、石榴石、磷灰石等。鐵品位18.49%，有用鐵礦物主要是赤鐵礦、菱鐵礦，磁性鐵鐵品位0.4%。雜質主要是SiO2和CaO，含量分別為27.68%、12.80%，S 品位1.20%、P 品位0.634%。綜合尾礦粒度微細，其中+0.9mm0.04%，-0.0335mm67.72%，平均粒度0.042mm。

重選濕尾主要為預選工序洗礦產生，主要為井下原生泥，高嶺石含量較高，鐵品位偏低，為14%～16%。其鐵礦物主要由赤褐鐵礦和菱鐵礦組成，少量黃鐵礦、磁鐵礦，微量褐鐵礦，脈石礦物主要為碳酸鹽（白云石、方解石）、石英、高嶺石、長石、透輝石、石榴石和磷灰石等。

降磷尾礦鐵礦物多呈連生體形態(tài)賦存在尾礦中，主要為赤褐鐵礦和菱鐵礦組成，少量黃鐵礦、磁鐵礦，微量褐鐵礦，鐵品位為19%～22%。脈石礦物主要為碳酸鹽（白云石、方解石）、石英、高嶺石、長石、透輝石、石榴石和磷灰石等。見表1。

表1 降磷尾礦粒度分析及主要元素分析結果

降磷尾礦品位21.95%，-200 目占64.75%，-400 目鐵品位26.45%，占有率為53.75%。說明降磷尾礦是以細粒級組成為主。

1.2 梅山礦前期開展尾礦回收利用情況介紹

梅山礦業(yè)公司一直致力于濕尾礦的回收再利用，先后開展了微晶玻璃、尾礦制磚和固化干堆的研究實驗。早在2009 年便開始將粗粒尾礦回收利用做為水泥鐵質校正劑外銷，但僅限于粗粒級濕尾的回收利用。從梅山礦尾礦粒度組成看，前期回收的粗粒級只占尾礦的少部分，大量的細粒級尾礦含需要堆存至尾礦庫。由于微細粒物料懸浮液的固液分離是化工、冶金及許多加工業(yè)中的重要作業(yè)。這些懸浮液的共同特點是固是體顆粒粒度細、沉降速度慢、漿體粘度大、可濾性差等。在這些條件下，一般需要很大的分離面積及相當高的過濾壓力，常規(guī)的脫水設備(脫水篩、離心過濾機、真空過濾機等)通常不能滿足脫水要求。為了礦山的生存，在不斷優(yōu)化粗粒級尾礦回收工藝，擴大回收規(guī)模的同時，梅山礦尋求細粒級尾礦脫水，有效緩解尾礦庫庫容壓力和征地壓力的腳步一直沒有停止[2]。

2 梅山礦開展尾礦綜合利用情況介紹

梅山礦真正意義上的尾礦綜合利用從2017 年和景津壓濾機股份有限公司合作，有效回收細粒級尾礦開始，先后經過小型工業(yè)試驗、擴大工業(yè)試驗和工業(yè)化生產幾個階段，最終于2019 年底完成基礎設施建設和設備安裝調試，2020 年大規(guī)模投入生產。

2.1 小型工業(yè)試驗階段

要做到細粒級尾礦回收，一方面要壓得出來，另一方面要銷得出去。因此尾礦組成及壓濾后的含水率以及化學成分，就是尾礦回收工序的重要指標。我們礦充分利用地處長江沿岸，水運成本低廉的優(yōu)勢，一方面與長江中下游地區(qū)幾家水泥廠合作，做細粒級尾礦替代鐵質矯正劑試驗；與此同時，尋求高壓高效脫水設備，進行細粒級尾礦脫水試驗。

2.1.1 水泥工藝試驗

一般水泥工業(yè)生產水泥熟料的原料為石灰石、粘土、鐵粉，石灰石提供煅燒熟料所需的氧化鈣，粘土提供二氧化硅和氧化鋁，鐵粉提供氧化鐵。與梅山降磷尾礦的化學成分對比見表2。

