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全尾矿分级浓缩试验研究
2008-03-15
以某细粒铁矿尾矿为研究对象,进行了全尾矿高浓度浓缩试验研究。研究表明,采用水力旋流器能 够使低浓度尾矿浆得到有效浓缩,在给矿浓度为10% ~28%时,100~150mm水力旋流器底流浓度可以达到 70%左右,底流产率可达到6500%左右。水力旋流器溢流中的微细颗粒经过高效浓密机进一步浓缩后,浓度可达 到45% ~50%。采用水力旋流器-浓密机二段分级浓缩流程能够实现全尾矿的高浓度浓缩,在给矿浓度为10% ~ 28%时,尾矿综合浓度可达到60%以上。
Series No. 381 Marchꢀ 2008 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总08第年 3第813期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 全尾矿分级浓缩试验研究 吕 宪 俊 ꢀ 崔 学 奇 ꢀ 葛 会 超 ( 山 东 科 技 大 学 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 以 某 细 粒 铁 矿 尾 矿 为 研 究 对 象 , 进 行 了 全 尾 矿 高 浓 度 浓 缩 试 验 研 究 。 研 究 表 明 , 采 用 水 力 旋 流 器 能 够 使 低 浓 度 尾 矿 浆 得 到 有 效 浓 缩 , 在 给 矿 浓 度 为 10% ~ 28% 时 ,  100 ~ 150 mm 水 力 旋 流 器 底 流 浓 度 可 以 达 到 7 0% 左 右 , 底 流 产 率 可 达 到 65 00% 左 右 。 水 力 旋 流 器 溢 流 中 的 微 细 颗 粒 经 过 高 效 浓 密 机 进 一 步 浓 缩 后 , 浓 度 可 达 到 45% ~ 50% 。 采 用 水 力 旋 流 器 - 浓 密 机 二 段 分 级 浓 缩 流 程 能 够 实 现 全 尾 矿 的 高 浓 度 浓 缩 , 在 给 矿 浓 度 为 10% ~ 28% 时 , 尾 矿 综 合 浓 度 可 达 到 60% 以 上 。 关 键 词 ꢀ 全 尾 矿 ꢀ 分 级 浓 缩 ꢀ 水 力 旋 流 器 Investigation on Classified Thickening of Total Tailing Lu Xianjunꢀ Cui Xueqiꢀ Ge Huichao ( Shandong University of Science and Technology) Abstractꢀ High concentration thickening of total tailing was investigated on a fine iron ore tailing. The results indicate that the application of hydrocyclone can effectively thicken the low concentration tailing. At a feed concentration of 10% ~ 2 8% , the underflow concentration of  100 ~ 150 mm hydrocyclone can reach about 70% , with the underflow yield being about 65% . The concentration of the microfine particles in the overflow can reach 45% ~ 50% when further thickened by highly effective thickener. The application of “ hydrocyclonethickener” twostage classified thickening can help realize a highly concentrated thickening of total tailing, with the overall concentration of tailing being above 60% at a feed concentra tion of 10% ~ 28% . Keywordsꢀ Total tailing, Classified thickening, Hydrocyclone ꢀ ꢀ 矿 山 企 业 是 排 出 固 体 废 料 最 多 的 行 业 , 其 中 选 安 全 隐 患 和 采 空 区 塌 陷 造 成 的 地 表 生 态 破 坏 等 问 题 得 到 了 综 合 治 理 , 可 谓 是 一 举 多 得 , 对 于 矿 产 资 源 开 发 可 持 续 发 展 具 有 重 要 意 义 。 将 尾 矿 用 于 充 填 采 空 区 , 首 先 必 须 解 决 高 浓 度 尾 矿 的 制 备 技 术 。 本 研 究 旨 在 通 过 尾 矿 浓 缩 试 验 研 究 , 提 出 全 尾 矿 高 浓 度 浓 缩 工 艺 流 程 及 工 艺 参 数 , 为 尾 矿 高 浓 度 浓 缩 工 艺 的 选 择 提 供 技 术 支 持 。 矿 尾 矿 是 矿 山 固 体 废 物 主 要 组 成 之 一 。 有 关 文 献 表 [ 明 12] : 全 国 现 有 大 大 小 小 的 尾 矿 库 400 多 个 , 全 部 金 属 矿 山 堆 存 的 尾 矿 则 达 到 50 亿 t 以 上 , 而 且 以 每 年 产 出 5 亿 t 尾 矿 的 速 度 增 加 。 随 着 矿 产 资 源 的 大 规 模 开 发 利 用 , 大 量 尾 矿 的 地 表 堆 存 和 地 下 采 空 区 的 存 在 和 不 断 增 加 而 引 发 的 环 境 污 染 、 生 态 破 坏 和 安 全 问 题 已 成 为 不 可 忽 视 的 重 大 社 会 问 题 。 因 此 , 尾 矿 的 处 理 和 利 用 是 矿 山 企 业 可 持 续 发 展 的 核 心 问 题 , 也 是 矿 山 环 保 工 作 一 项 十 分 重 要 的 任 务 。 1ꢀ 尾 矿 工 艺 性 能 本 研 究 所 用 原 料 为 某 铁 矿 选 矿 厂 尾 矿 。 尾 矿 多 元 素 化 学 分 析 结 果 见 表 1, 主 要 矿 物 组 成 见 表 2。 研 从 当 前 国 内 外 矿 业 开 发 与 环 境 保 护 的 发 展 趋 势 来 看 35] , 将 尾 矿 浓 缩 后 胶 结 充 填 采 空 区 或 塌 陷 坑 已 成 为 矿 山 清 洁 生 产 的 重 要 发 展 方 向 。 将 尾 矿 浓 缩 脱 水 制 备 高 浓 度 料 浆 , 并 添 加 适 量 的 胶 结 材 料 进 行 适 当 的 胶 结 固 化 , 制 备 出 一 种 凝 固 后 具 有 一 定 强 度 的 支 撑 体 , 用 于 充 填 采 空 区 或 塌 陷 坑 , 既 实 现 选 矿 尾 矿 的 合 理 利 用 , 解 决 了 在 地 表 建 设 尾 矿 库 存 在 的 投 资 大 、 占 用 土 地 、 污 染 环 境 等 问 题 , 又 使 采 空 区 存 在 的 究 表 明 , 该 尾 矿 中 的 主 要 化 学 成 分 为 SiO 、 CaO、 2 [ MgO, 含 少 量 TFe、 S 等 ; 尾 矿 中 的 主 要 矿 物 为 绿 泥 石 、 透 辉 石 、 透 闪 石 、 方 解 石 , 含 少 量 石 英 、 长 石 、 粘 土 矿 物 及 黄 铁 矿 、 磁 铁 矿 等 金 属 矿 物 。  国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 ( 编 号 : 2006BAB02A01) 。 