矿山机械行业中第四代尾矿处理工艺综述

尾矿处理是指将选矿厂排出的尾矿送往指定地点堆存或利用的技术。近些年来，随着国家加大环保力度以及环保理念不断深入人心，如何妥善处理矿产资源开发过程产生的尾矿，进而实现资源综合利用是摆在矿山企业面前的一个首要问题，传统的尾矿直排工艺已跟不上时代的步伐，与此同时，在第一代直排法、第二代初期坝（岩石）法以及第三代尾矿库法的基础上，诞生了一系列尾矿处理工艺技术，国内大中型矿山的尾矿处理和利用技术概括起来主要有3种，我们称之为第四代尾矿处理技术，即尾矿干堆、旋流器筑坝和井下充填采空区。

尾矿堆存技术

从选厂出来的尾矿一般浓度较低，不适合采用堆存方式处理，一般是直接打入尾矿库。将低浓度的尾矿经高浓度或膏体浓密机处理后，得到底流浓度在65%以上的膏体或准膏体，因为膏体具有不离析、低含水、塌落度低等优点，所以适合干式堆存于地表，并且可以节省建设常规尾矿库的投资。该方法可以在峡谷、低洼、平地、缓坡等地形条件下堆存，不需要建尾矿坝，基建投资少、维护简单、综合成本低。实现干式堆存，能有效解决传统尾矿库存在的安全隐患、环境破坏、占用土地等问题，同时可提高回水利用率，实现尾矿资源再利用。图1是典型的尾矿干堆膏体和滤饼制备与输送流程图。

实现膏体尾矿干式堆存的关键有两点：

首先，需要有能将尾矿制备成高浓度膏体和滤饼的机械设备。膏体尾矿制备可采用浓密机浓缩、压滤等方法。

其次，需要有输送高浓度膏体和滤饼的设备。小型厂矿可用汽车将膏体运到排放地点；对于大型选厂，通常采用固体泵或者是膏体泵输送。

随着固体泵的出现，使高含固量介质，尤其是污泥膏体的快速连续输送成为可能，最具代表性的是德国普茨迈斯特（Putzmeister）固体泵。

中州铝厂是中国铝业有限公司旗下最大的分支公司，位于河南省，距焦作市25 km。2005年，该公司使用隔膜泵将尾矿（含固率15%）从铝厂内泵送到深锥浓密池。在浓密池安装了离心泵和螺杆泵将粘稠的尾矿渣（含固率45%）泵送到处理池。因为尾矿很稀，泵送出现诸如尾矿水分含量太大，尾矿需要很长时间才能变干等问题。为了解决膏体泵送问题，中州铝厂于2007年7月投入使用普茨迈斯特膏体泵KOS2180，其最大输出量为90m3/h，最大输送压力9MPa，输送缸直径280mm，输送长度2?100?mm，成功解决了原工艺存在的诸多问题，见下图2，给该厂带来了巨大的经济效益和社会效益。

2008年，中州铝厂又购置了一台普茨迈斯特公司大型号的泵KOS25100，最大排量为150m3/h，最大输送压力为9MPa，输送缸直径为360mm，输送缸长度为2500mm，液压站HA630，带2台315kW的电动机。到2009年底，该公司已堆砌150万m3的尾矿膏体。设计的最终堆置高度为50m，距离长达1.8km。这种堆置方法的另一个优点是：将来如果有更先进的技术，可以对尾矿进行二次开采。

在尾矿干堆方案中，当尾矿粒度过粗，无法形成膏体时，必须使用旋流器除去部分粗颗粒才可以形成稳定的膏体。其简单的工艺流程图如下图3。

该流程的特点是选矿厂尾矿首先经过保安旋流器获得高浓度的粗粒底流；旋流器溢流经膏体浓密机进行细粒的澄清浓缩，从而获得细粒浓缩产物和澄清的溢流。这一方面能大大减轻浓密机处理能力的压力、避免浓密机跑浑，同时可获得高浓度尾矿、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，该流程充分利用尾矿中不同颗粒沉降速度的差异而采用不同的浓缩设备，大大提高了尾矿浓缩效率。国内某镍矿采用马泰旋流器预保安处理除去25%粗砂，以减小浓密机扭矩，结合超级浓密机制的底流浓度为70%的膏体，絮凝剂消耗15g/t。

旋流器底流筑坝技术

利用旋流器有效的分级浓缩作用对选厂尾矿进行旋流处理后用底流筑坝是一种有效的尾矿处理方式。在尾矿处理中，利用旋流器进行分级，得到物理力学指标更好的底流用于堆坝，使尾矿系统更加安全，特别是在平地堆坝、下游法及中线法堆坝中，旋流器的使用尤为广泛，在上游法堆坝中，也可以使用旋流器浓缩分级。

利用旋流器，将原尾矿中的粗、细级颗粒分离，使底流中的细颗粒含量小于设计值（国内标准-200目＜25%；国外大部分地区要求-200目＜15%），从而使底流物料具有更好的物理力学指标，保证了坝体的安全可靠。在用旋流器底流筑坝时，必须保证底流的产率及质量，以满足筑坝需要的底流量和形成颗粒粗大且浓度高易于堆积（塌落度低）的物料。旋流器分级和底流特性取决于旋流器的尺寸、沉砂嘴和溢流嘴的大小以及旋流器给料浓度、固体比重、给料压力及给料浓度等。所以旋流器的选型及安装方式就显得比较关键。由于尾矿粒度较细，为了达到较小的切分点以及较高的分级效率，在保证处理量的前提下尽量选择小直径旋流器；筑坝旋流器根据需要一般采用倾斜或者水平安装。

