細(xì)黏粒濕排尾礦庫(kù)實(shí)施干排工藝探析

曾憲坤

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

細(xì)粒尾礦并無嚴(yán)格定義，對(duì)細(xì)粒尾礦庫(kù)的定義來自于生產(chǎn)實(shí)踐。 業(yè)內(nèi)常把顆粒粒徑>0.075 mm 的質(zhì)量占土?？傎|(zhì)量的50%以下，排放到尾礦庫(kù)堆積尾礦壩的尾礦為細(xì)粒尾礦[1]。 有研究顯示，尾礦中<0.02 mm 的細(xì)粉粒組、黏土粒組和膠體粒組只能在靜水條件下沉積。這種沉積尾礦密度小、占用庫(kù)容大、固結(jié)慢、強(qiáng)度低，對(duì)于尾礦庫(kù)的安全運(yùn)行極為不利[2]。 因此，細(xì)黏粒濕排尾礦庫(kù)往往存在更大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

尾礦干排是通過一定工藝將尾礦實(shí)現(xiàn)干料和水的最大化分離，干料可運(yùn)輸至尾礦堆場(chǎng)儲(chǔ)存，水則可以回選廠利用[3]。 干排工藝能大幅減少尾礦輸送量，有效提高回水利用率，在同等條件下能有效延長(zhǎng)尾礦庫(kù)的使用年限[4]。 與傳統(tǒng)的尾礦濕排工藝相比，尾礦干堆在安全性方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[5]。經(jīng)過多年的探索和發(fā)展，國(guó)內(nèi)礦山尾礦庫(kù)干排工藝得到發(fā)展，并逐漸成熟，可大大降低尾礦庫(kù)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

出于安全、環(huán)保的雙重壓力下，近幾年一些礦山開始著手對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行濕排改干排工藝的改造，但企業(yè)及設(shè)計(jì)人員對(duì)于細(xì)黏粒濕排尾礦庫(kù)能否成功實(shí)現(xiàn)濕排工藝轉(zhuǎn)干排工藝的轉(zhuǎn)換并無十足把握，特別是對(duì)初期如何在濕排的尾礦面上實(shí)現(xiàn)干排機(jī)械作業(yè)、后期的排礦工藝如何實(shí)施、實(shí)施干排后是否影響調(diào)洪等方面存在疑慮。本文擬通過某案例的實(shí)施，對(duì)在細(xì)黏粒濕排尾礦面實(shí)施干排工藝的情況進(jìn)行探討。

1 項(xiàng)目概況

某金礦位于貴州省黔西南州，屬于南方多雨地區(qū)。 該礦選礦設(shè)計(jì)能力為年處理礦石量120×104t，浮選尾礦庫(kù)自2007 年建成以來一直采用濕排工藝向庫(kù)內(nèi)排放尾礦，排庫(kù)尾礦的礦漿質(zhì)量濃度為30%~35%。

該庫(kù)采用一次性建壩、分期實(shí)施的方式獲得庫(kù)容貯存尾礦。 前期為了提高尾礦壩上游邊坡的穩(wěn)定性和壩體的防滲性能，在壩體上游面排入尾礦；后期為了提高庫(kù)容利用系數(shù)，尾礦也從庫(kù)后及周邊排放，尾礦水在西側(cè)支溝澄清。 由于環(huán)保要求庫(kù)內(nèi)澄清水不得向外排放，因此尾礦庫(kù)投入運(yùn)行以來，庫(kù)內(nèi)水位始終保持較高的狀態(tài)，基本難于形成干灘。 截至2015年礦方?jīng)Q定對(duì)尾礦庫(kù)進(jìn)行濕排改干排工藝改造時(shí)，壩前濕排尾礦深度約84 m。濕改干前現(xiàn)狀照片見圖1。

圖1 浮選尾礦庫(kù)濕排改干排前庫(kù)內(nèi)情況照片

回水區(qū)域位于浮選尾礦庫(kù)西側(cè)支溝，采用浮船回水，庫(kù)內(nèi)西側(cè)支溝設(shè)有1 座排洪豎井，但出于環(huán)保要求，正常情況下不排水。

2 浮選尾礦性質(zhì)

