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1、低品位铁矿无尾排放综合技术,山 东 科 技 大 学,内容提要,第一部分 立项背景 第二部分 实验室试验研究 第三部分 无尾排放工业试验 第四部分 主要结论,第一部分 立项背景,1 立项背景 2 技术路线及关键技术 3 研究内容,1 立项背景,1.1 尾矿排放现状 尾矿是是各类矿石经破碎、磨矿、分选，提取有用成分后丢弃的细粒固体废弃物。 粒度细、含水量高、利用难度大，目前以尾矿库堆存为主。 我国以低品位矿石为主的资源特点，不可避免地产生大量尾矿。全国尾矿堆存占用和污染土地达到1300多万亩。每年新增各类尾矿排放量约15亿吨以上，每年需要新增占地3万亩以上。 许多地区尾矿排放已达到生态容纳极限，面
2、临无处可排的局面（潍坊、淄博、招远、苍山）。 项目所在地山东昌邑郑家坡铁矿不允许尾矿外排。,1 立项背景,1.2 尾矿排放的污染和安全危害 尾矿中重金属离子等有害成分的渗滤难以治理，干基尾矿风沙扬尘污染周边土地及环境。 尾矿的大量在地表堆存存在巨大安全隐患。 尾矿在建材等领域具有潜在的利用价值，大量排放造成了巨大的资源浪费。 加快尾矿的综合利用、实现无废排放，是矿山行业的迫切要求，也是保障矿山安全、发展循环经济的战略要求。,2008年9月8日山西省襄汾县新塔矿业公司尾矿库发生溃坝事故，造成277人死亡。,1 立项背景,1.3 铁矿行业及郑家坡铁矿的现实需求 低品位铁矿是我国主要的铁矿类型（平均
3、原矿品位30-33%），普遍存在着尾矿排放量大、占地面积大、环境和安全问题突出等共性难题。 五矿矿业昌邑郑家坡铁矿属于典型低品位细粒嵌布磁铁矿矿石，原矿品位仅为22%左右，选比达到4以上，废石和尾矿约占原矿的75%。按照传统的生产方式，必须投资建设尾矿库。 然而，郑家坡铁矿周边均为农田，国家和地方相关政策不允许建设尾矿库。 因此，按照传统的生产方式已难以为继，必须通过技术创新实现无废排放。,2 技术路线及关键技术,2.1技术路线 “强化预选、粗粒利用、细粒充填” 2.2 关键技术 粗粒废石的充分分离并达到相关应用要求。 粗粒尾矿的有效分离和充分利用，并保证采充平衡。 低浓度微细粒砂仓溢流的高效
4、浓缩和井下充填利用（原来必须排放到沼泽地改造的临时尾矿库中）。,3 研究内容,3.1 实验室研究 粉矿预选工艺及设备研究 粗粒尾矿分离及利用技术研究 低浓度微细粒砂仓溢流高效浓缩技术研究 3.2 工业生产流程改造及工业试验 粉矿干式预选系统改造及工业试验 粗粒尾矿分级浓缩系统改造及工业试验 砂仓溢流高效浓缩和充填系统改造及工业试验,第二部分 实验室试验研究,1 粉矿预选试验研究 2 旋流器分级浓缩试验研究 3 砂仓溢流浓缩试验研究,1 粉矿预选试验研究,1.1 磁滑轮干式预选试验 300磁滑轮（0.4T），皮带速度为1m/s，料层厚度为30mm。 在较粗粒度下可以分离17%左右的粗粒合格废石。
5、 干式预选抛废率并没有随着粒度的降低而升高。,磁滑轮干式预选试验结果,1 粉矿预选试验研究,1.2 粉矿干选机预选试验 400mm600mm干选机，0.4T、-17mm。 与磁滑轮相比，干选机抛弃的尾矿产率提高了4.50%，能够获得更好的抛废率。 物料分散的均匀性更好，分选料层更薄。 但需要配置布料装置，占用空间较大，现场改造不及磁滑轮方便。,粉矿干选机试验结果,1 粉矿预选试验研究,1.3 磁滑轮预选优化试验 1. 带速的影响 在料层厚度为30mm的条件下，控制带速。 带速增加有利于提高抛废率，增强难选细颗粒废石的分离。,磁滑轮预选带速的影响试验,1 粉矿预选试验研究,2. 料层厚度条件试验
6、 带速1m/s，控制料层厚度。 料层厚度薄，脉石不易被包裹，干式预选的效果越好。 磁滑轮干式预选应采用薄料层分选。 磁滑轮配置简单，可以通过控制工艺参数保证较好的抛废率。,磁滑轮预选料层厚度影响试验,1 粉矿预选试验研究,1.4 湿式预选试验 CTS 400mm600mm顺流型永磁筒式磁选机，0.3T，不同粒度。 粒度降低有利于提高湿式预选效率。 湿式预选工艺对细粒脉石矿物的脱除更为有效。-17mm粉矿湿式预选，可抛废35.20%。 而且随着粒度降低，抛废率有所提高。 说明粉矿中存在大量能够丢弃的废石，应结合现场条件开展粉矿预选改造。,湿式预选试验结果,2 旋流器分级浓缩试验研究,2.1 长锥
