CN102553889B - 一种铁尾矿浆浓缩和干堆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁尾矿浆浓缩和干堆方法，属安全技术领域。其特征在于在低浓度尾矿浆中掺加0.5～3.0%（相对于尾矿干基的重量%）的复合外加剂后，进行浓缩、压滤和干堆。与现有技术相比，本发明显著提高了低浓度铁尾矿浆的浓缩和压滤效率，改善了水质，提高了尾矿堆存过程中的安全性，是一种铁尾矿干堆新方法。
Description
技术领域：
本发明涉及一种铁尾矿浆浓缩和干堆方法，属于矿山安全技术领域。
背景技术：
铁矿石经过破碎、球磨、湿法选矿后，要产生约占原矿量50%以上的品位较低的以硅酸盐矿物为主的高含水废渣，这种废渣称为铁尾矿。因铁尾矿颗粒细、持水性强、含水率高，存在脱水效率低和堆存不安全的问题。
目前，我国的尾矿浓缩和堆存方式有以下几种：
一是库坝式堆存：其方法是先用砂土筑坝，内充尾矿矿浆，矿浆在堆存过程中逐渐沉降，清水在库尾通过回水井排除。该法的优点是坝体建成后运行费用低，工艺简单；存在的主要问题是一次性筑坝投资大，土地占用量大，尾矿长期处于饱和含水状态，存在巨大的安全风险。以该法为基础，采用矿浆在入库前先采用螺旋分级机分级，粗粒级尾矿堆存在坝上作为筑坝材料，细粒级尾矿在库内堆存，这种方法可以减少筑坝需要的砂石材料和筑坝费用，但因粗粒态尾矿粘聚性差，很容易发生渗流破坏，安全风险较大。
二是压滤干堆：其方法是尾矿在入库前先进行深锥浓缩，在浓缩过程中添加聚丙烯酰胺、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁等絮凝剂加速沉降，然后压滤，使尾矿的含水率降到30%以下，滤饼用汽车或皮带运输机输送到堆场。该法与库坝式堆存相比，安全性得到显著提高，但尾矿处理和运输的费用高昂，尾矿存在遇水二次泥化和干燥扬尘的问题。
三是膏体堆存：很多尾矿如氧化铝选尾矿颗粒细，含水率和含泥量高，难沉降，故在尾矿浆中添加水泥和粉煤灰后，泵送到堆场的中央竖管，矿浆从喷管中喷出从堆场中央开始向四周流淌，在流淌过程中因蒸发逐渐失去流动性成为膏体。与库坝式堆存相比，该法安全性提高，但因外加材料量很大，膏体含水率高，堆存体积与原矿浆相比几乎不减少，而且存在干化体扬尘和泥化的问题。
此外，铁尾矿浆在浓密池中加入混凝剂，使矿浆浓度提高到50%以上，再加水泥、石灰、石膏、粉煤灰等材料混合搅拌成为膏体，待其固化后再入库压实堆存。该法的优点是对尾矿库要求不高，无需排水设施，存在的问题是尾矿经絮凝剂处理后会大幅度降低胶结材料的作用效率。
实践表明：现行的尾矿浓缩效率低，回水很容易泛浑，堆存体难以满足在极端自然和气象条件下的安全需要，要从根本上消除尾矿库存在的潜在垮塌风险和降低运行成本，就有必要研究开发新型的尾矿浓缩和堆存技术。
发明内容：
本发明的目的是提供一种专门针对铁尾矿浓缩和干堆的生产方法,以解决铁尾矿安全堆存和水资源高效回用的问题。
本发明的技术方案是：向浓度为20～40%的铁尾矿浆中掺加0.5～3.0wt%（相对于尾矿干基的重量%）的复合外加剂后，再进行浓缩、压滤和干堆。具体步骤包括如下：
（1）复合外加剂的制备:由钢铁冶金渣、化工废石膏、生石灰为主要原料配制而成的载体和由硫酸铝、氯化铁、聚合硫酸铁铝组成的激发剂按照重量比为100:0.6～5.0混合配置而成，然后将混合物经过干燥、破碎、干法球磨，过0.08㎜筛至余量小于5%的粉末即为复合外加剂；
（2）铁尾矿浆浓缩和压滤: 在铁尾矿浆中添加相当于铁尾矿干基0.5～3wt%的复合外加剂，然后在搅拌速率>30r/min的条件下搅拌0.5～2min，然后自然沉降浓缩0.5～2h，产生浓度为50wt%以上的浓缩尾矿浆，然后进行压滤，得到含水率小于30%的滤饼；
