第九章+尾矿浓缩与输送

第九章尾矿浓缩与输送管道水力输送不溶固体物是一种效率高，成本低，投资少，占地少无污染的运输形式。我国金属矿山选矿厂的尾矿一般都是采用管道水力输送至尾矿库。但上个世纪八十年代以前由于人们对尾矿处理不很重视，对尾矿输送技术研究较少，那时的尾矿输送浓度普遍都很低。1984年原冶金部黑色金属矿山情报网曾组织尾矿技术调查组对国内20个有代表性的铁矿选矿厂的尾矿输送系统进行过全面调查，各选矿厂尾矿输送浓度实际运行情况如表9-1。表9-120个选矿厂尾矿输送重量浓度选矿厂名称输送浓度（%）选矿厂名称输送浓度（%）南芬10酒钢12.1东鞍山18包钢14.2鞍钢烧结厂20石人沟10齐大山12.4符山12～16歪头山12.9凹山13.3大孤山16.3梅山15弓长岭11大冶10大石河15.4攀钢20水厂15.3铁坑7峨口22.2海南15由此表可知那时的尾矿输送浓度最低10%左右，最高仅为20%左右。大家都知道如果尾矿输送浓度为15%，则每输送1t干尾矿就需携带约5.7m3水，如此低的输送浓度几乎是用尾矿输送系统在输水，大大降低尾矿输送系统的效率，无为地消耗大量电能，增加矿石处理成本。分析其原因，主要有以下几个方面：（1）设计原因。上个世纪八十年代以前高浓度输送主要在国外用于精矿长距离管道水力输送。其设计参数主要采用被输送物料的试验参数。尾矿由于不创造价值，输送距离又比较近，所以尾矿输送的试验资料非常少，铁选厂尾矿输送只能参照一些低浓度计算方法进行设计。一般设计浓度都不超过25%。（2）生产能力原因。当时有些选矿厂实际生产能力能不达到选矿设计规模，造成尾矿输送系统能力偏大，尤其是输送管径偏大，不得不降低设计浓度，增加矿浆流量来保持管道流速达到输送临界流速，防止尾砂沉积堵塞管道。（3）浓缩、输送设备原因。尾矿浓缩、输送设备的落后也是造成尾矿低输送浓度输送的主要原因之一。尾矿浓缩是尾矿输送系统的关键环节，尾矿输送浓度主要取决于浓缩池底流浓度。从调查的20个选矿厂尾矿粒度（见表9-2）和尾矿浓缩池底流浓度（见表9-3）情况看，我国铁尾矿粒度是比较偏细的，大多数选矿厂目前使用的普通浓缩机及相应的浓缩池是建国初期的产品，从三十多年使用情况看，这种浓缩池对尾矿平均粒度较细的尾矿适应性和处理效果都不理想。限制了尾矿输送浓度提高。输送泵以衬胶泵为主，该种泵扬程低，效率低，耐磨性较差，叶轮磨损后泵的性能变化大，对输送浓度影响较大。随着改革开放的发展，市场经济使得人们越来越重视生产的经济效益。在国家节能政策的推动下，国内从事浆体输送的技术人员积极学习和研究高浓度管道水力输送技术，各冶金设计院结合选矿厂设计项目委托有关实验研究单位做了大量的尾矿浓缩和管道输送试验，为铁选厂尾矿管道高浓度输送奠定了基础。从上个世纪八十年代中期到九十年代中期，按照原冶金部提高尾矿输送浓度节能降耗的要求，大部分铁矿选矿厂都根据本厂实际情况对尾矿输送系统进行了改造，尾矿输送浓度普遍达到30%以上，节电节水效果显著，取得了较好的经济效益和社会效益。表9-220个选矿厂尾矿平均粒径与－200目含量选矿厂名称平均粒径（dpmm）-200目含量（%）南芬0.04478.9东鞍山0.030671.0鞍钢烧总厂0.0761.0齐大山0.07～0.0559.4歪头山0.11444.2大孤山0.04468.2弓长岭0.049864.0大石河0.18227.7水厂0.1655.0峨口0.093626.8酒钢0.11373.22包钢0.08855.75石人沟54.0符山57.17凹山0.075160.39梅山0.12226.03大冶0.04280.28攀钢0.14425.2铁坑0.06555.79海南0.04560.0表9-320个选矿厂尾矿浓缩池底流浓度选矿厂名称正常底流浓度（%）最高浓度（%）南芬11东鞍山鞍钢烧总28.1～25.65齐大山2533歪头山10～2025大孤山18.5～13.1弓长岭18.235大石河16.520水厂15.5峨口22.2酒钢15～17包钢14石人沟1014符山13～1621.3凹山14.5梅山13～15大冶20～2540攀钢2025铁坑12.3海南0.045第一节尾矿浓缩与高浓度输送系统一、尾矿浓缩尾矿高浓度输送浓缩是龙头。