7、形旋流器分离试验 1. 试验结果 探索从磁选尾矿中回收和利用粗粒尾矿的可能性。 125 mm长锥形旋流器，一段磁选尾矿给矿浓度12%。 沉砂口直径、给矿压力对底流产率和底流浓度影响显著，作业指标可调。 采用125长锥形旋流器，底流产率可达到65%以上、浓度52-72%。,长锥形旋流器分级浓缩试验结果,2 旋流器分级浓缩试验研究,2. 旋流器底流（粗粒尾矿）粒度组成 +100目含量22.60%，细粒级偏高，不利于后续作为建设用砂综合利用。 采用旋流器能够预先分离浓缩大量较粗粒尾矿。然而，就本项目而言，尾矿分离的数量还要考虑采充平衡的要求和便于尾矿大宗利用的要求。,旋流器底流筛析试验结果,2 旋流
8、器分级浓缩试验研究,2.2 短锥形旋流器分级浓缩试验 1. 试验结果 为了控制底流产率和粒度，采用20大锥角短锥形旋流器，较小的给矿压力和沉砂口直径。 短锥形旋流器在适当工艺条件下，底流产率可明显降低。 旋流器的作业指标可通过选择适宜的结构形式和工艺参数而灵活调整。,短锥形旋流器分级浓缩试验结果,2 旋流器分级浓缩试验研究,2. 短锥形旋流器底流粒度组成 0.08MPa和沉砂口12mm条件下的分级浓缩产品进行了粒度分析。 在大锥角、小直径沉砂口和低压力条件下，底流粒度明显变粗。+100目含量达到89.25%，为后续利用创造了条件。 底流粒度组成能够通过选择旋流器结构形式和控制作业参数进行控制。
9、,短锥形旋流器底流筛析结果,3 砂仓溢流浓缩试验研究,3.1 砂仓溢流粒度组成分析 郑家坡铁矿充填系统采用4台108m砂仓进行尾矿自然沉降浓缩，存在着微细粒溢流难以澄清，溢流水无法利用的问题。 主要以-600目细泥为主，自然沉降效率低。,砂仓溢流筛分试验结果,3 砂仓溢流浓缩试验研究,3.2 砂仓溢流沉降试验 1. 自然沉降 初始浓度为9%。 砂仓溢流的沉降速度较慢，而且澄清层浑浊。 2. 絮凝沉降试验 聚丙烯酰胺为絮凝剂。 絮凝沉降可以实现砂仓溢流的快速沉降浓缩，并获得澄清溢流水。,自然沉降速度测定结果,絮凝沉降速度测定结果,第三部分 无尾排放工业试验,1 选矿厂现行流程生产指标 2 粉矿预
10、选改造及工业试验 3 粗粒尾矿分离改造及工业试验 4 砂仓溢流浓缩充填系统改造及工业试验 5 改造后流程生产指标,1 选矿厂现行流程生产指标,原矿处理能力70万吨/年。 已采用大块预选和尾矿充填分别利用废石10.68万吨/年和尾矿25.30 万吨/年。 为实现无尾排放，年剩余尾矿16.37万吨需要利用。,2 粉矿预选改造及工业试验,2.1 改造方案 湿法预选的效果好，但选厂内没有改造空间。而干选机配置较复杂、占用空间大，现有场地难以实施。最终采用磁滑轮进行了干式预选改造。 将现有筛下粉矿输送皮带首轮改为CTDG1010型磁滑轮，增加一条废石转运皮带。 为了提高磁滑轮抛废率，解决细粒废石难以分离
11、的难题。采用“薄料层、高带速”预选技术。带速由原来的1.25m/s提高至1.8m/s；将槽型托辊改为平型托辊，并增加布料板，控制料层厚度小于40mm。,2 粉矿预选改造及工业试验,2.2 粉矿预选工业试验结果 控制料层厚度35-40mm、带速1.8m/s，粉矿干选平均作业抛废率达到16.28%，折合至原矿平均抛废率为13.80%。 可抛废9.66万吨/年，对于减少后续细粒尾矿的排放和降低磨选成本发挥了重要作用。,粉矿干式预选工业试验结果,2 粉矿预选改造及工业试验,2.3 粉矿预选废石的应用性能 参照GB/T 14685-2011建设用卵石、碎石中规定的技术要求，对预选废石的性能进行了检测。
