张庄矿超细尾砂脱水处理优化研究

杨梁宇 吴 红 王 琦 潘 猛 牛孝文

（安徽马钢张庄矿业有限责任公司）

矿产资源是我们生存与发展必不可少的基础资源，随着世界经济的迅速发展，一方面开采矿石品位降低，矿产资源日渐枯竭；另一方面环境污染日益严重，成为制约社会经济可持续发展的瓶颈。截止2019 年初，矿山尾矿累计总量达170 亿t 以上，其中金属尾矿超过90%［1-2］，尾矿处理成为制约矿山企业高质量发展的主要因素之一。因此，提高尾矿的综合利用率成为矿山企业需要解决的迫切问题。

张庄矿为低品位大型磁铁矿床［3］，采矿规模450 万t/a，选矿规模500 万t/a，采用无尾充填［4-5］外销生产模式。张庄矿选矿厂总尾浓度6.5%，-0.074 mm 含量68%，总尾经50 m 浓缩大井浓缩，形成浓度20%的总尾底流，3/4 尾砂用于井下充填，1/4 尾砂浓缩大井底流采用水力旋流器处理后，旋流器沉砂进入0.3 mm 直线筛［6］分级脱水工艺，筛上形成含水率19%的细粒级尾砂。旋流器溢流及直线筛筛下形成浓度18%，-0.074 mm 含量79%的超细尾砂。超细尾砂通过15 m 深锥浓密机形成浓度62%的超细尾砂，物料进入TT 系列特种陶瓷过滤机，最终形成含水率16%的超细尾砂产品外销［7］，外销主要用于新型墙体材料。该墙体材料具有强度较高、色泽均一等优点，对传统烧结砖有很强的取代作用，利废节能［8］，对矿山企业可持续发展提供了发展方向。

1 超细尾砂性质

1.1 超细尾砂化学多元素分析

超细尾砂由尾矿旋流器溢流部分与直线脱水筛筛下部分组成，其化学多元素及铁物相分析结果见表1、表2。

由表1、表2 可知，超细尾砂为酸性高硅尾矿，SiO2含量70.53%，其他主要组成为TFe、Al2O3、CaO、MgO；铁元素主要以硅酸铁为主，赤褐铁矿、碳酸铁、磁铁矿次之；磁铁矿含量0.86%，磁选工艺流程对磁性铁指标控制较好。

1.2 超细尾砂密度及粒级组成

超细尾砂密度为2.88 t/m3，超细尾砂粒级组成见表3。

由表3 可知，旋流器溢流-0.074 mm 含量100%，-0.045 mm 含量98.00%；脱水筛筛下-0.074 mm 含量50.13%，-0.045 mm 含量26.41%；超细尾砂-0.074mm 含量78.57%，-0.045 mm 含量66.18%。由于原矿开采品位降低，尾砂量增大，井下充填压力增大，同时超细尾砂不易回收利用，故针对超细尾砂进行了新工艺利用研究。尾砂生产工艺流程见图1。

2 浓密机应用优化研究

2.1 自然沉降

对超细尾砂矿浆进行自然沉降试验［9］，用量筒取1 L 矿浆静置0.5 h，观察不到明显的固液两相分离，上层浑浊，无上清液出现；随着时间的推移，在自然沉降3 h 后，固液两相出现分离，上层清澈，达到溢流水水质要求。自然沉降试验表明，通过自然沉降需较长时间才能达到溢流水水质要求，不符合生产要求，需采用絮凝沉降工艺。

2.2 pH值调整

试验采用量筒量取1 L 矿浆，加入絮凝剂后上下翻转数次，静置0.2 h，观察固液分离界面。试验组单纯添加絮凝剂固液分离界面不明显，上层较浑浊，对照组用石灰将弱酸性矿浆pH 值调为中性，再添加絮凝剂，固液分离界面明显，澄清液出现。继续加入石灰，pH 值调为碱性，再添加絮凝剂，固液分离界面明显。考虑实际生产设备和成本因素，做絮凝剂对比试验时，pH值均调为中性。

2.3 絮凝剂选择

絮凝剂对比试验选用SNF6000V、NF-625S、SNF-625V、A1530、NMS1838、XR1822 共6 种絮凝剂［10-11］。先将各种絮凝剂分别配制为0.1%的溶液，将各种絮凝剂按照8，10，12 g/t 的用量分别加入浓度为18%的原始超细尾砂矿浆中，试验结果见图2。

由图2 可见，在pH 值为中性的矿浆中添加适量絮凝剂后，超细尾砂的沉降效果得到明显改善；絮凝剂用量8 g/t时，NF-625S、SNF-625V 的絮凝沉降效果较好；当絮凝剂用量增加到10，12 g/t 时，XR1822、SNF-625V 的絮凝沉降效果较好；随着絮凝剂用量的增加，使用XR1822 超细尾砂的沉降速率变化明显，使用SNF-625V 超细尾砂的沉降速率增速大幅变缓，SNF-625V 用量10 g/t 的沉降效果与用量12 g/t 的沉降效果相差不大；虽然XR1822 的沉降效果更佳，但SNF-625V 絮凝剂来源广泛，价格便宜；考虑经济实用，确定选择SNF-625V，用量为10 g/t。

