低品位鐵礦無尾排放綜合技術(shù)-馬鞍山會(huì)議

《低品位鐵礦無尾排放綜合技術(shù)》山東科技大學(xué)呂憲俊山東科技大學(xué)內(nèi)容提要第一部分立項(xiàng)背景第二部分實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究第三部分無尾排放工業(yè)試驗(yàn)第四部分主要結(jié)論山東科技大學(xué)第一部分立項(xiàng)背景1立項(xiàng)背景2技術(shù)路線及關(guān)鍵技術(shù)3研究?jī)?nèi)容山東科技大學(xué)1立項(xiàng)背景1.1尾礦排放現(xiàn)狀尾礦是是各類礦石經(jīng)破碎、磨礦、分選，提取有用成分后丟棄的細(xì)粒固體廢棄物。粒度細(xì)、含水量高、利用難度大，目前以尾礦庫(kù)堆存為主。我國(guó)以低品位礦石為主的資源特點(diǎn)，不可避免地產(chǎn)生大量尾礦。全國(guó)尾礦堆存占用和污染土地達(dá)到1300多萬畝。每年新增各類尾礦排放量約15億噸以上，每年需要新增占地3萬畝以上。許多地區(qū)尾礦排放已達(dá)到生態(tài)容納極限，面臨無處可排的局面（濰坊、淄博、招遠(yuǎn)、蒼山）。項(xiàng)目所在地山東昌邑鄭家坡鐵礦不允許尾礦外排。山東科技大學(xué)1立項(xiàng)背景1.2尾礦排放的污染和安全危害尾礦中重金屬離子等有害成分的滲濾難以治理，干基尾礦風(fēng)沙揚(yáng)塵污染周邊土地及環(huán)境。尾礦的大量在地表堆存存在巨大安全隱患。尾礦在建材等領(lǐng)域具有潛在的利用價(jià)值，大量排放造成了巨大的資源浪費(fèi)。加快尾礦的綜合利用、實(shí)現(xiàn)無廢排放，是礦山行業(yè)的迫切要求，也是保障礦山安全、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略要求。2008年9月8日山西省襄汾縣新塔礦業(yè)公司尾礦庫(kù)發(fā)生潰壩事故，造成277人死亡。

山東科技大學(xué)1立項(xiàng)背景1.3鐵礦行業(yè)及鄭家坡鐵礦的現(xiàn)實(shí)需求低品位鐵礦是我國(guó)主要的鐵礦類型（平均原礦品位30-33%），普遍存在著尾礦排放量大、占地面積大、環(huán)境和安全問題突出等共性難題。五礦礦業(yè)昌邑鄭家坡鐵礦屬于典型低品位細(xì)粒嵌布磁鐵礦礦石，原礦品位僅為22%左右，選比達(dá)到4以上，廢石和尾礦約占原礦的75%。按照傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，必須投資建設(shè)尾礦庫(kù)。然而，鄭家坡鐵礦周邊均為農(nóng)田，國(guó)家和地方相關(guān)政策不允許建設(shè)尾礦庫(kù)。因此，按照傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式已難以為繼，必須通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)無廢排放。山東科技大學(xué)2技術(shù)路線及關(guān)鍵技術(shù)2.1技術(shù)路線

“強(qiáng)化預(yù)選、粗粒利用、細(xì)粒充填”2.2關(guān)鍵技術(shù)粗粒廢石的充分分離并達(dá)到相關(guān)應(yīng)用要求。粗粒尾礦的有效分離和充分利用，并保證采充平衡。低濃度微細(xì)粒砂倉(cāng)溢流的高效濃縮和井下充填利用（原來必須排放到沼澤地改造的臨時(shí)尾礦庫(kù)中）。山東科技大學(xué)3研究?jī)?nèi)容3.1實(shí)驗(yàn)室研究粉礦預(yù)選工藝及設(shè)備研究粗粒尾礦分離及利用技術(shù)研究低濃度微細(xì)粒砂倉(cāng)溢流高效濃縮技術(shù)研究3.2工業(yè)生產(chǎn)流程改造及工業(yè)試驗(yàn)粉礦干式預(yù)選系統(tǒng)改造及工業(yè)試驗(yàn)粗粒尾礦分級(jí)濃縮系統(tǒng)改造及工業(yè)試驗(yàn)砂倉(cāng)溢流高效濃縮和充填系統(tǒng)改造及工業(yè)試驗(yàn)山東科技大學(xué)第二部分實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究1粉礦預(yù)選試驗(yàn)研究2旋流器分級(jí)濃縮試驗(yàn)研究3砂倉(cāng)溢流濃縮試驗(yàn)研究山東科技大學(xué)1粉礦預(yù)選試驗(yàn)研究1.1磁滑輪干式預(yù)選試驗(yàn)Φ300磁滑輪（0.4T），皮帶速度為1m/s，料層厚度為30mm。