尾砂充填新工艺探讨

马海玉，尧金才

(中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

尾砂充填新工艺探讨

马海玉，尧金才

(中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

尾砂胶结充填常采用立式砂仓、水泥仓、相应的给料计量装置、高浓度搅拌桶、风水及工艺管道、电仪控制等的配置形式，但考虑到传统的立式砂仓容积过大、造价过高，现采用斜板浓密机来代替立式砂仓，可有效地节省基建投资，是充填工艺发展的新方向。

尾砂充填；斜板浓密机；立式砂仓；浅层沉降；分级尾砂

充填采矿技术发展迅速，20世纪50年代主要采用干式充填，进入60年代以后，出现了水砂充填和混凝土充填，70～80年代出现分级尾砂和天然磨砂充填，90年代以后出现废石胶结充填、膏体充填和全尾砂充填[1]。目前，国内矿山根据自身不同的实际情况及尾废的合理利用，采用分级尾砂充填和全尾砂充填居多。从充填工艺上看，尾砂胶结充填常采用立式砂仓、水泥仓、相应的给料计量装置、高浓度搅拌桶、风水及工艺管道、电仪控制等的配置形式。本文拟针对传统充填系统工艺的缺点，研究一种新的尾砂充填工艺，并从分级尾砂和全尾砂两方面对该充填工艺进行探讨。

1 传统尾砂充填系统工艺

现以采用立式砂仓的充填系统为例，介绍传统尾砂（或分级尾砂）充填系统的工艺流程。来自选厂的尾砂通过泵送至立式砂仓内（分级尾砂中间加一套分级装置，常为旋流器组，分级后进入立式砂仓），靠重力自然沉降至砂仓底部，澄清水通过仓顶溢流。沉降的尾砂经风水造浆后，形成可连续放出的高浓度砂浆供使用。水泥或者胶固材料通过罐车压入相应的料仓贮存，使用时经底部计量给料装置按一定配比给入高浓度搅拌桶，与砂仓放出的砂浆高效搅拌后，形成结构流体状的充填料浆，自溜进入井下采空区(充填倍线过大时,会在井下管道入口处增加充填泵)。

传统的立式砂仓一般是直径Φ7～10 m，高度超过25 m，容积过大，造价过高，现考虑采用斜板浓密机来代替立式砂仓。

2 尾砂充填新工艺

2.1 新工艺论述

因斜板浓密机效率非常高，斜板浓密机单位占地面积的生产能力是普通浓密机的4倍[2]，能使来自选厂的25%～30%重量浓度的尾砂浓密到60%～70%，基本满足部分矿山的充填工艺要求，对于尾砂特别细的矿山可适当增加絮凝剂来提高浓密后的浓度。同时，斜板浓密机的回水将进入选厂重复利用，故选择絮凝剂的材料非常重要，必须通过大量的试验得出。一定量絮凝剂的使用即能加快沉降速度，回水重复进入选厂时又不影响选矿回收率，故采用斜板浓密机替代砂仓是可行的。

充填新工艺如图1，来自选厂的全尾砂通过泵送至斜板浓密机（采用分级尾砂时，中间需加一套分级装置，常为旋流器组，分级后进入斜板浓密机）,沿斜板沉降至砂仓底部，澄清水通过仓顶溢流作为工业回水使用。沉降的尾砂经风水造浆后，形成可连续放出的高浓度砂浆供使用。水泥或者胶固材料通过罐车压入相应的料仓贮存，使用时经底部计量给料装置按一定配比给入高浓度搅拌桶，与浓密机放出的砂浆高效搅拌后，形成结构流体状的充填料浆，进入井下采空区。当斜板浓密机底流浓度达不到充填要求时，可以配置加药装置来加速颗粒的沉降。

图1 尾砂充填新工艺系统

对于易板结的尾砂，可采用高频振动斜板浓密机，斜板组模块间歇式高频微振，使斜板上的物料有序下滑，保证斜板板面上不堆积物料，板间不堵塞，从而保证设备长期稳定的工作效能。为避免可能出现的底流排放管道和阀门的堵塞，高频振动斜板浓密机又采用了底流无障碍排放装置设计，减少和避免阀门和管道的堵塞和磨损，达到最好的使用效果。