表2 水泥原料與梅山降磷尾礦的化學成分對比

根據梅山降磷尾礦的化學成分來看，梅山降磷尾礦主要含有氧化鐵、二氧化硅和氧化鈣，其次含有氧化鎂、氧化鋁，這些成分均是水泥原料的有用成分，用梅山降磷尾礦替代鐵粉從水泥的工藝來看是可以的。如果用梅山降磷尾礦替代鐵粉所生產出來的水泥熟料性能不低于用鐵粉配料時所生產出來的水泥熟料，這就為梅山降磷尾礦的合理利用提供了一條有效地解決途徑，同時也為水泥企業(yè)越發(fā)緊缺的鐵粉原料提供了可代替品。這樣不但可緩解梅山鐵礦降磷尾礦堆積占地的狀況，更加重要的是把資源進行了優(yōu)化配置，使廢物得到合理利用。

試驗結果，利用梅山降磷尾礦配料燒制的熟料性能強于鐵粉配料制成的熟料，其28 天抗壓強度約提高2.1MPa。梅山降磷尾礦代替鐵質校正材料配料有利于提高升生料易燒性，可以把熟料的燒成溫度降低約50℃左右，有明顯的節(jié)能降本效果。

2.1.2 設備試驗

2017 年6 月下旬，梅山礦用景津試驗壓濾機先后進行降磷尾礦、降磷尾礦旋流器溢流、降磷尾礦旋流器底流、重選尾礦以及綜合尾礦五中種尾礦的壓濾試驗，同時做好分別使用1#、2#、3#濾布的對比試驗。

圖1 景津試驗壓濾機實景圖

2.2 壓濾小型試驗結論

（1）本次現(xiàn)場壓濾試驗，使用1#丙綸復絲、2#丙綸單復絲、3#丙綸單絲三種濾布，壓濾五種尾礦，得到濾餅水分14.07%～16.90%，濾餅厚度最低5mm、最厚60mm。

（2）使用透氣量小的1#丙綸復絲濾布，濾液從進漿開始到壓榨一直保持清澈。壓濾給礦濃度對濾餅水分影響不大，但給料濃度低進料時間長，影響壓濾效。

（3）通過小型試驗證明,景津環(huán)保股份生產的高壓壓濾機可以滿足梅山礦各種尾礦的脫水要求。下一步需要大規(guī)模工業(yè)試驗，確定適合梅山礦的設備型號、數(shù)量以及工藝輔助設備配套情況。

2.3 擴大工業(yè)試驗階段

在尾礦壓濾開展實驗室試驗、尾礦壓濾現(xiàn)場小型工業(yè)試驗，在總結以上試驗的基礎上，2017 年底和2018 年分別安裝了1 臺HMZG600/2000-U 高效壓濾機及配套的給料泵、壓榨泵、水洗泵、空壓機、儲氣罐、水箱、皮帶機等附屬設施。進行尾礦壓濾工業(yè)生產試驗，目的考查壓濾效率、濾餅水份和壓濾餅接受水泥市場用戶檢驗，為后續(xù)綜合利用方向提供最直接的依據。工業(yè)試驗同樣分三個階段進行，分別為條件試驗階段、穩(wěn)定試驗階段、參數(shù)優(yōu)化階段。

壓濾給礦的組成是由1/3降磷全粒級尾礦及旋流器溢流的1/2構成，壓濾給料粒度組成。見表3，壓濾給料多元素分析見表4。

表3 工業(yè)生產試驗壓濾給礦粒度組成

從表可以看出，壓濾系統(tǒng)給料粒度較細，-200 目含量為92.53%，-400 目含量為83.4%，但還有+120 目（0.12mm）含量為2.87%，這部分稍粗的尾礦會加快濾布的磨損，粒礦石比重約為3.2 噸/m3。

表4 工業(yè)生產試驗壓濾給礦多元素分析

表5 600m2 新型隔膜壓濾機試驗工作參數(shù)

從表可以看出，壓濾給礦的TFe 品位為23.17%，這比工業(yè)試驗要的尾礦濾餅品位大于19%的要求高，說明經壓濾后可以滿足全鐵品位要求。

在壓濾工業(yè)擴大試驗歷經近40 天時間，分別進行了條件試驗、穩(wěn)定試驗段、參數(shù)優(yōu)化為主的三個階段試驗，通過試驗數(shù)據和試驗現(xiàn)象得到如下結論：

