CN102976647B - 一种尾矿湿式排放固结堆存方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾矿湿式排放固结堆存方法，将低浓度尾矿浆浓密成为高浓度尾矿浆；将胶凝材料加入高浓度尾矿浆中，并搅拌均匀成为加料矿浆；将加料矿浆输送至尾矿库堆存；加料矿浆在尾矿库析水固结，固结硬化后的尾矿砂胶结为一个整体；每天检测来料低浓度尾矿浆的浓度，浓密后的高浓度尾矿浆的含水量，入库的加料矿浆固结过程中平均每天的析水量，入库加料矿浆固结后第3天、第7天和第28天的抗剪强度；在尾矿库堆存完尾矿后应进行闭库处理。本发明排放后的加料矿浆胶结硬化后形成具有一定固结强度的固结体，使松散的尾矿砂凝结为一个整体，不会发生遇水泥化现象，还能够避免产生大气浮尘污染，大大降低了对周围大气环境的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种尾矿排放堆存方法，尤其涉及一种尾矿湿式排放固结堆存方法。属于非煤矿山尾矿堆存技术领域。
背景技术
目前尾矿堆存方法有湿式、干式及介于两者之间的半干式。大多数选矿厂的尾矿采用传统湿式处理，即尾矿以矿浆的形式直接输送至尾矿库进行储存，尾矿浆浓度不大于60％；20世纪80年代兴起的干式堆存方法，是将尾矿矿浆经压滤后，处理成尾矿滤饼的形式进行排放，尾矿滤饼浓度约80％。20世纪90年代后期综合湿式堆存和干式堆存的优缺点，逐步形成了半干式排放方法，即膏体排放，膏体排放是将尾矿矿浆浓缩至膏体状尾砂，其浓度大于湿式尾矿浆浓度而小于干式尾矿浆浓度，浓度约为60％～80％。
尾矿湿式排放是目前常用排尾方式，工艺简单且经济，坝前粒径分级比较均匀，但是该方法使得大量污水直接排至尾矿库内，浪费水严重；尾砂中携带的超标重金属、硫、砷等污染物质及残存的选矿药剂能够直接造成环境污染；粒径极细的尾矿干燥后形成的飘尘会随风飘扬，产生大气浮尘污染；尾矿风化过程中可形成溶于水的化合物或重金属离子，经地表水或地下水带走，会严重污染周围水系及土壤，危害人体健康，影响农作物、森林、禽畜和鱼类的生长与繁殖。更为严重的是，由于尾矿库堆存的尾矿粒径极细且没有凝聚力或凝聚力很小，浸润线偏高，尾矿库坝体稳定性差，一旦发生溃垮，危害性最大。
尾矿干式排放是将脱水后的尾矿滤饼堆存于地表，使用推土机推平压实，可以形成不饱和致密稳固的尾矿堆，从而实现安全堆存尾矿的目的。要实现尾矿干式堆存的关键在于，尾矿矿浆经过脱水后达到相当高的浓度，在堆积过程中不会发生离析，渗析水量很少，具有一定的支撑强度。该方法具有明显的优点：占地少，对堆放场地要求的条件不苛刻，回水利用率高，在严重缺水地区优势明显。还可减少对环境的污染，安全性较湿式排放要好，但是该方法运营费用高，设备多，管理不便，在降雨较大地区能够实现的可能性较小，大型矿山很难实现。相对于尾矿湿排，尾矿干式堆放的安全隐患和环境危害依然存在；干堆的尾矿由于没有凝聚力或凝聚力很小，遇水极易发生泥化，甚至发生崩溃，因此对干堆区域和地点有严格限制。