尾礦井下充填后， 溢流尾礦進(jìn)入尾礦庫(kù)，-400目（38 μm）顆粒超過99%，尾礦平均粒徑dp＜0.006 mm，屬黏性尾礦中的“尾黏土”。可以看出，排入浮選尾礦庫(kù)內(nèi)的尾礦顆粒極細(xì)，庫(kù)面尾礦固結(jié)情況差，在高水位的浸泡下處于“懸浮”狀態(tài)。

根據(jù)對(duì)庫(kù)內(nèi)沉積灘原樣尾礦以及經(jīng)小型壓濾機(jī)處理后獲得的濾餅實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可知：1）浮選尾礦庫(kù)內(nèi)沉積灘原樣含水率為52.7%，濕密度為1.73 t/m3，飽和密度為1.74 t/m3，干密度為1.13 t/m3。 2）尾礦濾餅進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)后，濾餅含水率為41.5%，最優(yōu)含水率wop=27.9%，最大干密度ρdmax=1.45 g/cm3，最大壓實(shí)度R為0.83，干密度ρd=1.21 g/cm3，快剪抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=9.26 kPa，φ=26.56°。 3）通過試驗(yàn)得到壓實(shí)度為0.95、0.92、0.90 3 種情況下的濾餅含水率，以及相應(yīng)物理力學(xué)指標(biāo)，如表1 所示。4）經(jīng)過濾餅液塑限試驗(yàn) 得 到，10 mm 液 限 為47.2%，17 mm 液 限 為57.1%；塑限26.6%。

表1 不同壓實(shí)度下濾餅含水率及物理力學(xué)指標(biāo)

3 濕排改干排必要性

1）符合國(guó)家相關(guān)政策。根據(jù)《尾礦庫(kù)安全監(jiān)督管理規(guī)定》（安監(jiān)總局第38 號(hào)令）第8 條：鼓勵(lì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位應(yīng)用尾礦庫(kù)在線監(jiān)測(cè)、尾礦充填、干式排尾、尾礦綜合利用等先進(jìn)適用技術(shù)。 該礦炭浸尾礦庫(kù)于2009 年已成功實(shí)施了尾礦干排技術(shù)，浮選尾礦也于2013 年建成了分級(jí)井下充填系統(tǒng)，對(duì)分級(jí)后的細(xì)粒尾礦實(shí)施壓濾后干排，均屬于國(guó)家鼓勵(lì)的“先進(jìn)適用技術(shù)”。

2）提高尾礦庫(kù)的安全性。 相對(duì)傳統(tǒng)的濕排尾礦而言，尾礦壓濾后通過濾餅的方式排入尾礦庫(kù)，物理力學(xué)指標(biāo)大大改善，干排區(qū)固結(jié)效果相對(duì)較好，降低了尾礦壩潰壩等安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）提高庫(kù)容利用率。 濕排尾礦由于需要通過庫(kù)周邊放礦，尾礦在庫(kù)內(nèi)是自然沉積的過程，受放礦點(diǎn)和支溝距離長(zhǎng)等多方面因素的影響， 庫(kù)容利用率不高于90%，而干排則可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域排放尾礦，提高庫(kù)容利用率。

4）降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。尾礦經(jīng)壓濾后，壓濾水返回選廠重復(fù)使用，濾餅中含水率僅40%左右，平時(shí)庫(kù)區(qū)幾乎無水，處于干庫(kù)狀態(tài)；濾餅在庫(kù)內(nèi)分層碾壓，庫(kù)內(nèi)降雨時(shí)，雨水往西側(cè)支溝匯集，遠(yuǎn)離壩體，延長(zhǎng)了滲徑，可大大降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

5）延長(zhǎng)服務(wù)年限。實(shí)施尾礦分級(jí)充填后，溢流尾礦進(jìn)入尾礦庫(kù)，-400 目的顆粒占99%以上，靠自然很難沉積，尾礦堆積干容重相比之前排入的尾礦將大大降低，而實(shí)施干排后，尾礦堆積干容重可以提高10%左右，可延長(zhǎng)服務(wù)年限。

