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表面充填用铁尾矿膏体制备技术研究
2011-08-10
介绍了浓缩脱水方法制备铁尾矿膏体研究的情况。工业分流试验结果表明,采用浓缩方法可以获得 膏体尾矿,并对膏体尾矿制备中存在问题进行了分析。
Series No. 335  金 属 矿 山 总 第 335 期   2004年 第 5 期 May 2004 METAL MINE 方采 矿 工 程 方 表 面 充 填 用 铁 尾 矿 膏 体 制 备 技 术 研 究 陈 述 文陈 启 平 (长 沙 矿 冶 研 究 院 ) 摘 要 介 绍 了 浓 缩 脱 水 方 法 制 备 铁 尾 矿 膏 体 研 究 的 情 况 。 工 业 分 流 试 验 结 果 表 明 ,采 用 浓 缩 方 法 可 以 获 得 膏 体 尾 矿 ,并 对 膏 体 尾 矿 制 备 中 存 在 问 题 进 行 了 分 析 。 关 键 词 表 面 充 填 膏 体 尾 矿 膏 体 浓 密 机 Study on Preparation of Paste Tailings for Surface Stacking Chen Shuwen Chen Qiping Changsha Institute of Mining and Metallurgical Research) ( Abstract   Study was made on the preparation of paste tailings by thickening. The results of industrial splitting test showed that paste tailings could be obtained by thickening. The practice results of <25m paste thickener are described and the problems existing in paste tailings preparation analysed. Keywords   Surface stacking , Paste tailings , Paste thickener   我 国 许 多 矿 山 采 用 崩 落 法 采 矿 ,在 长 期 开 采 过 存 中 悬 浮 体 离 析 出 的 水 最 小 ,这 样 才 可 以 使 尾 矿 堆 存 的 坡 度 达 到 要 求 的 2 %~ 5 %。 这 样 性 质 的 尾 矿 浆 体 在 世 界 不 同 的 地 方 以 及 根 据 选 矿 类 型 的 不 同 有 不 同 的 称 谓 。 一 般 的 名 称 为 “ 膏 体 ”“, 浓 缩 尾 矿 ”以 及“ 高 浓 度 尾 矿 ”。 程 中 ,在 地 表 形 成 了 许 多 大 的 采 矿 塌 陷 区 ,大 的 塌 陷 3 区 的 容 积 有 数 十 万 m 。 这 些 塌 陷 区 占 用 了 国 土 资 源 ,造 成 自 然 环 境 的 破 坏 。 同 时 塌 陷 区 极 容 易 形 成 地 质 灾 害 ,给 人 民 生 命 安 全 造 成 威 胁 。 而 选 矿 厂 产 出 的 大 量 尾 矿 需 要 建 立 尾 矿 库 进 行 堆 存 。 建 立 尾 矿 库 ,必 须 征 用 大 量 土 地 ,建 设 费 用 高 ,利 用 采 矿 塌 陷 区 进 行 尾 矿 充 填 可 以 节 省 占 地 ,又 可 以 造 成 地 表 逐 步 修 复 的 条 件 。 20 世 纪 90 年 代 起 国 外 对 于 不 建 立 尾 矿 库 ,采 用 地 表 进 行 尾 矿 堆 存 进 行 了 大 量 的 研 究 和 实 践 工 作 ,并 提 出 了 表 面 充 填 (Surface Stocking) 这 一 概 念 。 例 如 加 拿 大 安 大 略 省 Iconbridge 公 司 的 Kidd Creek 铜 锌 选 矿 厂 为 了 解 决 尾 矿 库 问 题 ,采 用 表 面 充 填 方 法 对 尾 矿 进 行 堆 存 。 