苍山铁矿干抛、湿抛废石及尾矿综合利用

王 维

(中钢集团山东矿业有限公司)

中钢集团山东矿业有限公司苍山铁矿(以下简称苍山铁矿)是一家集铁矿石开采、加工、铁精矿销售为一体的大型地下开采矿山企业，采矿许可证内累计查明铁矿石资源储量为7655.40万t，平均铁品位为32.23%，设计年生产铁矿石200万t。

苍山铁矿于2012年5月通过国家安全验收并开始投产，于次年达产。井下采用点柱式上向分层充填采矿法采矿，地表选矿采用三段闭路破碎，中碎后干选，湿式预选和两段全闭路阶段磨矿选矿工艺。每年生产品位65%的铁精粉占入破原矿量的25%，即50万t铁精粉；干抛和湿抛废石占入破原矿量的31%，即62万t废石；尾砂占入破原矿量的44%，即88万t尾砂。根据国家国土资源部及环境保护法要求，为了充分利用苍山铁矿生产的废石和尾砂固体废弃物，苍山铁矿通过多种渠道考察实践和研究，不断改造和完善生产系统，最终将生产中的所有废石和尾砂固废全部利用，实现了建设绿色矿山的最终目标。

1 干抛和湿抛废石综合利用

近年，国家逐步加大矿产资源节约与综合利用力度，关停多家碎石厂，禁止新开矿山碎石，建筑用石子逐渐开始采用矿山开采的废石。苍山铁矿所产生的干抛和湿抛废石中，干抛废石粒度为75～0 mm，湿抛废石粒度为12～0 mm，且废石中不含有任何重金属及有毒有害物质，加工后可供道路施工使用，周边市场石子需求量巨大。目前，苍山铁矿每年将62万t的干抛和湿抛废石销售给当地企业，每年可产生经济效益几百万元。

2 尾砂综合利用

2.1 全尾砂胶结充填井下采空区

苍山铁矿年采出200万t原矿，矿石密度为3.47 t/m3，形成采空区57.64万m3，井下采用点柱式上向分层充填采矿法进行采矿。为满足井下充填需求，原设计采用全尾砂进仓沉淀后添加胶结材料直接通过管道输送至采空区进行充填，共设计8个单体容积为720 m3的储砂仓和4个单体200 t的胶结材料仓，充填料浆浓度为68%～72%。但是，由于选矿生产出的尾砂流量较大，尾矿粒度为-0.074 mm 75%左右，单纯依靠砂仓自然沉降，细粒尾砂无法进行处理。为解决这一难题，苍山铁矿通过考察研究，采用对尾砂分级的方式进行处理。在分级尾砂实践应用中，旋流器是投入和使用成本最低的最佳选择，针对苍山铁矿尾砂性质，分别进行旋流器沉砂试验，试验结果见表1。

由表1可知，采用WDS水力旋流器进行尾矿浓缩，选用直径为100 mm的底流嘴，经现场调整可实现旋流器沉砂产率70%以上，浓缩尾矿浓度可达到70%以上，旋流器底流浓度完全满足充填需求[1]。因此，通过安装水力旋流器组，直接将旋流器底流与

表1 尾矿浓缩试验结果

胶结材料搅拌后充填采空区，旋流器溢流部分进入砂仓再沉淀。根据井下每年产生57.64万m3的空区，充填率按90%进行计算，每年可消耗尾砂62万t。

2.2 大颗粒尾砂干排

苍山铁矿尾砂除了供井下充填每年消耗62万t外，还剩余26万t尾砂的处理一直存在难题。苍山铁矿经过多次周边调研，发现水泥厂对含硅量较高的尾砂可作为原材料使用。尾矿砂多元素分析结果见表2。

表2 尾矿砂多元素分析结果 %

元素TFeSiO2Al2O3CaOMgO含量15.5663.643.493.203.38

由表2可知，苍山铁矿生产的尾砂中含硅量高达63.64%，含铁量为15.56%，均符合水泥厂要求，但是水泥厂只需要颗粒相对较大的尾砂，细泥状尾砂无法使用。因此，苍山铁矿结合水力旋流器分级处理尾砂，将旋流器底流尾砂进行脱水处理，满足装车运输要求。根据旋流器底流料浆流量和浓度，安装两台DW24型尾矿专用直线型脱水筛，单台处理能力50～100t/h，功率为22kW，脱水筛筛选出尾砂含水率小于10%，通过皮带直接排放至尾砂堆放场地装车外运销售，脱水筛筛下产物通过渣浆泵输送至充填系统砂仓进行沉淀。

2.3 细粒尾砂制砖

充填系统旋流器溢流细粒尾砂和脱水筛筛下产物进入充填系统砂仓进行沉淀，由于粒度较小，均无法完全自然沉淀。为了实现尾砂零排放目标，苍山铁矿在原有充填砂仓分别安装了一套絮凝剂添加系统，加快细粒尾砂进入砂仓沉淀速度，实现了砂仓完全溢流回清水，砂仓沉淀尾砂达到一定浓度后再充填至井下采空区。

为了提高细粒尾砂的综合利用率，苍山铁矿与联合汇众环保科技有限公司合作，将砂仓沉淀的部分细粒尾砂直接通过管道输送至砖厂，砖厂将细粒料浆通过自然晾干和烘干的方式作为蒸压加气混凝土砌块生产原料加以利用。蒸压加气混凝土砌块生产所需原料主要为尾矿渣(70%)、生石灰(17%)、水泥(10%)、石膏(3%)[2]，主要用于框架结构、现浇混凝土结构建筑的外墙充填、内墙隔断，也可以应用于抗震圈梁构造多层建筑的外墙或保温隔热复合墙体，还可以用于建筑屋面的保温和隔热，与传统的黏土砖相比，蒸压加气混凝土砌块可以节约土地资源，改善建筑墙体的保温隔热效应，提高建筑节能效果。目前该制砖项目每年可消耗10万t细粒尾砂用于制作加气混凝土砌块，主要销售于周边地区，多用于房屋建筑使用，销售市场表现良好。

2.4 尾矿砂分类处理流程

苍山铁矿通过干抛湿抛废石全部外卖，尾砂安装水力旋流器分级处理，旋流器底流大部分用于直接充填井下采空区，部分底流通过安装矿用直线脱水筛脱水处理，生产的大颗粒尾砂供水泥厂，旋流器溢流及脱水筛筛下产物细粒尾砂通过增加絮凝剂添加系统，将细粒尾砂全部沉淀，部分供砖厂制作加气混凝土砌块，剩余部分全部充填至井下采空区。尾矿砂处理工艺流程见图1。

图1 尾矿砂处理工艺流程

3 结 语

苍山铁矿通过一系列的技术措施，实现了零废石、零尾砂堆积排放，充分利用现有资源创造了更好的经济效益和社会效益，最终实现了保护生态环境，建设绿色矿山的目标，为国内类似矿山处理固废提供了经验借鉴。

[1] 司不知.尾矿浓缩地面堆放研究与应用[J].中国矿山工程，2011(4)：22-25.

[2] 张 越.苍山铁矿尾矿砂综合利用探讨[J].工程技术：文摘版，2017(1)：269.