铁矿尾矿现场分流压滤试验研究

衣德强，张祖刚，刘安平

（南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司，南京 210041）

2016年，梅山铁矿选矿处理原矿499万t，生产总湿尾144.3万t，其中降磷尾矿95.5万t，重选湿尾48.8万t，湿尾矿通过隔膜泵一次输送到距离矿区38.5 km的山景尾矿库堆存，按照目前排放量，山景库只能用4 a。目前，降磷尾矿经旋流器分级沉砂用于生产铁尾砂产量50万t/a，作为水泥厂铁质校正剂使用，为了解决尾矿库容量不满足矿山持续生产的矛盾，梅山铁矿开展了扩大湿尾应用研究，方向是综合利用、固化堆存、烧结制砖。扩大使用量首要关键是湿式尾矿粒度细、含水高，必须脱水到较低范围，如制砖，挤制成型砖坯的水分为14%～16%。因此，笔者决定使用试验压滤机到现场进行分流过滤试验，研究降低水分的可行性。

1 矿浆性质

多元素分析如表1所示，粒度和浓度分析如表2所示。

表1显示，五种尾矿铁品位15.35%～21.83%，SiO2含量24.1%～30.88%；旋流器溢流TFe20.75%和重选尾矿TFe15.35%合并为综合尾矿TFe19.19%，铁品位平衡计算，旋流器溢流与重选尾矿比例7:3。

表2显示，降磷尾矿-400目61.735%，-200目75.985%；综合尾矿-400目72.11%，-200目80.24%；旋流器溢流-400目97.47%，-200目100%；旋流器溢流粒度最细，旋流器底流粒度最粗，综合尾矿粒度比降磷尾矿细。经过旋流器分级，粗粒进入沉砂由陶瓷过滤机处理，溢流和重选尾矿输送到山景库。

表1 尾矿多元素分析（%）

表2 尾矿粒度和浓度（%）

2 压滤机性能和工艺流程

2.1 设备性能

试验压滤机由底座、滤板、滤布、搅拌桶、给矿泵、高压清洗机、液压站构成。滤板800 mm×800 mm×65 mm，压紧压力20 MPa，过滤压力1.3 MPa，滤布700 mm×700 mm，面积4 m2，三种滤布透气量从小到大依次为1#丙纶复丝、2#丙纶单复丝、3#丙纶单丝；φ800 mm×1 000 mm搅拌桶，搅拌电机0.25 kW；离心泵流量10 m3/h，转速2 100转/min，扬程90 m，功率30 kW；高压清洗机，功率3 kW，压力4 MPa,转速780转/min，流量40 L/转；液压站油泵流量10 mL/min，功率4 kW,转速1 440转/min，工作压力≤25 MPa。

2.2 工艺流程

现场试验设备联系如图1所示。

图1 现场分流尾矿压滤试验设备联系

在现场尾矿矿浆管道开口焊接镀锌管分流，连接柔性消防水带进入搅拌桶，通过离心泵输送，从滤板中心孔进入滤室，矿浆中的水在泵送压力下透过矿粉，穿过滤布，从分布在滤板四周的四个透水孔溢出，汇集成为滤液，泵停止给矿后，开启压榨水泵供水，通过两根高压橡胶水管进入两块中空滤板内部，充满滤板后挤压滤板扩张，滤板挤压滤饼，滤饼中的水分继续溢出成为滤液，矿粉则粘附在滤布表面成为滤饼，卸矿时启动液压泵，松开滤板，人工移动滤板，滤饼下落。

3 过程和结果

3.1 滤液和卸矿

3.1.1 进浆时滤液情况

开始启动泵进矿浆时，流出滤液呈连续流，流量大，伴有少许浑浊，随后滤液清澈，随着进浆时间的延长，滤液量逐步减少，直到滤液呈间断滴状时，滤室充满，停止给矿，启动压榨水泵。

3.1.2 压榨时滤液情况

压榨时缓慢调整回水阀，随着压力升高，滤液量加大，最终压力指针波动在1.1～1.5 MPa，随着压榨时间的延长，滤液量逐步减少，直到滤液呈间断滴状时，停止压榨。

3.1.3 滤液水温

开始进浆时滤液水温和矿浆温度一致，即25℃～30℃，随着泵运行，叶轮高速旋转，滤液温度呈现上升，最高时达到50℃～55℃，手感明显烫手，同时泵出口的弯管外表同样烫手。原因是叶轮高速旋转，动能转化为矿浆的势能和热能，因此矿浆温度和滤液温度升高，刚刚卸下的滤饼同样温度较高。

3.1.4 卸矿情况

压榨结束，滤板松开时，滤板四周边缘压紧的滤布之间有少量水存在并下落，同时泵给矿管进入滤板中心孔仍有少量矿浆，会随滤板松开而下落。

3.2 工艺参数和结果

工艺参数和结果如表1、表2和表3所示。

表1 使用1#丙纶复丝滤布压滤结果

表2 使用2#丙纶单复丝滤布压滤结果

表3 使用3#丙纶单丝滤布压滤结果

4 压滤结果

4.1 使用1#滤布压滤降磷尾矿、重选尾矿、综合尾矿

4.1.1 对降磷尾矿进行三次压滤

当给矿浓度30.51%时，进浆压力1.1 MPa，进浆时间21 min，压榨压力1.1～1.5 mPa，压榨时间10 min，三次压滤得到滤饼水分14.07%、14.54%、14.91%，滤饼厚度23 mm、22mm、18mm，移动滤板，滤饼自动下落。

