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矿山尾砂充填大产能关键工艺装备的研制

发布时间:2019-05-28




项目研发的目的和意义


我国矿山尾砂胶结充填经历了低浓度分级尾砂充填、高浓度全尾砂充填和膏体充填三个阶段。与膏体充填型式相比,由于料浆制备和输送较为方便,高浓度全尾砂胶结充填是目前国内外矿山一种最具前景的充填技术。全尾砂胶结充填工艺的主要材料是全尾砂作为充填骨料,通过活化搅拌,在高浓度状态下输送到采场。选厂排出的尾砂含水量很高,需要排出大量的水才能满足高浓度的制备要求,且全尾砂的含泥量高、渗透性差,要求在脱水过程中避免细泥物料的排放,因此高浓度和膏体充填工艺中,全尾砂浓缩脱水是一个非常关键的环节。

 

对于全尾砂脱水,目前国内矿山大都采用利用立式或卧式砂仓储存,并沉淀成饱和尾砂,上部溢流水经溢流管溢流出砂仓中多余的水,这就需要一用一备两套砂仓;或为了制备全尾砂高浓度料浆,一般全尾砂采用一段或二段脱水工艺,即先将选矿厂来的20%左右浓度的尾矿浓缩到50%左右,然后再进行过滤脱水,工艺复杂,且能耗较高。 


普通砂仓、普通浓缩机、过滤机、水力旋流器、离心脱水机、深锥浓缩机及其组合均可用于全尾砂的浓缩脱水;但是做到高效低成本以及面对生产规模千万吨级大型冶金矿山的充填要求,无论系统设置还是配套设备研制都是全新的课题。 


本项目研发一种适合大产能冶金矿山充填需要的高浓防堵连放新型砂仓结构,简化工艺流程,集浓缩脱水、存储、重力自流诸多功能于一体。新设尾砂自流启动装置,改变传统须消耗大量动力造浆放砂的方式,将中低浓度的全尾砂浆连续、高效、低成本浓密压密成高浓度的全尾砂浆。研究成果可广泛应用于矿山全尾砂的处理、井下充填、尾矿干堆和矿山复垦。

主要研究内容、工艺流程、关键技术和创新点


1、项目主要研究内容

项目对尾砂物理力学性质进行测定,取得各类型全尾砂的沉降压缩及流动特性参数;根据不同类型全尾砂沉降压缩及流动特性参数确定高浓度尾砂浆的浓度,研发了高效连续的充填工艺流程;并针对新研发的充填工艺流程关键装备进行研制,包括:新型砂仓结构形式和尺寸的研制,以及配套设备的选型与安装,脱水与输送系统的调试;项目研究了新型砂仓内全尾砂浆的静态与动态赋存(边进边放)情况:仓内清水段、浑水段、浓缩段、压密段和密实段的高度、压力及变化规律;砂仓不同进砂浓度、流量(速度)与底流浓度、流量的关系;浓缩脱水工艺的优化;堵仓与堵管的位置与处理方法的研究;高浓度尾砂浆综合制备能力的标定;不同浓度纯尾砂浆以及相同浓度不同灰砂比(胶骨比)的流动性能对比试验。包括:塌落度(或扩展度)、流速与管道阻力、泌水率等;高浓度全尾砂管道输送试验研究:包括L型管道重力自流、环管输送试验等。 


2、关键技术

(1)一种用于尾砂浓缩的工艺装备样机。针对所研制的新型梯级砂仓进行功能试验研究;并对梯级砂仓的工作过程——中低浓度全尾砂浆的的自然或絮凝沉降、溢流脱水、浓缩、压密及放砂工艺进行优化;改进梯级砂仓底部自流启动装置防堵塞效果,达到不间断连续自流。最终达到高效低成本、连续脱水、浓缩及输送,以满足大产能矿山对高浓度尾砂胶结充填系统能力的要求。 

(2)分级连续浓缩工艺。分级后细粒尾砂的3d固结抗压强度为全尾砂80%左右,粘聚力更接近全尾砂,达到其90%左右,与全尾砂强度相差无几,而干堆固化成本较全尾砂节约23.1%,经济效益显著。 


