铜尾矿的一种新型干堆技术

任壮林 刘 镇 高清寿

(1.山东招金新疆伽师铜辉矿业有限公司，新疆 喀什844300；2.烟台金洋旋流器有限公司，山东 烟台 264003)

铜尾矿的一种新型干堆技术

任壮林1刘 镇2高清寿2

(1.山东招金新疆伽师铜辉矿业有限公司，新疆 喀什844300；2.烟台金洋旋流器有限公司，山东 烟台 264003)

首先介绍了我国铜尾矿的现状，并对现有铜尾矿的处理方法作了简要总结。针对目前铜尾矿处理方法中存在的问题，以实现铜尾矿处理为目标，首先使粗细颗粒分级，再分别进行浓缩脱水的方法，确定了在目前条件下一种较为合理的铜尾矿新型干堆技术。同时，对该干堆技术中采用的主要设备作了简单描述，并对该技术与其他干堆技术在适用范围、技术、经济等方面进行了对比。经实践证明，通过该技术处理的铜尾矿，粗粒部分含水量可控制在18%以下，细粒部分含水量控制在23%以下，可直接实现皮带输送或汽车运输，完全达到了干堆的要求。与常规处理方法相比，具有设备一次性投资少，干堆效果好，运行费用低，设备维修维护简单等明显优点，是目前为止一种技术上可行、经济性上合理的尾矿干堆技术。该技术对其他类型的尾矿具有借鉴意义。

铜尾矿 浓缩脱水 干堆技术 干堆效果 运行费用

1 铜尾矿现状

矿产资源是人类社会发展的重要物质基础，现代社会人们的生产和生活都离不开矿产资源。随着人类社会发展的进步，矿产资源的消耗在逐年增加，而伴随着建筑业、电力等行业的发展，铜矿的需求也在逐年提高。

任何一种固体矿产的产出，必然伴随着废弃物包括尾矿的排放。自20世纪90年代以来，中国铜消费、生产一直保持高速增长态势。随之而来，铜尾矿的排放量也增长迅速。

我国铜尾矿具有数量大、粒度细、类型繁多、成分复杂的特点[1]。在1995—1996年，对1 173家大中型以上国有矿山企业进行调查，“全国矿山生态环境破坏及重建调查”发现历年固体废物累计产量达133.87亿t，而其中铜尾矿是仅次于铁尾矿的第二大尾矿来源。

据中国国土资源经济研究所余良晖等测算：1949—2007年，全国铜尾矿的排放量大致为24亿t，2007年已高达1.8亿t[2]。铜尾矿在2003年以前呈现缓慢增长趋势，2004年以后呈现较快增长趋势，其中2009年就比2000年增长了71.81%[3]。

随着铜尾矿量的大量增加，铜尾矿的处理面临前所未有的考验。

2 铜尾矿原有处理方法

目前最常用的铜尾矿处理的常用办法是建立尾矿库[4]，将来自选厂的铜尾矿直接湿排。这种处理办法方便，但同时带来了种种弊端。

(1)尾矿库需要大面积的场地，而且用泵、管道组成庞大尾矿水力输送系统，其动力、设备材料消耗高，造成尾矿输送和处理费用过高。随着尾矿量的增加，堆坝和管理工作量越来越大，越来越困难。因此会耗费大量的人力、物力、财力并要占用大量的农田、山地[5]。

(2)另外，近几年来，由于土地资源越来越紧张,征地的费用越来越高，导致尾矿库的基础建设费用占整个采选企业费用的比例越来越大，以致于达到影响整个企业正常生产的地步，且尾矿库的日常维护和运营也需消耗大量的资金。

(3)铜尾矿中残留的选矿药剂,尤其是含重金属的尾矿对生态环境的影响非常严重,残留在铜尾矿中的有毒、有害药剂对附近居民饮水和农田土壤造成严重的污染，而硫化物产生的酸性水淋浸金属离子，其流失对整个生态环境将会造成更深层次的危害。据不完全统计，目前我国因尾矿药剂造成的直接污染土地面积已达7万hm2，而间接污染土地面积竟已高达67万hm2[6]。

