王洪江等：金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 3 1.2尾砂浓密工艺应用现状 新疆滴水铜矿由于当地气候干燥，水资源宝 以浓密机为核心的重力脱水工艺四具有流程 贵，同时地势开阔，蒸发量大等因素，膏体堆存成 短、成本低、底流浓度适中、处理能力大的优点， 为其尾砂首选的处置方式该矿尾砂粒度小，含 得到国内外矿山充填领域的广泛应用 泥量高，沉降脱水困难，因此采用膏体浓密机作为 (1)浓密机与其他设备联合脱水工艺 浓密设备，其直径为18m,侧壁深为18m.音体堆 为实现尾砂高效脱水，常将不同固液分离技 存工艺系统投产后，日处理干矿量约4000t:尾砂 术联合使用以提高脱水效率.常见的联合脱水工 浆底流质量分数为61%左右：溢流基本为清水，回 艺有多段联合脱水工艺和两段联合脱水工艺两种 水利用率接近80%. 常见的多段联合脱水工艺，是运用多种设备， Khumani铁矿位于南非北开普省6矿山所处 将尾砂制备成滤饼.首先，将尾砂浆送至水力旋流 地区为半干旱气候，蒸发量大，水资源匮乏，用水 器，其沉砂经过带式真空过滤或高频振动脱水筛， 受到严格的限制.该矿为提高水资源的利用效率， 脱水后得到高浓度滤饼，水力旋流器溢流排往浓 同时因地制宜，采用膏体堆存作为尾矿处置方式 密机；浓密机进行一定脱水后提高尾砂浓度，再同 矿山选用两台浓密机，主浓密机直径为90m,膏体 尾砂浆一同进入水力旋流器，构成一个闭合循环 浓密机直径为18m.主浓密机可回收大部分的水， 处理后得到的尾砂含水量小于20%，但处理能力 主浓密机底流泵送至膏体浓密机进一步浓密，得 小，适用于小型选矿厂) 到的膏体泵送至堆存地点.其采用的膏体浓密机 两段联合脱水工艺则分为“旋流器+浓密机” 侧壁高度为12m,底部锥角为30°，处理能力在 联合工艺以及“浓密机+过滤”联合工艺两种.前 147th到300th1之间，尾砂浆底流质量分数最 者将尾砂浆送至旋流器，底流形成浓缩尾砂，构成 高能达到70% 最终产品：溢流则送入浓密机中进行脱水后，再同 2尾砂浓密理论研究现状 尾砂浆一同进入水力旋流器，构成一个闭合循环 后者则是先将尾砂送入浓密机中脱水，浓密机底 尾砂浓密理论是尾砂浓密技术的理论基础， 流再进入压滤机进一步脱水，尾砂最终以滤饼的 主要包含尾砂絮凝理论、床层压缩理论和重力浓 形式排出 密理论三个方面. 在上述的联合脱水工艺中，浓密机主要采用 2.1尾砂絮凝理论 高效浓密机，用于处理细颗粒尾砂，发挥澄清溢流 絮凝理论是尾砂浓密的理论基础，主要考察 水的作用.联合脱水工艺主要应用在传统的分级 絮凝剂分子对尾砂颗粒的捕捉作用.根据絮凝剂 尾砂充填、干式排尾等尾砂处置技术中 种类和数量，絮凝理论可以分为单一絮凝理论和 (2)浓密机一段脱水工艺. 多重絮凝理论， 膏体浓密机可直接处理超细颗粒含量多的全 (1)单一絮凝理论 尾砂，具有占地面积小、连续作业处理能力大、底 尾砂絮凝是向分散的悬浮胶体溶液中加入絮 流浓度高等优点.由此可见，仅采用膏体浓密机单 凝剂，通过电荷中和、吸附、架桥和交联等作用， 一设备即可处理全尾砂，能达到膏体堆存和膏体 促使水中胶体微粒聚集.尾砂絮凝影响因素众多， 充填的浓度要求，大大简化了全尾砂浓密脱水工 除絮凝剂和尾砂的自身属性外，尾砂入料浓度、入 艺，是尾砂浓密技术的重大进展，在膏体充填领域 料流量、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度、pH值及 得到普遍应用， 剪切作用等均对尾砂絮凝沉降有影响四.目前在尾 1.3尾砂浓密机技术应用案例 砂浓密方面应用较多的主要为有机高分子絮凝 会泽铅锌矿膏体充填系统于2006年建成， 剂，其絮团生成快、颗粒大，沉降速度快刚 尾砂浓密脱水采用一段脱水工艺，这是我国第一 (2)多重絮凝理论 次采用膏体浓密机进行全尾砂浓密.该膏体浓密 多重絮凝是指采用两种或两种以上的絮凝剂/ 机直径为11m,高度为16m,有效容积为1110m3, 混凝剂对尾砂进行固液分离的过程.国内外研究 满足550m3d的平均充填量需要.尾砂浆从选厂 学者认为，相比于单聚合物，双聚合物系统在细颗 泵送而来的入料的质量分数为20%~25%，经絮凝 粒捕获和形成更大的絮团方面有显著优势，获得 沉降、浓密脱水后的尾砂浆底流质量分数可达 的上清液浊度低、絮团沉降速度快9 71%75%. 对于多重絮凝机理，目前较为流行的观点认1.2    尾砂浓密工艺应用现状 以浓密机为核心的重力脱水工艺[11] 具有流程 短、成本低、底流浓度适中、处理能力大的优点， 得到国内外矿山充填领域的广泛应用[12] . （1） 浓密机与其他设备联合脱水工艺. 