（1）達到了產量目標。到2018 年1 月2 日，共生產361 板，每板濕重27.2 噸（過磅），共計9819.2 噸。穩(wěn)定運行后，每天可生產500 噸細粒級濕尾濾餅，每月可生產濕量1.5 萬噸，600m2壓濾機一臺年可生產18 萬噸濕量。

（2）達到了質量目標。壓濾產品性能比較穩(wěn)定，濾餅水分在12.38%～15.4%之間，水分均值為13.79%，濾餅鐵品位≥21%，含硫小于1%。

（3）達到了工藝目標。經濟合理運行參數(shù)為：給礦濃度≥45%，給礦壓力＜8kg，壓榨壓力1.4MPa，壓榨延時時間6分鐘（具體情況視濾餅水分和濾餅卸料情況在6～8分鐘之間調整），正吹時間20秒，反吹時間20秒，一個壓濾周期為60～70分鐘。

2.4 各種粒級配比的脫水第二階段工業(yè)生產試驗

2018 年1 月開始起開展了第二階段多粒級壓濾工業(yè)試驗，相應開展了各種粒級配比的工業(yè)試驗，以確定梅山礦尾礦綜合利用工業(yè)化生產的最終工藝方案和設備配置方案。

期間先后進行了降磷尾礦、重選尾礦、綜合尾礦三種尾礦的全溢流壓濾、全粒級壓濾、以及幾種旋流器、陶瓷過濾機與壓濾機的組合工業(yè)試驗。通過第二階段試驗，發(fā)現(xiàn)了幾個問題，即全粒級尾礦含粗粒級尾礦較多，在壓濾過程中容易堵塞中心孔；全溢流壓濾效率低下，且壓濾產品含水率偏高，難以運輸和進水泥生產流程。最終確定尾礦綜合利用采用負傾角高頻西曬+陶瓷過濾機+壓濾機的三段回收方案，并確定了各粒級段的工藝設備配置方案。

2.5 工業(yè)化生產階段

梅山礦業(yè)分公司的濕尾礦主要是重選濕尾和降磷濕尾，在前期開展的大量技術攻關研究基礎上，2019 年11 月26 日～11月30 日完成新建3 臺壓濾機生產組織調試任務，實現(xiàn)降磷尾礦全部綜合利用。2020 年1 月10 日～12 日開展重選濕尾礦單獨壓濾工業(yè)試驗，壓濾效率下降50%。壓濾濾餅的含鐵品位16.37%，16.47%，鐵品位低，濾餅水份19.3%，卸礦難度大，且重選壓濾的濾餅無法獨立銷售。為解決重選濕尾礦生產難題，采取將重選濕尾礦部分摻入降磷尾礦濃縮系統(tǒng)的路徑，在保證壓濾濾餅鐵品位指標和保證壓濾效率的前提下，實現(xiàn)部分重選濕尾礦資源化綜合利用處理。工業(yè)應用采用技術路線為：根據尾礦綜合利用能力和市場需求，部分重選尾礦摻入降磷尾礦預濃縮，預濃縮底流經+0.2mm 負傾角高頻細篩隔出粗顆粒作為機制砂銷售；篩下礦漿經超長變錐旋流器濃縮分級，底流進入陶瓷過濾機脫水作為細粒級鐵尾砂銷售；全部旋流器溢流和1臺未進旋流器含+200 目粗顆粒的高頻細篩篩下礦漿混合配制成+200 目含量在5%左右混合超細粒級尾礦，經HRC-25M 高壓濃密機濃縮為＞45%的礦漿送入壓濾機脫水作為超細粒級水泥鐵質校正劑銷售。

采取的技術路線是以降磷尾礦全部資源化綜合利用為主，部分重選濕尾礦資源化綜合利用，少部分重選濕尾礦輸送尾礦庫進行筑壩堆存。本技術方案兼顧礦山生產實際和尾礦產品市場，兼顧礦山生產和綠色環(huán)保，走出一條綠色可持續(xù)發(fā)展的無尾礦山建設新路徑。