(4)此外，尾矿库存在很大的安全隐患，这是悬在每一个厂矿企业的心头大事。可见，寻求更好的铜尾矿处理方法，解决传统尾矿库湿排的弊端具有更为深远的意义。

3 铜尾矿干堆技术

3.1 干堆技术简介

尾矿干堆是尾矿传统贮存方法的一种变革，之前多用在黄金矿山，鉴于尾矿库贮存的不利因素和国家对于尾矿库整治的要求，近年来在铜矿山尾矿处理上也逐渐成为一种趋势。

尾矿干堆技术利用各种设备，通过一定工艺将尾矿浆实现干料和水的最大化分离，达到含水量要求的干料可运输至尾矿堆场贮存，水则可以作为选厂回水利用。

尾矿干堆的优点在于其占地面积少，安全性高，后续生产成本低，可有效延长原有尾矿库的服务年限，降低尾矿库或坝的维护和运营成本，而且为不具备建设尾矿库条件的矿山开发提供了可能。同时，尾矿干堆对堆场要求的条件不苛刻，可利用废弃的采矿坑作为堆场，回水利用率可达到80%以上；尤其在严重缺水地区优势明显，可减少对环境的污染，安全性较湿排要好[7]。

3.2 新型干堆技术

(1)干堆工艺。烟台金洋旋流器有限公司针对目前尾矿干堆技术在应用上的一些问题，通过多年的理论研究和大量的实践经验，已成功地总结出一整套主要应用旋流器、脱水筛、浓密机和压滤机等设备来处理金属尾矿的有效新工艺——尾矿干堆工艺，见图1。

图1 尾矿干排工艺流程

(2)工艺优点。该工艺尤其适用于尾矿粒度-200目占80%以下的尾矿，具有设备一次性投资少、设备占地面积小、工艺流程短、干堆效果好、运行费用低、设备维修维护简单等优点。

该尾矿干堆工艺流程的设计理念在于，对尾矿浆中粗粒级和细粒级物料都具有针对性处理。利用旋流器的分级作用实现粗细颗粒分级，粗颗粒由脱水筛处理，细颗粒由浓密机与压滤机浓缩脱水。

旋流器底流浓度可达到65%～75%，但此情况，对于铜尾矿来说干堆效果尚不理想，利用脱水筛来处理旋流器底流，可进一步提高底流浓度，使之达到80%以上。同时泵送筛下产物至旋流器形成闭路系统，可进一步提高脱水筛的筛上产量，使尽可能多的粗粒尾矿通过旋流器与脱水筛实现干堆。

旋流器溢流，即细粒部分给入浓密机中，能大大减轻浓密机处理量的压力，克服了浓密机溢流跑浑，有效地防止了压耙、排矿口堵塞等隐患的发生。同时在浓密机的选择方面，该工艺最大可能地减小了浓密机直径，节约场地空间。另外添加絮凝剂后，浓密机底流浓度很快能达到25%以上，但达不到干堆要求。采用压滤机处理浓密机底流，在得到澄清回水的同时，可进一步提高物料含水率，达到干堆要求。同时由于只需处理细粒级物料，降低了压滤机处理量，可减少使用台数，节省成本。

综上所述，在铜尾矿经过该工艺处理以后，粗粒干料由脱水筛筛上得到，含水量可控制在18%以下，细粒干料由压滤机得到，滤饼的含水量可控制在23%以下，能达到理想的干堆效果，同时浓密机和压滤机产出的回水直接返回选厂使用。

4 干堆设备介绍

铜尾矿新型干堆工艺中关键设备包括高效浓缩旋流器、高频振动脱水筛、液压中心传动浓密机和压滤机等。

(1)高效浓缩旋流器。水力旋流器是一种利用离心力强化固液分离的设备[8]，其正常运行需要的离心力约为重力的几百倍。水力旋流器具有很好的快速浓缩特性，一般情况下，可以将尾矿浓缩由10%～40%快速提高到45%～70%，具有很大的沉砂产率[9]。

本工艺流程采用烟台金洋旋流器有限公司生产的高效浓缩旋流器，该类型旋流器区别于常规旋流器之处在于，高效浓缩旋流器采用多段变锥结构，第一段为大锥角锥体，可最大程度地提高旋流器内流体的切向速度，增大离心力场；第二段为较小锥角锥体，其锥段长度较大，可提供充足的空间和时间使被处理不同粒级的矿浆进行充分交换；第三段为带有较大的锥体角度和直段结构的锥体。与普通旋流器相比，此类型旋流器具有底流产率大，处理能力高，底流浓度高等特点。处理同等工况条件尾矿时，与常规旋流器的底流产率相比，提高10%左右，同时降低了旋流器溢流的固含量，提高了旋流器的浓缩效率。