为实现尾砂高效脱水，常将不同固液分离技 术联合使用以提高脱水效率. 常见的联合脱水工 艺有多段联合脱水工艺和两段联合脱水工艺两种. 常见的多段联合脱水工艺，是运用多种设备， 将尾砂制备成滤饼. 首先，将尾砂浆送至水力旋流 器，其沉砂经过带式真空过滤或高频振动脱水筛， 脱水后得到高浓度滤饼，水力旋流器溢流排往浓 密机；浓密机进行一定脱水后提高尾砂浓度，再同 尾砂浆一同进入水力旋流器，构成一个闭合循环. 处理后得到的尾砂含水量小于 20%，但处理能力 小，适用于小型选矿厂[13] . 两段联合脱水工艺则分为“旋流器+浓密机” 联合工艺以及“浓密机+过滤”联合工艺两种. 前 者将尾砂浆送至旋流器，底流形成浓缩尾砂，构成 最终产品；溢流则送入浓密机中进行脱水后，再同 尾砂浆一同进入水力旋流器，构成一个闭合循环. 后者则是先将尾砂送入浓密机中脱水，浓密机底 流再进入压滤机进一步脱水，尾砂最终以滤饼的 形式排出. 在上述的联合脱水工艺中，浓密机主要采用 高效浓密机，用于处理细颗粒尾砂，发挥澄清溢流 水的作用. 联合脱水工艺主要应用在传统的分级 尾砂充填、干式排尾等尾砂处置技术中. （2） 浓密机一段脱水工艺. 膏体浓密机可直接处理超细颗粒含量多的全 尾砂，具有占地面积小、连续作业处理能力大、底 流浓度高等优点. 由此可见，仅采用膏体浓密机单 一设备即可处理全尾砂，能达到膏体堆存和膏体 充填的浓度要求，大大简化了全尾砂浓密脱水工 艺，是尾砂浓密技术的重大进展，在膏体充填领域 得到普遍应用. 1.3    尾砂浓密机技术应用案例 会泽铅锌矿膏体充填系统[14] 于 2006 年建成， 尾砂浓密脱水采用一段脱水工艺，这是我国第一 次采用膏体浓密机进行全尾砂浓密. 该膏体浓密 机直径为 11 m，高度为 16 m，有效容积为 1110 m 3 ， 满足 550 m3 ·d−1 的平均充填量需要. 尾砂浆从选厂 泵送而来的入料的质量分数为 20%～25%，经絮凝 沉降、浓密脱水后的尾砂浆底流质量分数可达 71%～75%. 新疆滴水铜矿由于当地气候干燥，水资源宝 贵，同时地势开阔，蒸发量大等因素，膏体堆存成 为其尾砂首选的处置方式[15] . 该矿尾砂粒度小，含 泥量高，沉降脱水困难，因此采用膏体浓密机作为 浓密设备，其直径为 18 m，侧壁深为 18 m. 膏体堆 存工艺系统投产后，日处理干矿量约 4000 t；尾砂 浆底流质量分数为 61% 左右；溢流基本为清水，回 水利用率接近 80%. Khumani 铁矿位于南非北开普省[16] . 矿山所处 地区为半干旱气候，蒸发量大，水资源匮乏，用水 受到严格的限制. 该矿为提高水资源的利用效率， 同时因地制宜，采用膏体堆存作为尾矿处置方式. 矿山选用两台浓密机，主浓密机直径为 90 m，膏体 浓密机直径为 18 m. 主浓密机可回收大部分的水， 主浓密机底流泵送至膏体浓密机进一步浓密，得 到的膏体泵送至堆存地点. 其采用的膏体浓密机 侧壁高度为 12 m，底部锥角为 30°，处理能力在 147 t·h−1 到 300 t·h−1 之间，尾砂浆底流质量分数最 高能达到 70%. 2    尾砂浓密理论研究现状 尾砂浓密理论是尾砂浓密技术的理论基础， 主要包含尾砂絮凝理论、床层压缩理论和重力浓 密理论三个方面. 2.1    尾砂絮凝理论 絮凝理论是尾砂浓密的理论基础，主要考察 絮凝剂分子对尾砂颗粒的捕捉作用. 根据絮凝剂 种类和数量，絮凝理论可以分为单一絮凝理论和 多重絮凝理论. （1）单一絮凝理论. 尾砂絮凝是向分散的悬浮胶体溶液中加入絮 凝剂，通过电荷中和、吸附、架桥和交联等作用[17] ， 促使水中胶体微粒聚集. 尾砂絮凝影响因素众多， 除絮凝剂和尾砂的自身属性外，尾砂入料浓度、入 料流量、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度、pH 值及 剪切作用等均对尾砂絮凝沉降有影响[2] . 目前在尾 砂浓密方面应用较多的主要为有机高分子絮凝 剂，其絮团生成快、颗粒大，沉降速度快[18] . （2）多重絮凝理论. 多重絮凝是指采用两种或两种以上的絮凝剂/ 混凝剂对尾砂进行固液分离的过程. 国内外研究 学者认为，相比于单聚合物，双聚合物系统在细颗 粒捕获和形成更大的絮团方面有显著优势，获得 的上清液浊度低、絮团沉降速度快[19−21] . 对于多重絮凝机理，目前较为流行的观点认 王洪江等： 金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 · 3 ·