3 高效板框式壓濾機及工作過程介紹

（1）高效板框式壓濾機由1、機架部分；2、過濾部分；3、自動拉板部分；4、電氣控制部分；5、液壓部分組成，如上圖3 所示。各部分具體介紹如下：

圖2 梅山細粒濕尾資源化利用生產工藝流程圖

圖3 壓濾機結構圖

圖4 壓濾系統(tǒng)設備布置圖

①機架部分：機架它是整套設備的基礎，其主要應用在支撐過濾機構以及拉板機構，是由止推板、壓緊板、機座、油缸體以及主梁等組合而成。當設備工作運行的時候,油缸體上的活塞桿就會推動壓緊板，然后把位于壓緊板與止推板之間的濾板以及過濾介質壓緊，以確保帶有一定壓力的濾漿可以在濾室內進行加壓過濾。②過濾部分：過濾部分是由夾在濾板之間的過濾介質以及整齊排列在主梁上的濾板來組成的。增加強化聚丙烯濾板主要原因是選用優(yōu)質聚丙烯、使用本公司獨特的配方壓制而成，機械性能優(yōu)良，化學性能穩(wěn)定，并且具有耐壓、耐熱、耐腐蝕、無毒、重量輕、表面平整光滑、密封好、易洗滌等特點。過濾開始的時候，濾漿在被進料泵的壓力作用下，通過止推板的進料口進入各濾室內，濾漿依托進料泵產生的壓力進行固液分離，由于過濾介質（濾布）的作用，使固體留在濾室內形成濾餅，濾液由水嘴或出液閥排出。如果濾餅需要洗滌，可以把止推板上的洗滌口通入洗滌水，進而對濾餅進行洗滌；如果需要含水率較低的濾餅，可從將洗滌口通入壓縮空氣，透過濾餅層，吹出濾餅中所含的一部分水份。③電氣控制部分：整個系統(tǒng)的控制中心就是在電氣控制部分，其主要是由變頻器、PLC 可編程控制器、空氣開關、熱繼電器、斷路器、中間繼電器、接觸器、按鈕、信號燈等組合而成。自動壓濾機工作過程的轉換是靠PLC 內部計時器、計數(shù)器、中間繼電器和PLC外部的行程開關開關、接近開關、電接點壓力表（壓力繼電器）、控制按鈕等的轉換而完成的。工作過程可分為高壓卸荷、松開、取板、拉板、壓緊、保壓和補壓等④液壓部分：主機的動力裝置是在液壓部分，在電氣控制系統(tǒng)的作用下，通過油缸、油泵及液壓元件來完成各種工作?？蓪崿F(xiàn)自動壓緊、自動補壓、及高壓卸荷及自動松開等功能。

（2）板框壓濾脫水工作過程：隔膜式板框壓濾機的工作流程主要分為5個步驟：進料過濾—反吹—隔膜壓榨—拉板卸料—水洗。其中，水洗步驟不是每個流程都運行，而是根據壓濾機實際工作情況決定。一般情況下，壓濾機正常工作7 ～15 d后進行1 次水洗。

①進料過濾：物料進入板框壓濾機，進料壓力使濾液穿過濾布，固體被濾布截留形成濾餅。隨著過濾的進行，過濾壓力持續(xù)升高，濾室逐漸被濾餅填滿，進料壓力達到最高值（約為1.3MPa），并長時間保持不變。因礦漿含水率有差異，進料時間一般控制在0.6 h,料漿輸送由150ZJ-A70 渣漿泵完成。②正、反吹：正反吹在每一個完整的工作流程中均需要進行1 次。正吹，料漿在進料完成以后對其進行空氣正吹，這樣可以提高濾餅含固率，同時也可以防止中心管堵塞；反吹，當壓榨完成以后，壓縮空氣系統(tǒng)開始運行，并反吹洗壓濾機中心進泥管中的殘留料漿以及膜腔內的濾液，反吹料漿通過壓濾機一端設置的DN200反吹料漿管回流到調理池之中。這兩次空氣吹洗的過程均需要20s 便可以完成。

