CN103203124B - 一种尾矿脱水工艺及装置 - Google Patents

Abstract

一种尾矿脱水工艺及装置，主体为一半地下式深筒状浓密井(池)〔2〕，井口安装给料装置〔3〕和回水装置〔4〕，井底安装造浆放矿装置〔6〕、〔7〕，井底下面为浓密井操作硐室，室内安装造浆及放矿检测控制装置。当选矿厂〔1〕尾矿和生产废水连续进入浓密井〔2〕后，固体矿物凭自身特性以自由沉降和干涉沉降的方式沉入井底存积，上清水进回水系统〔5〕。浓密井〔2〕存积尾矿采用平面流态化造浆方法，可根据充填料浆制备系统〔10〕的需要排放出不同浓度的尾矿浆体；可以将排料管〔9〕与充填管道〔11〕直接连接，实现膏体远距离自流输送充填采空区。该工艺及装置可使选矿、采矿、充填形成一体化连续作业，适用于各类金属及非金属矿物加工过程的尾矿脱水，尤其适用于大型矿山企业。

Description

一种尾矿脱水工艺及装置

技术领域

本发明涉及矿物加工过程的尾矿脱水工艺及装置，是一种能把低浓度尾矿中的水分快速脱出并得到较高浓度的尾矿浆体的工艺及装置，该工艺及装置适用于各类金属及非金属矿物加工过程的尾矿脱水，尤其适用于大型矿山企业。

背景技术

目前，公知的矿物加工(选矿)过程的尾矿脱水(固液分离)工艺及装置主要由浓密机、高效浓密机、立式砂仓、卧式砂仓、沉淀池、过滤机、压滤机等来完成，若要获得较高浓度的尾矿浆体时则往往需要采取几种方法配合才可以实现。最常用的尾矿脱水设备是浓密机，它是凭尾矿浆体中的固体矿物在水介质中的沉降速度与侧向流速的差异来实现固液分离的，在对回水质量要求较高及尾矿处理量较大的情况下需要很大沉降面积的浓密机来实现，所以实施起来非常困难，浓密机的排放浓度非常低也是它的一大不足；高效浓密机主要是靠添加絮凝剂来加快固液分离速度和提高回水质量的，这种工艺装置不仅增加了生产费用、复杂了工艺环节，更重要的是对回水造成了再次污染，不利于浮选作业，也不利于环保；立式砂仓具有较强的储浆功能、可实现高浓度排放等优势，但作为尾矿脱水装置单独使用在国内中、大型矿山尚无先例；其它脱水设备大都存在结构复杂，能耗大、材料消耗量大、生产效率较低等不足。在矿产资源日趋匮乏和矿物加工技术不断提高的今天，贫矿资源被开发利用，生产规模朝着大型化发展，尾矿排出量越来越大，其粒度组成越来越细，脱水难度也越来越大，现有的脱水设备已不适应新形势下矿物加工过程对尾矿脱水工艺技术的需求，所以，大型矿山尾矿脱水已成为当今矿物加工领域的一大难题。

发明内容

为了克服现有的尾矿脱水工艺设备及装置不能有效解决大型矿山尾矿脱水问题的不足，本发明提供一种尾矿脱水工艺及装置，该工艺及装置不仅能有效解决大型矿山尾矿脱水问题，也适用于中小型矿山，可以使回水质量达到更高的标准，可以使排放浓度达到更高要求，能使尾矿脱水与井下充填成为连续一体化作业；该工艺及装置充分利用了尾矿浆体自身的特性，在浓缩脱水过程不需要机械辅助设施，设备少，流程简单，容易操作控制，建设投资少、生产费用低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在选矿厂下游建设一个半地下式深筒状浓密井(池)，井口安装给料装置和回水装置，井底安装造浆装置和排料装置，排料装置的排料管与充填造浆系统连接，回水装置的回水管与回水系统连接。当选矿厂的尾矿浆体及其它生产废水自流汇入浓密井给料装置进入浓密井时，尾矿浆体中的固体矿物凭自身的物理特性在水介质液体中以自由沉降和干涉沉降的方式沉到井底实现固液分离即尾矿脱水过程。在浓密井中，尾矿脱水过程是固体矿物沉降、水介质相对上升的过程，也就是浆体浓密浓缩过程，此过程尾矿浆体浓度自上而下越来越高，干涉沉降力越来越大，当干涉沉降力等于或大于固体矿物最大自由沉降力时，尾矿浆体则成为均质浆体并形成同步沉降的尾矿沉积层。沉积层浆体受上部浆体及上清水的纵向压力作用，固体矿物表面能沿纵深高度逐渐增强，从而使水介质与固体矿物的分离速度相对加快，尾矿浆体浓度也将逐渐增高最终达到极限浓度完成了脱水过程，而水介质则最终成为上清水。本发明将其划分为四个不同的层面进行区分，即从上至下第一层为上清水层，第二层为沉降脱水层，第三层为沉积脱水层，第四层为存积层。这样，在选矿厂的尾矿浆体与各种生产废水汇合之后成为混合浆体进入浓密井时，由于其浆体比重大于上清水，所以会沿给料装置沉入与之比重相同的层面后才真正开始固液分离、脱水分层过程，即粗粒级固体矿物的自由沉降力大，会优先下沉，呈分层现象，细粒级则会以较慢的沉降速度下沉，微细粒级表面自由能相对较大，一部分吸附于更大粒级颗粒表面随其一起下沉，另一部分会相互吸附团聚并以较慢的沉降速度下沉。沉降速度较慢的细粒级、微细粒级在沉降脱水过程，其浆体浓度会逐渐增高，干涉沉降力会越来越大，当足以克服某一粒级的自由沉降力时就会与这一粒级混合一起下沉完成浓缩脱水过程，最终达到极限浓度进入存积层。当混合浆体连续地进入浓密井之后，将会使与之比重稍低的浆体及上清水产生上向运动即上向流，上向流驱使顶部上清水进入回水装置并沿回水管道进入回水系统。上向流的流速取决于浓密井直径和混合浆体的进入量，当上向流的流速等于或小于沉降脱水层的沉降速度时即可连续获得合格的上清水。

