楊梁宇 吳 紅 王 琦 潘 猛 牛孝文

（安徽馬鋼張莊礦業(yè)有限責(zé)任公司）

礦產(chǎn)資源是我們生存與發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)資源，隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，一方面開采礦石品位降低，礦產(chǎn)資源日漸枯竭；另一方面環(huán)境污染日益嚴(yán)重，成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。截止2019 年初，礦山尾礦累計(jì)總量達(dá)170 億t 以上，其中金屬尾礦超過(guò)90%［1-2］，尾礦處理成為制約礦山企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主要因素之一。因此，提高尾礦的綜合利用率成為礦山企業(yè)需要解決的迫切問(wèn)題。

張莊礦為低品位大型磁鐵礦床［3］，采礦規(guī)模450 萬(wàn)t/a，選礦規(guī)模500 萬(wàn)t/a，采用無(wú)尾充填［4-5］外銷生產(chǎn)模式。張莊礦選礦廠總尾濃度6.5%，-0.074 mm 含量68%，總尾經(jīng)50 m 濃縮大井濃縮，形成濃度20%的總尾底流，3/4 尾砂用于井下充填，1/4 尾砂濃縮大井底流采用水力旋流器處理后，旋流器沉砂進(jìn)入0.3 mm 直線篩［6］分級(jí)脫水工藝，篩上形成含水率19%的細(xì)粒級(jí)尾砂。旋流器溢流及直線篩篩下形成濃度18%，-0.074 mm 含量79%的超細(xì)尾砂。超細(xì)尾砂通過(guò)15 m 深錐濃密機(jī)形成濃度62%的超細(xì)尾砂，物料進(jìn)入TT 系列特種陶瓷過(guò)濾機(jī)，最終形成含水率16%的超細(xì)尾砂產(chǎn)品外銷［7］，外銷主要用于新型墻體材料。該墻體材料具有強(qiáng)度較高、色澤均一等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)燒結(jié)磚有很強(qiáng)的取代作用，利廢節(jié)能［8］，對(duì)礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了發(fā)展方向。

1 超細(xì)尾砂性質(zhì)

1.1 超細(xì)尾砂化學(xué)多元素分析

超細(xì)尾砂由尾礦旋流器溢流部分與直線脫水篩篩下部分組成，其化學(xué)多元素及鐵物相分析結(jié)果見表1、表2。

由表1、表2 可知，超細(xì)尾砂為酸性高硅尾礦，SiO2含量70.53%，其他主要組成為TFe、Al2O3、CaO、MgO；鐵元素主要以硅酸鐵為主，赤褐鐵礦、碳酸鐵、磁鐵礦次之；磁鐵礦含量0.86%，磁選工藝流程對(duì)磁性鐵指標(biāo)控制較好。

1.2 超細(xì)尾砂密度及粒級(jí)組成

超細(xì)尾砂密度為2.88 t/m3，超細(xì)尾砂粒級(jí)組成見表3。

由表3 可知，旋流器溢流-0.074 mm 含量100%，-0.045 mm 含量98.00%；脫水篩篩下-0.074 mm 含量50.13%，-0.045 mm 含量26.41%；超細(xì)尾砂-0.074mm 含量78.57%，-0.045 mm 含量66.18%。由于原礦開采品位降低，尾砂量增大，井下充填壓力增大，同時(shí)超細(xì)尾砂不易回收利用，故針對(duì)超細(xì)尾砂進(jìn)行了新工藝?yán)醚芯?。尾砂生產(chǎn)工藝流程見圖1。

2 濃密機(jī)應(yīng)用優(yōu)化研究

2.1 自然沉降

對(duì)超細(xì)尾砂礦漿進(jìn)行自然沉降試驗(yàn)［9］，用量筒取1 L 礦漿靜置0.5 h，觀察不到明顯的固液兩相分離，上層渾濁，無(wú)上清液出現(xiàn)；隨著時(shí)間的推移，在自然沉降3 h 后，固液兩相出現(xiàn)分離，上層清澈，達(dá)到溢流水水質(zhì)要求。自然沉降試驗(yàn)表明，通過(guò)自然沉降需較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到溢流水水質(zhì)要求，不符合生產(chǎn)要求，需采用絮凝沉降工藝。

