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礦山尾砂充填大產能關鍵工藝裝備的研制

發布時間:2019-05-28




項目研發的目的和意義


我國礦山尾砂膠結充填經歷了低濃度分級尾砂充填、高濃度全尾砂充填和膏體充填三個階段。與膏體充填型式相比,由于料漿制備和輸送較為方便,高濃度全尾砂膠結充填是目前國內外礦山一種最具前景的充填技術。全尾砂膠結充填工藝的主要材料是全尾砂作為充填骨料,通過活化攪拌,在高濃度狀態下輸送到采場。選廠排出的尾砂含水量很高,需要排出大量的水才能滿足高濃度的制備要求,且全尾砂的含泥量高、滲透性差,要求在脫水過程中避免細泥物料的排放,因此高濃度和膏體充填工藝中,全尾砂濃縮脫水是一個非常關鍵的環節。

 

對于全尾砂脫水,目前國內礦山大都采用利用立式或臥式砂倉儲存,并沉淀成飽和尾砂,上部溢流水經溢流管溢流出砂倉中多余的水,這就需要一用一備兩套砂倉;或為了制備全尾砂高濃度料漿,一般全尾砂采用一段或二段脫水工藝,即先將選礦廠來的20%左右濃度的尾礦濃縮到50%左右,然后再進行過濾脫水,工藝復雜,且能耗較高。 


普通砂倉、普通濃縮機、過濾機、水力旋流器、離心脫水機、深錐濃縮機及其組合均可用于全尾砂的濃縮脫水;但是做到高效低成本以及面對生產規模千萬噸級大型冶金礦山的充填要求,無論系統設置還是配套設備研制都是全新的課題。 


本項目研發一種適合大產能冶金礦山充填需要的高濃防堵連放新型砂倉結構,簡化工藝流程,集濃縮脫水、存儲、重力自流諸多功能于一體。新設尾砂自流啟動裝置,改變傳統須消耗大量動力造漿放砂的方式,將中低濃度的全尾砂漿連續、高效、低成本濃密壓密成高濃度的全尾砂漿。研究成果可廣泛應用于礦山全尾砂的處理、井下充填、尾礦干堆和礦山復墾。

主要研究內容、工藝流程、關鍵技術和創新點


1、項目主要研究內容

項目對尾砂物理力學性質進行測定,取得各類型全尾砂的沉降壓縮及流動特性參數;根據不同類型全尾砂沉降壓縮及流動特性參數確定高濃度尾砂漿的濃度,研發了高效連續的充填工藝流程;并針對新研發的充填工藝流程關鍵裝備進行研制,包括:新型砂倉結構形式和尺寸的研制,以及配套設備的選型與安裝,脫水與輸送系統的調試;項目研究了新型砂倉內全尾砂漿的靜態與動態賦存(邊進邊放)情況:倉內清水段、渾水段、濃縮段、壓密段和密實段的高度、壓力及變化規律;砂倉不同進砂濃度、流量(速度)與底流濃度、流量的關系;濃縮脫水工藝的優化;堵倉與堵管的位置與處理方法的研究;高濃度尾砂漿綜合制備能力的標定;不同濃度純尾砂漿以及相同濃度不同灰砂比(膠骨比)的流動性能對比試驗。包括:塌落度(或擴展度)、流速與管道阻力、泌水率等;高濃度全尾砂管道輸送試驗研究:包括L型管道重力自流、環管輸送試驗等。 


2、關鍵技術

(1)一種用于尾砂濃縮的工藝裝備樣機。針對所研制的新型梯級砂倉進行功能試驗研究;并對梯級砂倉的工作過程——中低濃度全尾砂漿的的自然或絮凝沉降、溢流脫水、濃縮、壓密及放砂工藝進行優化;改進梯級砂倉底部自流啟動裝置防堵塞效果,達到不間斷連續自流。最終達到高效低成本、連續脫水、濃縮及輸送,以滿足大產能礦山對高濃度尾砂膠結充填系統能力的要求。 

(2)分級連續濃縮工藝。分級后細粒尾砂的3d固結抗壓強度為全尾砂80%左右,粘聚力更接近全尾砂,達到其90%左右,與全尾砂強度相差無幾,而干堆固化成本較全尾砂節約23.1%,經濟效益顯著。 