本发明要求，当浓密井储存层达到一定高度时要及时进行排放，以免占用过多的空间影响浓缩脱水效果；对浓密井存积层尾矿的排放采用平面流态化造浆方法，以避免井内尾矿出现局部淤积堵塞的现象，确保实现膏体均匀排放并可根据需要排放出不同浓度的尾矿浆体；当采用嗣后充填方法时，可以将排料管与充填管道直接连接，实行膏体自流输送对采空区进行嗣后充填；当采用胶结充填方法时，可以将充填料浆制备系统设在浓密井下方硐室内，排料管与之连接，可根据需要制备出各种浓度的料浆进行胶结充填；当充填料浆制备系统设在地面时，则需要专用的浓浆输送设备进行连接输送；充填过剩的尾矿可以采用专用的或常用的输送设备进行输送，实行筑坝堆存等方法进行处理。

本发明提供的一种尾矿脱水工艺及装置，其特征是主体为一半地下式深筒状浓密井(池)，浓密井井口安装给料装置和回水装置；井底为平底型，布设环状高压给水管，高压给水管上安装充填造浆喷水嘴，实行平面流态化造浆：井底中间架设虹吸放矿管、中心安装清仓放矿管，用以排放和放空仓内尾矿浆体；井底下面为浓密井操作硐室，室内安装高压清水泵及各类管阀、仪表等造浆排放检测控制装置；浓密井规格大小的确定取决于生产规模及尾矿自身的特性，以获得合格回水并具有一定的储存能力为前提确定直径和深度(高度)，其直径与深度的比例关系为中、小型生产规模的小于1，大型则等于或大于1；浓密井建设于选矿厂下游，选矿厂的尾矿浆体及其它生产废水可以自流汇入浓密井给料装置进入浓密井；尾矿在浓密井中的固液分离、浓缩脱水过程完全是凭自身的物理特性实现的，不需要其它任何机械附属装置；浓密井采用底部虹吸排放，是利用尾矿自身形成的能量，实现膏体自流输送的，即当尾矿完成脱水过程存积于浓密井底部之后产生较大的纵向压力，此压力在平面流态化造浆功能的配合下足以催动存积层尾矿以膏体状态通过虹吸管进入充填管道并以一定速度实现远距离自流输送。

本发明的有益效果是：

a.工艺简单，设备少，能耗低，容易操作管理，节省建设投资；

b.不添加絮凝剂，由纵向压力促进微细粒级的吸附团聚作用，回水质量好；

c.利用尾矿自身特性，实现高效浓缩，高浓度排放，膏体远距离自流输送；

d.具有强大的储存功能，能使选矿与井下采矿、充填形成一体化连续作业；

e.可以容纳处理选矿厂所有废水，回水利用率高，无污水排放，利于环保；

f.能解决大型矿山尾矿脱水的难题，同时也适用于中小型矿山。

附图说明

说明书附图是本发明的工艺配置图。

图中1.选矿厂，2.浓密井，3.给料装置，4.回水装置，5.回水系统，6.平面流态化造浆装置，7.虹吸放矿管，8.高压清水泵，9.排料管，10.充填料浆制备系统，11.充填管。