12、完全符合国标要求，可作为建设用碎石使用。 郑家坡铁矿在井下和地表施工中，直接采用粉矿预选废石替代外购碎石，用于井下地坪、喷浆、水沟等施工，施工质量能够满足工程要求。 试验期间累计使用约4.8万t，节省了大量外购碎石。,预选废石主要技术指标检测结果,3 粗粒尾矿分离改造及工业试验,3.1 改造方案 通过磁滑轮干选改造，每年抛废9.66万吨。按照目前尾矿充填量为25.30万吨/年，仍需要分离和利用粗粒尾矿量6.71万吨/年，占原矿量的9.59%。 根据小型试验结果，选用2台610短锥形水力旋流器对磁选尾矿进行了分离粗砂改造。旋流器底流进入粗砂池，溢流自流进入浓密大井，浓缩后泵送至充填砂仓。,3 粗
13、粒尾矿分离改造及工业试验,3.2 工业试验结果 不同压力和沉砂口条件下，底流作业产率17-23%、底流浓度65-70%，可以控制工艺参数适当调整底流产率。 根据需要的尾矿分离量，推荐采用给矿压力0.08MPa、沉砂口60mm左右。 工业生产统计，旋流器底流平均作业产率21.72%、折合至原矿平均产率为9.93%，平均浓度为68.53%。达到了采充平衡的要求。,旋流器分离粗粒尾矿工业试验,3 粗粒尾矿分离改造及工业试验,3.3 粗粒尾矿应用性能研究 1. 性能检测 对照GB/T 14684-2011建设用砂中规定的技术要求。 除了细度模数偏小之外，其余指标全部满足要求。 可以与普通建筑砂配合使用
14、（河北承德、山东济宁、临沂已有大规模生产）。,粗粒尾矿技术指标检测结果,3 粗粒尾矿分离改造及工业试验,2. 粗粒尾矿与标准建筑用砂混合配比测定 由青岛宏兴建材公司采购标准建筑砂，进行了粗粒尾矿与普通建筑砂的不同配比混合砂的粒度检测和计算（最大掺和量可达到50%）。 郑家坡铁矿在建筑砂中掺入20%左右的粗粒尾矿混合使用，不改变原有施工条件，施工质量完全达到要求。 在本项目试验期间已累计使用量2.5万t左右。 粗粒尾矿的分离和利用，保证了无尾排放和采充平衡。,混合砂粒度组成和细度模数,4 砂仓溢流浓缩充填系统改造及工业试验,4.1 改造方案 根据实验室研究结果，采用絮凝沉降的方法，能够有效浓缩回
15、收砂仓微细矿泥。 采用絮凝沉降工艺，按照处理能力新建一台8m深锥浓密机。浓缩后细泥经泵送与砂仓浓缩底流合并充填，澄清溢流水返回生产系统使用。,4 砂仓溢流浓缩充填系统改造及工业试验,4.2 工业试验结果 砂仓溢流平均浓度为8.48%，深锥浓密机底流浓度平均34.83%。 溢流清水产量11.67m3/h，可循环使用。 充填料浆平均浓度可以达到67.17%，灰沙比1:10左右时，实测28天充填体强度平均达到2.36Mpa。 砂仓细泥的浓缩充填，彻底解决了低浓度微细粒砂仓溢流的处理和利用问题。保证了无废排放的顺利实施。,5 改造后全流程生产指标,采用粉矿干式预选技术，可预先分离利用粗粒废石9.66万
16、吨/年； 采用短锥形旋流器分离技术，可分离利用粗粒尾矿6.71万吨/年； 通过砂仓溢流浓缩充填，避免了难处理细泥的排放，并回收了溢流清水返回选厂循环利用。 经过研究和工业实施，全面实现了无废石、无尾矿、无废水的无废排放预定目标。,第四部分 主要结论,1. 在当前的技术经济条件下，低品位铁矿实现无尾排放已成为可能。 块状废石和粗粒尾矿的利用技术日趋成熟，而且国家和地方政府支持，发展前景广阔。 河北、山东部分市县出台了禁止开采砂石的政策，也大大促进了尾矿的综合利用。山东莱芜矿业、山东华联矿业等铁矿基本实现了无尾排放，一些铁矿、金矿也在开展无尾排放改造工作。 2、无尾排放的难点和重点在于微细粒尾矿的处理和利用。 经过膏体浓缩后胶结充填地下采空区或在地表塌陷区固结堆存，将是微细粒尾矿大宗利用和安全处置的重要途径。,致谢,谢谢各位领导和专家！请批评指正！,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。2020/12/32020/12/3Thursday, December 3, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2020/12/32020/12/32020/12/312/3/202