2.2 pH值調(diào)整

試驗(yàn)采用量筒量取1 L 礦漿，加入絮凝劑后上下翻轉(zhuǎn)數(shù)次，靜置0.2 h，觀察固液分離界面。試驗(yàn)組單純添加絮凝劑固液分離界面不明顯，上層較渾濁，對(duì)照組用石灰將弱酸性礦漿pH 值調(diào)為中性，再添加絮凝劑，固液分離界面明顯，澄清液出現(xiàn)。繼續(xù)加入石灰，pH 值調(diào)為堿性，再添加絮凝劑，固液分離界面明顯。考慮實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備和成本因素，做絮凝劑對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，pH值均調(diào)為中性。

2.3 絮凝劑選擇

絮凝劑對(duì)比試驗(yàn)選用SNF6000V、NF-625S、SNF-625V、A1530、NMS1838、XR1822 共6 種絮凝劑［10-11］。先將各種絮凝劑分別配制為0.1%的溶液，將各種絮凝劑按照8，10，12 g/t 的用量分別加入濃度為18%的原始超細(xì)尾砂礦漿中，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

由圖2 可見，在pH 值為中性的礦漿中添加適量絮凝劑后，超細(xì)尾砂的沉降效果得到明顯改善；絮凝劑用量8 g/t時(shí)，NF-625S、SNF-625V 的絮凝沉降效果較好；當(dāng)絮凝劑用量增加到10，12 g/t 時(shí)，XR1822、SNF-625V 的絮凝沉降效果較好；隨著絮凝劑用量的增加，使用XR1822 超細(xì)尾砂的沉降速率變化明顯，使用SNF-625V 超細(xì)尾砂的沉降速率增速大幅變緩，SNF-625V 用量10 g/t 的沉降效果與用量12 g/t 的沉降效果相差不大；雖然XR1822 的沉降效果更佳，但SNF-625V 絮凝劑來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜；考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用，確定選擇SNF-625V，用量為10 g/t。

2.4 深錐濃密機(jī)的應(yīng)用

張莊礦選礦廠現(xiàn)階段處理礦石約1.8 萬(wàn)t/d，經(jīng)前期3段拋尾工序后，總尾砂量產(chǎn)率約33.7%，總尾尾砂經(jīng)50 m 大井濃縮池沉降后，總尾尾砂3/4進(jìn)入井下采空區(qū)進(jìn)行充填作業(yè)，1/4進(jìn)入新工藝，經(jīng)脫水作業(yè)后外銷。1/4 的濃縮尾砂經(jīng)尾礦旋流器分級(jí)后，沉砂再次經(jīng)直線脫水篩，篩上中粒級(jí)尾砂產(chǎn)率2.1%，超細(xì)尾砂由旋流器溢流和直線脫水篩篩下組成，產(chǎn)率6.4%，因此，超細(xì)尾砂干量為1 152 t/d。由旋流器溢流和直線脫水篩篩下組成的超細(xì)尾砂濃度約18%，根據(jù)超細(xì)尾砂性質(zhì)、產(chǎn)能與沉降濃密試驗(yàn)結(jié)果，最終確定投資新建15 m深錐濃密機(jī)廠房。

新工藝為通過(guò)新型高分子耐磨管道將濃度18%的超細(xì)尾砂原漿給入新建15 m 深錐濃密機(jī)。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果保持15 m 深錐濃密機(jī)耙架壓力為160～165 kPa，可獲得濃度約62%的超細(xì)尾砂底流，同時(shí)保證深錐溢流水中雜質(zhì)含量低于200 mg/L，保證選廠環(huán)水水質(zhì)要求，結(jié)果表明15 m 深錐濃密機(jī)可滿足超細(xì)尾砂量的處理要求。新工藝流程見圖3。

3 陶瓷過(guò)濾機(jī)的應(yīng)用及優(yōu)化

3.1 過(guò)濾脫水試驗(yàn)

試驗(yàn)用TT-96 型特種陶瓷過(guò)濾機(jī)面積6 m2，真空度-0.098 MPa，將15 m 深錐濃密機(jī)底流礦漿給入試驗(yàn)機(jī)，經(jīng)陶瓷板過(guò)濾后濾餅含水率低于19%。在卸料時(shí)濾餅成塊狀落下，鏟運(yùn)較為方便，過(guò)濾后的水質(zhì)符合循環(huán)用水要求，可循環(huán)利用。