（3）铁尾矿干堆：铁尾矿滤饼转运到尾矿堆场每次摊铺厚度≤600㎜，然后对摊铺在堆场外沿的≥10m宽度范围的摊铺层进行碾压和整形（类似坝体）成为围埂，并在沿埂的宽方向预留排水沟；对围埂和填筑区进行多次摊铺和碾压，逐渐堆高，最终要求埂的坡度≤75°，高度≤4m，宽度≥6m，并且要在沿埂的宽方向预留排水沟；在围埂建设过程中，从外向内依次向埂内区域内填筑尾矿滤饼，围埂区和填筑区平衡堆高；干堆体做成阶梯型，下台顶部外沿与上台底部外沿的距离≥1000㎜的距离，且在台阶上紧靠内壁面应设置连通型的宽度≥200㎜，深度≥300㎜的排水沟，各台阶的排水沟与埂的排水沟最后汇集在一起通过总管与外排水***相连。
所述载体的组成为钢铁冶金渣70～80wt%、化工废石膏10～15wt%、生石灰10～15wt%，钢铁冶金渣为钢渣和高炉水渣两种的混合物，其重量比为钢渣：高炉水渣=1：0.5～2.0。
所述激发剂的组成为硫酸铝20～40wt%、氯化铁10～15wt%、聚合硫酸铁铝50～65wt%。
所述铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为20～40wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量＜15wt%,主要矿物为普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm 的质量分数小于10%、粒径大于500μm的质量分数小于10%。
本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：本发明为铁尾矿浓缩和干堆提供了一种新方法，与单纯的深锥浓缩相比效率显著提高，与添加聚丙烯酰胺类混凝剂相比，成本更低，无毒无害；通过本方法浓缩，大量矿浆水直接回用到选矿车间，减少了后续矿浆的压滤和输送压力，节约了水资源，减少了动力消耗。由于在矿浆中添加了复合外加剂，提高了压滤过程中的脱水效率，滤饼含水率更低。滤饼在堆存过程中，混合料各组分将发生化学反应，最终形成以水化硅铝酸盐为主的凝胶矿物把细粒态尾矿胶结成为具有一定承载力和水稳性的复合材料，不受季节、气候的影响，从而实现了铁尾矿的干式堆存。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于以下范围。
实施例1：如图1所示，本铁尾矿浆浓缩和干堆方法的具体步骤如下：
（1）复合外加剂的制备:由钢铁冶金渣、化工废石膏、生石灰为主要
原料复配而成的载体和由硫酸铝、氯化铁、聚合硫酸铁铝组成的激发剂按照重量比为100:0.6混合配置而成，然后将混合物经过干燥、破碎、干法球磨，过0.08㎜筛至余量小于5%的粉末即为复合外加剂；（载体的组成为钢铁冶金渣70wt%、化工废石膏15wt%、生石灰15wt%，钢铁冶金渣为钢渣和高炉水渣两种的混合物，其重量比为钢渣：高炉水渣=1：0.5。激发剂的组成为硫酸铝20wt%、氯化铁15wt%、聚合硫酸铁铝65wt%。）
（2）铁尾矿浆浓缩和压滤:在铁尾矿浆中添加相当于铁尾矿干基1.5wt%的复合外加剂，然后在搅拌速率为35r/min的条件下搅拌0.5min，然后自然沉降浓缩0.5h，产生浓度为60wt%的浓缩尾矿浆，然后进行压滤，得到含水率为28%的滤饼；（铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为20wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量为14wt%,主要矿物为普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm的质量分数小于9%、粒径大于500μm的质量分数小于9%）
（3）铁尾矿干堆：铁尾矿滤饼转运到尾矿堆场，每次摊铺厚度为500㎜，然后对摊铺在堆场外沿的11m宽度进行碾压和整形成为围埂，对围埂和填筑区进行多次摊铺和碾压，逐渐堆高，最终要求埂的坡度为70°，高度为4m，宽度为6m，并且要在沿埂的宽方向预留排水沟；在围埂建设过程中，从外向内依次向埂内区域内填筑尾矿滤饼，围埂区和填筑区平衡堆高；干堆体做成阶梯型，下台顶部外沿与上台底部外沿应有1000㎜的距离，且在台阶上紧靠内壁面应设置连通型的宽度220㎜，深度为350㎜的排水沟，各台阶的排水沟与埂的排水沟最后汇集在一起通过总管与外排水***相连。