膏体尾矿堆存方法不但节省新水和降低电力消耗，还能有效减少选矿药剂的投入，与湿式尾矿库相比，膏体尾矿库基建投资相似，减少了尾矿水渗透的危险，大量减少新水使用，并减少了水污染。但是膏体排放前要投入大量的时间和精力进行现场试验来确定膏体尾矿库的堆积坡度和排放浓度，同时膏体排放具有一定的困难和局限性，投资高，技术复杂，不确定性大，尾矿的粒径无法分级，且尾矿没有凝聚力或凝聚力很小，遇水易泥化，安全隐患和环境危害依然存在，甚至比湿式排放更为严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够消除尾矿库安全隐患并降低环境污染的尾矿湿式排放固结堆存方法。
本发明技术解决方案是：
一种尾矿湿式排放固结堆存方法，其步骤是：
(1)尾矿浓密：将低浓度尾矿浆浓密成为高浓度尾矿浆；
(2)加料搅拌：将胶凝材料加入高浓度尾矿浆中，并搅拌混合均匀成为加料矿浆；
(3)输送排放：将加料矿浆输送至指定尾矿库进行堆存；
(4)固结：加料矿浆在尾矿库析水固结，固结硬化后的尾矿砂胶结为一个整体；
(5)检测：每天检测来料低浓度尾矿浆的浓度，浓密后的高浓度尾矿浆的含水量，入库的加料矿浆固结过程中平均每天的析水量，入库加料矿浆固结后第3天的抗剪强度、第7天的抗剪强度和第28天的抗剪强度；
(6)在尾矿库堆存完尾矿后应进行闭库处理。
在上述步骤(2)中，具体胶凝材料的选择，以及胶凝材料与高浓度尾矿浆中尾矿砂的重量比应根据抗剪强度试验进行确定；试验要求加料矿浆固结7天后的凝聚力不小于100kPa，胶凝材料与高浓度尾矿浆中尾矿砂的重量比应大于固结尾矿泥化临界值
上述步骤(4)的固结条件为：入库的加料矿浆固结时间不小于3天，夏天入库的加料矿浆温度不得大于30℃，冬季入库的加料矿浆不得低于5℃，固结后的尾矿里表温差不得大于25℃，降温速率不得大于2℃/天，固结后的尾矿表面与大气的温差不得大于20℃。
本发明的技术效果是：本发明将选矿厂排出的来料低浓度尾矿浆经浓密机浓缩至近似膏体的高浓度尾矿浆(浓度为60％～70％)，加入胶凝材料(如普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥及胶固粉，胶凝材料可通过商业购买)，通过搅拌桶搅拌均匀后，泵送至尾矿库进行排放。排放后的加料矿浆胶结硬化后形成具有一定固结强度的固结体，使松散的尾矿砂凝结为一个整体，不会发生遇水泥化现象，还能够避免产生大气浮尘污染，大大降低了对周围大气环境的影响；尾矿砂之间的内摩擦角为10°～35°，凝聚力由原来的0～10kPa提高到不小于100kPa，凝聚力至少提高了10倍，增强了尾矿的抗剪强度指标，提高了尾矿堆存的稳定安全。另外，尾矿固结后减小尾矿砂粒间的空隙体积，并使渗透系数由2×10-2～1.25×10-4cm/s(厘米/秒)减小为1×10-4～1×10-6cm/s，减少了雨水的入渗量和污水的下渗量，因此本发明可以大大降低对地下水环境和地表水的污染，进一步减弱对农作物、森林、禽畜和鱼类生长与繁殖的影响，并且可以提高尾矿堆积边坡的稳定安全性，从而消除滑坡、溃坝等重大事故的发生，保证人的生命和财产安全。本发明方法尤其适用于地震烈度较大、地质条件复杂、对下游危害较严重的地区。
附图说明
1、图1为本发明尾矿湿式排放固结堆存方法流程示意图。
具体实施方式：
如图1所示，本实施例选矿厂排出的来料尾矿矿浆浓度为25％(尾矿固体颗粒所占重量比)，尾矿细度为-0.074mm(即尾矿矿砂粒径小于0.074mm)占75％。
