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《低品位铁矿无尾排放综合技术》山东科技大学吕宪俊山东科技大学内容提要第一部分立项背景第二部分实验室试验研究第三部分无尾排放工业试验第四部分主要结论山东科技大学第一部分立项背景1立项背景2技术路线及关键技术3研究内容山东科技大学1立项背景1.1尾矿排放现状尾矿是是各类矿石经破碎、磨矿、分选，提取有用成分后丢弃的细粒固体废弃物。粒度细、含水量高、利用难度大，目前以尾矿库堆存为主。我国以低品位矿石为主的资源特点，不可避免地产生大量尾矿。全国尾矿堆存占用和污染土地达到1300多万亩。每年新增各类尾矿排放量约15亿吨以上，每年需要新增占地3万亩以上。许多地区尾矿排放已达到生态容纳极限，面临无处可排的局面（潍坊、淄博、招远、苍山）。项目所在地山东昌邑郑家坡铁矿不允许尾矿外排。山东科技大学1立项背景1.2尾矿排放的污染和安全危害尾矿中重金属离子等有害成分的渗滤难以治理，干基尾矿风沙扬尘污染周边土地及环境。尾矿的大量在地表堆存存在巨大安全隐患。尾矿在建材等领域具有潜在的利用价值，大量排放造成了巨大的资源浪费。加快尾矿的综合利用、实现无废排放，是矿山行业的迫切要求，也是保障矿山安全、发展循环经济的战略要求。2008年9月8日山西省襄汾县新塔矿业公司尾矿库发生溃坝事故，造成277人死亡。山东科技大学1立项背景1.3铁矿行业及郑家坡铁矿的现实需求低品位铁矿是我国主要的铁矿类型（平均原矿品位30-33%），普遍存在着尾矿排放量大、占地面积大、环境和安全问题突出等共性难题。五矿矿业昌邑郑家坡铁矿属于典型低品位细粒嵌布磁铁矿矿石，原矿品位仅为22%左右，选比达到4以上，废石和尾矿约占原矿的75%。按照传统的生产方式，必须投资建设尾矿库。然而，郑家坡铁矿周边均为农田，国家和地方相关政策不允许建设尾矿库。因此，按照传统的生产方式已难以为继，必须通过技术创新实现无废排放。山东科技大学2技术路线及关键技术2.1技术路线“强化预选、粗粒利用、细粒充填”2.2关键技术粗粒废石的充分分离并达到相关应用要求。粗粒尾矿的有效分离和充分利用，并保证采充平衡。低浓度微细粒砂仓溢流的高效浓缩和井下充填利用（原来必须排放到沼泽地改造的临时尾矿库中）。山东科技大学3研究内容3.1实验室研究粉矿预选工艺及设备研究粗粒尾矿分离及利用技术研究低浓度微细粒砂仓溢流高效浓缩技术研究3.2工业生产流程改造及工业试验粉矿干式预选系统改造及工业试验粗粒尾矿分级浓缩系统改造及工业试验砂仓溢流高效浓缩和充填系统改造及工业试验山东科技大学第二部分实验室试验研究1粉矿预选试验研究2旋流器分级浓缩试验研究3砂仓溢流浓缩试验研究山东科技大学1粉矿预选试验研究1.1磁滑轮干式预选试验Φ300磁滑轮（0.4T），皮带速度为1m/s，料层厚度为30mm。在较粗粒度下可以分离17%左右的粗粒合格废石。干式预选抛废率并没有随着粒度的降低而升高。磁滑轮干式预选试验结果粒度产品产率,%品位,%回收率,%-17mm（原始粒度）精矿83.0528.4696.67尾矿16.954.803.33合计100.0024.45100.00-12mm精矿82.4728.6196.59尾矿17.534.753.41合计100.0024.43100.00-6mm精矿84.8827.9697.10尾矿15.124.682.90合计100.0024.44100.00-3mm精矿86.6927.4797.48尾矿13.314.622.52合计100.0024.43100.00山东科技大学1粉矿预选试验研究1.2粉矿干选机预选试验Φ400mm×600mm干选机，0.4T、-17mm。与磁滑轮相比，干选机抛弃的尾矿产率提高了4.50%，能够获得更好的抛废率。物料分散的均匀性更好，分选料层更薄。但需要配置布料装置，占用空间较大，现场改造不及磁滑轮方便。