物料脱水

膏体技术及其在尾矿处理中的应用
摘要：本文主要介绍的是膏体是一种不离析、均质的流体，将选矿厂的
尾矿浓缩为膏体后堆存于尾矿库中可以减少尾矿库的沉降面积，节约土地，提高尾矿库的安全性，目前该项技术已经在许多矿山成功应用。

随着尾矿安全越来越受到重视，土地资源越来越少，膏体技术对于今后矿山建设是一种非常好的选择。

关键词：膏体；尾矿堆存；尾矿库；尾矿浓缩；浓缩设备
l我国尾矿的现状
我国现有矿山15.3万个，据统计2000年以前,我国矿山的尾矿总量为50．26亿t。

2000年以后，每年排放尾矿达6亿t，按此推算，现有尾,矿的总量在80亿t左右，这些尾矿堆存占用了大量的农田、林地，并对环境造成巨大的污染。

除此之外，尾矿坝的安全问题也日显突出，近几年频发的尾矿溃坝事件导致大量人财物损失，国家相关部门也在逐步重视和加强尾矿干堆治理等。

据了解我国现有的尾矿坝中危、险、病尾矿库比例高达50％，安全隐患严重。

现实尾矿的干排、干堆迫在眉睫。

我国矿产资源的突出特点是矿产种类齐全，但贫矿多，单一矿少；共生矿多；矿石组成复杂，难选冶矿多。

过去，由于矿产资源的综合利用缺乏认识，只偏重于数量增长，忽视资源的合理开发和综合利用，采用以牺牲环境为代价的经济发展模式，加上生产技术水平和管理条件所限，矿山生产工艺落后，设备陈旧，致使大量有价矿产资源未得到勘探、评价和合理开发利用，资源破坏浪费严重。

我国共伴生矿产资源的综合利用率不到20％，矿产资源总回收率只有30％，矿山尾矿中大多含有各种有色、黑色、稀贵、稀土和非金属矿物等，是宝贵的二次资源。

我国是一个资源大国，但人均占有的资源却非常低，因此，提高矿山资源的采选率和尾矿二次综合利用具有十分重要的意义。

2我国尾矿堆存的基本现状
根据《金属尾矿综合利用专项规划(2010—2015年)》披露，我国现有尾矿库12 718座，其中在建尾矿库1 526座，占总数12％，已经闭库的尾矿库1 024座，占总数8％，截止2007年，全国尾矿堆积总量80．46亿t。

仅2007年，全国尾矿排量近10亿t。

尾矿的大量堆存带来资源、环境、安全和土地等诸多问题。

(1)占用土地。

尾矿堆存需要占用大量土地。

截止2005年，我国尾矿堆放占用土地1300多万亩，随着老尾矿库闭库，新尾矿库不断增加，必将占
用更多土地。

(2)浪费资源。

我国矿产资源80％为共伴生矿，由于我国矿业起步晚，技术发展不平衡，不同时期的选冶技术差距很大，大量有价值资源存留于尾矿之中。

如我国铁矿尾矿的TFe品位平均8％～12％，有的甚至高达27％。

以当前铁尾矿总堆存量45亿t计算，尾矿中相当于存有铁5亿t左右。

这些尾矿资源如不能综合回收利用，将造成巨大资源浪费。

(3)环境污染。

矿石选矿过程中有的需要加入药剂，这些药剂会残留在尾矿中。

尾矿中含有的重金属离子，甚至砷、汞等污染物，会随尾矿水流入附近河流或渗入地下，严重污染河流及地下水源。

自然干涸后的尾砂，遇大风易形成扬尘，对库区周边环境造成危害。

(4)安全隐患。

很多尾矿库超期或超负荷使用，甚至违规操作，使尾矿库存在极大安全隐患，对库区周边人民财产和生命安全造成严重威胁。

建国以来，我国多次发生过尾矿库溃坝事故，造成大量人员伤亡。

为了解决尾矿库安全、环境方面的问题，目前安全部门、环保部门都在提倡尾矿干式堆存，以提高尾矿库的安全性并减少其对环境的影响。

膏体尾矿地表堆存工艺技术已成为尾矿堆存的发展方向，对尾矿浓缩新装备和新工艺、膏体尾矿堆存特性和地袁堆存工艺、膏体尾矿地表堆存工艺安全管理要素等予以阐述，为保障安全生产、改善库区环境，矿山企业可根据自身条件，选择不同的工艺方案。

