立式砂倉全尾砂高濃度放砂技術研究

邢加勇

（銅陵有色鳳凰山礦業(yè)公司　安徽銅陵　244000）

立式砂倉全尾砂高濃度放砂技術研究

邢加勇

（銅陵有色鳳凰山礦業(yè)公司安徽銅陵244000）

立式砂倉是礦山充填采礦工藝中的一個關鍵部分，砂倉底部排出尾砂濃度的高低通常是衡量工藝好壞的一個十分重要的參數(shù)。通常在研制砂倉過程中，一直沒有非常有效的理論作為指導，運用最多的是二種立式砂倉即大高徑比的立式砂倉，另一種砂倉為高徑等比的砂倉，由于大高徑比的砂倉投資較大，我國現(xiàn)階段采用較多的是等高徑比的立式砂倉居多，而該類砂倉雖然投資較低，但放砂濃度也較低，且基本上實行的是間歇式充填，充填能力難于提高，因此對等高徑比砂倉放砂技術的研究有著極其重要的意義。

等高徑比；孔隙壓力；“零米”放砂；濃縮；間歇式

1　制備料漿濃度與尾砂性能的關系

尾礦濃度是受尾礦特性所決定的，如尾礦比重、粒徑、細度、礦物成分、孔隙率、分子間孔隙壓力、粘性、稠度、濃縮時間等。尾礦漿體是由很多固體顆粒組成，部分固體顆粒彼此接觸，其中的間隙充滿或充有水。大量的試驗和充填實踐證明，相同性能的尾礦在一定條件下，單位時間內尾礦的濃度又受尾礦沉降與濃縮時間，孔隙壓力等因素所制約，正是基于這一點，做好全尾礦性能的研究，是全面的做好等高徑比全尾砂高濃度制備技術的基石。

2　全尾砂與分級尾砂的特性差異

全尾砂和分級尾砂的特性是有所差異的，這一點己被大量的試驗和實踐所證明，在制備高濃度上，對于兩者之間的差異我們大概可以這樣表述，全尾砂在連續(xù)制備過程中，更易實現(xiàn)高濃度，其原因是：在沉降及濃縮過程中，全尾砂自身的密實性，對上部水體有較大的阻礙作用，形面隔離層。在一定程度由于全尾砂的密實性和細粒級尾礦的增加，尾礦的粘性增大，從而切斷了與上面水體的聯(lián)系，特別對于尾砂粘性較大的高硫尾礦在砂倉中更是如此，在一定程度上保證了高濃度持續(xù)放砂，分級尾砂在砂倉中易沉降和板結，在造漿過程中一方面因粒徑較粗，難以活化，另一方面，在活化造漿過程中，需用大量的水進行流態(tài)化，破壞了砂倉內料漿濃度的平衡，導致大量水體涌入放砂壓縮層，使?jié)舛却蠓认陆怠?/p>

3　等高徑比砂倉制備高濃度技術研究

高濃度尾砂具有固體兼液體的特性，對于復雜混合流體，如果總試圖用牛頓流體的類似方法通過確定某種特定狀態(tài)下流體的粘度來描述流體的流變性能，就容易在理論上和實踐上造成一些誤解或困難。這里我們引進一個流體力學模型：對于放砂規(guī)律的掌握大有幫助：

式中：τ-管壁切應力（Pa）；τo-初始剪切應力（Pa）；ηs-粘性系數(shù)（Pa·s）；u-孔隙壓力（Pa）；φ-內摩擦角（°）；σ-總法向應力（Pa）。

如果固體顆粒較大，流體中液體的滲透性很好，則在一定的外部條件下，式中孔隙壓力u基本一定；如果固體顆粒很小，混合體的滲透性比較差，則式中孔隙壓力u為時間的函數(shù)。流變學行為變化緩慢的流體廣義看作非穩(wěn)定流體。如果將這樣的流體當作賓漢體，則不利于對問題進行客觀有效的分析，有時還可能起到誤導作用。充填料漿的輸送是一個比較復雜的問題，僅用賓漢流體模型來分析對待是不夠的，而方程式中孔隙壓力的引入有望提高分析和計算的精度，從而提高砂倉放砂性能和改善充填管道輸送情況。有了上述方程式，我們對于等高徑比砂倉全尾砂連續(xù)放砂過程中的一系列問題就易于解釋。

一般為提高放砂濃度都將立式砂倉建的很高（20多米高），較高的立式砂倉盡管可以提高放砂濃度，但是在放砂過程中也有不利的一面，即立式砂倉底部沉淀尾砂的濃度較高時，尾砂將難以順利放出，這是由于尾礦顆粒間孔隙壓力的消失造成的，通常不得不在砂倉底部注入水或氣體來加強沉淀尾砂的流動性，但是水或氣體的加入會帶來一定的副作用，而且隨著人們對放砂濃度越來越高的要求，這種傳統(tǒng)的方法越來越力不從心。