吕 宪 俊 ( 1965— ) , 男 , 山 东 科 技 大 学 化 学 与 环 境 工 程 学 院 , 教 授 , 博 士 生 导 师 , 266510 山 东 省 青 岛 市 。 · 147· 总 第 381 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 3 期 表 1ꢀ 尾 矿 的 多 元 素 化 学 分 析 结 果 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ % 表 4ꢀ 尾 矿 沉 降 速 度 测 定 结 果 10% 元 ꢀ 含 ꢀ 元 ꢀ 含 ꢀ 素 量 TFe 7. 13 CaO FeO 2. 74 MgO S 3. 54 Co 0. 022 Al 2 O 3 SiO 2 尾 矿 浓 度 沉 降 方 式 28% 絮 凝 沉 降 2. 82 O 32. 58 LOI 自 然 沉 降 絮 凝 沉 降 自 然 沉 降 素 K 2 O Na 2 沉 降 速 度 / ( cm/ min) 压 缩 区 浓 度 / % 2. 93 50. 51 浑 浊 7. 55 47. 62 澄 清 0. 36 53. 85 浑 浊 1. 07 51. 66 澄 清 量 18. 00 10. 10 0. 97 0. 60 12. 26 备 ꢀ ꢀ 注 表 2ꢀ 尾 矿 中 主 要 矿 物 组 成 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ % 2 ꢀ 水 力 旋 流 器 浓 缩 试 验 透 辉 石 、 矿 物 名 称 黄 铁 矿 磁 铁 矿 方 解 石 等 为 了 考 察 水 力 旋 流 器 对 尾 矿 的 浓 缩 效 果 , 采 用 透 闪 石 等  100 mm 和  150 mm 两 种 规 格 的 水 力 旋 流 器 进 行 含 ꢀ 量 6. 5 1. 5 25 35 了 不 同 条 件 下 一 段 浓 缩 试 验 研 究 。 配 制 尾 矿 浓 度 分 矿 物 名 称 绿 泥 石 等 22 石 英 、 长 石 其 ꢀ 它 别 为 10% 和 28% , 不 同 给 矿 压 力 下 试 验 结 果 见 表 含 ꢀ 量 6 4 5 、 表 6。 表 5ꢀ 给 矿 浓 度 10%时 不 同 给 矿 压 力 下 ꢀ ꢀ 尾 矿 的 粒 度 组 成 分 析 结 果 见 表 3。 经 测 定 , 200 目 ( 0. 074 mm) 的 含 量 为 76. 87% , - 325 目 - 水 力 旋 流 器 浓 缩 试 验 结 果 ( 0. 045 mm) 含 量 为 63. 5% 。 可 见 , 该 尾 矿 粒 度 组 水 力 旋 流 器 给 矿 压 力 底 ꢀ 流 / % 产 ꢀ 溢 ꢀ 流 / % 产 ꢀ 率 参 数 / mm / MPa 浓 ꢀ 度 率 浓 ꢀ 度 成 以 - 200 目 细 粒 为 主 , 而 且 - 325 目 的 含 量 较 高 , 对 其 浓 缩 脱 水 会 造 成 一 定 的 不 利 影 响 。 表 3ꢀ 尾 矿 筛 水 析 试 验 结 果 直 径 100 溢 流 口 40 底 流 口 12 直 径 150 0. 10 0. 15 0. 20 0. 10 0. 15 0. 20 68. 18 69. 81 71. 24 71. 60 71. 65 72. 26 69. 49 68. 14 64. 13 58. 83 58. 15 56. 32 3. 40 3. 53 3. 94 4. 49 4. 55 4. 74 30. 51 31. 86 35. 87 41. 17 41. 85 43. 68 粒 ꢀ ꢀ 级 产 ꢀ ꢀ 率 / % / mm 粒 ꢀ 级 筛 上 累 计 筛 下 累 计 溢 流 口 60 底 流 口 16 + 0. 147 3. 48 8. 12 3. 48 11. 