粉矿干选机试验结果产品产率,%品位,%回收率,%精矿78.5629.6795.09尾矿21.445.614.91原矿100.0024.51100.00山东科技大学1粉矿预选试验研究1.3磁滑轮预选优化试验1.带速的影响在料层厚度为30mm的条件下，控制带速。带速增加有利于提高抛废率，增强难选细颗粒废石的分离。磁滑轮预选带速的影响试验带速，m/s产品产率，%品位，%回收率，%0.6精矿90.1026.6398.29尾矿9.904.211.71原矿100.0024.41100.000.8精矿85.0227.9397.20尾矿14.984.562.80原矿100.0024.43100.001.0精矿83.0528.4696.67尾矿16.954.803.33原矿100.0024.45100.001.2精矿81.2028.9696.21尾矿18.804.923.79原矿100.0024.44100.001.4精矿79.8929.3595.87尾矿20.115.034.13原矿100.0024.46100.00山东科技大学1粉矿预选试验研究2.料层厚度条件试验带速1m/s，控制料层厚度。料层厚度薄，脉石不易被包裹，干式预选的效果越好。磁滑轮干式预选应采用薄料层分选。磁滑轮配置简单，可以通过控制工艺参数保证较好的抛废率。磁滑轮预选料层厚度影响试验料层厚度，mm产品产率，%品位，%回收率，%20精矿80.9829.0396.08尾矿19.025.053.92原矿100.0024.47100.0030精矿83.0528.4696.67尾矿16.954.803.33原矿100.0024.45100.0040精矿84.6828.0797.25尾矿15.324.382.75原矿100.0024.44100.00山东科技大学1粉矿预选试验研究1.4湿式预选试验CTSΦ400mm×600mm顺流型永磁筒式磁选机，0.3T，不同粒度。粒度降低有利于提高湿式预选效率。湿式预选工艺对细粒脉石矿物的脱除更为有效。-17mm粉矿湿式预选，可抛废35.20%。而且随着粒度降低，抛废率有所提高。说明粉矿中存在大量能够丢弃的废石，应结合现场条件开展粉矿预选改造。湿式预选试验结果破碎粒度产品产率,%品位,%回收率,%-17mm精矿64.8034.1090.38尾矿35.206.689.62合计100.0024.45100.00-12mm精矿63.1534.8189.99尾矿36.856.6410.01合计100.0024.43100.00-6mm精矿62.2835.2089.69尾矿37.726.6810.31合计100.0024.44100.00-3mm精矿60.3536.2189.45尾矿39.656.5010.55合计100.0024.43100.00山东科技大学2旋流器分级浓缩试验研究2.1长锥形旋流器分离试验1.试验结果探索从磁选尾矿中回收和利用粗粒尾矿的可能性。Φ125mm长锥形旋流器，一段磁选尾矿给矿浓度12%。沉砂口直径、给矿压力对底流产率和底流浓度影响显著，作业指标可调。采用Φ125长锥形旋流器，底流产率可达到65%以上、浓度52-72%。长锥形旋流器分级浓缩试验结果压力,MPa沉砂口直径,mm底流溢流浓度,%产率,%浓度,%产率,%0.201572.8576.293.3123.712072.4878.152.9721.852554.0380.102.8719.900.151572.2368.374.4531.632071.9875.053.8024.952553.1179.973.4420.030.101566.3065.665.8434.342055.0073.814.0026.192552.5679.413.5920.59山东科技大学2旋流器分级浓缩试验研究2.旋流器底流（粗粒尾矿）粒度组成+100目含量22.60%，细粒级偏高，不利于后续作为建设用砂综合利用。