尾矿堆存2

王乃玲 矿物加工工程 1101715

摘要：将选矿厂尾矿浓缩成膏体，实现其缓坡度的露天堆存，这种尾矿处理方法不仅可以减少对环境的影响，而且可最大程度地保护利用水资源，直接增加矿山的经济效益，同时还可改善尾矿堆存的稳定性，确保尾矿库的长期安全。

国内发展膏体尾矿堆存技术较晚，针对特殊条件下的某些矿山,膏体尾矿堆存可以是最经济的解决方案,因此,国内发展这项技术非常有必要[1]。

膏体尾矿地表堆存工艺技术已成为尾矿堆存的发展方向，对尾矿浓缩新装备要素予以阐述，为进一步发展尾矿膏体堆存技术提供技术支持。

本文主要从尾矿膏体堆存对环境保护的作用和相应的高效浓缩设备两个方面简单介绍一下尾矿膏体堆存的现状。 关键词：尾矿 膏体堆存 环境保护 高效浓缩设备

1前言

尾矿膏体堆存最早由多伦多大学的Ronbinsky教授提出,并运用于加拿大安大略省某矿山。尾矿可根据浓度大小分为浆体尾矿、膏体尾矿和尾矿滤饼。开始尾矿膏体堆存的原因并不是提高回水率,而是因为尾矿水有污染,需要处理,而处理费用又比较昂贵。20世纪八九十年代以来,由于矿山机械制造水平的发展,特别是矿浆浓缩和高浓度矿浆输送技术水平的发展很快,制约膏体尾矿堆存的技术瓶颈大大缓解,为了解决由于澳大利亚的红土铝矿尾矿的堆存问题,膏体高浓度尾矿地面堆存在西澳得到较快的发展。

国内发展膏体尾矿堆存技术较晚。这种尾矿处理方法不仅可以减少对环境的影响，而且可最大程度地保护利用水资源，直接增加矿山的经济效益，同时还可改善尾矿堆存的稳定性，确保尾矿库的长期安全。鉴于这些优点，近几年来膏体尾矿堆存的技术发展很快。尾矿浓缩干堆技术在包钢白云鄂博西矿已得到一定程度的应用，取得了不错的效果[2]。

2 矿山固体废弃物的现状

在矿山的生产活动过程中，人们从资源物料中提取了所需的组分后，往往还有一些固体或半固体物质被弃之不用，这些没有被利用的物质叫做固体废弃物[3]。在矿产资源开发利用过程中产生的尾矿、废石、煤矸石、粉煤灰和冶炼废渣已成为排放量最大的工业固体废弃物，占工业废弃物累计排放总量的85%[4]。世界各国每年采出的金属矿、非金属矿、煤、黏土等在100亿吨以上，

排出的废石以及尾矿量约50亿吨。以有色金属矿山累计堆存的尾矿为例，美国

[5]

达到80亿吨，前苏联为41亿立方米。在我国，全国现有大大小小的尾矿库2000 多个，全部金属矿山堆存的尾矿已经超过50亿吨，而且以每年产出3亿吨尾矿的速度增加[6]。目前我国铁矿山年排出的尾矿量约1.3亿吨，有色矿山年排量约1.4亿吨黄金矿山每年排出量达2450万吨；我国金属矿山每年排出的冶炼高炉废渣有4091万吨[7]。而且随着经济的发展，对矿产品需求大幅度增加，矿业开发规模随之加大，产生的选矿尾矿和金属矿山冶炼废渣数量将不断增加，加之许多可利用的金属矿品位日益降低，为了满足矿产品日益增长的需求，选矿规模越来越大，因此产生的选矿尾矿数量也将大量增加，而大量堆存的尾矿和冶炼废渣给矿业、环境及经济等造成不少的难题。

目前，除了少部分尾矿得到应用外，相当数量的尾矿只有堆存，占用土地面积大，而且随着尾矿数量增加而利用量不大的状况仍然继续，占用土地数量必将继续扩大。冶炼废渣部分己经主要用于生产矿渣水泥、混凝土掺合料，少量用于生产矿渣微粉、矿渣纤维、筑路填料等。据粗略统计，我国2006年尾矿废石破坏土地和堆存占地达到2.02～2.62万平方公里，且每年以300～400平方公里的速度增加，其中包括大量的农用、林用土地[8]。对我国这样一个人口众多、人均耕地、林地面积很少的国家来说具有严重的威胁，给社会造成不少压力和难题。