60 23. 13 36. 50 100. 00 100. 00 ꢀ ꢀ 表 6ꢀ 给 矿 浓 度 28%时 不 同 给 矿 压 力 下 - - - 0. 147 + 0. 097 0. 097 + 0. 074 0. 074 + 0. 045 96. 52 88. 40 76. 87 63. 50 水 力 旋 流 器 浓 缩 试 验 结 果 11. 53 13. 37 63. 50 100. 00 水 力 旋 流 器 给 矿 压 力 底 ꢀ 流 / % 产 ꢀ 溢 ꢀ 流 / % 产 ꢀ 率 参 数 / mm / MPa 浓 ꢀ 度 率 浓 ꢀ 度 - 0. 045 + 0 直 径 100 溢 流 口 40 底 流 口 12 直 径 150 0. 10 0. 15 0. 20 0. 10 0. 15 0. 20 70. 63 72. 32 72. 64 71. 14 73. 07 73. 87 65. 78 64. 02 61. 34 55. 35 53. 73 52. 04 12. 96 13. 39 14. 18 15. 98 16. 31 16. 73 34. 22 35. 98 38. 66 44. 65 46. 27 47. 96 合 ꢀ 计 ꢀ ꢀ 采 用 比 重 瓶 法 测 定 尾 矿 的 表 观 密 度 为 2. 96 3 t/ m , 采 用 量 筒 法 测 定 尾 矿 的 容 积 密 度 为 1. 29 t/ 溢 流 口 60 底 流 口 16 3 m 。 测 定 不 同 浓 度 全 尾 矿 自 然 沉 降 和 添 加 絮 凝 剂 后 的 沉 降 速 度 和 压 缩 区 浓 度 见 表 4。 由 于 尾 矿 中 含 有 部 分 微 细 矿 泥 , 在 不 添 加 絮 凝 剂 时 , 尾 矿 沉 降 缓 慢 , 而 且 上 部 澄 清 层 浑 浊 不 清 。 尾 矿 浓 度 为 10% 时 , 在 自 然 沉 降 条 件 下 , 测 定 澄 清 层 的 平 均 沉 降 速 度 为 ꢀ ꢀ 从 试 验 结 果 可 看 出 , 采 用 水 力 旋 流 器 能 够 使 稀 矿 浆 得 到 有 效 浓 缩 , 给 矿 浓 度 为 10% ~ 28% 时 , 水 力 旋 流 器 底 流 浓 度 可 以 达 到 70% 左 右 , 底 流 产 率 可 达 到 65% 左 右 。 随 着 给 矿 压 力 的 增 加 , 水 力 旋 流 器 的 底 流 浓 度 略 有 增 加 , 但 底 流 产 率 逐 渐 降 低 。 为 了 获 得 较 高 的 底 流 产 率 , 给 矿 压 力 不 宜 太 高 , 应 在 0. 10 ~ 0. 15 MPa。 2 . 93 cm/ min、 压 缩 区 浓 度 为 50. 51% ; 在 絮 凝 沉 降 条 件 下 , 测 定 澄 清 层 的 平 均 沉 降 速 度 为 7. 55 cm/ min、 压 缩 区 浓 度 为 47. 62% 。 尾 矿 浓 度 为 28% 时 , 在 自 然 沉 降 条 件 下 , 测 定 澄 清 层 的 平 均 沉 降 速 度 为 从 两 种 不 同 直 径 水 力 旋 流 器 的 试 验 结 果 可 以 看 出 , 在 其 他 操 作 条 件 ( 给 矿 浓 度 、 给 矿 压 力 ) 相 同 时 , 随 着 水 力 旋 流 器 直 径 的 增 加 , 水 力 旋 流 器 底 流 浓 度 有 所 增 加 , 但 底 流 产 率 有 所 降 低 。 给 矿 浓 度 为 10% 、 给 矿 压 力 为 0. 15 MPa, 当 水 力 旋 流 器 直 径 从  100 mm 增 加 为  150 mm 时 , 水 力 旋 流 器 底 流 浓 0 . 36 cm/ min、 压 缩 区 浓 度 为 53. 85% ; 在 絮 凝 沉 降 条 件 下 , 测 定 澄 清 层 的 平 均 沉 降 速 度 为 1. 