淺論有色金屬選礦廠排出尾礦濃度與尾礦回水率的關(guān)系

李 松 李檄文

(1.中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038； 2.金川集團股份有限公司選礦廠， 甘肅 金昌 737100)

0 前言

選礦水重復(fù)利用率是選礦用水中重復(fù)利用的水量與總用水量的比值，是選礦廠重要的生產(chǎn)指標(biāo)之一。《有色金屬企業(yè)節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 51414—2020)(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)明確要求：新建、擴建和改建有色金屬礦山企業(yè)選礦水重復(fù)利用率不應(yīng)小于85%，現(xiàn)有有色金屬礦山企業(yè)選礦水重復(fù)利用率不應(yīng)小于80%。有色金屬選礦廠尾礦產(chǎn)率通常大于90%，選礦工藝用水絕大部分隨尾礦漿排出，因此尾礦處置工藝(含尾礦堆存、尾礦充填等)的回水率直接影響選礦水重復(fù)利用率指標(biāo)，通常尾礦回水率與選礦水重復(fù)利用率數(shù)據(jù)基本吻合。本文就選礦廠排出尾礦濃度與尾礦回水率之間的關(guān)系進行分析，研究排出尾礦濃度如何影響尾礦回水率，進而討論如何選擇合適的尾礦回水方式。

1 尾礦回水工藝簡介

尾礦回水包括廠區(qū)回水和尾礦庫回水兩種方式[1]。廠區(qū)回水是指利用尾礦濃縮設(shè)備或脫水設(shè)備分離尾礦和水后，尾礦水直接送至選礦廠回用。尾礦庫回水是指將排入尾礦庫的尾礦漿沉淀、澄清后，在清水區(qū)設(shè)置取水構(gòu)筑物將水送至選礦廠回用[2]。隨著尾礦處置工藝的發(fā)展，越來越多的礦山同時采用廠區(qū)回水和尾礦庫回水兩種方式。

2 廠區(qū)回水工藝

2.1 尾礦回水率計算

某新建有色金屬選礦廠位于西北干旱少雨區(qū)，尾礦產(chǎn)量為14 855 t/d，尾礦處置采用膏體堆存工藝，尾礦脫水設(shè)備選用膏體濃密機。根據(jù)試驗結(jié)果，膏體濃密機的底流濃度為68%，尾礦庫不回水。假設(shè)選礦廠排出尾礦濃度為15%～35%，經(jīng)計算，不同排出尾礦濃度下的尾礦回水率見表1。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，繪制了廠區(qū)回水工藝的排出尾礦濃度與回水率關(guān)系曲線，如圖1所示。

表1 廠區(qū)回水工藝的尾礦回水率計算

圖1 廠區(qū)回水工藝的排出尾礦濃度與回水率關(guān)系曲線

2.2 廠區(qū)回水工藝特點

由上述計算結(jié)果可以看出，廠區(qū)回水工藝的尾礦回水率具有如下特點：

1)在脫水工藝后尾礦排放濃度一定的前提下，隨著選礦廠排出尾礦濃度的升高，尾礦回水率逐漸下降。原因是當(dāng)選礦廠排出尾礦濃度升高時，尾礦漿含水量減少，但由于脫水工藝后尾礦排放濃度一定，即濃密機底流含水量不變，導(dǎo)致溢流水量減少，最終表現(xiàn)為回水率降低。

2)隨著選礦廠排出尾礦濃度的升高，尾礦漿含水量逐漸減少，排出尾礦濃度為15%的尾礦漿含水量約是排出尾礦濃度為25%的尾礦漿含水量的2倍。因此，提高選礦廠排出尾礦濃度能從源頭上減少選礦廠用水量，有利于節(jié)約水資源。

3)當(dāng)選礦廠排出尾礦濃度高于某一值(在上文工況中，這個值為24.17%)時，尾礦回水率將低于《標(biāo)準(zhǔn)》要求的指標(biāo)，導(dǎo)致項目不合規(guī)。