铁矿选矿工艺最终排出主厂房的综合尾矿浓度一般为6%～9%。浓度很低，除小型选矿厂外，中大型选矿厂都宜设浓缩池。1.浓缩池主要控制参数（1）溢流水质。铁矿山选矿厂的尾矿浓缩池溢流水中一般主要是无机固体悬浮物，根据环保要求，按国家《污水综合排放标准》悬浮物（ss）必须≤300mg/L。如果原矿中含有溶于水的有害有毒元素或含有浮选药剂，对多余的及事故时的排水要另行处理，达到小于等于《污水综合排放标准》第一类、第二类污染物最高允许排放浓度后方可排放。（2）底流排出浓度。浓缩池底流矿浆浓度是决定尾矿输送浓度的关键参数。可根据浓缩试验和参照尾矿特性相近的选矿厂浓缩池实际运行参数确定。（3）浓缩机运行电流：浓缩池在运行时除定时观察其溢流水质和底流流量外，还应经常查看浓缩机运行电流，或利用浓缩机运行电流设过载报警。如运行电流发生较大的异常变化，应注意判断浓缩机是否将发生故障及及时采取处理措施。2.浓缩池的特点一般的浓缩池只是用来脱水提高浆体浓度的。尾矿浓缩池则不尽相同，它具有两个功能，池子的上半部用于沉淀水中的固体颗粒，澄清溢流水，使水质合格溢流水能回收使用或直接排放，具有水处理中沉淀池的作用。池子底半部的用于是压缩脱水，使矿浆提高到设定的浓度，供尾矿管道进行输送，具有制浆作用。将沉淀澄清池和浓缩池合并在一个池中，就使得尾矿浓缩池的处理机理变得复杂，造成浓缩池底流浓度对其池溢流水质可产生直接影响。因此要合理地选择高浓度尾矿浓缩池的规格和设置方式，尽可能通过动态沉降浓缩试验进行确定。3.浓缩池设置方式浓缩池设置方式有：一段自然沉淀浓缩，二段串连自然沉淀浓缩，絮凝沉淀浓缩，自然沉淀浓缩--溢流水絮凝澄清，自然沉淀浓缩—水力旋流器等设置方式。(1)一段自然沉淀浓缩方式一般用于-400目粒径的尾矿颗粒含量较少，浓缩池底流浓度要求较低的尾矿浓缩。是以前大多数选矿厂普遍使用的，大家常见的那种由主厂房排出的尾矿直接给入1座或几座并联的浓缩池，不加任何絮凝剂的浓缩方式。(2)二段串连自然沉淀浓缩方式，一般用于一段浓缩池自然沉淀其底流浓度很难达到30%时，为实现高浓度输送，可将一段浓缩池底流矿浆再至次进行浓缩。一段浓缩池主要保证溢流水质，二段浓缩池主要保证底流排矿浓度。(3)絮凝沉淀浓缩方式，主要用于大部分尾矿颗粒较细或很细，需要很大的沉淀面积，或自然浓缩底流浓度很难压缩到设计要求的浓度时，通过浓缩池内投加聚丙烯酰胺或是碱式氯化铝等絮凝剂，使微小颗粒、胶粒吸附粘结，形成较大絮粒，增大颗粒沉降速度和提高底流浓度。是选矿厂普通浓缩池改造提高尾矿浓度有效手段之一。(4)自然沉淀浓缩--溢流水絮凝澄清方式,往往用于氧化矿选矿厂，有于有的选矿工艺排出的尾矿浓度特别低，需要浓缩池自然沉淀面积很大，尾矿浓缩部分投资很高时，可采用在保证浓缩池底流排矿浓度前提下，控制浓缩池溢流水悬浮物含量不大于1000mg/L，然后再采用机械加速澄清池对浓缩池溢流水进一步处理，使之水质达标回收使用或直接排放。中大型磁铁矿也可采用该浓缩方式。(5)自然沉淀浓缩—水力旋流器方式。4.高效尾矿浓缩池为了适应尾矿高浓度输送要求，近些年来一些设计研究院和设备厂对尾矿浓缩池改造作了大量研究工作，设计、研制了几种新型尾矿浓缩池，不同程度地提高了尾矿浓缩池的沉淀浓缩效率。如斜板浓缩池，深型浓缩池，加药絮凝沉淀浓缩池，中心深部缓冲给矿浓缩池等。中心深部缓冲给矿浓缩池根据沉淀池、澄清池和浓缩池等水处理构筑物的处理机理，进水和出水形式，结合尾矿的密度、粒度以及给矿浓度、排矿浓度、溢流水水质等特性，开发设计的一种既能自然沉淀浓缩又可加药絮凝浓缩的新型矿浆浓缩池。它的基本池型见图1。主要特点如下：（1）采用大直径池中空心支柱做为稳流沉淀室，主厂房排出的尾矿浆可经池中心稳流沉淀室从浓缩池中心下部平稳均匀地给入浓缩池。