等比立式砂倉一般高10m（錐體部分體積不計），砂倉直徑10m，錐體部分角度一般在30℃，為保證放砂濃度，砂位一般在6m以上（錐體部分體積不計），經過12h左右的濃縮時間，濾去上面的溢流水，再進行放砂，一般砂倉有效容積在70%，生產過程中我們注意到，在單孔放砂的等高徑比立式砂倉放砂過程中，圍繞放砂孔1.5m范圍內的濃縮料漿的中央流速最快形成一個放砂漏斗，在砂位較高時，因等比砂倉直徑較大，易形成放砂“死角”，加之尾砂的結塊性，四周的尾砂己經固結成一個整體，所放尾砂或是中央沉降濃縮的低濃度尾砂，或是己板結的塊狀尾砂在風水造漿外力作用下，倒塌，將放砂口堵塞，發(fā)生斷流現(xiàn)象。因此，要做好等高徑比砂倉全尾砂高濃度料漿的連續(xù)排放就必須所制備的料漿具有孔隙壓力的存在，同時由于等高徑比砂倉高度不夠，要想放出高濃度的尾砂就必須做好砂倉內的尾礦均化，必須采用控壓助流技術。

4　“零米”放砂技術的研究與實踐

金屬礦山制備料漿時在砂倉內當漿體剛開始沉淀濃縮時，到達一定濃度的地方，由于顆粒間的液體不能及時地滲流出，在一定的時間內，孔隙壓力是存在的，在試驗中也觀察到了孔隙壓力存在的現(xiàn)象，當沉淀的尾砂存放時間較長后孔隙壓力逐漸消失，這時將顆粒分離開來，就需要克服較大的摩擦力，甚至會產生負的空隙壓力，這時顆粒間的臨界摩擦力即方程中的（σ-υ）tanφ項比較大，這些特性對于全尾砂來說較分級尾砂更加明顯。所以在立式砂倉生產實踐中新鮮的尾砂要較陳砂容易放出。同時這也是全尾砂連續(xù)排放的關鍵，同時正是由于全尾砂粘度的增加，特別是粗粒級全尾砂由于粒經的變化，孔隙率降低，為全尾砂濃度的提高和放砂的連續(xù)性提供了保障，實際上，方程后一部分由于粘性產生的力不僅是液體部分的粘性而產生的，固體顆粒也會對之產生很大的影響。關于混合體的粘度，愛因斯坦、托馬斯都進行過相當有成就的研究，從其的結論中可以大致得出這樣一個啟示，一定的混合體的粘度是固體體積濃度的函數(shù)，是有極值的?！傲忝住狈派凹夹g也就是在此基礎上產生的。即當尾砂達到似膏體濃度時，尾礦自身的粘性阻礙了上部水體進入放砂濃縮層的水力聯(lián)系，并保證砂位的相對恒定，一般砂位在2m左右就可實現(xiàn)似膏體連續(xù)放砂，由于等高徑比砂倉的砂位受到限制，通過砂位來保證濃度受到限制，這時有必要通過對周邊的料漿進行均化，用“隱形“活化保證放砂濃度，換句話說，在一定條件下，充填能力與砂倉容積無關，這一點目前的冬瓜山銅礦和河北鋼鐵公司的石人溝鐵礦、祟禮紫金礦業(yè)公司走出了一條新路。

5　結論

（1）通過等高徑比立式砂倉的生產實踐表明，在一定條件下，砂倉的放砂濃度與砂位“無關”。

（2）在一定條件下，即一定砂位環(huán)境中放砂濃度與砂倉的幾何形狀無關，也就是說在同一高度和濃縮條件下，其濃度是相同的，這一點對于深錐立式砂倉或是深錐濃密機可以提高尾礦制備濃度可進一步探討。

（3）在一定條件下，充填能力與砂倉容積無關。

（4）任何形式的造漿均為一種助流或是流態(tài)化的方法，與提高濃度無關，尾砂料漿濃度是由自身物理化學性質所決定的，造漿噴嘴只是一個助流的小設施。

（5）具有一定比例的細粒級和粘性的尾礦對于保證尾礦濃度有一定的益處。

[1]一種新型助凝劑在某礦尾礦絮凝沉降中的應用.金屬礦山（CN34-1005/ TD）.

[2]立式砂倉噴咀活化全尾砂高濃度連續(xù)充填試驗.金屬礦山（CN34-1005/ TD）.

[3]冬瓜山銅礦極細粒級全尾砂高濃度連續(xù)放砂實踐.有色金屬（CN11-1839/TF），2008（5）.

[4]冬瓜山銅礦全尾砂快速沉降與高濃度輸送的實現(xiàn).中國礦山工程（CN11-5068/TF），2008，37（4）.

TD853.34

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1673-0038（2015）38-0265-02

2015-9-2