3 尾矿膏体堆存的优势

3.1 膏体尾矿堆存社会和环境优势 （1）减少了尾矿库溃坝的可能性。

尾矿库的溃坝主要原因是坝体外坡陡或坝体内部浸润线太高排洪设施失效引发的洪水漫顶坝体基础不良等。而且浆体尾矿库一旦溃坝,影响范围广,破坏力量大。膏体尾矿库采用高密度尾矿堆存, 水区面积小沉积滩面既长又缓坝体失稳和洪水漫顶引发的溃坝可能性低。即使局部发生破外,对周围居民安全和环境影响都远远小于传统尾矿库。

（2）减少水污染，减少取水建筑投资和对当地水资源影响。 （3）减少了温室气体排放。

（4）减少动植物伤害,增加了操作人员安全 （5）易于周围居民的理解和支持。 3.2 膏体尾矿堆存基建投资优势

膏体尾矿堆存减少了环保构筑物建设投资。 （1）水工建筑投资方面。膏体尾矿堆存大大降低了尾矿坝的投资,尤其是在矿山运行初期。随之,在尾矿堆存期间,尾矿库排水排渗,坝体加高以及尾矿坡面维护的投资都要减少。

（2）在尾矿库闭库方面可以减少投资。膏体尾矿堆存由于尾矿排放滩面很快能够稳定,易于机械和人员上坝作业,减少了尾矿库闭库和植被恢复的投资,也容易得到银行的保险和资金保证。

（3）其他优势

①膏体尾矿堆存掺加了絮凝剂,易于固结,不易造成扬尘。②易于控制膏体尾矿自身的酸性。③易于控制尾矿堆积容重。

4 高效脱水设备

常规尾矿脱水方法为重力沉降法(或加絮凝剂的重力沉降法)，因受颗粒沉降速度及传统重力沉降设备结构的影响，造成重力沉降法的浓缩效率低、产物浓度低。针对传统重力沉降法存在的问题，近年来国内外在提高尾矿浓缩效率和提高尾矿浓度方面进行了大量的研究，从提高脱水速度、降低作业费用方面考虑，研发了多种尾矿浓缩新装备和新工艺。 4.1 高效重力沉降脱水设备

通过优化设备结构并采用絮凝剂辅助脱水，提高浓缩产品浓度，是高效重力沉降脱水设备的特点。有代表性的高效重力沉降脱水设备为国外的PPSM型浓密机和国内的深锥型浓密机。

(1)PPSM型浓密机。PPSM型浓密机为单段脱水装备，其外壳类似一个锅状底圆槽，上部有絮凝剂给料井围绕中心竖轴，轴下部装有螺旋、耙板和紊动杆，槽底有排膏器。絮凝剂的合理加人、搅拌以及精心设计的给料井和澄清区，对溢流产量和质量至关重要。在PPSM型浓密机内几乎看不到浓密机中常见的干涉沉降区，澄清是迅速的。该设备用于将稀矿浆快速浓密成膏状排放，能将膏体延时贮存，同时脱出清澈的溢流。

(2)深锥型浓密机。深锥型浓密机由深锥、给料装置、搅拌装置、控制箱、给药装置和自控系统等组成，矿浆先给人消气桶处理，然后进入旋流给料箱，经给料桶絮凝后的矿浆进入浓相沉积层，通过浓相沉积层的再絮凝、过滤、压滤作用，溢流水从上部溢流堰排出，下部锥底排出高浓度的膏体底流。设备特点是采用絮凝剂增大颗粒粒径，提高沉降速度；严格控制浓相层高度是提高浓缩效果的关键因素之一；作业条件自动控制。试验和生产实践表明，该设备对金属矿山尾矿浓缩的浓度可达40％一70％。与普通浓密机相比，该设备在外形上的显著特点是高径比为1.5—2。 4.2 压滤脱水设备

压滤机因其脱水效果好、适应性强、压滤脱水后的尾矿处理方式灵活，近年来在黄金矿山尾矿处理中得到应用。压滤机在冶金和有色金属矿山尾矿脱水中应用较少，只是在制备全尾充填料或膏体尾矿的场合有一定的应用，这主要是由于压滤机的能耗和处理成本高于常规重力沉降浓缩。另外，单机处理能力较低，难以在大规模生产尾矿的浓缩脱水中推广。但当尾矿重力脱水困难，而要求尾矿浓度较高时，压滤技术将是一种可行的选择。尾矿压滤是指尾矿在设计压力作用下，将尾矿中的部分水分挤出。常用设备有板框式压滤机、箱式压滤机。

