白云鄂博西矿高浓度尾矿排放优化研究

刘占全 赵启东 宋立民

(内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司)

高浓度尾矿又称膏体尾矿，是浆状尾矿浓缩脱水达到泵送极限、不离析黏稠状的程度[1]。白云鄂博西矿尾矿堆存应用高浓度堆存技术，是全国首例应用该技术处理尾矿工艺的大型黑色冶金铁矿山，该技术解决了白云鄂博高寒、缺水、选厂用水量大的技术难题，实现了尾矿库占地面积小、坝体安全系数高、稳定性好、环保效益突出等特点[2]。为此，针对白云鄂博西矿冬季下游坝前发生冰冻、库容利用率低等问题，对高浓度尾矿排放进行了实践优化研究。

1 尾矿库运行工艺及存在问题

尾矿库由尾矿坝环绕建成，上游坝设置8个排放点轮流进行排放，矿浆排放后析出水通过库区取水塔溢流进入下游集水池回收利用。但在运行中，矿浆流态随季节变化较大，流态的变化影响冬季扬尘面积的大小、库容利用及回水质量和回水量。因此，控制好矿浆排放可以提高库容利用率，减少冬季扬尘，提高年回水量。

通过库区运行总结，尾矿库存在的问题主要表现为：①库容利用率较低，下游坝年抬升速度较快，每年2 m以上，导致下游坝提前达到安全超高，库中到上游坝库容无法利用；②年回水量少，库区下游坝坝前东侧地势较低，导致坝前东侧汇水面积较大，无法回收此部分积水；③因冬季矿浆排放不合理，矿浆排放面积大造成后期扬尘面积随之增大。

2 高浓度尾矿优化排放提高库容利用率实践应用

2.1 控制下游坝前矿浆抬升高度

控制下游坝前矿浆抬升高度的必要性，运行中，下游坝处矿浆因冬季矿浆流动性变好，直接流到下游坝前，造成下游坝前矿浆滩面抬升接近安全超高，设计规范尾矿库安全超高为1 m，中后期调洪水深6 m，因此必须控制下游坝前矿浆抬升高度来满足尾矿库服务年限。下游坝前矿浆抬升位置见图1。

图1 下游坝前矿浆抬升位置

2.2 通过子坝实现库区矿浆流态控制

为了提高库区矿浆排放的均匀性及降低库区冬季冰冻层，提高库容利用率，需在库区设置两条子坝来控制矿浆分布状态。

2.2.1 子坝二建设依据高度及位置的确定

根据冬季尾矿排放量为1 220 000 m3及库区原始坡度不变的情况下，矿浆排放厚度在子坝二前应为2.6 m，因此子坝二建设高度不低于2.6 m，长度为1 000 m，顶部宽度为5 m，坡比为1∶1.5。最终通过子坝二阻挡矿浆无限制的流动，将矿浆集中在子坝北侧区域，降低下游坝前矿浆滩面过快抬升。

(1)子坝二建设高度、位置测量论证通过库区测量数据表明：子坝一和子坝二坝顶平均高差6.4 m，子坝一和子坝二间矿浆面南北边界平均高差3.8 m，加筑高度为2.6 m，子坝二在子坝一下游平均距离606 m处。此区域库容约137.72万m3。

(2)在子坝二的坝前汇水区域设置溢流口，溢流口采用φ350 mm管道穿越子坝二，实现有效导水，确保子坝二过水不过矿。若不设置溢流口，积水冬季冰冻，次年矿浆覆盖，占据库容，不利于回水利用。子坝二溢流口见图2。

图2 子坝二溢流口

2.2.2 原有子坝的调整

原有子坝一不加高，不能阻挡矿浆流动，在两头及中间分别开口一处，便于矿浆流入子坝一到子坝二间地势较低的区域，充分利用此部分库容。通过上述措施，改变矿浆分布状态， 提高库容利用。

2.3 均匀排放提高库区矿浆堆存密度

单点轮流集中放矿，应在库区现有8个排放点基础上采用等周期轮流放矿，便于实现上游坝处矿浆的均匀排放。因前期排放导致库区东侧整体地势较低，主要集中在第七排放点南北走向区域，所以第七排放点在2018年年度排放中较其他排放点应多排放一个周期，便于提高库区东侧低区域矿浆滩面，实现库区子坝一北侧整体均匀放矿。排放点排放实施计划见表1。

排放口的改造，延长上游坝坝前排放管到矿浆滩面进行排矿，用φ350 mm钢管及弯头连接φ350 mm的现有排放管，到矿浆滩面距坝根1 m远处进行放矿。减少库区冲刷沟，提高矿浆排放后的均匀性。排放口改造效果见图3。

表1 排放点排放实施计划

图3 排放口改造效果

2.4 尾矿堆密度测定

通过取样对库区上游侧和下游侧尾矿堆密度测定，第一批次：在尾矿库区的上游侧，利用冲刷沟两侧的较大断面，去除表层浮矿，在不同标高、不同地段取样，保证块样没有明显裂隙，具有足够的代表性；第二批次：在尾矿库下游侧，挖掘不同取样点，在表层以下不同标高取样，保证块样没有明显裂隙和分层，具有足够的代表性。

测定方法，将不规则形状的尾矿库块样利用样铲切削成规则立方体，称量重量，计算体积，然后利用质量与体积的比值计算其含水分的堆密度，将矿样烘干后计算其干矿堆密度。

库区西北侧、东北侧堆密度测定结果见表2、表3，总体测定结果见表4。

表2 库区西北侧堆密度测定结果

由表2可知，库区西北侧的平均湿矿堆密度为2.095 t/m3，干密度为1.888 t/m3较设计指标1.6 t/m3高0.288 t/m3。

表3 库区东北侧堆密度测定结果

注：库区标高是以库区表层为0 m进行标高。

由表3可知，库区东北侧的平均湿矿堆密度为1.973 t/m3，干密度为1.778 t/m3较设计指标1.6 t/m3高0.178 t/m3。

由表4可知，总体干矿堆密度为1.83 t/m3，较设计指标高0.23 t/m3，理论库容的服务年限增加约2 a。

表4 总体测定结果

3 结 语

白云鄂博西矿高浓度尾矿堆存技术通过优化排放实践，不仅可以大量节约用水、保证尾矿库安全稳定、高效运行，还能有效合理利用库容、最大限度地延长尾矿库的服务年限，根据优化后堆密度的测定，尾矿库在原有基础上延长两年使用寿命。后期更高效的排放、运行需更深入的探索。