在較粗粒度下可以分離17%左右的粗粒合格廢石。干式預(yù)選拋廢率并沒有隨著粒度的降低而升高。磁滑輪干式預(yù)選試驗(yàn)結(jié)果粒度產(chǎn)品產(chǎn)率,%品位,%回收率,%-17mm（原始粒度）精礦83.0528.4696.67尾礦16.954.803.33合計(jì)100.0024.45100.00-12mm精礦82.4728.6196.59尾礦17.534.753.41合計(jì)100.0024.43100.00-6mm精礦84.8827.9697.10尾礦15.124.682.90合計(jì)100.0024.44100.00-3mm精礦86.6927.4797.48尾礦13.314.622.52合計(jì)100.0024.43100.00山東科技大學(xué)1粉礦預(yù)選試驗(yàn)研究1.2粉礦干選機(jī)預(yù)選試驗(yàn)Φ400mm×600mm干選機(jī)，0.4T、-17mm。與磁滑輪相比，干選機(jī)拋棄的尾礦產(chǎn)率提高了4.50%，能夠獲得更好的拋廢率。物料分散的均勻性更好，分選料層更薄。但需要配置布料裝置，占用空間較大，現(xiàn)場(chǎng)改造不及磁滑輪方便。

粉礦干選機(jī)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)品產(chǎn)率,%品位,%回收率,%精礦78.5629.6795.09尾礦21.445.614.91原礦100.0024.51100.00山東科技大學(xué)1粉礦預(yù)選試驗(yàn)研究1.3磁滑輪預(yù)選優(yōu)化試驗(yàn)1.帶速的影響在料層厚度為30mm的條件下，控制帶速。帶速增加有利于提高拋廢率，增強(qiáng)難選細(xì)顆粒廢石的分離。

磁滑輪預(yù)選帶速的影響試驗(yàn)帶速，m/s產(chǎn)品產(chǎn)率，%品位，%回收率，%0.6精礦90.1026.6398.29尾礦9.904.211.71原礦100.0024.41100.000.8精礦85.0227.9397.20尾礦14.984.562.80原礦100.0024.43100.001.0精礦83.0528.4696.67尾礦16.954.803.33原礦100.0024.45100.001.2精礦81.2028.9696.21尾礦18.804.923.79原礦100.0024.44100.001.4精礦79.8929.3595.87尾礦20.115.034.13原礦100.0024.46100.00山東科技大學(xué)1粉礦預(yù)選試驗(yàn)研究2.料層厚度條件試驗(yàn)帶速1m/s，控制料層厚度。料層厚度薄，脈石不易被包裹，干式預(yù)選的效果越好。磁滑輪干式預(yù)選應(yīng)采用薄料層分選。磁滑輪配置簡(jiǎn)單，可以通過控制工藝參數(shù)保證較好的拋廢率。磁滑輪預(yù)選料層厚度影響試驗(yàn)料層厚度，mm產(chǎn)品產(chǎn)率，%品位，%回收率，%20精礦80.9829.0396.08尾礦19.025.053.92原礦100.0024.47100.0030精礦83.0528.4696.67尾礦16.954.803.33原礦100.0024.45100.0040精礦84.6828.0797.25尾礦15.324.382.75原礦100.0024.44100.00山東科技大學(xué)1粉礦預(yù)選試驗(yàn)研究1.4濕式預(yù)選試驗(yàn)CTSΦ400mm×600mm順流型永磁筒式磁選機(jī)，0.3T，不同粒度。粒度降低有利于提高濕式預(yù)選效率。濕式預(yù)選工藝對(duì)細(xì)粒脈石礦物的脫除更為有效。-17mm粉礦濕式預(yù)選，可拋廢35.20%。而且隨著粒度降低，拋廢率有所提高。說明粉礦中存在大量能夠丟棄的廢石，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件開展粉礦預(yù)選改造。濕式預(yù)選試驗(yàn)結(jié)果破碎粒度產(chǎn)品產(chǎn)率,%品位,%回收率,%-17mm精礦64.8034.1090.38尾礦35.206.689.62合計(jì)100.0024.45100.00-12mm精礦63.1534.8189.99尾礦36.856.6410.01合計(jì)100.0024.43100.00-6mm精礦62.2835.2089.69尾礦37.726.6810.31合計(jì)100.0024.44100.00-3mm精礦60.3536.2189.45尾礦39.656.5010.55合計(jì)100.0024.43100.00山東科技大學(xué)2旋流器分級(jí)濃縮試驗(yàn)研究2.1長(zhǎng)錐形旋流器分離試驗(yàn)1.