4 干排工藝技術(shù)方案

4.1 干排工藝原則

1）采用順排法分單元、分塊作業(yè)。按制定的運(yùn)行計(jì)劃進(jìn)行作業(yè)，避免無序作業(yè)，從而降低作業(yè)成本。根據(jù)每天的入庫(kù)浮選尾礦濾餅量，嚴(yán)格在計(jì)劃的作業(yè)區(qū)進(jìn)行，盡量控制作業(yè)區(qū)范圍。 另外，有序地分塊作業(yè)還有利于浮選尾礦濾餅中水分的散發(fā)。 2）提高壓實(shí)度、 增強(qiáng)干排體的穩(wěn)定性。 確定合理的單元高度，以便濾餅中的水分能及時(shí)散發(fā)出來；同時(shí)，也確保壓實(shí)機(jī)械操作的可行性， 在提高堆體密實(shí)度的同時(shí)保證其穩(wěn)定性。3）操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便。 庫(kù)內(nèi)干排工藝以滿足運(yùn)行安全為主，盡可能利用膠帶運(yùn)輸，減少移動(dòng)膠帶的次數(shù)。

4.2 干排工藝堆體規(guī)劃

本次浮選尾礦濕排轉(zhuǎn)濾餅干堆擬采取膠帶運(yùn)輸作業(yè)，結(jié)合膠帶運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，按照盡可能少移動(dòng)皮帶機(jī)的原則，充分利用浮選尾礦濾餅的特性，以壓濾車間為中心， 逐步向遠(yuǎn)處推進(jìn)的方式排放浮選尾礦濾餅，推進(jìn)過程中以0.25%~5%的坡度坡向庫(kù)內(nèi)，形成排水坡度。該項(xiàng)目濕排改干排后終期平面、剖面示意圖見圖2。

圖2 浮選尾礦庫(kù)濕排轉(zhuǎn)濾餅干堆終期平面、剖面示意

4.3 干排工藝

來自壓濾車間的浮選濾餅，通過壓濾車間的主膠帶和庫(kù)區(qū)內(nèi)分布的支膠帶，進(jìn)入指定作業(yè)單元卸料，然后由濕地型履帶式機(jī)械攤鋪、堆放、晾曬2～3 d后，再由濕地型推土機(jī)進(jìn)行來回碾壓。

1）干排工藝平面布置。 以壓濾車間卸料點(diǎn)為中心，依次形成若干個(gè)干排作業(yè)單元向庫(kù)內(nèi)幅射，根據(jù)每天入庫(kù)的濾餅量以及作業(yè)面水分散發(fā)，輪流作業(yè)。

2）作業(yè)面積。 干排作業(yè)單元是整個(gè)干排庫(kù)區(qū)的基本結(jié)構(gòu)單元，為便于濾餅水分散發(fā)，需采取輪換作業(yè)的方式。結(jié)合浮選尾礦庫(kù)地形，目前已形成的尾礦面積超過28×104m2，作業(yè)面相對(duì)比較寬，因此設(shè)計(jì)的工作面寬度定為30~50 m，長(zhǎng)度為30～50 m，面積按1 500~2 500 m2左右控制， 每天堆填的厚度約1.0~1.5 m。 每天可堆填尾礦量約1 500~2 500 m3，基本上與每天濾餅產(chǎn)量相適應(yīng)， 壓濾車間壓濾尾礦量增大時(shí)，可適當(dāng)增大單元作業(yè)面積。

3）作業(yè)方式。 由于來自壓濾車間運(yùn)來的濾餅顆粒較細(xì)，平均含水量為達(dá)40%以上，直接上攤平機(jī)械可能存在一定的困難。因此，在指定的幾個(gè)作業(yè)單元進(jìn)行卸料并攤平后， 需堆放2～3 d 后再用碾壓機(jī)械碾壓，并隨時(shí)注意天氣變化，以盡可能地讓尾礦堆體水分散發(fā)。 后進(jìn)場(chǎng)的濾餅在已進(jìn)場(chǎng)堆放并壓實(shí)的堆體表面卸料，步驟同前。按照如此作業(yè)方式由壓濾車間附近向浮選尾礦壩、 庫(kù)后支溝推進(jìn)， 為了作業(yè)需要，推進(jìn)過程中，各單元間高差不宜大于1.5 m。