具体实施方式

在附图中，浓密井[2]建设于选矿厂[1]的下游，选矿厂[1]的尾矿及废水可以自流汇入浓密井[2]的给料装置[3]成为混合浆体进入浓密井[2]；浓密井[2]在投入使用前已进行清水试车，井内是注满水的，当混合浆体进入浓密井[2]之后，固体矿物将以自由沉降和干涉沉降的方式在水介质中下沉，这在初始阶段，由于井内固体矿物较少，干涉沉降力较小，粒级沉降分层现象非常明显，即粗粒级矿物优先沉入井底存积，细粒级、微细粒级则渐渐滞后；随着混合浆体的连续给入，滞后沉降的固体矿物越来越多，其干涉沉降力也越来越大，当某一沉降层的干涉沉降力等于或大于某一粒级的自由沉降力时就会与这一粒级同步沉降并浓缩脱水；在正常生产的情况下，井内浆体处于相对的平衡稳定状态，呈现出浆体浓度自上而下逐渐递增、某一层面的特性参数基本相同的规律，最下层的存积层逐渐增高，最上层的清水层被连续排出；上清水的排出是由回水装置[4]控制进入回水系统[5]的，回水装置[4]的作用还在于控制液面、阻止漂浮物、预警不合格上清水进入回水系统[5]；混合浆体的连续给入，使井内产生上向流，其流速应该等于或小于微细粒级沉降层的沉降速度，这是获得合格上清水的重要参数；混合浆体的连续给入，使井底存积层连续增高，浓密井的有效容积也即连续减少，当减少到混合浆体浓缩脱水所必要的容积时，回水质量将不能保证，所以必须对井底存积层尾矿进行及时排放。

井底存积层尾矿是经过沉积脱水层浓缩脱水之后达到极限浓度的浆体，有着较强的刚性应力和剪切应变力，但它却具备宾汉流体特性，在纵向压力和平面流态化造浆功能的驱动下呈现出较好的流动性和良好的可输送性，并可以膏体状态通过虹吸管排出。当对浓密井[2]存积层尾矿进行排放时，首先启动高压清水泵[8]，高压清水泵[8]与平面流态化造浆装置[6]连接，高压水经高压给水管进入充填造浆喷水嘴之后喷出实现平面流态化造浆，尾矿浆体在控制、检测、排放装置的配合下经虹吸放矿管[7]、排料管[9]排出。

当井下采取嗣后充填方法时，可以将排料管[9]与充填管[11]直接连接，这样可以使尾矿浆体借助纵向压力以膏体状态进入虹吸放矿管[7]、排料管[9]、充填管[11]，并以一定速度实现远距离自流输送。

当井下采用胶结充填方法时，可以将排料管[9]与充填料浆制备系统[10]连接，可根据需要制备出各种不同浓度的料浆并通过充填管[11]对井下采空区进行胶结充填。

当充填料浆制备系统[10]设在地面时，则需要专用的浓浆输送设备进行连接输送。具体实施方式是，将专用的浓浆输送设备与排料管[9]直接连接进行输送，这样可以借助浓密井[2]内的纵向压力，节省往地面输送的能耗。

在具体实施过程，选矿厂排出的所有尾矿不可能全部充填于井下采空区，那么部分剩余的尾矿可以采用专用的或常用的输送设备与排料管[9]进行连接输送，实行地面筑坝堆存等方法进行处理。

Claims (5)

1.一种尾矿脱水装置，其特征是：主体为一半地下式深筒状浓密井；浓密井井口安装给料装置和回水装置；井底为平底型，布设环状高压给水管，高压给水管上安装充填造浆喷水嘴，实行平面流态化造浆；井底中间架设虹吸放矿管、中心安装清仓放矿管；井底下面为浓密井操作硐室，室内安装高压清水泵及各类管阀、仪表等造浆排放检测控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种尾矿脱水装置，其特征在于浓密井建设于选矿厂下游，选矿厂的尾矿浆体及其它生产废水可以自流汇入浓密井给料装置进入浓密井。

3.根据权利要求1所述的一种尾矿脱水装置，其特征在于尾矿在浓密井中的固液分离、浓缩脱水过程完全是凭自身的物理特性实现的，不需要其它任何机械附属装置。

4.根据权利要求1所述的一种尾矿脱水装置，其特征在于浓密井采用底部虹吸排放，是利用尾矿自身形成的能量，实现膏体自流输送的。

5.根据权利要求1所述的一种尾矿脱水装置，其特征在于浓密井直径与深度的比例关系为中、小型生产规模的小于1，大型则等于或大于1。