試驗(yàn)結(jié)果探索從磁選尾礦中回收和利用粗粒尾礦的可能性。Φ125mm長(zhǎng)錐形旋流器，一段磁選尾礦給礦濃度12%。沉砂口直徑、給礦壓力對(duì)底流產(chǎn)率和底流濃度影響顯著，作業(yè)指標(biāo)可調(diào)。采用Φ125長(zhǎng)錐形旋流器，底流產(chǎn)率可達(dá)到65%以上、濃度52-72%。長(zhǎng)錐形旋流器分級(jí)濃縮試驗(yàn)結(jié)果壓力,MPa沉砂口直徑,mm底流溢流濃度,%產(chǎn)率,%濃度,%產(chǎn)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山東科技大學(xué)2旋流器分級(jí)濃縮試驗(yàn)研究2.旋流器底流（粗粒尾礦）粒度組成+100目含量22.60%，細(xì)粒級(jí)偏高，不利于后續(xù)作為建設(shè)用砂綜合利用。采用旋流器能夠預(yù)先分離濃縮大量較粗粒尾礦。然而，就本項(xiàng)目而言，尾礦分離的數(shù)量還要考慮采充平衡的要求和便于尾礦大宗利用的要求。

旋流器底流篩析試驗(yàn)結(jié)果粒級(jí),目產(chǎn)率,%篩上累計(jì),%篩下累計(jì),%+10022.6022.60100.00-100+20037.3059.8977.40-200+32526.8986.7940.11-325+4003.9690.7513.21-4009.25100.009.25合計(jì)100.00--山東科技大學(xué)2旋流器分級(jí)濃縮試驗(yàn)研究2.2短錐形旋流器分級(jí)濃縮試驗(yàn)1.試驗(yàn)結(jié)果為了控制底流產(chǎn)率和粒度，采用20°大錐角短錐形旋流器，較小的給礦壓力和沉砂口直徑。短錐形旋流器在適當(dāng)工藝條件下，底流產(chǎn)率可明顯降低。旋流器的作業(yè)指標(biāo)可通過選擇適宜的結(jié)構(gòu)形式和工藝參數(shù)而靈活調(diào)整。壓力MPa沉砂口mm底流溢流產(chǎn)率,%濃度,%產(chǎn)率,%濃度,%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短錐形旋流器分級(jí)濃縮試驗(yàn)結(jié)果山東科技大學(xué)2旋流器分級(jí)濃縮試驗(yàn)研究2.短錐形旋流器底流粒度組成0.08MPa和沉砂口12mm條件下的分級(jí)濃縮產(chǎn)品進(jìn)行了粒度分析。在大錐角、小直徑沉砂口和低壓力條件下，底流粒度明顯變粗。+100目含量達(dá)到89.25%，為后續(xù)利用創(chuàng)造了條件。底流粒度組成能夠通過選擇旋流器結(jié)構(gòu)形式和控制作業(yè)參數(shù)進(jìn)行控制。粒級(jí),目產(chǎn)率,%篩上累計(jì),%篩下累計(jì),%+10089.2589.25100.00-100+2008.4697.7110.75-2002.29100.002.29合計(jì)100.00--

短錐形旋流器底流篩析結(jié)果山東科技大學(xué)3砂倉(cāng)溢流濃縮試驗(yàn)研究3.1砂倉(cāng)溢流粒度組成分析鄭家坡鐵礦充填系統(tǒng)采用4臺(tái)Φ10×8m砂倉(cāng)進(jìn)行尾礦自然沉降濃縮，存在著微細(xì)粒溢流難以澄清，溢流水無法利用的問題。主要以-600目細(xì)泥為主，自然沉降效率低。粒級(jí),目產(chǎn)率,%篩上累計(jì),%篩下累計(jì),%+3251.401.40100.00-325+40010.4111.8198.60-400+6005.2917.1088.19-60082.90100.0082.90合計(jì)100.00--

砂倉(cāng)溢流篩分試驗(yàn)結(jié)果山東科技大學(xué)3砂倉(cāng)溢流濃縮試驗(yàn)研究3.2砂倉(cāng)溢流沉降試驗(yàn)1.自然沉降初始濃度為9%。砂倉(cāng)溢流的沉降速度較慢，而且澄清層渾濁。2.絮凝沉降試驗(yàn)聚丙烯酰胺為絮凝劑。絮凝沉降可以實(shí)現(xiàn)砂倉(cāng)溢流的快速沉降濃縮，并獲得澄清溢流水。