采用旋流器能够预先分离浓缩大量较粗粒尾矿。然而，就本项目而言，尾矿分离的数量还要考虑采充平衡的要求和便于尾矿大宗利用的要求。旋流器底流筛析试验结果粒级,目产率,%筛上累计,%筛下累计,%+10022.6022.60100.00-100+20037.3059.8977.40-200+32526.8986.7940.11-325+4003.9690.7513.21-4009.25100.009.25合计100.00--山东科技大学2旋流器分级浓缩试验研究2.2短锥形旋流器分级浓缩试验1.试验结果为了控制底流产率和粒度，采用20°大锥角短锥形旋流器，较小的给矿压力和沉砂口直径。短锥形旋流器在适当工艺条件下，底流产率可明显降低。旋流器的作业指标可通过选择适宜的结构形式和工艺参数而灵活调整。压力MPa沉砂口mm底流溢流产率,%浓度,%产率,%浓度,%0.101019.3071.0880.7010.011220.2069.8279.809.921521.2565.9778.759.830.081018.7870.0881.2210.071219.4368.4280.5710.011522.0363.9777.979.760.061017.5568.0882.4510.211218.3766.8281.6310.131519.2462.9780.7610.06短锥形旋流器分级浓缩试验结果山东科技大学2旋流器分级浓缩试验研究2.短锥形旋流器底流粒度组成0.08MPa和沉砂口12mm条件下的分级浓缩产品进行了粒度分析。在大锥角、小直径沉砂口和低压力条件下，底流粒度明显变粗。+100目含量达到89.25%，为后续利用创造了条件。底流粒度组成能够通过选择旋流器结构形式和控制作业参数进行控制。粒级,目产率,%筛上累计,%筛下累计,%+10089.2589.25100.00-100+2008.4697.7110.75-2002.29100.002.29合计100.00--短锥形旋流器底流筛析结果山东科技大学3砂仓溢流浓缩试验研究3.1砂仓溢流粒度组成分析郑家坡铁矿充填系统采用4台Φ10×8m砂仓进行尾矿自然沉降浓缩，存在着微细粒溢流难以澄清，溢流水无法利用的问题。主要以-600目细泥为主，自然沉降效率低。粒级,目产率,%筛上累计,%筛下累计,%+3251.401.40100.00-325+40010.4111.8198.60-400+6005.2917.1088.19-60082.90100.0082.90合计100.00--砂仓溢流筛分试验结果山东科技大学3砂仓溢流浓缩试验研究3.2砂仓溢流沉降试验1.自然沉降初始浓度为9%。砂仓溢流的沉降速度较慢，而且澄清层浑浊。2.絮凝沉降试验聚丙烯酰胺为絮凝剂。絮凝沉降可以实现砂仓溢流的快速沉降浓缩，并获得澄清溢流水。自然沉降速度测定结果产品絮凝剂用量g/t沉降速度cm/min压缩区浓度%澄清层悬浮物含量，mg/L砂仓溢流201.2038.89100502.1337.281001003.6135.01100产品沉降速度cm/min压缩区浓度%澄清层悬浮物含量,mg/L砂仓溢流0.2536.79751絮凝沉降速度测定结果山东科技大学第三部分无尾排放工业试验1选矿厂现行流程生产指标2粉矿预选改造及工业试验3粗粒尾矿分离改造及工业试验4砂仓溢流浓缩充填系统改造及工业试验5改造后流程生产指标山东科技大学1选矿厂现行流程生产指标原矿处理能力70万吨/年。已采用大块预选和尾矿充填分别利用废石10.68万吨/年和尾矿25.30万吨/年。为实现无尾排放，年剩余尾矿16.37万吨需要利用。山东科技大学2粉矿预选改造及工业试验2.1改造方案湿法预选的效果好，但选厂内没有改造空间。而干选机配置较复杂、占用空间大，现有场地难以实施。最终采用磁滑轮进行了干式预选改造。将现有筛下粉矿输送皮带首轮改为CTDG1010型磁滑轮，增加一条废石转运皮带。为了提高