报 导 的 表 面 充 填 系 采 用 过 滤 脱 水 以 及 近 年 来 发 展 起 来 的 膏 体 浓 缩 脱 水 (Plaste Thickening) 可 以 达 到 表 面 充 填 所 需 要 的 尾 矿 膏 体 (图 2) 。 [ 1 ] 图 2 Eimco 公 司 膏 体 浓 密 机 底 流 统 见 图 1 。 随 膏 体 尾 矿 浓 度 变 化 ,其 流 变 特 性 随 之 变 化 ,流 变 特 性 的 变 化 影 响 到 了 尾 矿 的 堆 存 坡 度 ,从 低 浓 度 堆 存 坡 度 的 不 到 1 %直 到 高 浓 度 的 超 过 5 %。 采 用 浓 缩 方 法 制 备 尾 矿 膏 体 ,处 理 能 力 大 、成 本 低 ,获 得 的 膏 体 可 以 满 足 泵 输 送 的 要 求 。 因 此 只 有 在 尾 矿 的 堆 存 地 点 狭 窄 ,需 要 陡 的 堆 积 坡 度 ,需 要 极 高 的 浓 度 图 1 膏 体 尾 矿 充 填 系 统 陈 述 文 ,长 沙 矿 冶 研 究 院 选 矿 工 程 技 术 及 装 备 研 究 所 ,教 授 级 高 级 工 程 师 ,410012 湖 南 省 长 沙 市 麓 山 南 路 1 号 。 表 面 充 填 需 要 非 静 止 的 均 质 悬 浮 体 ,要 求 在 堆 方 1 方 总 第 335 期 金 属 矿 山 2004 年 第 5 期 以 及 极 高 的 堆 存 坡 度 时 ,需 要 采 用 过 滤 脱 水 。 在 一 般 情 况 下 ,采 用 浓 缩 方 法 制 备 膏 体 是 适 合 的 。 膏 体 尾 矿 的 高 粘 度 及 低 流 动 性 能 使 膏 体 尾 矿 的 浓 缩 与 输 送 与 一 般 的 尾 矿 的 浓 缩 和 输 送 有 极 大 的 差 别 (图 2、图 3 和 表 1) ,因 此 膏 体 尾 矿 的 制 备 与 输 送 陷 区 充 填 尾 矿 膏 体 制 备 研 究 和 设 计 。 长 沙 矿 冶 研 究 院 提 出 的 充 填 方 案 见 图 4 ,由 于 干 尾 矿 采 取 困 难 ,工 程 实 施 时 取 消 了 矿 浆 增 稠 作 业 。 浓 缩 后 尾 矿 直 接 排 入 塌 陷 区 充 填 。 底 流 采 用 蠕 动 泵 输 送 ,其 主 要 的 工 作 参 数 见 表 2。 具 有 较 大 的 技 术 难 度 。 表 2 输 送 泵 的 工 作 参 数 表 1 国 外 膏 体 浓 密 机 分 类 软 管 道 浓 / 度 % 距 离 / m 流 量 压 力 / (m 方h - 1) / MPa 50 1. 3 功 率 / kW 相 对 底 流 浓 度 / % 固 体 ) 3 型 号 数 量 典 型 床 层 泥 层 停 最 大 直 径 深 度 / m 留 时 间 能 否 形 成 膏 体 几 何 特 征 K 因 数 / m ( 57 250 KP1000 30 4 常 规 及 高 流 量 浓 密 机 注 :采 用 变 频 调 速 器 FRN30 G9S - 4J E 调 节 泵 的 流 量 。 1 中 等 慢 120 小 于 25 不 可 可 可 可 1 (最 低 ) 无 耙 陡 锥 (60安) 浓 密 机 2~ 6 6 12 12 90 30 2 3 4 5 陡 锥 (60安) 带 耙 浓 密 机 2~ 慢 小 于 25 大 于 100 大 于 150 浅 锥 (约 15安) 膏 体 浓 密 机 3 高 图 4 玉 石 洼 铁 矿 尾 矿 表 面 充 填 系 统 2 尾 矿 性 质 以 及 浓 缩 试 验 结 果 ALCAN 型 膏 体 浓 密 机 30~ 45安) 玉 石 洼 铁 矿 属 于 矽 卡 岩 型 磁 铁 矿 床 ,选 矿 厂 采 用 单 一 磁 选 作 业 ,尾 矿 主 要 以 透 辉 石 、透 闪 石 - 阳 起 石 为 主 ,其 次 为 绿 泥 石 、方 解 石 。 尾 矿 中 泥 含 量 极 高 ,粒 度 分 析 结 果 尾 矿 中 - 500 目 的 含 量 达 到 48 % 以 上 (表 3) 。 