3、创新点

(1)创造性提出了一种新型尾砂高效浓缩工艺——全尾砂分级连续浓缩工艺。 

全尾砂浆首先进入Ⅰ型立式砂仓内进行自然沉降,中、粗粒尾砂在砂仓内第一级自然沉淀浓缩;细粒尾砂溢流至T型砂仓絮凝沉降浓缩,其重量浓度一般为5.3%~7.1%,介于细粒尾砂絮凝沉降的最佳浓度范围。中粗尾砂与细尾砂依次分段沉降脱水浓缩,提高全尾砂沉降脱水浓缩的速度和效率;同时减少全尾砂的絮凝剂用量,降低了全尾砂浆的沉降脱水浓缩成本;降低了全尾砂不分级间断浓缩工艺引起的细粒级尾砂后续堆存难度与风险。 

(2)研制出一种节能型深锥浓密机的新装备(简称T型砂仓)。具有高效浓缩机连续生产的优点,并克服了其不能储存尾砂、需要动力放砂、泵送及投资与运营费用高的缺点。 

取得主要技术经济指标


采用新工艺进行尾矿干堆,使武钢金山店铁矿采矿得以继续进行。武钢金山店铁矿尾砂干堆原采用不分级浓缩工艺流程。采用Φ70m普通浓密机,给矿浓度17%左右,经浓缩后底流浓度27%左右,溢流水用为生产回水进行入选厂循环水系统,浓密机底流经隔膜泵扬送至深锥浓缩机进行絮凝浓缩后,添加少量固化剂进行干堆。 


采用本研究提出的全尾砂分级连续浓缩工艺进行优化改造。选厂尾砂(-400目占42.18%)经现Φ70m浓密机底流首先经隔膜泵扬送至立式砂仓内进行自然沉降,粗粒级尾砂在砂仓内进行第一级自然沉淀浓缩后直接排放;溢流的细粒尾砂(-400目占65%)至深锥浓缩机,经絮凝浓缩后的底流进入干堆造浆系统,溢流水自流至净化站,经净化后回到选矿车间循环水系统。通过现场验证,该工艺节约了絮凝剂和固化剂用量,在分级后细粒尾砂的与全尾砂强度相差无几的情况下,降低了生产成本23.1%以上;提高尾矿干堆效率1.3倍以上。2015-2017年新增产值232954万元,新增利税77521.5万元,增收节支总额2802.6万元。

与当前国内外同类研究、同类技术综合比较


项目提出的全尾砂分级连续浓缩工艺,全尾砂浆首先进入Ⅰ型立式砂仓内进行自然沉降,中、粗粒尾砂在砂仓内第一级自然沉淀浓缩;细粒尾砂溢流至T型砂仓絮凝沉降浓缩,该工艺与传统不分级间断浓缩工艺相比,可大大减少充填站投资,并降低充填能耗。以生产规模200万t/a矿山为例,常规设计的充填站占地面积是全尾砂连续沉降脱水浓缩工艺的1.5~2倍,充填站投资增加40%,且能耗较分级连续工艺增加70%以上。 


研制出T型砂仓与普通砂仓相比,克服了浓缩机底流浓度低、不能储存尾砂、需要动力放砂、泵送及投资与运营费用高的缺点。同时保留普通砂仓可储存尾砂的优点,解决了普通砂仓不能连续生产、耗费大量的动力进行造浆及底流不均匀等问题。与普通砂仓等传统方法相比,在同等充填能力条件下,本装备效率提高1~2倍,投资节省30%,能耗降低70%,运营费用减少15%以上。   

应用及提高效率、降低成本情况


项目研究成果在武钢金山店铁矿获得了成功的应用。尾矿固化干堆工程规模135万t/a,通过应用新技术,尾矿成本从29.95元/t降低为23.03元/t,每年成本较改造前节约934.2万元。 


项目实施后,随着全尾砂分级连续浓缩工艺的实施,尾矿干堆效率迅速提高了1.3倍以上,不仅极大的减少了尾矿库用地,也及时迅速的处理了尾矿,保障了采矿生产能够顺利进行。从改造前后尾矿干堆工程制造成本对比:分级浓缩干堆成本23.03元/t,不分级浓缩干堆成本29.95元/t,节约成本23.1%。 


完成单位中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司、武钢资源集团金山店矿业有限公司

主要完成人刘培正、叶振华、张  鹏、鲁炳强、胡永泉、林  超、张传信、郭  伟、方晅东、王文中




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