自然沉降速度測(cè)定結(jié)果產(chǎn)品絮凝劑用量g/t沉降速度cm/min壓縮區(qū)濃度%澄清層懸浮物含量，mg/L砂倉(cāng)溢流201.2038.89<100502.1337.28<1001003.6135.01<100產(chǎn)品沉降速度cm/min壓縮區(qū)濃度%澄清層懸浮物含量,mg/L砂倉(cāng)溢流0.2536.79751絮凝沉降速度測(cè)定結(jié)果山東科技大學(xué)第三部分無尾排放工業(yè)試驗(yàn)1選礦廠現(xiàn)行流程生產(chǎn)指標(biāo)2粉礦預(yù)選改造及工業(yè)試驗(yàn)3粗粒尾礦分離改造及工業(yè)試驗(yàn)4砂倉(cāng)溢流濃縮充填系統(tǒng)改造及工業(yè)試驗(yàn)5改造后流程生產(chǎn)指標(biāo)山東科技大學(xué)1選礦廠現(xiàn)行流程生產(chǎn)指標(biāo)原礦處理能力70萬噸/年。已采用大塊預(yù)選和尾礦充填分別利用廢石10.68萬噸/年和尾礦25.30萬噸/年。為實(shí)現(xiàn)無尾排放，年剩余尾礦16.37萬噸需要利用。山東科技大學(xué)2粉礦預(yù)選改造及工業(yè)試驗(yàn)2.1改造方案濕法預(yù)選的效果好，但選廠內(nèi)沒有改造空間。而干選機(jī)配置較復(fù)雜、占用空間大，現(xiàn)有場(chǎng)地難以實(shí)施。最終采用磁滑輪進(jìn)行了干式預(yù)選改造。將現(xiàn)有篩下粉礦輸送皮帶首輪改為CTDG1010型磁滑輪，增加一條廢石轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶。為了提高磁滑輪拋廢率，解決細(xì)粒廢石難以分離的難題。采用“薄料層、高帶速”預(yù)選技術(shù)。帶速由原來的1.25m/s提高至1.8m/s；將槽型托輥改為平型托輥，并增加布料板，控制料層厚度小于40mm。山東科技大學(xué)2粉礦預(yù)選改造及工業(yè)試驗(yàn)2.2粉礦預(yù)選工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果控制料層厚度35-40mm、帶速1.8m/s，粉礦干選平均作業(yè)拋廢率達(dá)到16.28%，折合至原礦平均拋廢率為13.80%?？蓲亸U9.66萬噸/年，對(duì)于減少后續(xù)細(xì)粒尾礦的排放和降低磨選成本發(fā)揮了重要作用。預(yù)選精礦83.7227.9595.72預(yù)選尾礦16.286.434.28原礦100.0024.45100.00粉礦干式預(yù)選工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果山東科技大學(xué)2粉礦預(yù)選改造及工業(yè)試驗(yàn)2.3粉礦預(yù)選廢石的應(yīng)用性能參照GB/T14685-2011《建設(shè)用卵石、碎石》中規(guī)定的技術(shù)要求，對(duì)預(yù)選廢石的性能進(jìn)行了檢測(cè)。完全符合國(guó)標(biāo)要求，可作為建設(shè)用碎石使用。鄭家坡鐵礦在井下和地表施工中，直接采用粉礦預(yù)選廢石替代外購(gòu)碎石，用于井下地坪、噴漿、水溝等施工，施工質(zhì)量能夠滿足工程要求。試驗(yàn)期間累計(jì)使用約4.8萬t，節(jié)省了大量外購(gòu)碎石。項(xiàng)目指標(biāo)（%）國(guó)標(biāo)（%）備注顆粒級(jí)配（方孔篩累積篩余）2.36mm92.7395-100連續(xù)粒級(jí)5（I）4.75mm90.6990-1009.50mm73.8140-8019.0mm3.380-1026.5mm0.000含泥量（按質(zhì)量計(jì)）1.40≤1.5III泥塊含量（按質(zhì)量計(jì)）0.000I針片狀顆粒（按質(zhì)量計(jì)）4.09≤5I有害物質(zhì)有機(jī)物合格合格I硫化物及硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計(jì)）0.22≤0.5I強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度（Mpa）126≥80I壓碎指標(biāo)26.37≤30III堅(jiān)固性（質(zhì)量損失）7.03≤8II表觀密度（kg/m3）2834≥2600I空隙率25.41≤47III吸水率1.8≤2.0II堿集料反應(yīng)（膨脹率）0.02＜0.1I預(yù)選廢石主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果山東科技大學(xué)3粗粒尾礦分離改造及工業(yè)試驗(yàn)3.1改造方案通過磁滑輪干選改造，每年拋廢9.66萬噸。按照目前尾礦充填量為25.30萬噸/年，仍需要分離和利用粗粒尾礦量6.71萬噸/年，占原礦量的9.59%。根據(jù)小型試驗(yàn)結(jié)果，選用2臺(tái)φ610短錐形水力旋流器對(duì)磁選尾礦進(jìn)行了分離粗砂改造。