上述铁尾矿筑埂材料7天抗压强度0.2MPa，28天抗压强度0.5MPa；上述铁尾矿充填材料7天抗压强度0.05MPa，28天抗压强度0.3MPa；两类材料7天后饱和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%时，不粉化，饱和浸泡时不泥化。
实施例2：如图1所示，本铁尾矿浆浓缩和干堆方法的具体步骤如下：
（1）复合外加剂的制备:由钢铁冶金渣、化工废石膏、生石灰为主要
原料复配而成的载体和由硫酸铝、氯化铁、聚合硫酸铁铝组成的激发剂按照重量比为100:3混合配置而成，然后将混合物经过干燥、破碎、干法球磨，过0.08㎜筛至余量小于5%的粉末即为复合外加剂；（载体的组成为钢铁冶金渣75wt%、化工废石膏12wt%、生石灰13wt%，钢铁冶金渣为钢渣和高炉水渣两种的混合物，其重量比为钢渣：高炉水渣=1：1。激发剂的组成为硫酸铝30wt%、氯化铁15wt%、聚合硫酸铁铝55wt%。）
（2）铁尾矿浆浓缩和压滤:在铁尾矿浆中添加相当于铁尾矿干基0.5wt%的复合外加剂，然后在搅拌速率为40r/min的条件下搅拌1min，然后自然沉降浓缩1.5h，产生浓度为65wt%的浓缩尾矿浆，然后进行压滤，得到含水率为25%的滤饼；（铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为40wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量为13wt%,主要矿物为普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm的质量分数小于8%、粒径大于500μm的质量分数小于8%）
（3）铁尾矿干堆：铁尾矿滤饼转运到尾矿堆场，每次摊铺厚度为600㎜，然后对摊铺在堆场外沿10m的宽度进行碾压和整形成为围埂，并在沿埂的宽方向预留排水沟；对围埂和填筑区进行多次摊铺和碾压，逐渐堆高，最终要求埂的坡度为75°，高度为3m，宽度不小于7m，并且要在沿埂的宽方向预留排水沟；在围埂建设过程中，从外向内依次向埂内区域内填筑尾矿滤饼，围埂区和填筑区平衡堆高；干堆体做成阶梯型，下台顶部外沿与上台底部外沿应有1800㎜的距离，且在台阶上紧靠内壁面应设置连通型的宽度为200㎜，深度为300㎜的排水沟，各台阶的排水沟与埂的排水沟最后汇集在一起通过总管与外排水***相连。
上述铁尾矿筑埂材料7天抗压强度0.3MPa，28天抗压强度0.8MPa；上述铁尾矿充填材料7天抗压强度0.1MPa，28天抗压强度0.5MPa；两类材料7天后饱和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%时，不粉化，饱和浸泡时不泥化。
实施例3：如图1所示，本铁尾矿浆浓缩和干堆方法的具体步骤如下：
（1）复合外加剂的制备:由钢铁冶金渣、化工废石膏、生石灰为主要
原料复配而成的载体和由硫酸铝、氯化铁、聚合硫酸铁铝组成的激发剂按照重量比为100: 5.0混合配置而成，然后将混合物经过干燥、破碎、干法球磨，过0.08㎜筛至余量小于5%的粉末即为复合外加剂；（载体的组成为钢铁冶金渣80wt%、化工废石膏10wt%、生石灰10wt%，钢铁冶金渣为钢渣和高炉水渣两种的混合物，其重量比为钢渣：高炉水渣=1：2.0。所述激发剂的组成为硫酸铝40wt%、氯化铁10wt%、聚合硫酸铁铝50wt%。）
（2）铁尾矿浆浓缩和压滤:在铁尾矿浆中添加相当于铁尾矿干基3wt%的复合外加剂，然后在搅拌速率为31r/min的条件下搅拌2min，然后自然沉降浓缩2h，产生浓度为55wt%的浓缩尾矿浆，然后进行压滤，得到含水率29%的滤饼；（铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为30wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量为12wt%,主要矿物为普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm 的质量分数小于10%、粒径大于500μm的质量分数小于10%）