07 cm/ min、 压 缩 区 浓 度 为 51. 66% 。 可 见 , 添 加 少 量 的 絮 凝 剂 可 以 显 著 提 高 沉 降 速 度 , 而 且 解 决 了 不 加 絮 凝 剂 时 上 部 澄 清 层 浑 浊 的 问 题 。 · 148· ꢀ ꢀ ꢀ 吕 宪 俊 等 : 全 尾 矿 分 级 浓 缩 试 验 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2008 年 第 3 期 度 由 69. 81% 提 高 至 71. 65% , 而 底 流 产 率 则 由 尾 矿 综 合 浓 度 可 达 到 60. 23% ; 在 给 矿 浓 度 为 28% 时 , 尾 矿 综 合 浓 度 可 达 到 61. 36% 。 与 常 规 的 浓 密 机 相 比 , 底 流 浓 度 和 浓 缩 效 率 显 著 提 高 。 6 8. 14% 降 低 至 58. 15% 。 因 此 , 采 用 直 径 较 小 的 水 力 旋 流 器 有 利 于 增 加 底 流 产 率 , 而 直 径 较 大 的 水 力 旋 流 器 有 利 于 提 高 底 流 浓 度 。 表 7ꢀ 水 力 旋 流 器 - 浓 密 机 分 级 浓 缩 连 续 试 验 结 果 ꢀ % 给 矿 浓 度 10 产 ꢀ 给 矿 浓 度 28 产 ꢀ 对 比 表 5、 表 6 可 见 , 在 其 他 条 件 相 同 时 , 随 着 给 矿 浓 度 的 增 加 , 不 同 规 格 水 力 旋 流 器 的 浓 缩 指 标 表 现 出 相 似 的 规 律 , 即 底 流 浓 度 均 有 一 定 增 加 , 但 底 流 产 率 均 有 所 降 低 。 产 ꢀ ꢀ 品 浓 ꢀ 度 率 浓 ꢀ 度 率 水 力 旋 流 器 沉 砂 浓 密 机 底 流 68. 76 46. 56 60. 23 70. 28 29. 72 100. 00 72. 44 47. 38 61. 36 65. 86 34. 14 100. 00 合 ꢀ ꢀ 计 以 上 试 验 结 果 表 明 , 通 过 一 段 水 力 旋 流 器 将 大 部 分 尾 矿 在 旋 流 器 底 流 得 到 迅 速 浓 缩 , 水 力 旋 流 器 溢 流 可 采 用 其 他 浓 缩 方 法 单 独 处 理 。 4 ꢀ 结 ꢀ 论 从 试 验 结 果 可 以 看 出 , 采 用 水 力 旋 流 器 能 够 使 低 浓 度 尾 矿 浆 得 到 有 效 浓 缩 , 给 矿 浓 度 为 10% ~ 8% 时 , 水 力 旋 流 器 底 流 浓 度 可 以 达 到 70% 左 右 , 3 ꢀ 水 力 旋 流 器 - 浓 密 机 二 段 分 级 浓 缩 连 续 试 验 2 为 了 考 察 分 级 浓 缩 全 流 程 浓 缩 脱 水 效 果 , 采 用 底 流 产 率 可 达 到 65% 左 右 。 采 用 水 力 旋 流 器 - 浓 密 机 二 段 分 级 浓 缩 流 程 能 够 实 现 全 尾 矿 的 高 浓 度 浓 缩 。 对 于 试 验 尾 矿 而 言 , 在 给 矿 浓 度 为 10% 时 , 尾 矿 综 合 浓 度 可 达 到 60. 23% ; 在 给 矿 浓 度 为 28% 时 , 尾 矿 综 合 浓 度 可 达 到 61. 36% 。 与 常 规 的 浓 密 机 相 比 , 底 流 浓 度 和 浓 缩 效 率 显 著 提 高 , 为 后 续 尾 矿 胶 结 充 填 奠 定 了 基 础 。 水 力 旋 流 器 - 浓 密 机 二 段 分 级 浓 缩 流 程 进 行 了 连 续 试 验 。 控 制 给 矿 浓 度 分 别 为 10% 和 28% , 水 力 旋 流 器 为  100 mm 旋 流 器 , 水 力 旋 流 器 给 矿 压 力 为 0. 10 ~ 0. 15 MPa, 浓 密 机 为 自 制 的  2 000 mm 大 锥 角 浓 密 机 , 浓 密 机 中 絮 凝 剂 添 加 量 为 15 ~ 20 g / t。 