4.3 真空过滤设备

真空过滤设备是利用真空负压作用，将尾矿中水分吸除。真空吸附对于较

细粒径的尾矿效果更好。常用设备有陶瓷真空过滤机、带式真空过滤机。 4.4 脱水筛设备

脱水筛是煤泥脱水作业的专用设备，广泛应用于煤泥回收、极细物料脱水等工艺。高频振动脱水筛采用了双电极自同步技术，通用型偏心块、可调振幅振动器。主要由筛箱、激振器、支承系统及电机组成。通过胶带联轴分别驱动两个互不联系的振动器作同步反向运转，两组偏心质量产生的离心力沿振动方向的分力叠加，反向离心抵消，从而形成单一的沿振动方向的振动，使筛箱做往复直线运动。高频振动脱水筛除具有振动筛特点外，筛机整体水平安装，但筛网呈负角安装，以保证强制脱水效果；根据筛网不同，可选择张紧式安装或压紧式安装；通过变频器可随时调整振动频率，以达到最佳脱水效果。

5 尾矿高效脱水工艺流程

尾矿浓缩脱水是膏体尾矿地表堆存的重要环节，有代表性的尾矿浓缩工艺流程：旋流器一浓密机浓缩工艺流程、旋流器一浓密机一过(压)滤浓缩工艺流程、浓密机一旋流器一过滤机浓缩工艺流程、旋流器一脱水筛一浓密机浓缩工艺流程。

5.1 旋流器一浓密机浓缩工艺流程

水力旋流器利用离心力强化固液分离，因其结构简单、造价低、占地面积小、处理能力大、底流浓度高，在尾矿浓缩脱水工艺中得到应用。但单独采用水力旋流器难以得到澄清的溢流，而采用重力沉降与离心沉降相结合的方法可综合二者优势，既可提高尾矿浓缩脱水的速度和效率，又能保证澄清的溢流。 5.2 旋流器一浓密机一过(压)滤浓缩工艺流程

工艺流程简述：选矿生产尾矿经泵给入旋流器，旋流器沉砂给入水平带式真空过滤机脱水，旋流器溢流给入深锥型浓密机；浓密机底流给入立式压滤机脱水，浓密机溢流、水平带式真空过滤机和立式压滤机滤液合并返至生产环水系统，最终产品尾矿滤饼的水分小于20％。由于受过滤机处理能力的限制，该工艺流程适用于小型选矿厂生产尾矿的干式堆存。 5.3 浓密机一旋流器一过滤机浓缩工艺流程

选矿生产尾矿给入周边传动式浓密机或斜板式浓密机，浓密机底流给入旋流器，旋流器沉砂给入水平带式真空过滤机脱水，旋流器溢流与过滤机滤液合并返至浓密机给矿，形成闭路。浓密机溢流为澄清水，返至生产环水系统；最终产品过滤机滤饼的水分小于20％。该工艺流程适用于小型选矿厂生产尾矿的干式堆存。

5.4 旋流器一脱水筛一浓密机浓缩工艺流程

选矿生产尾矿经泵给入旋流器，旋流器沉砂给入高频振动脱水筛，旋流器溢流给入深锥型浓密机；脱水筛筛下产品与浓密机底流合并返至旋流器给矿，形成闭路；浓密机溢流为澄清水，返至生产环水系统；脱水筛筛上产品为含水15％左右的浓缩尾矿。该工艺流程充分利用高频振动脱水筛处理能力大，脱水效果好的特点，即可获得高浓度尾矿，又可提高尾矿浓缩系统的处理能力，在

整体上提高了尾矿浓缩脱水效率。

结论

膏体尾矿地表堆存工艺技术为降低选矿运营成本、保障安全生产、改善库区环境开辟了新途径，对现有尾矿库的安全管理和环境保护具有重大的实际意义，已成为今后尾矿堆存的发展方向。膏体尾矿地表堆存工艺技术具有良好的推广应用价值，会产生明显的社会、经济和环境效益。

虽然目前膏体尾矿地表堆存工艺存在基建投资大、工序运行费用相对较高、压滤机和过滤机等设备处理能力有限，在小型选矿厂实施生产尾矿干式堆存相对容易，而在大型选矿厂实施生产尾矿干式堆存难度较大。但随着大型尾矿脱水设备的研发与生产，将为大型矿山企业早实现生产尾矿干式堆存提供必要的基础条件。矿山企业可根据自身条件，选择不同的工艺方案。

尾矿高浓度输送技术在我国的推广应用还刚刚开始，仍存在着技术、经济上的种种制约因素和瓶颈，但这一技术的推广无疑是必然的，并有着极大的效益前景。当前，我们在开发和完善国内自主生产设备的同时，还需要研究国外管路系统的设计方法，并借鉴、参考石油、天然气等行业的管路系统设计标准，研发、引进和消化吸收国外的计算及维护管理软件，积累我国的实战应用经验，编制实用设计手册，加快工业化推广应用的步伐。

参考文献

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