(2)高频振动脱水筛。高频振动脱水筛主要用于粗粒脱水和分级，尤其适用于尾矿干堆体系中干料的回收。

该工艺流程应用的高频振动脱水筛的优点在于：筛体结构强度大，区别于煤炭行业用脱水筛，筛面摒弃传统的钢条材料而改用聚氨酯材料加工而成，不易堵塞，更换方便也更耐磨。

与普通脱水筛相比，具有脱水效果好，筛上料层厚，筛分效率高，筛分处理能力大，使用成本低等明显特点。

(3)液压中心传动浓密机。浓密机为液压中心传动浓密机，该浓密机传递力矩大，效率高，使用安全，排泥彻底，不堵塞。负荷较大时，水下刮泥系统可手动进行提升，再逐步下降，逐层刮去污泥。该类型浓密机主要用于尾矿预先浓缩，尤其是尾矿中细粒级的浓缩。

(4)压滤机。压滤机主要用于黏度大、颗粒细的化工产品脱水和选矿厂精矿的脱水、黄金氰化洗涤等作业，其脱水效果好、适应性强、压滤脱水后尾矿的处理方式灵活，无论含泥量大小都能够使用，近年来在冶金矿山尾矿处理中也得到广泛应用[10]。当尾矿重力脱水困难而要求尾矿浓度较高时，压滤机是一种可行的选择，压滤后的干料含水率通常在12%～22%，满足干堆要求。

5 各干堆技术对比

近几年干堆技术发展迅速，出现了各种各样的尾矿干堆技术，每种技术都有各自独特的设计思路。针对各种不同的干堆技术，对各干堆技术的适用范围、设备投资和运行成本等进行对比，见表1。

表1 各干堆技术对比

通过对各干堆技术进行对比可以看出，在满足干堆要求的条件下，考虑到最终的运行成本，采用高效浓缩旋流器、高频振动脱水筛、液压中心传动浓密机和压滤机的新型尾矿干堆技术无论在适用范围、设备投资和运行成本上优势明显。

6 应用效果

(1)江西某氧化铜矿，日产浮选尾矿600 t，尾矿浓度20%左右，细度-200目70%～75%。由于常年运转，该厂尾矿库已接近闭库，库容严重不足，即将面临停产，且对附近村庄环境影响较大，已影响到附近居民的生活和安全。矿上经慎重考虑后，决定采用尾矿干堆工艺，解决目前尾矿无处排放的问题。

在得知该矿状况后，金洋旋流器有限公司根据现场情况，设计了上述新型铜尾矿干堆工艺。采用该工艺后，效果非常明显。

初次试车当天，单旋流器与脱水筛部分就实现干排率60%左右，干堆料含水量在17%左右；浓密机与压滤机部分处理细粒尾矿，水分含量在23%以下，综合含水量控制在22%以下，取得了极好的尾矿干堆效果，得到了该矿的一致好评，充分达到了选厂对尾矿干堆方面运输及储存的各种要求。

(2)新疆某铜锌尾矿，尾矿量800 t/d，尾矿浓度18%左右，尾矿细度-200目70%左右，自建厂以来，回水问题一直是选厂面临的首要问题。经研究，计划采用尾矿干排，在考察了多种工艺后，选定金洋旋流器有限公司的新型尾矿完全干排工艺。

在项目实施前期，首先实施了旋流器和脱水筛的半干排工艺，经调试后，旋流器溢流细度-200目全通过，旋流器底流浓度达到65%以上，约占总尾矿量的60%～65%实现了尾矿干排，达到了干堆的要求。

在半干排运行稳定后，增加了后续的浓密机和压滤机等细粒处理设备。正常运转后，浓密机的底流浓度达到25%左右，浓密机溢流含固量<0.16 g/L，完全可以直接回水使用。压滤机滤饼含水量控制在22%左右，经长期摸索试验，现单台压滤机压滤周期控制在45 min左右，极大地提高了压滤机的处理能力，减轻了工人的劳动强度。

通过采用金洋尾矿干排工艺，该矿山已完全达到了绿色矿山——水最大化循环使用，无安全隐患的要求。

7 结 论

(1)铜尾矿量逐年增加，铜尾矿的合理处理势在必行。

(2)在优先考虑安全与环境的前提下，铜尾矿实现干堆是目前一种最为行之有效的方式。

(3)采用高效浓缩旋流器、高频振动脱水筛、液压中心传动浓密机和压滤机等设备组合的新型铜尾矿干排工艺，可快速高效经济地实现尾矿干堆，已成为铜尾矿处理方面一种较为成熟的工艺。

[1] 关红艳，徐利华，周 冰,等.我国铜尾矿二次资源再利用技术现状[J].金属矿山，2010(10):185-188. Guan Hongyan，Xu Lihua，Zhou Bing，et al.Recycling utilization of the copper tailing resources in China[J].Metal Mine,2010(10):185-188.