旋流器底流進(jìn)入粗砂池，溢流自流進(jìn)入濃密大井，濃縮后泵送至充填砂倉(cāng)。山東科技大學(xué)3粗粒尾礦分離改造及工業(yè)試驗(yàn)3.2工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果不同壓力和沉砂口條件下，底流作業(yè)產(chǎn)率17-23%、底流濃度65-70%，可以控制工藝參數(shù)適當(dāng)調(diào)整底流產(chǎn)率。根據(jù)需要的尾礦分離量，推薦采用給礦壓力0.08MPa、沉砂口60mm左右。工業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，旋流器底流平均作業(yè)產(chǎn)率21.72%、折合至原礦平均產(chǎn)率為9.93%，平均濃度為68.53%。達(dá)到了采充平衡的要求。壓力MPa沉砂口mm底流溢流產(chǎn)率,%濃度,%產(chǎn)率,%濃度,%0.105020.6570.2179.359.876022.4469.9977.569.687023.1067.9876.909.620.085018.0870.9881.9210.146020.1668.7179.849.937022.9966.6977.019.640.065017.5168.9582.4910.216019.3366.4780.6710.037021.8665.1778.149.77旋流器分離粗粒尾礦工業(yè)試驗(yàn)山東科技大學(xué)3粗粒尾礦分離改造及工業(yè)試驗(yàn)3.3粗粒尾礦應(yīng)用性能研究1.性能檢測(cè)對(duì)照GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》中規(guī)定的技術(shù)要求。除了細(xì)度模數(shù)偏小之外，其余指標(biāo)全部滿足要求。可以與普通建筑砂配合使用（河北承德、山東濟(jì)寧、臨沂已有大規(guī)模生產(chǎn)）。項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)（%）國(guó)標(biāo)（%）備注顆粒級(jí)配（方孔篩累積篩余）4.75mm0.0010-0粒度偏細(xì)2.36mm0.0015-01.18mm0.0025-00.60mm0.1040-160.30mm2.0985-550.15mm91.6694-75細(xì)度模數(shù)0.942.2-1.6模數(shù)偏小MB值0.775≤1.0II石粉含量（按質(zhì)量計(jì)）6.65≤10I泥塊含量（按質(zhì)量計(jì)）0.000I有害物質(zhì)輕物質(zhì)（按質(zhì)量計(jì)）0.23≤1.0I有機(jī)物合格合格I硫化物及硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計(jì)）0.26≤0.5I氯化物（以氯離子質(zhì)量計(jì)）0.0091≤0.01I云母（按質(zhì)量計(jì)）1.37≤2.0II壓碎指標(biāo)（單級(jí)最大壓碎指標(biāo)）13.39≤20I堅(jiān)固性（質(zhì)量損失）7.18≤8I表觀密度（kg/m3）2904≥2500I堆積密度（kg/m3）1414.2≥1400I空隙率41.70≤44I堿集料反應(yīng)（膨脹率）0.015＜0.1I粗粒尾礦技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果山東科技大學(xué)3粗粒尾礦分離改造及工業(yè)試驗(yàn)2.粗粒尾礦與標(biāo)準(zhǔn)建筑用砂混合配比測(cè)定由青島宏興建材公司采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)建筑砂，進(jìn)行了粗粒尾礦與普通建筑砂的不同配比混合砂的粒度檢測(cè)和計(jì)算（最大摻和量可達(dá)到50%）。鄭家坡鐵礦在建筑砂中摻入20%左右的粗粒尾礦混合使用，不改變?cè)惺┕l件，施工質(zhì)量完全達(dá)到要求。在本項(xiàng)目試驗(yàn)期間已累計(jì)使用量2.5萬t左右。粗粒尾礦的分離和利用，保證了無尾排放和采充平衡。粒級(jí)，mm粗粒尾礦摻入量，%102030405057+4.755.695.064.423.793.162.72+2.3612.8111.389.968.547.126.12+1.1831.2827.8024.3320.8517.3814.94+0.649.4743.9938.5033.0227.5323.69+0.3