长期以来，我国矿山企业的选矿生产尾矿一直采用湿式直排处理方式，尾矿在尾矿库内自然沉淀，对库区周边环境和安全均构成严重危害。

近年来，随着矿山附近土地资源的紧张、征地费用越来越高，导致尾矿库的基建投资占整个采选项目的费用比例越来越大。

为此，寻求更好的尾矿排放方法具有重的现实意义。

为了解决尾矿库安全、环境方面的问题，目前，国家安全部门、环保部门都在提倡尾矿千式堆存，以提高尾矿库的安全性，并减少其对库区周边环境的影响。

3膏体尾矿堆存类型及特性
尾矿浓缩分类及定义
高浓度尾矿浆在管道中流动遵守牛顿流体规则，有一定的临界流速；屈服应力很小，可忽略不计；排放后有渗滤水析出。

膏体尾矿在管道中流动状态为栓塞流，没有临界流速；具有一定的屈服应力；没有或仅有很少量的渗滤水析出。

膏体尾矿又细分为低屈服应力膏体尾矿和高屈服应力膏体尾矿。

低屈服应力膏体尾矿(又称高塌落度膏体尾矿)塌落度指标大于200 mill。

高屈服应力膏体尾矿(又称低塌落度膏体尾矿)塌落度指标小于200 mm。

自20世纪70年代起，膏体尾矿开始大量应用于地下充填。

早期一般采用压滤，现在使用高效浓密机以及正排量泵，并添加水泥、废石以增加尾矿固结后的强度。

20世纪70年代初，加拿大Eli Robin-sky
开始倡导浓缩尾矿地表堆存，并在加拿大Kidd Creek铜锌矿建设了全球第一座浓缩尾矿堆场。

但该堆场浓密机底流浓度不够，没能形成膏状，初期不太成功，20世纪80年代末使用高效浓密机，该堆场使用至今。

20世纪90年代以后，膏体尾矿地表堆放开始引起人们关注，并相继在世界各地建成数十座膏体尾矿地表堆场。

尾矿堆存类型包括地下充填、采坑回填、深海排放、尾矿和废石混合堆存、压滤堆存、膏体堆存。

膏体尾矿地表堆存含两种类型干式堆存、高浓度膏体堆存。

干式堆存是将尾矿脱水后，尾矿含水率不大于15％，尾矿可用汽车或胶带运输至排放地点；高浓度膏体堆存是将尾矿浓缩至75％～85％的固体含量，小型选厂可用汽车将膏体运到排放地点，大型选厂采用膏体泵输送。

2．2膏体尾矿地表堆存特性膏体尾矿地表堆存是指尾矿经脱水处理后产出的一种高浓度尾矿，采用将高浓度尾矿直接堆存于地表或运至尾矿场堆积，堆积的尾矿可用推土机推平压实，形成不饱和致密稳固的尾矿堆。

膏体尾矿地表堆存是近年发展起来的一种新的尾矿处置方法。

(1)流动特性。

根据尾矿浓缩程度，浓缩尾矿分为高浓度尾矿、低屈服应力膏体尾矿、高屈服应力膏体尾矿。

(2)堆积特性。

浓度小于65％的尾矿排放至尾矿库后是水力沉积，在重力作用下，粗颗粒先沉，细颗粒后沉，是自然沉降过程。

膏体尾矿堆积后是强迫沉降过程，粗、中、细颗粒一起沉。

要实现膏体尾矿地表堆存，尾矿经脱水后要达到相当高的浓度，即膏体尾矿在堆积过程中不发生偏析(粗细颗粒不分级)、渗析水少，膏体尾矿具有一定支撑强度，能自然堆积至一定高度，且堆积场大、较平，使膏体尾矿有足够的干燥固结时间。

4浓缩设备
4．1高效重力沉降脱水设备
通过优化设备结构并采用絮凝剂辅助脱水，提高浓缩产品浓度，是高效重力沉降脱水设备的特点。

有代表性的高效重力沉降脱水设备为国外的PPSM型浓密机和国内的深锥型浓密机。

(1)PPSM型浓密机。

PPSM型浓密机为单段脱水装备，其外壳类似一个锅状底圆槽，上部有絮凝剂给料井围绕中心竖轴，轴下部装有螺旋、耙板和紊动杆，槽底有排膏器。

絮凝剂的合理加人、搅拌以及精心设计的给料井和澄清区，对溢流产量和质量至关重要。

在PPSM型浓密机内几乎看不到浓密机中常见的干涉沉降区，澄清是迅速的。

该设备用于将稀矿浆快速浓密成膏状排放，能将膏体延时贮存，同时脱出清澈的溢流。

(2)深锥型浓密机。

深锥型浓密机由深锥、给料装置、搅拌装置、控制箱、给药装置和自控系统等组成，矿浆先给人消气桶处理，然后进入旋流给料箱，经给料桶絮凝后的矿浆进入浓相沉积层，通过浓相沉积层的再絮凝、
过滤、压滤作用，溢流水从上部溢流堰排出，下部锥底排出高浓度的膏体底流。