3、創新點

(1)創造性提出了一種新型尾砂高效濃縮工藝——全尾砂分級連續濃縮工藝。 

全尾砂漿首先進入Ⅰ型立式砂倉內進行自然沉降,中、粗粒尾砂在砂倉內第一級自然沉淀濃縮;細粒尾砂溢流至T型砂倉絮凝沉降濃縮,其重量濃度一般為5.3%~7.1%,介于細粒尾砂絮凝沉降的最佳濃度范圍。中粗尾砂與細尾砂依次分段沉降脫水濃縮,提高全尾砂沉降脫水濃縮的速度和效率;同時減少全尾砂的絮凝劑用量,降低了全尾砂漿的沉降脫水濃縮成本;降低了全尾砂不分級間斷濃縮工藝引起的細粒級尾砂后續堆存難度與風險。 

(2)研制出一種節能型深錐濃密機的新裝備(簡稱T型砂倉)。具有高效濃縮機連續生產的優點,并克服了其不能儲存尾砂、需要動力放砂、泵送及投資與運營費用高的缺點。 

取得主要技術經濟指標


采用新工藝進行尾礦干堆,使武鋼金山店鐵礦采礦得以繼續進行。武鋼金山店鐵礦尾砂干堆原采用不分級濃縮工藝流程。采用Φ70m普通濃密機,給礦濃度17%左右,經濃縮后底流濃度27%左右,溢流水用為生產回水進行入選廠循環水系統,濃密機底流經隔膜泵揚送至深錐濃縮機進行絮凝濃縮后,添加少量固化劑進行干堆。 


采用本研究提出的全尾砂分級連續濃縮工藝進行優化改造。選廠尾砂(-400目占42.18%)經現Φ70m濃密機底流首先經隔膜泵揚送至立式砂倉內進行自然沉降,粗粒級尾砂在砂倉內進行第一級自然沉淀濃縮后直接排放;溢流的細粒尾砂(-400目占65%)至深錐濃縮機,經絮凝濃縮后的底流進入干堆造漿系統,溢流水自流至凈化站,經凈化后回到選礦車間循環水系統。通過現場驗證,該工藝節約了絮凝劑和固化劑用量,在分級后細粒尾砂的與全尾砂強度相差無幾的情況下,降低了生產成本23.1%以上;提高尾礦干堆效率1.3倍以上。2015-2017年新增產值232954萬元,新增利稅77521.5萬元,增收節支總額2802.6萬元。

與當前國內外同類研究、同類技術綜合比較


項目提出的全尾砂分級連續濃縮工藝,全尾砂漿首先進入Ⅰ型立式砂倉內進行自然沉降,中、粗粒尾砂在砂倉內第一級自然沉淀濃縮;細粒尾砂溢流至T型砂倉絮凝沉降濃縮,該工藝與傳統不分級間斷濃縮工藝相比,可大大減少充填站投資,并降低充填能耗。以生產規模200萬t/a礦山為例,常規設計的充填站占地面積是全尾砂連續沉降脫水濃縮工藝的1.5~2倍,充填站投資增加40%,且能耗較分級連續工藝增加70%以上。 


研制出T型砂倉與普通砂倉相比,克服了濃縮機底流濃度低、不能儲存尾砂、需要動力放砂、泵送及投資與運營費用高的缺點。同時保留普通砂倉可儲存尾砂的優點,解決了普通砂倉不能連續生產、耗費大量的動力進行造漿及底流不均勻等問題。與普通砂倉等傳統方法相比,在同等充填能力條件下,本裝備效率提高1~2倍,投資節省30%,能耗降低70%,運營費用減少15%以上。   

應用及提高效率、降低成本情況


項目研究成果在武鋼金山店鐵礦獲得了成功的應用。尾礦固化干堆工程規模135萬t/a,通過應用新技術,尾礦成本從29.95元/t降低為23.03元/t,每年成本較改造前節約934.2萬元。 


項目實施后,隨著全尾砂分級連續濃縮工藝的實施,尾礦干堆效率迅速提高了1.3倍以上,不僅極大的減少了尾礦庫用地,也及時迅速的處理了尾礦,保障了采礦生產能夠順利進行。從改造前后尾礦干堆工程制造成本對比:分級濃縮干堆成本23.03元/t,不分級濃縮干堆成本29.95元/t,節約成本23.1%。 


完成單位中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司、武鋼資源集團金山店礦業有限公司

主要完成人劉培正、葉振華、張  鵬、魯炳強、胡永泉、林  超、張傳信、郭  偉、方晅東、王文中




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