2.4 深锥浓密机的应用

张庄矿选矿厂现阶段处理矿石约1.8 万t/d，经前期3段抛尾工序后，总尾砂量产率约33.7%，总尾尾砂经50 m 大井浓缩池沉降后，总尾尾砂3/4进入井下采空区进行充填作业，1/4进入新工艺，经脱水作业后外销。1/4 的浓缩尾砂经尾矿旋流器分级后，沉砂再次经直线脱水筛，筛上中粒级尾砂产率2.1%，超细尾砂由旋流器溢流和直线脱水筛筛下组成，产率6.4%，因此，超细尾砂干量为1 152 t/d。由旋流器溢流和直线脱水筛筛下组成的超细尾砂浓度约18%，根据超细尾砂性质、产能与沉降浓密试验结果，最终确定投资新建15 m深锥浓密机厂房。

新工艺为通过新型高分子耐磨管道将浓度18%的超细尾砂原浆给入新建15 m 深锥浓密机。依据试验结果保持15 m 深锥浓密机耙架压力为160～165 kPa，可获得浓度约62%的超细尾砂底流，同时保证深锥溢流水中杂质含量低于200 mg/L，保证选厂环水水质要求，结果表明15 m 深锥浓密机可满足超细尾砂量的处理要求。新工艺流程见图3。

3 陶瓷过滤机的应用及优化

3.1 过滤脱水试验

试验用TT-96 型特种陶瓷过滤机面积6 m2，真空度-0.098 MPa，将15 m 深锥浓密机底流矿浆给入试验机，经陶瓷板过滤后滤饼含水率低于19%。在卸料时滤饼成块状落下，铲运较为方便，过滤后的水质符合循环用水要求，可循环利用。

3.2 陶瓷过滤机安装及改进

依据每日产能，设计完成3 台TT-96 型特种陶瓷过滤机安装，陶瓷过滤机正常工作转速1.2 r/min，真空度-0.098 MPa，超细尾砂外销产品台时量60 t/h，但产品含水率大于19%，水分过高对外销会产生一定影响，因此将产品含水率降至16%较为合适。因超细尾砂粒级细，对滤板清洗带来一定难度，且过滤水极易被污染，过滤机滤芯每0.5 h 需更换1 次。通过增加沉淀池等方式使过滤水水质提高，过滤水污染问题大幅缓解，滤芯更换频率由0.5 h 延长为3 h，保证了陶瓷过滤机的高效平稳运行。

通过生产现场调查发现，由于陶瓷过滤机过滤软管过长，陶瓷过滤机产生的负压容易将软管压扁而产生堵塞，造成过滤效果不佳；同时陶瓷过滤机滤板清洗不彻底，造成陶瓷过滤机带料效果不佳，造成陶瓷过滤机产品滤饼水分较大。为此，将陶瓷过滤机软管部分切割更换为特种不锈钢管，保证软管长度不超过0.4 m，可避免被产生的负压压扁，保证过滤中的负压稳定；同时进行了陶瓷过滤机清洗用硝酸用量对比试验，确定了更好的硝酸清洗剂添加制度，通过合理配比和延长清洗时间使过滤机清洗彻底，最终外销产品含水率降至16%。

3.3 新材料产线

为了进一步释放张庄矿选厂超细尾砂产能，满足张庄矿现场生产需求，成立了新材料产线。新材料产线通过对含水率16%超细尾砂的加工，最终形成新型墙体材料产品。生产现场根据深锥压力和新材料产线需求，不定时将62%浓度的超细尾砂通过高分子耐磨管将矿浆远距离输送至新材料产线。新产线的建立，彻底解决了深锥压力波动、外销拉运不及时等问题，保证了超细尾砂产线的高效稳定运行。

4 结 语

（1）张庄矿通过试验及现场优化，深锥浓密机和TT 系列特种陶瓷过滤机新工艺很好地应用于-0.074 mm 含量78.6%的酸性高硅超细尾砂中。通过TT 系列特种陶瓷过滤机生产的含水率16%的产品可作为生产新型墙体材料的原料外销，对矿山企业可持续发展提供了新方向。

（2）张庄矿属于大型无尾矿库新型矿山，随着原矿品位的降低，井下充填压力较大，随着超细尾砂脱水处理工艺的建立，为细尾矿综合处理提供了新思路，极大地缓解了采充压力，保障了生产的有序进行。新材料产线建立后，可根据需求灵活输料，为超细尾砂脱水处理新工艺稳定高效运行提供了保障。