极 高 的 泥 含 量 造 成 尾 矿 沉 降 性 能 差 , 尾 矿 的 压 缩 性 能 差 (表 4) ,沉 降 试 验 获 得 的 极 限 压 8 高 (   注 : K 值 是 浓 密 机 所 需 要 的 扭 矩 的 相 关 因 数 ,所 需 扭 矩 与 其 成 正 比 。 缩 质 量 浓 度 仅 为 45 %。 表 3 玉 石 洼 铁 矿 尾 矿 粒 度 组 成 粒 级 (目 ) 00 100 + 140 - 140 + 160 部 分 分 布 / % 累 积 分 布 / % 1 20 100. 00 80. 00 75. 10 72. 70 67. 80 57. 80 52. 80 45. 80 - 4. 90 图 3 测 得 的 粘 度 与 浆 体 浓 度 之 间 的 关 系 2. 40 - - - 160 + 200 200 + 300 300 + 400 4. 90 作 者 结 合 在 邯 邢 冶 金 矿 山 管 理 局 玉 石 洼 铁 矿 利 10. 00 5. 00 用 采 空 区 塌 陷 区 进 行 尾 矿 充 填 的 实 践 ,对 表 面 充 填 过 程 尾 矿 膏 体 制 备 研 究 ,对 膏 体 浓 缩 设 备 以 及 工 业 实 践 进 行 介 绍 ,同 时 对 存 在 问 题 进 行 分 析 并 提 出 改 进 意 见 。 - 400 + 500 7. 00 - 500 45. 80 100. 00 累 计   注 :筛 分 分 析 结 果 1 玉 石 洼 表 面 充 填 系 统 表 4 沉 降 试 验 结 果 邯 邢 冶 金 矿 山 管 理 局 为 了 解 决 玉 石 洼 铁 矿 尾 矿 矿 浆 浓 度 沉 降 速 度 单 位 负 荷 堆 存 问 题 ,决 定 采 用 表 面 充 填 方 法 堆 存 选 矿 厂 尾 矿 。 尾 矿 的 堆 存 地 点 选 择 在 玉 石 洼 铁 矿 的 尖 山 大 坑 。 研 究 确 定 的 充 填 方 案 流 程 见 图 4。 / (cm方min - 1 ) / (kg方m - 2方h - 1) / % 0 2 1. 3 0. 61 0. 16 233 156 94 2 3 5 0 为 了 给 表 面 充 填 提 供 膏 状 尾 矿 ,邯 邢 冶 金 矿 山 管 理 局 委 托 多 个 研 究 院 所 进 行 了 尾 矿 膏 体 制 备 的 研 究 ,其 中 包 括 了 过 滤 脱 水 方 案 ,最 终 选 择 了 浓 缩 制 备 膏 体 的 方 案 ,并 委 托 长 沙 矿 冶 研 究 院 进 行 玉 石 洼 塌 方 2 方   利 用 选 矿 厂 生 产 的 新 鲜 尾 矿 矿 浆 体 进 行 了 尾 矿 膏 体 制 备 的 工 业 分 流 试 验 研 究 ,分 流 试 验 所 用 的 浓 密 机 为 HRC 型 高 压 缩 性 浓 密 机 ,主 要 的 设 备 参 数   陈 述 文 等 :表 面 充 填 用 铁 尾 矿 膏 体 制 备 技 术 研 究 2004 年 第 5 期 见 表 5 ,工 业 分 流 试 验 结 果 见 表 6 ,而 获 得 的 浓 密 机 离 远 ,采 用 离 心 泵 输 送 ,浓 密 机 底 流 排 放 浓 度 降 低 到 膏 状 底 流 的 流 态 见 图 6。 40 %左 右 。 表 5 工 业 分 流 试 验 用 膏 体 浓 密 机 的 结 构 参 数 表 8 设 计 指 标 与 工 业 运 行 指 标 几 何 特 征 底 锥 角 / (安) 床 层 深 度 / m 泥 层 停 留 时 间 / h 直 径 / m 设 备 高 度 / m 台 时 处 理 药 剂 用 量 溢 流 固 体 给 矿 浓 度 底 流 浓 度 分 类 / % 量 / (t方h - 1) / % / (g方t - 1) 含 量 / 总 10 - 6 6 0 2 12 25 12 工 业 考 核 设 计 20 25 40~ 60 ≥ 57 ≥ 57 30 80 ≤ 300 ≤ 300 40 表 6 工 业 分 流 试 验 结 果 矿 浆 浓 度 单 位 负 荷 / (kg方m - 方h - 1) 80 底 流 浓 度 / % 溢 流 固 体 含 量 2 / (mg方L - 1 ) 小 于 300 / % 2 2 2~ 25 2~ 25 63 108 55 小 于 300     图 6 工 业 调 试 和 工 业 考 核 结 果 图 5 不 同 浓 密 机 底 流 流 变 特 性 工 业 分 流 试 验 结 果 ) 图 7 HRC - 25 浓 密 机 底 流 ( 浓 度 57 %) ( 5 结 果 与 讨 论 1) 考 核 与 工 业 运 行 的 指 标 达 到 了 设 计 要 求 的 指 标 ,其 中 处 理 量 指 标 好 于 工 业 分 流 试 验 指 标 。 