3.2 陶瓷過(guò)濾機(jī)安裝及改進(jìn)

依據(jù)每日產(chǎn)能，設(shè)計(jì)完成3 臺(tái)TT-96 型特種陶瓷過(guò)濾機(jī)安裝，陶瓷過(guò)濾機(jī)正常工作轉(zhuǎn)速1.2 r/min，真空度-0.098 MPa，超細(xì)尾砂外銷產(chǎn)品臺(tái)時(shí)量60 t/h，但產(chǎn)品含水率大于19%，水分過(guò)高對(duì)外銷會(huì)產(chǎn)生一定影響，因此將產(chǎn)品含水率降至16%較為合適。因超細(xì)尾砂粒級(jí)細(xì)，對(duì)濾板清洗帶來(lái)一定難度，且過(guò)濾水極易被污染，過(guò)濾機(jī)濾芯每0.5 h 需更換1 次。通過(guò)增加沉淀池等方式使過(guò)濾水水質(zhì)提高，過(guò)濾水污染問(wèn)題大幅緩解，濾芯更換頻率由0.5 h 延長(zhǎng)為3 h，保證了陶瓷過(guò)濾機(jī)的高效平穩(wěn)運(yùn)行。

通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于陶瓷過(guò)濾機(jī)過(guò)濾軟管過(guò)長(zhǎng)，陶瓷過(guò)濾機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓容易將軟管壓扁而產(chǎn)生堵塞，造成過(guò)濾效果不佳；同時(shí)陶瓷過(guò)濾機(jī)濾板清洗不徹底，造成陶瓷過(guò)濾機(jī)帶料效果不佳，造成陶瓷過(guò)濾機(jī)產(chǎn)品濾餅水分較大。為此，將陶瓷過(guò)濾機(jī)軟管部分切割更換為特種不銹鋼管，保證軟管長(zhǎng)度不超過(guò)0.4 m，可避免被產(chǎn)生的負(fù)壓壓扁，保證過(guò)濾中的負(fù)壓穩(wěn)定；同時(shí)進(jìn)行了陶瓷過(guò)濾機(jī)清洗用硝酸用量對(duì)比試驗(yàn)，確定了更好的硝酸清洗劑添加制度，通過(guò)合理配比和延長(zhǎng)清洗時(shí)間使過(guò)濾機(jī)清洗徹底，最終外銷產(chǎn)品含水率降至16%。

3.3 新材料產(chǎn)線

為了進(jìn)一步釋放張莊礦選廠超細(xì)尾砂產(chǎn)能，滿足張莊礦現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，成立了新材料產(chǎn)線。新材料產(chǎn)線通過(guò)對(duì)含水率16%超細(xì)尾砂的加工，最終形成新型墻體材料產(chǎn)品。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)深錐壓力和新材料產(chǎn)線需求，不定時(shí)將62%濃度的超細(xì)尾砂通過(guò)高分子耐磨管將礦漿遠(yuǎn)距離輸送至新材料產(chǎn)線。新產(chǎn)線的建立，徹底解決了深錐壓力波動(dòng)、外銷拉運(yùn)不及時(shí)等問(wèn)題，保證了超細(xì)尾砂產(chǎn)線的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）張莊礦通過(guò)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化，深錐濃密機(jī)和TT 系列特種陶瓷過(guò)濾機(jī)新工藝很好地應(yīng)用于-0.074 mm 含量78.6%的酸性高硅超細(xì)尾砂中。通過(guò)TT 系列特種陶瓷過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)的含水率16%的產(chǎn)品可作為生產(chǎn)新型墻體材料的原料外銷，對(duì)礦山企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了新方向。

（2）張莊礦屬于大型無(wú)尾礦庫(kù)新型礦山，隨著原礦品位的降低，井下充填壓力較大，隨著超細(xì)尾砂脫水處理工藝的建立，為細(xì)尾礦綜合處理提供了新思路，極大地緩解了采充壓力，保障了生產(chǎn)的有序進(jìn)行。新材料產(chǎn)線建立后，可根據(jù)需求靈活輸料，為超細(xì)尾砂脫水處理新工藝穩(wěn)定高效運(yùn)行提供了保障。