2.3 廠區(qū)回水工藝討論

要滿足《標(biāo)準(zhǔn)》要求的指標(biāo)選礦廠排出尾礦濃度與脫水工藝后尾礦排放濃度要滿足規(guī)范要求，它們之間的關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 選礦廠排出尾礦濃度與滿足規(guī)范要求的 脫水工藝后排放尾礦濃度關(guān)系曲線

由圖2可知，當(dāng)選礦廠排出尾礦濃度較低時，尾礦回水率很容易就滿足規(guī)范要求。比如，當(dāng)新建有色金屬選礦廠的排出尾礦濃度為15%時，脫水工藝后尾礦排放濃度只需要超過54%就能符合規(guī)范要求，但此時選礦廠生產(chǎn)用水量巨大，水資源嚴(yán)重浪費。

同時，當(dāng)選礦廠排出尾礦濃度高到一定程度時，尾礦回水率要滿足政策要求變得越來越困難。比如，當(dāng)新建有色金屬選礦廠排出尾礦濃度為26%時，脫水工藝后尾礦排放濃度要超過70%才能符合政策要求。如果采用尾礦堆存工藝，常規(guī)濃縮設(shè)備濃密機很難低成本、穩(wěn)定地實現(xiàn)上述脫水工藝后排放尾礦濃度[3]。為此，要使選礦、尾礦工藝都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，不能盲目提高選礦廠排出尾礦濃度。

3 尾礦庫回水工藝

3.1 尾礦回水率計算

某新建有色金屬選礦廠尾礦產(chǎn)量為48 257 t/d，尾礦干密度為2.7 t/m3。尾礦處置采用尾礦按選礦廠排出尾礦濃度直接排入尾礦庫的堆存工藝，尾礦堆積干容重為1.35 t/m3，假設(shè)選礦廠排出尾礦濃度為15%～35%。尾礦庫匯水面積為5.75 km2，水面面積為1.08 km2，陸面徑流系數(shù)為0.5，尾礦庫全庫采用水平防滲，不考慮尾礦庫滲漏，P=95%典型年降雨量與P=5%年蒸發(fā)量逐月分配見表2。

下面分別選取降雨量最大的7月份和降雨量最小的2月份進行水量平衡計算[2-3]。7月份，選礦廠共生產(chǎn)28天；2月份，尾礦廠共生產(chǎn)26天。假設(shè)尾礦庫水不外排，水量平衡后的多余水量全部送至選礦廠回用。經(jīng)計算，7月份和2月份選礦廠在不同排出尾礦濃度下的尾礦庫水量平衡分別見表3和表4。然后，根據(jù)表3、表4的數(shù)據(jù)，制定7月份和2月份尾礦庫回水工藝的排出尾礦濃度與尾礦回水率關(guān)系曲線，如圖3所示。

表2 P=95%典型年降雨量與P=5%蒸發(fā)量逐月分配表

表3 7月份選礦廠不同排出尾礦濃度下的尾礦庫水量平衡

表4 2月份選礦廠不同尾礦濃度下的尾礦庫水量平衡

圖3 尾礦庫回水工藝的排出尾礦濃度與尾礦 回水率關(guān)系曲線

3.2 尾礦庫回水工藝特點

由上述計算結(jié)果可以看出，尾礦庫回水工藝的尾礦回水率具有以下特點：

1)隨著選礦廠排出尾礦濃度的升高，尾礦庫回水率逐漸下降。其原因是當(dāng)選礦廠排出尾礦濃度升高時，尾礦漿含水量減少，但尾礦庫的徑流量及損失水量相對固定，因此回水量減少，最終表現(xiàn)為回水率降低。

2)由于尾礦庫回水工藝受尾礦庫水文氣象條件及匯流條件的影響，同一年度不同月份的尾礦回水率差異明顯。比如，在選礦廠排出尾礦濃度為35%時，豐水期7月份的尾礦回水率比枯水期2月份的尾礦回水率高9%。因此，尾礦庫回水需充分利用尾礦庫的調(diào)節(jié)庫容，通過年水量平衡削峰填谷，為選礦廠提供穩(wěn)定的回水水源。