设备特点是采用絮凝剂增大颗粒粒径，提高沉降速度；严格控制浓相层高度是提高浓缩效果的关键因素之一；作业条件自动控制。

试验和生产实践表明，该设备对金属矿山尾矿浓缩的浓度可达40％一70％。

与普通浓密机相比，该设备在外形上的显著特点是高径比为1．5—2。

4．2压滤脱水设备
压滤机因其脱水效果好、适应性强、压滤脱水后的尾矿处理方式灵活，近年来在黄金矿山尾矿处理中得到应用。

压滤机在冶金和有色金属矿山尾矿脱水中应用较少，只是在制备全尾充填料或膏体尾矿的场合有一定的应用，这主要是由于压滤机的能耗和处理成本高于常规重力沉降浓缩。

另外，单机处理能力较低，难以在大规模生产尾矿的浓缩脱水中推广。

但当尾矿重力脱水困难，而要求尾矿浓度较高时，压滤技术将是一种可行的选择。

尾矿压滤是指尾矿在设计压力作用下，将尾矿中的部分水分挤出。

常用设备有板框式压滤机、箱式压滤机。

4．3真空过滤设备
真空过滤设备是利用真空负压作用，将尾矿中水分吸除。

真空吸附对于较细粒径的尾矿效果更好。

常用设备有陶瓷真空过滤机、带式真空过滤机。

4．4脱水筛设备
脱水筛是煤泥脱水作业的专用设备，广泛应用于煤泥回收、极细物料脱水等工艺。

高频振动脱水筛采用了双电极自同步技术，通用型偏心块、可调振幅振动器。

主要由筛箱、激振器、支承系统及电机组成。

通过胶带联轴分别驱动两个互不联系的振动器作同步反向运转，两组偏心质量产生的离心力沿振动方向的分力叠加，反向离心抵消，从而形成单一的沿振动方向的振动，使筛箱做往复直线运动。

高频振动脱水筛除具有振动筛特点外，筛机整体水平安装，但筛网呈负角安装，以保证强制脱水效果；根据筛网不同，可选择张紧式安装或压紧式安装；通过变频器可随时调整振动频率，以达到最佳脱水效果。

5尾矿高效脱水工艺流程
尾矿浓缩脱水是膏体尾矿地表堆存的重要环节，有代表性的尾矿浓缩工艺流程：旋流器一浓密机浓缩工艺流程、旋流器一浓密机一过(压)滤浓缩工艺流程、浓密机一旋流器一过滤机浓缩工艺流程、旋流器一脱水筛一浓密机浓缩工艺流程。

旋流器一浓密机浓缩工艺流程。

水力旋流器利用离心力强化固液分离，因其结构简单、造价低、占地面积小、处理能力大、底流浓度高，在尾矿浓缩脱水工艺中得到应用。

但单独采用水力旋流器难以得到澄清的溢流，
而采用重力沉降与离心沉降相结合的方法可综合二者优势，既可提高尾矿浓缩脱水的速度和效率，又能保证澄清的溢流。

6对环境的影响及优缺点
6.1膏体尾矿堆存社会和环境优势
①减少了尾矿库溃坝的可能性。

尾矿库的溃坝主要原因是坝体外坡陡或坝体内部浸润线太高：排洪设施失效引发的洪水漫顶：坝体基础不良等。

而且浆体尾矿库一旦溃坝，影响范闱广，破坏力量大。

膏体尾矿库采用高密度尾矿堆存，水区面积小；沉积滩面既长又缓：坝体失稳和洪水漫顶引发的溃坝可能性低。

即使局部发生破外．对周围居民安全和环境影响都远远小于传统尾矿库。

②保证周围公众安全。

③减少了温室气体排放。

④矿山如果进行调整，对尾矿设施影响风险低。

⑤易于周围居民的理解和支持。

6.2其他优势
①膏体尾矿堆存掺加了絮凝剂。

易于固结，不易造成扬尘。

②易于控制膏体尾矿自身的酸性。

③易于控制尾矿堆积容重。

结语
尾矿高浓度输送技术在我国的推广应用还刚刚开始，仍存在着技术、经济上的种种制约因素和瓶颈，但这一技术的推广无疑是必然的，并有着极大的效益前景。

当前，我们在开发和完善国内自主生产设备的同时，还需要研究国外管路系统的设计方法，并借鉴、参考石油、天然气等行业的管路系统设计标准，研发、引进和消化吸收国外的计算及维护管理软件，积累我国的实战应用经验，编制实用设计手册，加快工业化推广应用的步伐。

我国现有800多个国有矿山和ll万个非国有矿山，每年各类矿山排放废水达到30亿t，矿山环境污染带来的经济损失巨大。

尾矿高浓度输送技术的应用实现了国家节能、节水、节地、节材的产业政策目标，使尾矿库的容积节省甚至取消，消除了安全、环保隐患，符合国家的低碳、环保经济发展规划要求，是中国未来矿业领域技术进步的一大亮点，前景十分广阔。

膏体尾矿地表堆存工艺技术为降低选矿运营成本、保障安全生产、改善库区环境开辟了新途径，对现有尾矿库的安全管理和环境保护具有重大的实际意义，已成为今后尾矿堆存的发展方向。

膏体尾矿地表堆存工艺技术具有良好的推广应用价值，会产生明显的社会、经济和环境效益。

虽然目前膏体尾矿地表堆存工艺存在基建投资大、工序运行费用相对较高、压滤机和过滤机等设备处理能力有限，在小型选矿厂实施生产尾矿干式堆存相对容易，而在大型选矿厂实施生产尾矿干式堆存难度较大。

但随着大型尾矿脱水设备的研发与生产，将为大型矿
山企业早日实现生产尾矿干式堆存提供必要的基础条件。

矿山企业可根据自身条件，选择不同的工艺方案。

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