需要注意的是：因為空氣吹洗的瞬時風壓相對較大，而且時間也比較短，在條件允許的情況下反吹料漿管可以各自的單獨接入料漿調理池中，這樣就有效避免某臺壓濾機空氣吹洗時影響到其他壓濾機正常工作。③隔膜壓榨關閉進料氣動球閥，向隔膜板內注入高壓水，最高水壓2 MPa，一般保持在1.3-1.4MPa。利用隔膜張力對料漿進行強力擠壓脫水，一般隔膜壓榨時間保持在6-8min 左右。壓榨水通過管道回流至壓榨水箱，壓榨濾液水透過濾布排出，固體物質被濾布阻隔，料漿含固率進一步提高,含水率進一步降低。④拉板卸料：當壓榨完成以后，進行到卸料工序：首先，壓緊板后退，到限位開關處停止。拉板小車通過PLC 控制下，變頻電機轉動，使鏈條帶動拉板小車完成取拉板動作。除去程序控制以外，還可以手動進行控制，可以隨時的控制拉板過程中的前進、暫停、后退動作，以確保卸料的順利進行。如果假如遇到卸料不暢，需要人工配合卸料。全部卸料過程維持在8min 左右。⑤水洗：壓濾機在運行一段時間后，濾布會被堵塞，影響過濾效果。正常情況下，壓濾機每工作7d ～15d 需要進行1次水洗，由水洗泵供給水源。每臺壓濾機單次清洗周期為20min ～30min，此過程由人工用高壓水槍完成。

4 實施效果及結論

（1）解決了梅山礦2022 年以后的生存問題。景津環(huán)保股份生產的高效板框式壓濾機字2017 年至今，在梅山礦業(yè)先后經過小型工業(yè)試驗、大規(guī)模工業(yè)試驗，最終在梅山礦業(yè)尾礦綜合利用工程中取得成功應用，尾礦綜合利用工程于2019 年底完成建設并交付使用。2020 年投入規(guī)?；a以來，設備系統(tǒng)運行穩(wěn)定，處理細粒級尾礦逐月上升，最高壓濾月產量達到10 萬噸，成績斐然。自2018 年以來，梅山礦業(yè)分公司尾礦資源化利用產量。

表6 梅山礦業(yè)分公司細粒濕尾資源化利用產品產量

從近3 年統(tǒng)計來看，梅山濕尾礦資源化綜合利用逐年增加，特別是2020 年1～8 月份以來，除滿足尾礦庫筑壩需要輸送的重選尾礦之外，全部降磷尾礦和超過25%的重選尾礦實現(xiàn)資源化綜合利用。按照2019 年梅山重選濕尾64.8 萬噸，濕尾93.8 萬噸的濕尾產量，該設備的成功應用，使得梅山礦濕尾排放小于40萬噸/年的目標得以實現(xiàn)。大大緩解了尾礦庫的庫容壓力和征地壓力。使得現(xiàn)有尾礦庫完全可以滿足礦山生產到閉坑，大大延長了梅山礦的生存期。

（2）取得了可觀的經濟效益。高效板框式壓濾機的在梅山礦細粒級尾礦回收中成功應用，為國內同類型礦山實現(xiàn)尾礦減量化、資源化提供了可借鑒的途徑，符合國家綠色礦山建設的要求。按照每噸5 元的效益，每年可以產生效益600 萬元以上。同時，減少了尾礦輸送堆存成本，減少了尾礦堆存對土地的占用，按照2006 年山景尾礦庫征地時的成本40 萬元/畝計算，減少尾礦排放每年節(jié)約土地占用成本1400 余萬元以上。同時，可以減少多家水泥廠開山炸石量，具有可觀的經濟效益和社會效益。

（3）景津環(huán)保股份有限公司生產的高效板框式壓濾機在梅山礦細粒級尾礦綜合利用中的成功應用，不僅解決了困擾梅山礦多年來的生存期問題，同時其充分發(fā)揮新設備、新工藝的特點對濕尾礦分級處理；結合市場需求，主動貼近市場，服務市場主體，創(chuàng)造性的將大宗廢棄尾礦資源綜合利用回收，也為國家開展綠色礦山發(fā)展提供了一個很好的解決方案。