本实施例采用4台深锥浓密机、12个胶凝材料仓和12套高浓度搅拌槽。每套搅拌设备设置1个胶凝材料仓和1套高浓度搅拌槽，每3套搅拌设备共用1座深锥浓密机，每个胶凝材料仓对应一套高浓度搅拌槽，并设置其他辅助设备和辅助设施，如事故池、除尘器、备件库和控制室等设施。
本发明实施例尾矿湿式排放固结方法的具体步骤为：
(1)供砂：选矿厂采用渣浆泵将浓度25％的低浓度尾矿浆输送至深锥浓密机中。
(2)浓密：在选矿厂内浓度25％的低浓度尾矿浆通过深锥浓密机进行浓密，至少80％的水量溢出后可以直接回收利用，从而增加了回水利用率，尾矿矿浆浓密后的浓度为60％～70％。使用深锥浓密机进行浓密可以添加聚丙烯酰胺絮凝剂，聚丙烯酰胺絮凝剂作用是使液体中分散的微小颗粒形成絮凝物，从水中分离出来，加快泥水分离速度。
(3)加料：将浓密后的尾矿矿浆(浓度为60％～70％)引至高浓度搅拌槽中，把胶凝材料仓中的胶凝材料加入浓密后的高浓度尾矿浆中，利用高浓度搅拌槽进行搅拌混合均匀成为加料矿浆。由于不同矿山的尾矿所含矿物不同，选择的具体胶凝材料及其添加量(胶凝材料与高浓度尾矿浆中尾矿砂的重量比)应根据抗剪强度试验进行确定，试验要求添加有胶凝材料的高浓度尾矿浆(即入库加料矿浆)固结后第7天抗剪指标中的凝聚力不小于100kPa，并且胶凝材料添加量(胶凝材料与高浓度尾矿浆中尾矿砂的重量比)应大于固结尾矿泥化临界值当胶凝材料添加量小于时，尾矿砂固结后遇水72小时后会发生泥化现象，当胶凝材料添加量大于时，尾矿砂固结后遇水72小时后不会发生泥化，则称定值为固结尾矿泥化临界值。本实例胶凝材料采用325普通硅酸盐水泥，本实施例经抗剪试验后，325普通硅酸盐水泥与高浓度尾矿浆中尾矿砂的重量比按1∶10下放至高浓度搅拌槽中，经高浓度搅拌槽搅拌后，配制成浓度为65％的添加有胶凝材料的高浓度尾矿浆。
胶凝材料有水泥、高水材料、赤泥、胶固粉、新型固结材料等，胶凝材料以水泥为主，逐步使用新型固结材料，如淄博海州充填胶结材料有限公司生产的新型固结材料。
胶凝材料的具体选择和添加量实例见表1。
表1
一般矿山尾矿中的组分以二氧化硅SiO2为主，表1中实例尾矿砂组分见下表2：
表2
(4)排放：尾矿排放应根据实际情况进行调整，采用分区分格进行堆存的方式，该方法是将库区分为排放区、准备区和备用区三个区，为保证尾矿固结时间，将排放区划分为多个条格，根据每天排放尾矿量及地形调整条格尺寸大小，一般每格宽10～50m，按顺序循环进行排放添加有胶凝材料的高浓度尾矿浆。本实例由渣浆泵(2台渣浆泵使用，1台渣浆泵备用)给隔膜泵喂料，隔膜泵(2台隔膜泵使用，1台隔膜泵备用)将添加有胶凝材料的高浓度尾矿浆排至尾矿库内，分区分格进行循环排放，每个条格宽20米。
(5)固结：添加有胶凝材料的高浓度尾矿浆(即加料矿浆)通过管道布置，分格排放后，入库的加料矿浆析水固结，固结硬化后将尾矿砂胶结为一个整体。固结控制条件：入库的加料矿浆固结时间不小于3天，夏天入库的加料矿浆温度不得大于30℃；冬季入库的加料矿浆不得低于5℃，固结后的尾矿里表温差不得大于25℃，降温速率不得大于2℃/天，固结后的尾矿表面与大气的温差不得大于20℃；冬季在影响坝体稳定的区域应采用暖棚法或覆盖法等措施进行保温，不影响尾矿库安全的区域可不进行保温。