试 验 流 程 见 图 1, 代 表 性 试 验 结 果 见 表 7。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ [ [ 1] ꢀ 王 喜 兵 , 连 民 杰 , 吕 宪 俊 , 等 . 北 ? 河 铁 矿 清 洁 生 产 综 合 技 术 研 究 [ J] , 金 属 矿 山 , 2003( 8) : 1547. 2] ꢀ 袁 先 乐 , 徐 克 创 . 我 国 金 属 矿 山 固 体 废 弃 物 处 理 与 处 置 技 术 进 展 [ J] , 金 属 矿 山 , 2004( 6) : 4649. 3] ꢀ Archibald J F. Beneficial impacts of paste tailings on environmen tal hazard mitigation and engineering performance improvement 图 1ꢀ 水 力 旋 流 器 - 浓 密 机 分 级 浓 缩 连 续 试 验 流 程 [ J] , International Mining and Environment Congress, 1999( 10) : 1 - 搅 拌 桶 ; 2 - 砂 泵 ; 3 - 水 力 旋 流 器 ; 4 - 旋 流 器 沉 砂 集 料 斗 ; 5 37548. 5 - 浓 密 机 底 流 集 料 斗 ; 6 - 浓 密 机 溢 流 水 集 料 斗 [ [ 4] ꢀ 吕 宪 俊 , 连 民 杰 . 金 属 矿 山 尾 矿 处 理 技 术 进 展 [ J] , 金 属 矿 山 , 从 表 7 可 见 , 在 较 低 的 给 矿 浓 度 下 , 采 用 水 力 旋 2 005( 8) : 14. 流 器 - 浓 密 机 二 段 分 级 浓 缩 流 程 能 够 获 得 理 想 的 浓 缩 指 标 。 对 于 试 验 尾 矿 而 言 , 在 给 矿 浓 度 为 10% 时 , 5] ꢀ 连 民 杰 , 吕 宪 俊 . 北 铭 河 铁 矿 建 设 无 尾 矿 山 探 讨 [ J] , 中 国 矿 业 , 2002, 11( 2) : 6568. ( 收 稿 日 期 ꢀ 20080123) 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 · 信 息 苑 · 铁 矿 石 涨 价 将 推 动 国 内 贫 矿 开 采 ꢀ ꢀ 受 国 际 铁 矿 石 价 格 持 续 上 涨 影 响 , 国 内 一 些 原 济 南 钢 铁 股 份 有 限 公 司 为 降 低 国 际 铁 矿 石 涨 价 所 带 来 的 影 响 , 国 内 钢 企 除 增 加 低 品 位 矿 石 使 用 、 提 高 钢 材 销 售 价 格 外 , 还 将 进 一 步 加 大 节 能 减 排 力 度 。 据 介 绍 , 济 钢 去 年 仅 余 热 发 电 就 达 25 亿 kW· h。 但 不 少 业 内 专 家 对 我 国 加 快 扩 大 国 内 的 低 品 位 铁 矿 石 产 能 也 表 示 担 忧 , 认 为 大 量 低 品 位 铁 矿 石 的 开 采 , 可 能 会 对 环 境 带 来 不 利 影 响 。 来 弃 之 不 采 的 低 品 位 铁 矿 近 来 备 受 青 睐 。 尽 管 用 低 品 位 的 铁 矿 石 会 对 炼 铁 设 备 带 来 一 定 影 响 , 但 为 了 降 低 生 产 成 本 , 目 前 一 些 炼 铁 厂 开 始 使 用 这 种 低 品 位 铁 矿 。 据 了 解 , 目 前 各 省 都 在 努 力 开 发 自 己 的 铁 矿 资 源 , 这 些 铁 矿 矿 石 品 位 甚 至 在 17% ~ 18% 之 间 。 · 149·
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