采用新工艺后，地表充填制备站的投资将大大减少。例如香炉山钨矿要求的日平均充填能力为696m3/d，所需小时充填能力为696×1.2/15=55.68 m3/h，配置2套能力80～100 m3/h的充填系统。系统投资约2 400万元，2套立式砂仓及基础费用约650万元；若将立式砂仓改为1 000 m2的斜板浓密机约节省基建费用在450万元以上。这对于近期低迷的矿业形势具有很大的使用价值。

2.2 斜板浓密机及其原理

斜板浓密机是基于1886年英国人Howatson发现的“浅层沉降”原理研制出来的，用以替代直径较大且单位面积生产能力较低的普通浓密机。斜板浓密机发展很迅速，1956年即在西德商用。20世纪50、60年代，西欧、苏联、日本各国也进行了斜板浓密装置的研制开发，日本还进行了同心圆式装置斜板试验并成功。20世纪60年代，国内的部分矿冶研究院等也进行了斜板浓密箱的研制。1970年，参照日本设备，鞍山冶金设计院与沈阳矿山机器厂设计制造了Φ30 m斜板浓密机，在本溪歪头山铁矿使用成功。1991年，昆明冶金设计院引进Sala公司的50 m2斜板浓密箱的技术后，研制出了KMLZ（锥斗）和KMLY（圆池）型斜板浓密机[3]。随后，该设备在国内应用逐渐广泛。

制造斜板浓密机所依据的“浅层沉降”原理，具体如下。

浓密机的沉淀公式为

式中：u0为颗粒沉降速度，mm/s；Q为斜板浓密机处理流量，m3/h；A为沉降区域面积，m2。

可知，在处理量Q不变的情况下，增加沉降区域面积A，就可减少颗粒沉降速度u0，即只要将沉降面积增大，就算很小的沉降速度也能完成要求的处理量，这就是传统的浓密机直径大的原因。同时，

式中：t为沉降时间，s；H为沉降高度，mm；

可知，颗粒沉降速度u0不变的情况下，随着沉降高度H的减少，沉降时间t缩短。即，在不通过外力改变沉降速度的情况下，减少沉降高度，既可以减少沉降时间又可以减少沉降池体积。由此将沉降高度H分隔成n个H/n的沉淀池，则只要沉淀区高度减少为原来的1/n时，就可以处理与原来沉淀池相同的料浆，并达到相同的效果。同时将沉降池分为n层就可以把处理能力提高n倍。

3 结论

上述新工艺作为一种探讨，虽然目前国内无使用实例，但已出现采用深锥浓密机或高效浓密机代替立式砂仓的工艺。本文研究的工艺仍存在很多环节需要通过实践的检验。金川选矿厂的Φ12 m倾斜板浓缩机的尾砂来料浓度为16.7%，排料浓度为63.36%[4]，虽然金川采用的是老式圆锥型的倾斜板浓密机，但对斜板浓密机的实际效率也起到一定的参考作用，经过与其选厂技术人员沟通，选厂来的26%～28%浓度的尾砂，经过斜板浓密机浓密后，浓度一般能达到60%左右。所以充填设计时，建议做斜板浓密机的絮凝沉降试验，得出合理的絮凝剂品种及剂量，以提高浓密机的底流浓度，达到合格充填浓度的要求。

[1]周爱民,何哲祥,鲍爱华.矿山充填技术的发展及其新观念[C]//中国有色金属学会.长沙：第四届全国充填采矿会议论文集,1999.

[2]王喜良.KMLY型斜板浓密机的原理及应用[J].金属矿山，1996（5）：12-15.

[3]王文潜.浅层沉淀原理与斜板浓密设备[J].国外金属矿选矿，1998 (5)：5-7.

[4]《选矿设计手册》委员会.选矿设计手册[M].北京：冶金工业出版社，1988.

Discussion on New Tailings Filling Technology

MA Haiyu,YAO Jincai
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Cemented tailings filling commonly adopts vertical sand bin,cement bin,the relevant feeding metering device,high concentration agitation vessel,process pipeline and electrical instrument control etc.Due to big volume of traditional vertical sand bin and high cost,baffle-plate thickener is adopted to replace vertical sand bin,which can save capital investment effectively and become new direction of filling technology development.

tailings filling;baffle-plate thickener;vertical sand bin;shallow settlement;classified tailings

TP535

B

1004-4345(2015)06-0005-02

2015-04-03

江西省“赣鄱英才555工程”专项资金资助。

马海玉（1982—），男，工程师，主要从事矿山机械工程设计工作。