(6)检测：为保证系统正常运行，应每天检测来料的低浓度尾矿浆浓度、浓密后尾矿浆中的含水量、入库的加料矿浆固结过程中平均每天的析水量，并巡检系统设备运行状况。检测入库的加料矿浆固结后的第3天抗剪强度、第7天的抗剪强度及第28天的抗剪强度。
尾矿库坝后渗水及析出水可通过回水泵输送至选矿厂区，循环利用。堆场堆存完尾矿后应进行闭库处理，闭库处理与现有尾矿库一样，修正库面且覆土植被，修建纵横排水沟，坡向排洪口，并布设监测设施进行监测，监测下雨雨量、尾矿坝体位移、浸润线和尾库水位。
本实施例浓密后的尾矿浆浓度为65％，不同龄期的胶结实验结果为，第7天胶结尾矿砂的凝聚力为120kPa，内摩擦角10.5°；第14天胶结尾矿砂的凝聚力为144kPa，内摩擦角9.8°；第28天胶结尾矿砂的凝聚力为215kPa，内摩擦角12.5°。
本实施例中：
1、供砂步骤中的渣浆泵采用石家庄强大渣浆泵有限公司生产的300AH-ST型渣浆泵，流量Q＝2400m3/h，扬程H＝55m，功率560kW。
2、浓密步骤中的深锥浓密机采用奥图泰(上海)冶金设备技术有限公司生产的直径为30m的PT30型深锥浓密机。
聚丙烯酰胺絮凝剂为安徽合肥益民化工有限责任公司生产。
3、加料步骤中的高浓度搅拌槽采用烟台同泰矿山机械有限公司生产的φ2600mm×3000mm型高浓度搅拌槽。
4、排放步骤中的渣浆泵采用石家庄强大渣浆泵有限公司生产的200ZGB型渣浆泵，该渣浆泵流量Q＝676m3/h，扬程H＝53m，功率380kW。
隔膜泵采用中国有色泵业有限公司生产的DGMB型隔膜泵，该隔膜泵流量Q＝650m3/h，压力P＝6MPa，功率1400kW。
Claims (1)
1.一种尾矿湿式排放固结堆存方法，其步骤是：
(1)尾矿浓密：将低浓度尾矿浆浓密成为高浓度尾矿浆，所述高浓度尾矿浆浓度为60％～70％，所述尾矿浆浓度为尾矿固体颗粒所占重量百分比；
(2)加料搅拌：将胶凝材料加入高浓度尾矿浆中，并搅拌混合均匀成为加料矿浆，具体胶凝材料的选择，以及胶凝材料与高浓度尾矿浆中尾矿砂的重量比根据抗剪强度试验进行确定，试验要求加料矿浆固结7天后的凝聚力不小于100kPa，胶凝材料与高浓度尾矿浆中尾矿砂的重量比应大于固结尾矿泥化临界值，所述固结尾矿泥化临界值指的是：当胶凝材料添加量小于时，尾矿砂固结后遇水72小时后会发生泥化现象，当胶凝材料添加量大于时，尾矿砂固结后遇水72小时后不会发生泥化，则称定值 为固结尾矿泥化临界值；
(3)输送排放：将加料矿浆输送至指定尾矿库进行堆存；
(4)固结：加料矿浆在尾矿库析水固结，固结硬化后的尾矿砂胶结为一个整体，固结条件为：入库的加料矿浆固结时间不小于3天，夏天入库的加料矿浆温度不得大于30℃，冬季入库的加料矿浆不得低于5℃，固结后的尾矿里表温差不得大于25℃，降温速率不得大于2℃/天，固结后的尾矿表面与大气的温差不得大于20℃；
(5)检测：每天检测来料低浓度尾矿浆的浓度，浓密后的高浓度尾矿浆的含水量，入库的加料矿浆固结过程中平均每天的析水量，入库加料矿浆固结后第3天的抗剪强度、第7天的抗剪强度和第28天的抗剪强度；
(6)在尾矿库堆存完尾矿后进行闭库处理。
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