在实际运行中，因安装位置不同，筑坝旋流器又可分为坝上旋流器和坝外旋流器。因磨矿细度要求不同，坝上旋流器又分为“单点布置”和“多点布置”两种，单点布置方式适用于分级粒度较宽的尾矿工艺，多点布置适用于分级粒度较窄的尾矿工艺。坝外旋流器通常是由多台旋流器组成的旋流器组，底流经放矿管筑坝，溢流直接放入尾矿库。针对不同的尾矿工况，坝外旋流器易于调节和控制，但底流输送难度更大。

旋流器用于尾矿堆存具有如下优点：无需动力源配置，尾矿输送管路直接接入即可；无需安装旋流器移动台车设备，可随地放置；重量轻，移动、安装十分方便；处理量大，使用寿命长，经济效益显著；允许更快的坝体上升速度；需要更小的占地面积；可以得到更高的稳定性；尾矿库整体运行费用更低。我国某铁矿采用马泰旋流器中线筑坝，旋流器入料粒度-200目占55%～60%，入料浓度12%～19%，经旋流器浓缩分级后，旋流器底流浓度69%～72%，溢流浓度6%～7%，底砂粒度-200目占12.5%，底砂生产率约为65%～67%，旋流器底流粒度和浓度均达到了筑坝的要求。

井下充填采空区技术

由于井下充填具有充分回收资源、保护远景资源和保护地表不会塌陷等三大功能，所以近年来得到了很大发展。目前，国内应用的充填方式主要有分级尾砂充填以及全尾砂胶结充填。

⑴分级尾砂充填。分级尾砂充填是我国应用最为广泛的充填方式，绝大部分充填矿山均建有分级尾砂充填系统，包括分级尾砂胶结充填和非胶结充填。这一充填工艺和技术已相当成熟，其输送料浆的质量分数为65%～70%。

分级尾砂的利用粒径一般为37μm，要求料浆的渗透速度大于10cm/h。分级尾砂的利用率一般在50%左右。

⑵全尾砂胶结充填。所谓全尾砂胶结充填是以没有进行分级脱泥的全粒级尾砂作为充填集料的一种胶结充填方式。高浓度全尾砂胶结充填则是以结构流或似结构流状态进行输送和采场充填的全尾砂胶结充填方式。传统的尾砂水力充填受采矿工艺、充填技术和设备的限制，其中多数矿山仅能利用脱除-20μm或者-37μm细泥后的粗粒尾砂，而且砂浆输送浓度较低，造成井下生产环境污染严重、充填体强度不均、充填成本较高等。

全尾砂胶结充填方式可以利用全部尾砂作为充填料，因而适用于充填料来源不足、在地表不能建尾砂库、尾砂中含有害物质需要处理或尾砂中含有将来可供利用的有用物质需要保存在井下的矿山条件。采用全尾砂胶结充填技术可以实现矿山采矿、选矿、充填三者互为依托、综合平衡的良性闭路循环，在地表不建尾矿库、不外排尾矿。

安徽周油坊铁矿位于霍邱县西部，建设规模为年采选原矿450万t。充填制备站位于南部厚大矿体附近，北部采空区充填由于无法实现充填料的自流输送，设计选用德国普茨迈斯特公司生产的HSP系列固体泵进行压力输送。

该工程设地表充填料制备站1座，位置设在厚大矿体中部，当充填北端浅部空区时，充填料无法自流到达，所以充填料浆采用压力输送。充填料输送泵拟采用PM固体泵2台，输送物料特性如下表1。

根据该充填膏体特性，输送物料浓度在73%以下，尾砂具有较好的泵送性能，根据固体物料的可泵送性及膏体稳定性试验，结合以往项目经验，最终确定适合该项目的输送泵为2台型号为HSP25100?HPS和HSP25100?HP的PM固体泵，依次用来对物料进行远距离和近距离输送。

HSP 25100 HPS型充填泵在保证排量在100 m3/h时，正常的可连续泵送的最高压力可达到10 MPa，在管道可能有堵塞时最大泵送压力可达到14?MPa。

HSP 25100 HP（B型泵头）充填泵，在保证排量为100 m3/h时，正常的可连续泵送的最高压力可达到8 MPa，在管道可能有堵塞时最大泵送压力可达到9 MPa，但输送排量亦会相应有所下降。

目前，该项目已经进入实质性阶段，所有设备采购已经结束。毋庸置疑，PM充填泵在该矿的应用必将在国内黑色金属行业胶结充填起到积极的作用。

我国某金选厂尾矿进入膏体浓密机，浓密机溢流为300?PPM以下的循环水，浓密机底流膏体状尾矿固体重量百分比浓度为55%～63%左右，膏体尾矿由连续运行的真空盘式过滤机进行深度脱水至含固率在80%以上的滤饼，和部分浓密机底流混合搅拌，同时混掺部分膏体胶结料配成合格采矿充填料，经由膏体柱塞泵直接泵送至井下采矿场作为膏体充填料使用。这个工艺流程彰显了浓密机+固体泵在井下充填工艺中的优势。???

我国是矿业大国，尾矿又是潜在的二次资源，根据其性质制定合理的处理工艺是有必要的。在第四代尾矿处理工艺中，旋流器、浓密机和柱塞泵的选型和合理搭配是关键，尾矿处理方案设计是核心，第四代尾矿处理工艺很好地解决了原诸多尾矿处理方法存在的问题，第四代尾矿处理工艺——尾矿干堆、旋流器筑坝和井下充填采空区必将具有广阔的应用前景。