3)本項目匯水面積較大，水面面積較小，豐水期7月份的降雨量與蒸發(fā)量接近，因此入庫徑流量大于庫區(qū)水面蒸發(fā)量，尾礦庫回水率較高；而枯水期2月份的降雨量遠小于蒸發(fā)量，因此入庫徑流量小于庫區(qū)水面蒸發(fā)量，尾礦庫回水率較低。如果尾礦庫水面面積與匯水面積差距縮小，且考慮尾礦庫滲漏水量，尾礦庫回水率將進一步降低。

3.3 尾礦庫回水工藝討論

由于尾礦庫回水受尾礦庫水文氣象條件及匯流條件的影響較大，在南方降雨豐沛的地區(qū)，尾礦庫有外部水源補給，尾礦庫回水量較多，回水率也較高[4-5]，要滿足《標(biāo)準(zhǔn)》要求的指標(biāo)較為容易。尾礦庫可在滿足調(diào)洪的前提下，充分利用調(diào)節(jié)庫容，盡可能多回水。

在西北等干旱少雨地區(qū)，蒸發(fā)量通常遠高于降雨量，尾礦庫水面蒸發(fā)損失的水量較多，損失水量大于補給水量，因此尾礦庫回水率往往偏低[4-5]，要滿足《標(biāo)準(zhǔn)》要求的指標(biāo)較為困難。此時應(yīng)充分考慮廠區(qū)回水，減少尾礦庫損失水量，才能提高尾礦回水率。

4 選礦廠排出尾礦濃度與尾礦回水率的關(guān)系

通過分析廠區(qū)回水、尾礦庫回水工藝的兩個案例可知，選礦廠排出尾礦濃度與尾礦回水率的關(guān)系具有如下特點：

1)隨著選礦廠排出尾礦濃度的升高，尾礦回水率逐漸下降。原因是當(dāng)選礦廠排出尾礦濃度升高時，尾礦漿含水量減少，但無法回用的水量相對固定，所以可回用水量減少，最終表現(xiàn)為回水率降低。

2)當(dāng)選礦廠排出尾礦濃度上升到一定程度時，尾礦回水率可能會低于《標(biāo)準(zhǔn)》要求的指標(biāo)，導(dǎo)致項目不符合規(guī)定。在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求下，應(yīng)控制選礦廠排出尾礦濃度，使尾礦回水率滿足要求。

3)應(yīng)根據(jù)項目所在地的水文氣象條件選擇合適的尾礦回水方式。廠區(qū)回水受外部因素影響較小，回水率及回水保障率都較高，適用于水資源匱乏地區(qū)；尾礦庫回水可充分利用庫區(qū)的降水補給，適用于降水豐沛的地區(qū)；有時為實現(xiàn)尾礦堆存工藝，也可能采用廠區(qū)回水和尾礦庫回水結(jié)合的方式來提高尾礦回水率。

5 結(jié)束語

在有色金屬選礦廠排出尾礦濃度一定的前提下，提高尾礦回水率就能提高選礦水重復(fù)利用率，節(jié)約水資源；當(dāng)選礦工藝具備提高選礦廠排出尾礦濃度條件時，為達到《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的選礦水重復(fù)利用率，必須降低排出尾礦濃度，但這可能會導(dǎo)致選礦廠生產(chǎn)用水量增加，并不一定節(jié)水。因此，以選礦水重復(fù)利用率或尾礦回水率作為有色金屬選礦廠的生產(chǎn)控制指標(biāo)是不科學(xué)的?！稑?biāo)準(zhǔn)》中給出了有色金屬耗水量指標(biāo)，該指標(biāo)有利于從源頭控制選礦工藝用水量，在生產(chǎn)中可作為優(yōu)選指標(biāo)。