[2] 高永璋，张寿庭.中国铜矿产资源主要特点[J].矿床地质，2010，29(增刊)：773-774. Gao Yongzhang，Zhang Shouting.The main characteristics of China copper mineral resources[J].2010，29(S):773-774.

[3] 孟跃辉，倪 文，张玉燕.我国尾矿综合利用发展现状及前景[J].中国矿山工程，2010(5)：4-9. Meng Yuehui，Ni Wen，Zhang Yuyan.Current state of ore tailings reusing and its future development in China[J].China Mine Engineering，2010(5)：4-9.

[4] 王 苹，董凤芝.某铜矿尾矿的综合利用[J].金属矿山，2010(3):171-173. Wang Ping，Dong Fengzhi.Study on Comprehensive Utilization of Copper Ore Tailings[J].Metal Mine，2010(3):171-173.

[5] 孙 燕，刘和峰，刘建明，等.有色金属尾矿的问题及处理现状[J].金属矿山，2009(5)：6-10. Sun Yan，Liu Hefeng，Liu Jianming，et al.Current problems in the disposal of nonferrous metallic tailings[J].Metal Mine，2009(5)：6-10.

[6] 陈宇峰，陆晓燕.铜尾矿资源化的现状和展望[J].南通工学院学报:自然科学版，2004，3(4)：60-62. Chen Yufeng，Lu Xiaoyan.The States and Prospects for Copper Tailings as Resources[J].Journal of Nantong Institute of Technology:Natural Science，2004，3(4)：60-62.

[7] 张礼学.尾矿干式排放的安全管理[J].劳动保护，2010(2)：108-109. Zhang Lixue.The safety management of dry storage tailings[J].Labor Protection,2010(2)：108-109.

[8] 吕宪俊，连民杰.金属矿山尾矿处理技术进展[J].金属矿山，2005(8)：1-5. Lv Xianjun，Lian Minjie.Progress in tailings disposal technology for metal mines[J].Metal Mine，2005(8)：1-5.

[9] 王显军.金属矿选矿厂尾矿处理应用水力旋流器的实践[J].金属矿山，2006(增刊)：477-478. Wang Xianjun.Application of hydrocyclones in tailings treatment of metallic concentrator[J].Metal Mine，2006(S)：477-478.

[10] 汪银梅，罗仙平，崔振红.矿物加工过程中脱水设备与方法[J].采矿技术，2009，9(1)：100-102. Wang Yinmei，Luo Xianping，Cui Zhenhong.The dewatering equipments and methods in mineral processing[J].Mining Technology，2009，9(1)：100-102.

(责任编辑 徐志宏)

A New Technology about Dry Storage of Copper Tailings

Ren Zhuanglin1Liu Zhen2Gao Qingshou2

(1.ShandongZhaojinXinjiangJiashiTonghuiMiningCo.，Ltd.，Kashi844300，China;2.YantaiJinyangCycloneCo.，Ltd.，Yantai264003，China)

The current situation of copper tailings was firstly introduced，and the existing disposal methods of copper tailings were summarized briefly.Aiming at the existing problems in the disposals of copper tailings，and with the purpose of realizing copper tailings disposal，a more reasonable and new dry storage technology of copper tailings under the present conditions was determined by the process of thickening and dewatering following by classification of coarse particles and fine particles.Secondly，the main equipment used in the dry storage technology was described in brief，and the contrast of this technique with other technologies was made from aspects of the scope of application，process and economy etc.The practice proved that through the technical processing on the copper tailings，the water content of coarse tailings can be controlled below 18%，and the water content of fine tailings below 23%.The tailings can be transported by the belt conveyor or automobile directly，which fully meet the requirements of dry storage.Compared with the conventional processing，this dry storage technology have advantages of less investment，lower operating costs and better dry storage effect，simply repairing and maintenance and so on.It is a kind of dry storage technique of being technically impossible and economically reasonable.This technology has a reference for the other similar mine.

Copper tailings，Thickening and dewatering，Dry storage technology，Dry storage effect，Operating costs

2014-06-10

任壮林(1962—)，男，高级工程师。

X751

A

1001-1250(2014)-09-156-04