2) 工 业 运 行 中 尾 矿 膏 体 的 流 变 特 性 与 工 业 分 3 HRC 型 膏 体 浓 缩 浓 密 机 的 结 构 特 点 国 外 将 膏 体 浓 密 机 分 为 如 表 1 所 属 的 4 种 类 ( 型 ,并 且 与 常 规 、高 流 量 浓 密 机 的 工 作 特 性 进 行 了 比 较 。 其 中 可 以 获 得 最 高 底 流 浓 度 的 是 ALCAN 型 膏 体 浓 密 机 。 长 沙 矿 冶 研 究 院 生 产 的 用 于 玉 石 洼 的 HRC - 25 浓 密 机 的 结 构 特 性 见 表 7。 其 基 本 特 征 与 表 中 的 ALCAN 型 膏 体 浓 密 机 相 似 。 ( 流 试 验 有 比 较 大 的 差 别 ,工 业 运 行 中 浓 密 机 的 底 流 流 动 性 强 于 工 业 分 流 试 验 。 ( 3) 膏 体 浓 密 机 需 要 的 传 动 扭 矩 较 常 规 浓 密 机 高 ,运 行 中 发 现 ,底 流 浓 度 高 于 55 % ,电 机 的 输 出 功 率 明 显 增 加 。 原 来 减 速 机 设 置 的 扭 力 弹 簧 保 护 值 低 ,不 能 够 满 足 膏 体 浓 密 机 需 要 。 在 对 减 速 机 进 行 必 要 加 固 ,增 加 扭 力 保 护 值 ,使 设 备 满 足 了 工 艺 设 计 的 需 要 。 表 7 HRC - 25 膏 体 浓 密 机 的 结 构 参 数 几 何 特 征 床 层 深 度 泥 层 停 留 底 锥 角 / (安) 直 径 / m 设 备 高 度 底 流 质 量 / m / m 时 间 / h 浓 度 / % 3 0~ 45 8 10~ 20 25 12 > 57 4 工 业 试 验 指 标 HRC - 25 浓 密 机 给 矿 为 选 矿 厂 40 m 浓 密 机 的 ( 4) 浆 体 泵 选 择 对 于 膏 体 浓 密 机 的 运 行 有 重 要 影 响 ,浓 密 机 形 成 的 膏 状 体 能 够 顺 利 排 出 才 能 够 保 证 膏 体 浓 密 机 的 稳 定 运 行 ,采 用 的 蠕 动 泵 当 输 送 浓 度 大 于 55 % ,输 送 量 大 幅 减 少 ,影 响 该 系 统 稳 定 运 行 。 底 流 ,浓 度 16 %~ 22 %。 进 行 了 为 期 10 d 工 业 调 试 ,调 试 期 间 工 艺 指 标 见 图 6。 浓 密 机 底 流 流 态 状 况 见 图 7。 工 业 调 试 达 到 设 计 指 标 后 ,工 程 移 交 生 产 进 行 管 理 。 移 交 生 产 后 的 生 产 考 核 指 标 见 表 8。 由 于 没 有 对 塌 陷 区 进 行 防 渗 处 理 ,充 填 过 程 尾 矿 浆 体 沿 岩 石 裂 隙 进 入 采 场 影 响 了 充 填 场 下 部 采 矿 生 产 。 充 填 系 统 运 行 半 年 后 ,矿 山 暂 时 将 尾 矿 放 在 另 外 一 个 下 部 已 经 停 止 采 矿 的 塌 陷 区 ,由 于 输 送 距 ( 5) 药 剂 的 加 入 点 选 择 对 浓 密 机 的 工 作 效 率 有 显 著 影 响 。 6) 为 了 使 膏 体 尾 矿 充 填 能 够 在 工 业 实 施 , 需 ( ( 下 转 第 16 页 ) 方 3 方 总 第 335 期 金 属 矿 山 2004 年 第 5 期 中 心 处 ,破 坏 方 式 为 拉 伸 破 坏 ;在 空 区 横 剖 面 的 两 端 ,第 一 主 应 力 和 第 三 主 应 力 的 差 值 增 大 ,破 坏 方 式 为 剪 切 破 坏 。 (2) 梅 山 铁 矿 顶 板 冒 落 过 程 其 规 律 表 明 ,安 山 岩 类 型 的 顶 板 岩 层 大 部 分 能 随 着 开 采 暴 露 面 积 的 增 大 而 自 行 冒 落 ,但 冒 落 时 间 和 冒 落 范 围 难 以 控 制 。 因 此 ,在 制 定 顶 板 放 顶 设 计 时 ,可 根 据 顶 板 的 形 态 和 覆 盖 层 的 厚 度 状 况 确 定 放 顶 方 式 ,一 般 情 况 可 考 虑 在 崩 落 顶 板 下 部 1/ 3 以 下 应 力 集 中 的 部 位 布 置 放 顶 炮 孔 进 行 放 顶 ,若 顶 板 起 伏 变 化 较 大 ,且 覆 盖 层 厚 度 满 足 回 采 要 求 时 ,可 考 虑 2 个 分 段 放 顶 一 次 ,布 置 位 置 应 在 应 力 集 中 部 位 ,进 行 诱 导 性 放 顶 工 作 。 (3) 根 据 有 限 元 计 算 分 析 的 结 果 ,在 崩 落 顶 板 时 应 考 虑 下 列 因 素 : ① 梅 山 铁 矿 随 着 南 采 区 水 平 采 矿 面 积 的 不 断 扩 大 (南 采 区 - 228 m 水 平 采 矿 面 积 接 近 北 采 区 ) ,将 出 现 大 面 积 的 崩 落 区 和 地 表 塌 陷 区 ; ② 由 于 无 底 柱 分 段 崩 落 法 要 求 顶 板 崩 落 ,加 上 南 采 区 采 矿 面 积 大 ,为 了 防 止 大 规 模 的 顶 板 垮 塌 和 保 证 安 全 生 产 ,必 须 进 行 人 工 放 顶 ; ③ 人 工 放 顶 的 目 的 在 于 诱 导 顶 板 逐 渐 自 然 崩 落 ,梅 山 铁 矿 顶 板 安 全 的 关 键 在 于 北 部 塌 陷 区 与 南 部 塌 陷 区 的 逐 渐 连 接 ,所 以 ,人 工 放 顶 的 关 键 就 在 于 南 北 塌 陷 区 的 顺 利 连 接 ; ④ 由 于 梅 山 铁 矿 围 岩 坚 硬 ,易 发 生 脆 性 破 坏 ,所 以 应 采 取 分 步 骤 放 顶 ,并 控 制 放 顶 规 模 ,其 人 工 放 顶 的 地 点 应 选 择 在 连 接 南 北 采 区 的 400 剖 面 至 404 剖 面 ; ⑤ 在 进 行 人 工 放 顶 的 同 时 ,也 要 在 有 效 的 范 围 内 建 立 应 力 、位 移 监 测 控 制 网 ,加 强 矿 山 安 全 监 测 ,确 保 矿 山 在 放 顶 时 的 安 全 。 4 06 剖 面 采 至 - 198 m 水 平 时 ,上 盘 顶 板 达 到 拉 伸 极 限 状 态 。 此 时 ,空 区 垂 直 高 度 为 98 m ,空 区 水 平 长 度 约 为 140 m。 ( 3) 塑 性 区 主 要 分 布 在 各 剖 面 的 采 空 区 两 端 、采 空 区 顶 部 和 底 部 ,塑 性 区 的 大 小 由 采 空 区 形 状 、顶 板 暴 露 面 积 和 采 深 共 同 决 定 。 随 着 采 深 的 不 断 增 加 , 塑 性 区 不 断 扩 大 ,对 应 于 围 岩 崩 落 高 度 的 不 断 增 加 和 崩 落 范 围 的 不 断 扩 大 。 由 于 采 空 区 横 剖 面 两 端 的 围 岩 产 生 剪 切 屈 服 和 顶 板 中 部 围 岩 的 拉 伸 破 坏 ,围 岩 自 然 冒 落 ,导 致 采 空 区 顶 板 冒 落 范 围 不 断 向 上 发 展 ,直 至 连 通 地 表 。 在 采 至 - 198 m 水 平 时 ,南 北 采 区 的 塑 性 区 还 没 有 互 相 连 通 。 在 采 至 - 243 m 水 平 (计 算 中 的 南 北 采 区 采 矿 情 况 与 实 际 一 致 ) 时 ,南 北 采 区 的 塑 性 区 互 相 连 通 。 在 实 际 工 程 中 ,北 采 区 采 至 - 243 m、南 采 区 采 至 - 198 m 时 ,南 采 区 刚 刚 冒 落 至 地 表 。 可 见 ,理 论 计 算 与 工 程 实 践 在 某 种 程 度 上 是 吻 合 的 。 