（3）铁尾矿干堆：铁尾矿滤饼转运到尾矿堆场，每次摊铺厚度550㎜，然后对摊铺在堆场外沿12m的宽度进行碾压和整形成为围埂，并在沿埂的宽方向预留排水沟；对围埂和填筑区进行多次摊铺和碾压，逐渐堆高，最终要求埂的坡度为71°，高度为3.5m，宽度为7.5m，并且要在沿埂的宽方向预留排水沟；在围埂建设过程中，从外向内依次向埂内区域内填筑尾矿滤饼，围埂区和填筑区平衡堆高；干堆体做成阶梯型，下台顶部外沿与上台底部外沿应有1100㎜的距离，且在台阶上紧靠内壁面应设置连通型的宽度250㎜，深度320㎜的排水沟，各台阶的排水沟与埂的排水沟最后汇集在一起通过总管与外排水***相连。
上述铁尾矿筑埂材料7天抗压强度0.3MPa，28天抗压强度0.6MPa；上述铁尾矿充填材料7天抗压强度0.06MPa， 28天抗压强度0.3MPa；两类材料7天后饱和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%时，不粉化，饱和浸泡时不泥化。
Claims (6)
1.一种铁尾矿浆浓缩和干堆方法，其特征在于包括如下具体步骤：
（1）复合外加剂的制备:由钢铁冶金渣、化工废石膏、生石灰为主要原料配制而成的载体和由硫酸铝、氯化铁、聚合硫酸铁铝组成的激发剂按照重量比为100:0.6～5.0混合配置而成，然后将混合物经过干燥、破碎、干法球磨，过0.08㎜筛至余量小于5%的粉末即为复合外加剂；
（2）铁尾矿浆浓缩和压滤:在铁尾矿浆中添加相当于铁尾矿干基0.5～3wt%的复合外加剂，然后在搅拌速率>30r/min的条件下搅拌0.5～2min，待自然沉降浓缩0.5～2h后，产生浓度为50wt%以上的浓缩尾矿浆，然后进行压滤，得到含水率小于30%的滤饼；
（3）铁尾矿干堆：将铁尾矿滤饼转运到尾矿堆场，每次摊铺厚度≤600㎜，然后对摊铺在堆场外沿的≥10m宽度范围的摊铺层进行碾压和整形成为围埂，并在沿埂的宽方向预留排水沟；对围埂和填筑区进行多次摊铺和碾压，逐渐堆高；在围埂建设过程中，从外向内依次向埂内区域内填筑尾矿滤饼，围埂区和填筑区平衡堆高；干堆体做成阶梯型，下台顶部外沿与上台底部外沿的距离≥1000㎜的距离，且在台阶上紧靠内壁面应设置连通型的宽度≥200㎜，深度≥300㎜的排水沟，各台阶的排水沟与埂的排水沟最后汇集在一起通过总管与外排水***相连。
2.根据权利要求1所述的铁尾矿浆浓缩和干堆方法，其特征在于：所述载体的组成为钢铁冶金渣70～80wt%、化工废石膏10～15wt%、生石灰10～15wt%。
3.根据权利要求1或2所述的铁尾矿浆浓缩和干堆方法，其特征在于：所述钢铁冶金渣为钢渣和高炉水渣两种的混合物，其重量比为钢渣：高炉水渣=1：0.5～2.0。
4.根据权利要求1所述的铁尾矿浆浓缩和干堆方法，其特征在于：所述激发剂的组成为硫酸铝20～40wt%、氯化铁10～15wt%、聚合硫酸铁铝50～65wt%。
5.根据权利要求1所述的一种铁尾矿浆浓缩和干堆方法，其特征在于：所述铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为20～40wt%的呈流体状的液固混合物，干基是指上述液固混合物除去水分后的绝干固体物，是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余含铁量＜15wt%的固体废弃物,主要矿物为普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm 的质量分数小于10%、粒径大于500μm的质量分数小于10%。
6.根据权利要求1所述的一种铁尾矿浆浓缩和干堆方法，其特征在于：所述步骤（3）中，最终要求埂的坡度≤75°，高度≤4m，宽度≥6m。
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