磷矿高浓度全尾砂充填技术研究

姚会(湖北宜化集团矿业有限责任公司，湖北 宜昌 443100)

0 引言

磷矿石是生产农业磷肥的直接来源，全球90%产出的磷矿被用来制作磷肥，大概有7.3%用来制造磷酸盐等饲料和一些洗涤剂，另外的磷矿则用在了化工，国防和轻工等等领域。中国是世界上重要的农业大国，我们国家的磷矿资源的利用情况呈现自己的特点。其中，用于磷肥生产的占82%，黄磷占11%～13%，剩余磷制品占5%～7%[1]，近些年来由于农业生产活动的快速发展，我们国家磷矿的需求处于急剧增加的态势。本文主要分析磷矿高浓度全尾砂充填充技术，为现有磷矿的技术提出力所能及的意见。

1 世界上磷矿的分布现状极其开发情况

矿山充填工艺与矿山企业经济直接挂钩，这项技术也成为采矿领域最前沿最热门的研究课题。矿山充填工艺是极其复杂的工程项目，涉及面极广，涉及如何选择充填材料，料浆的制作和运输，采场填充等等，如果中间的任一程序出现了问题，都有可能会酿成严重的后果，既影响了生产进度，又使得矿山的效益受到影响，严重的还会造成安全事故。

近些年来，以分级脱泥尾砂为主要骨料的尾砂胶结充填方式，这种方法的尾砂分级脱泥的有效利用程度只有50%。20世纪70年代，科学家开始研究高浓度全尾砂充填技术，以此来提升尾砂的利用率和充填料浆的浓度。20世纪80年代，德国、南非等一些国家开始了针对全尾砂胶结充填相关技术的实验研究。在南非的一些矿山中，该项技术得到了应用和验证。全尾砂在该项技术的应用下，浆砂浓度可以达到70%～78%，大大提高了尾砂的利用率[2]。同时期，我国也第一次实验了全尾砂胶结充填技术，尾砂的利用率已经提升到了90%，这项技术的流程：选取质量浓度是15%～20%的尾砂浆体，经过高浓度机一段时间后。进入圆盘真空过滤机进行二次脱水，获取含水量为20%的湿尾砂[3]，经由皮带运输机运送至卧式砂仓，充填时，经过振动放料机，均匀提供，用高速强有力搅拌机进行强化活性搅拌，制作好的高浓度尾砂料浆以流体形式充入采场。

全尾砂充填技术是该领域技术的革新，是具有极大创新改革的意义。第一，全尾砂含有许多微细颗粒，变得难以脱水，使充填体的硬度受到了影响，这些在生产活动中遇到的困难促进了该项技术的发展；其次，全尾砂的处理方式开辟了处理无废害开采新的方法，解决了充填材料不足的困难，减少环境污染问题。但是这个项目技术难度很大。

2 高浓度全尾砂充填工艺的简要流程

工艺流程是：全尾砂料浆输送到专门的储存装置中，通过先进的浓缩储存设备进行脱水然后存储于特制的设备中，等待使用的时候，再从设备的底部放出流到搅拌的地方，如果采取了过滤干燥技术的，那么就要经过给料设备运输至搅拌设备，在依据配比在搅拌器中添加水泥，在搅拌器中搅拌均匀后由管道输送到充填采场。

3 充填材料

因为我们国家对于可持续再生发展思想的统筹指导，也是因为对环境的重视，矿山充填材料的实际使用也渐渐推广开来，对新型材料的研究使用也变成了矿山充填技术的最前沿最重要的课题之一。目前，材料的来源还比较广泛，从原始的河砂、海砂等等逐步转向粉煤灰，尾砂等工业废料。当前，国内外使用充填法的矿山都是依照自己本身的条件选择材料，一般选择来源广，价格低，性质稳的原料或工业废物作为填充骨料。尾砂、风沙、废石、炉渣等等均可以做充填法使用较多的充填骨料。

4 充填料浆制作和运输技术的改进

充填浆料的制作是在安装在地面的充填制备站。制造的料浆通过运输管道输送到井下等待充填的地方实施作业。充填作业的流程一般要经过：充填物料存储和自动给料设备，搅拌设备，加压输送设备，充填料浆输送系统和充填制备站和管道运输的PLC控制体系构成。

4.1 充填材料储存设备和供料设备处

为了满足矿山能够连续性和均匀性进行充填工作的要求，储存设备中的存储容量需要保证2～3天的量，充填骨料一般存储于储料仓，有立式砂仓用于存储湿物料。有卧式砂仓，根据地形来建造，一般用来贮存干性物料。水泥仓则一般建于地面，容量在1.5～2天正常水泥用量。仓中的水泥通过罐装水泥车运送。

4.2 料浆制作搅拌装置

不同填充材料依据各自配比通过给料系统进入搅拌装置中，在搅拌装置中混合搅拌均匀。这里料浆需要搅拌得十分均匀，不然会降低充填材料的品质，降低料浆的输送效能，还有可能造成充填作业中的事故。我们国家一般使用搅拌桶。

4.3 充填料浆加压系统

充填倍数大的矿山传送压力不够大，则需要进行加压加泵输送。细石混凝土和膏体得运输可以采用液压双缸活塞式混凝土泵。现阶段我国的工业泵生产技术已经成熟，最大输送能力可以达到200m3/h[4]。