4.4 干排后的防洪安全

雖然濕排轉(zhuǎn)干排后，在一定程度上能夠提高浮選尾礦庫(kù)的安全，但尾礦庫(kù)仍是一個(gè)重大的危險(xiǎn)源，因此，浮選尾礦庫(kù)濕排轉(zhuǎn)濾餅干排后，仍需維持原濕排時(shí)的防洪標(biāo)準(zhǔn)。 可以利用控制濾餅堆體的方式控制調(diào)洪庫(kù)容， 以維持現(xiàn)有的排洪系統(tǒng)不改造的情況下實(shí)現(xiàn)排洪安全。

4.5 清污分流方案

尾礦庫(kù)濕排改干排后，應(yīng)盡可能減少進(jìn)入尾礦庫(kù)的水量，而減少庫(kù)內(nèi)水量的最佳途徑就是清污分流。 結(jié)合本項(xiàng)目情況，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

1）減少入庫(kù)污水量。 浮選尾礦壓濾水屬于環(huán)保部門要求未經(jīng)處理不得外排的“污水”，因此，要求壓濾車間的濾液不進(jìn)入浮選尾礦庫(kù)， 按最大2 kt/d 尾礦計(jì)，質(zhì)量濃度35%，壓濾完成后濾餅固體的質(zhì)量濃度約70%，則濾液產(chǎn)生量最大約2 kt/d。 目前尾礦庫(kù)污水處理能力2 kt/d，要求濾液泵回選廠利用。

2）減少入庫(kù)清水量。 浮選尾礦庫(kù)終期高程以外匯水面積達(dá)0.7 km2，在終期高程沿等高線位置設(shè)置截洪溝，將截洪溝以外至分水嶺的坡面匯水?dāng)r截，直接排入庫(kù)外。

3）加大庫(kù)內(nèi)水回用量。 目前浮選尾礦庫(kù)正常的回水量為5 000~6 000 m3/d， 高峰時(shí)達(dá)到8 000 m3/d，為確保干排效果， 應(yīng)降低庫(kù)內(nèi)水量情況， 加大回水量，盡可能保持庫(kù)內(nèi)“干燥”狀態(tài)。

5 濕轉(zhuǎn)干排后運(yùn)行狀況

項(xiàng)目自2017 年3 月正式實(shí)施干排工藝以來，由于礦方嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的干排工藝進(jìn)行作業(yè)， 該項(xiàng)目取得了比較好的效果，具體運(yùn)行照片見圖3。

圖3 尾礦庫(kù)由濕排改干排后運(yùn)行現(xiàn)狀照片

需要注意以下幾點(diǎn)問題：1）濕改干投入運(yùn)行時(shí)，由于濕排尾礦面尾砂力學(xué)性質(zhì)較差， 需要積累至少不得小于2 m 的濾餅厚度并形成一定的面積后方可實(shí)現(xiàn)機(jī)械作業(yè)。 2）濾餅排放過程中對(duì)原有的濕排尾礦庫(kù)有很明顯的擠壓作用，因此，排礦工藝以及順序很重要，采用上游法濕排尾礦堆積壩工藝更需謹(jǐn)慎。3）排礦點(diǎn)與庫(kù)內(nèi)排水井需保持足夠的距離，并保持排水井周邊尾礦均勻上升， 避免對(duì)排水井形成不平衡的側(cè)向推力。4）加強(qiáng)庫(kù)內(nèi)的排水非常重要，否則將嚴(yán)重影響干排工藝的實(shí)施。

6 結(jié)語

1）該項(xiàng)目的成功實(shí)施，在已排放了近90 m 高的濕排干難面上成功實(shí)施濾餅干排， 創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)細(xì)黏粒濕排尾礦庫(kù)改干排的記錄，可供其它項(xiàng)目借鑒。

2）對(duì)于濕排改干排的尾礦庫(kù)而言，由于后期濾餅排放過程中對(duì)原已濕排的尾礦會(huì)造成“擠壓”，因此，排礦工藝、厚度、順序以及疏干庫(kù)內(nèi)積水計(jì)劃都是制約干排的重要因素，需引起足夠的重視。

3)在目前安全監(jiān)管，環(huán)保督察的雙重壓力下，對(duì)尾礦庫(kù)實(shí)施干排工藝， 不僅可以提高尾礦庫(kù)的安全度，更是可以降低環(huán)保污染風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益顯著。