作为自然沉淀浓缩池时，池中心稳流沉淀室起一次沉淀和稳流作用。在空心支柱内粗颗粒尾矿首先沉淀在池中心底部，加速了浓缩时间，提高了底流浓度，有利于底流排浆，并减小了浓缩机耙架负荷使浓缩机运行节能可靠。池中支柱直径加大，减小了进矿流速，减少了对池内沉淀区紊动，有利于提高沉淀效率。矿浆由浓缩池中心下部平稳均匀地给入池内沉淀与浓缩过渡层，该层沉淀浓度较高，可增加颗粒间碰撞机会，有利于颗粒相互吸附携带沉降。（2）采用漏斗形底流排矿口，排矿均匀无死角，排矿浓度稳定不宜堵塞。漏斗形底部设有水力搅拌给水管，可用于调节底流浓度，搅拌可能沉积在漏斗形底部的较大颗粒。（3）溢流水采用池壁多管淹没出水，出水均匀，受风吹影响小，池内沉淀浑液面比较稳定，可保证设计出水水质。（4）作为加药絮凝沉淀浓缩池时，该池除具有以上特点外，池中心稳流沉淀室则起絮凝沉淀混合反应室的作用，增加絮凝沉淀效果。5.尾矿浓缩池的一些具体要求（1）尾矿浓缩池设置数量应根据选矿厂生产规模、选矿系列数、建设分期等条件确定，不设备用。大型矿山选矿厂宜选用大直径浓缩池，数量不宜少于2座。（2）尾矿浓缩池宜选用周边齿条传动浓缩机。（3）尾矿浓缩池给矿槽架上应设便于检修的人行通道，其宽度不应小于0.5m。给矿口前应设置拦污格栅，栅条净距宜采用15～20mm。输送采用往复泵时，尾矿浓缩池给矿口前应设除渣筛，筛孔小于4mm。（4）尾矿浓缩池底部排矿口管一般设2根，1根工作，1根备用。每根管应设置双阀，2阀门间应连接冲洗水管。（5）尾矿浓缩池底部通廊的净空高度不宜低于2m，人行道宽度不宜小于0.7m，通廊内宜设排水边沟，地坪的纵、横方向应有不小于0.01的坡度。通廊内应设安全照明。通廊较长自然通风无法满足要求是应设机械通风。二、尾矿高浓度输送系统1．尾矿高浓度输送系统配置尾矿高浓度输送系统没有一个固定的模式，一般可根据尾矿输送距离、输送高差，输送主泵选型和浓缩池数量及布置情况确定。长见的输送系统配置有以下几种：（1）浓缩池-分砂泵站-矿浆池-总砂泵站（2段以上直接串联）-尾矿输送管。该种输送系统配置形式适用于大型和特大型选矿厂，尾矿量大，浓缩池多，输送采用离心渣浆泵的尾矿高浓度输送系统。（2）除渣筛-浓缩池-分砂泵站-搅拌槽-总砂泵站（一段）-尾矿输送管。该种输送系统配置形式适用于大型选矿厂，尾矿量较大，浓缩池多，输送采用往复泵的尾矿高浓度输送系统。（3）浓缩池-砂泵站（2段以上串联）-尾矿输送管。该种输送系统配置形式适用于中型和大型选矿厂，尾矿量较大，浓缩池不超过2座，输送采用离心渣浆泵的尾矿高浓度输送系统。（4）除渣筛-浓缩池-总砂泵站（地下、一段）-尾矿输送管。该种输送系统配置形式适用于中型和大型选矿厂，尾矿量较大，浓缩池不超过2座，输送采用往复泵的尾矿高浓度输送系统。2．尾矿输送浓度尾矿高浓度输主要是相对过去10%～20%尾矿输送浓度而言。由于管道水力输送的物料不同，各种物料的粒度、密度和粘度都不相同，它们在某一浓度和流速时浆体水力特性也不相同。到目前为止，确定输送浓度达到多高为高浓度，还没有一个比较权威的明确的界定。根据资料介绍，目前管道水力输送煤浓度为50%左右，石灰石浓度为65%左右，铜精矿浓度为55%左右，铁精矿浓度为60%左右。这些物料的输送浓度都是通过大量的试验研究确定的。由于尾矿与上述几种物料的特性不同，而且各选矿厂尾矿的特性也不相同，浓缩池设置条件、尾矿输送距离和高差都不相同，因此，尾矿输送浓度应根据尾矿浓缩、输送试验或尾矿特性相近的浓缩池运行参数，经多浓度方案比较确定既技术可行又经济合理的浓度。从国内目前各选矿厂尾矿浓缩输送浓度和输送设备技术水平来看，尾矿输送浓度达到35～45%较合适。3．尾矿输送管的临界流速和水力坡降尾矿输送管的临界流速（临界管径）和水力坡降（摩阻损失）可根据计算或经验数据确定。但对输送距离较远，地形较复杂，要求输送浓度较高的尾矿输送管的临界流速和水力坡降