4.4 充填料浆运输管道的材质选择

充填料浆在经过搅拌桶的搅拌后，经过充填管道运送到井下的各个点。因为充填管道的输送量很大而且料浆中的骨料不均匀，所以，管道磨损通常都是很严重的。当前运输管道通常选用耐磨钢管材质和特殊材料的耐磨管道。

4.5 控制充填程序的系统

充填工艺对材料配比有及其严谨的条件要求，必须保证料浆配比是否均匀和稳定，保证充填体的高质量。做到充填体高质量也要对充填物料的给料进行严格的把控，以此确保整个充填过程的质量和稳定。充填需要涉及的计量单位包括：浓度计、液位计、流量计和料位计等等。充填流程中，通过PLC界面实现控制功能，首先把每个数值的计量做一个汇总，然后由中央控制系统进行全面的统筹控制。

5 高浓度全尾砂工艺的发展趋势

矿山高浓度全尾砂充填技术一个是可以满足井下充填作业的强度要求，能够实现把地面的尾砂回填到井下的作用，直接可以不用建造地面的尾砂库，消除了地面尾砂库堆放完成的安全隐患和对环境潜在的污染问题，还可以为矿山节省地面建造尾砂库的建设成本和维护成本。甚至于，充填料浆回填到井下过程中不需要脱水环节，没有完成对环境的污染问题。

全尾砂充填工艺的应用主要有三个工作内容：一个是，要把更多的磷矿的全尾砂回填到井下空间，这样就可以解决磷矿堆放库的建设和维护，不但可以解决降低矿山的运营成本的问题，又能够极大减少对磷矿区造成环境污染的程度。另一个是，提高充填料浆的浓度，就能够使充填料浆在后续作业中不需要再进行脱水的工序，在保证井下充填体质量的前提下，尽量用节约胶凝材料，可以有效降低采矿的成本。最后一个是，随着开采设备和系统的国产化程度越来越高，有效降低了充填作业、充填系统的建设投资和维护的成本。

我国高浓度全尾砂充填技术的是在经验技术的基础上发展的，先是要建设能够通过最高浓度自流运输的，还能够在井下开采的不需要脱水工序的高质量充填系统，这就要求科研工作者和劳动实践者能改革传统的技术经验，加强对填充技术的理论的研究。为了保证我国高浓度全尾砂充填技术的领先位置，应该从以下方面来展开工作：

5.1 全尾砂脱水装备和技术的研究

高浓度充填特别重视的是全尾砂的脱水。大部分是用带式过滤机、陶瓷过滤机还有过滤机对全尾砂做脱水工作。伴随着时间的开采，矿山的充填背书也逐渐变大。为了达到这种充填要求，深锥浓缩机等脱水设备孕育而生，全尾砂脱水工艺也有了很大突破。为了进一步实现全尾砂脱水工艺，我们还需要对深锥浓缩机做更深入的调查和研究。

5.2 活化搅拌和加压运送

在矿山充填倍数大，需要通过加泵加压来输送时，需要采用加压泵对高浓度充填料浆加压运输，必须把要求加压运输的充填料浆进行活化搅拌并且搅拌均匀，才能够达到最好的运输效果。为了达到充填料浆运输的标准，把加压泵安装在地面或者井下要加压的地方。这项技术在国外的发展较为成熟，但是国内该项技术的应用还有很多问题，可以在这些方面做一些改进。一是，要进一步对搅拌设备做研究，研发更加先进的搅拌活化装置，便于提升充填料浆的运送浓度。还能够使充填料浆在运送的管道中仍然具备极好的流动性能。二是，有改进适用于高浓度全尾砂加压运送的工业加压泵的需要。当代，我们国家的工业加压泵的设备更新很快，但仍然还需要进一步改善。三是，进一步探究能够实现高效、低耗的外部添加剂。

6 高浓度全尾砂充填采矿技术的研究还有很多内容

6.1 关于充填料浆的流动性的相关研究

现阶段国内外对于充填料浆的流动性的研究有很多，尽管它和高浓度全尾砂充填料浆的流动性相似，却在自己的设备和运送方式上有很大的不一样，不能直接照抄。充填料浆还会因为充填配比等等因素的不同产生很大的差别。由于受到不确定因素的干扰，在很长一段时间内都需要对磷矿全尾砂充填料浆的流动性做观察研究，来对应不同的充填倍数下的管道运送流动参数。

6.2 高效率全尾砂脱水设备与工艺的再研究

现有的磷矿的高效率全尾砂脱水主要使用的是滤布式压滤机，这道工序工作环境差，过滤成本高，设备容易故障，劳动强度大。所以，对磷矿的全尾砂脱水技术的深入研究及高效率脱水装备目的是使得该矿的成本降低。提升充填体系的稳定运行。

6.3 关于新型的低成本的胶凝材料的研发

矿山采矿是否可以大产量产出，其中很重要的因素是充填成本，这是一个目前国内外研究的热门课题。

7 结语

磷矿的开采对于我们国家农业生产和工业生产具有重要意义，在当代资源稀缺的年代，磷矿的有限开发利用也成为了重中之重。磷矿高效率全尾砂充填技术也成为了提升矿山开采效率、质量的重要工艺，成为了现阶段国内外重要的研究课题。文章也分析全尾砂充填技术的使用，国内外该技术的情况，提出在之后研究工作中的小小建议。磷矿的开采关乎国家的安全保护工程，只有自己掌握核心技术，才可以把行业和国家掌握在我们自己手中。而技术的进步还需要更多科技研究者呕心沥血的付出。新时期的经济发展要通过技术的进步实现经济的高效率和高收益，更好地实现产业的转型。