4 结 论 (1) 在 开 采 初 期 ,由 于 采 空 区 周 围 应 力 不 大 ,加 上 采 空 区 被 崩 落 的 矿 石 和 岩 石 充 填 ,如 果 达 不 到 一 定 的 暴 露 面 积 和 跨 度 顶 板 是 不 会 垮 落 的 。 从 近 十 年 的 顶 板 冒 落 的 观 测 资 料 分 析 表 明 ,当 顶 板 空 区 暴 露 2 面 积 超 过 5 500 m ,跨 度 达 到 60 m 左 右 时 ,顶 板 就 (收 稿 日 期 2004203215) 会 随 着 井 下 开 采 而 不 断 地 自 行 垮 落 。 nical Sessions ( 上 接 第 3 页 ) 5 6 Robinsky E I1 Tailings Disposal by the Thickened Discharged Method for Improved Economy and Environment Control1 2nd In2 ternational Tailing Symposium , Vol 2 , Danver , Colorado ,1986 Haile G1 Experience With Thickened Red Tailings( Paste) Stacking in Tropical and Temperate Climates and Applicability of the Tech2 nology to other Tailings1 Conference on Transportation and Deposi2 tion of Thickened/ Paste Tailings , Perth ,Australia ,23/ 24 Oct 2000 Willanms M P A , Seddon K D1 Thickened Tailings Discharge : A Review of Australian Experience1 Proceedings of Tailings and Mine Waste ”99” , Fort Collins , Collins , January , 1999 要 进 行 充 填 工 艺 研 究 ,其 中 原 方 案 提 出 的 增 稠 作 业 可 以 根 据 采 矿 对 充 填 的 要 求 ,人 为 地 调 整 充 填 尾 矿 的 粒 度 组 成 以 及 充 填 浓 度 ,减 少 充 填 对 下 部 采 矿 的 影 响 。 参 考 文 献 7 1 2 3 4 Evaluating paste thickeners for surface stacking tailings , Mining En2 vironmental Management , September 2001 全 国 重 点 铁 矿 选 矿 厂 磨 矿 分 级 技 术 调 查 报 告 ,冶 金 部 黑 色 金 属 情 报 网 ,1983 8 9 Purchar D. Solid/ Liquid Separation Equipment Scale Up1Upland Press , Cronydon , England ,1977 陈 述 文 1 高 压 浓 缩 原 理 、设 备 及 其 应 用 1 金 属 矿 山 ,2002(12) :34 Boger D V , Nguyen Q D. Application of Rheology to Solving Tail2 ings Dispasal Problem1 International Journal of Figue ,1998 ~ 37 Anderson G1 Apllication and Design of Deep Cone Paste Thickener System for Disposal12003 SME Annual Meeting and Exhibit : Tech2 ( 收 稿 日 期 2003212225) 方 16 方
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