4.1.2 对重选尾矿进行压滤

当给矿浓度20.60%时，进浆压力0.4 MPa，进浆时间30 min，压榨压力1.5～1.8 MPa，压榨时间15 min，得到滤饼水分14.79%，滤饼厚度5～10 mm，移动滤板，滤饼仍粘附在滤布上，需要人工拉开滤饼才能下落。由于进浆压力较低，滤室矿浆充满度不足，因此滤饼薄。

4.1.3 对综合尾矿进行压滤

当给矿浓度37.08%时，进浆压力0.5 MPa，进浆时间21 min，压榨压力1.5～1.8 MPa，压榨时间12 min，得到滤饼水分16.9%，滤饼厚度12～20 mm，移动滤板，滤饼自动下落。

4.2 使用2#滤布压滤了降磷尾矿、降磷尾矿旋流器溢流、降磷尾矿旋流器底流、综合尾矿

4.2.1 对降磷尾矿进行压滤

当给矿浓度30.51%时，进浆压力1.1 MPa，进浆时间25 min，压榨压力1.1～1.5 MPa，压榨时间10 min，得到滤饼水分16.67%，滤饼厚度18～25 mm，移动滤板，滤饼自动下落。

4.2.2 对降磷尾矿旋流器溢流进行两次压滤

当给矿浓度17.46%时，进浆压力1.1 MPa，进浆时间30 min、34 Min，压榨压力1.3～1.8 MPa，压榨时间15 min、13 min，得到滤饼水分15.68%、14.96%，滤饼厚度15 mm、16 mm，移动滤板，滤饼自动下落。

北京市植保站孙海在会上介绍，2017年北京市将授粉蜜蜂、熊蜂纳入绿色防控产品推荐目录，在京郊蔬菜集中种植区内采用蜜蜂、熊蜂授粉给予50%的补贴。以产前消毒、产中物理防控、理化诱控、天敌防控为保障，优化集成了4类16项蜜蜂授粉配套绿色防控技术，形成以物理防治、天敌昆虫等非化学防治为核心的蜜蜂授粉和病虫绿色防控技术体系。此外，示范区实现增产提质增收，农药减量，示范效果明显，种植户应用蜜蜂授粉意识不断提升。以草莓为例，每亩可增加经济效益超8000元，减少化学农药用量30%以上，产品检测合格率达100%。

4.2.3 对降磷尾矿旋流器底流进行压滤

当给矿浓度59.86%时，进浆压力0.5 MmPa，进浆时间6 min，压榨压力1.4～1.6 MPa，压榨时间10 min，得到滤饼水分16.41%，滤饼厚度25～30 mm，移动滤板，滤饼自动下落。

4.2.4 对综合尾矿进行压滤

当给矿浓度37.08%时，进浆压力0.5 MPa，进浆时间20 min，压榨压力1.5～2 MPa，压榨时间10 min，得到滤饼水分15.25%，滤饼厚度10～15 mm，移动滤板，滤饼自动下落。

4.3 使用3#滤布压滤了降磷尾矿旋流器溢流、降磷尾矿旋流器底流

4.3.1 对降磷尾矿旋流器溢流进行压滤

当给矿浓度17.46%时，进浆压力1.1 MPa，进浆时间27 min，压榨压力1.4～1.8 MPa，压榨时间15 min，得到滤饼水分15.10%，滤饼厚度15 mm，移动滤板，滤饼自动下落。

4.3.2 对降磷尾矿旋流器底流进行两次压滤

当给矿浓度59.86%时，进浆压力1.1 MPa，进浆时间9 min、6 min，压榨压力1.4～1.8 MPa，压榨时间10 min、15 min，得到滤饼水分15.38%、16.13%，滤饼厚度25～50 mm、25～60 mm，移动滤板，滤饼自动下落，下落后裂成多块碎片，较松散。

5 压滤指标分析

5.1 总体指标

本次现场压滤试验，使用三种滤布压滤五种尾矿，得到滤饼水分14.07%～16.90%，滤饼厚度最低5 mm、最厚60 mm。其中降磷尾矿滤饼水分14.07%～16.67%，滤饼厚度18～25 mm；降磷尾矿旋流器溢流滤饼水分14.96%～15.68%，滤饼厚度15～16 mm；降磷尾矿旋流器底流滤饼水分15.38%～16.41%，滤饼厚度25～60 mm；重选尾矿滤饼水分14.79%，滤饼厚度5～10 mm；综合尾矿滤饼水分15.25%～16.90%，滤饼厚度10～20 mm。

5.2 滤饼厚度和粘性

5.3 滤液清澈度

三种滤布透气量1#最小、2#中等、3#最大。1#滤布由于透气量小，极细粒矿泥无法透过滤饼穿过滤布，因此滤液从进浆开始到压榨一直保持清澈；而2#滤布透气量大于1#，因此开泵进浆约30 s内滤液较浑浊，随时间的延长而变清澈，压榨时开始滤液也浑浊，随后变清；3#滤布透气量最大，开泵进浆约30 s内滤液最浑浊，随时间的延长而变清澈，压榨时开始滤液也浑浊，随后变清。

5.4 给矿浓度和进浆压力

给矿浓度和进浆压力不影响滤饼水分，而影响滤饼厚度，给矿浓度高和进浆压力大，则滤饼厚度大。

5.4.1 泵进浆压力1.1 MPa

当泵进浆压力为1.1 MPa时，给矿浓度59.86%的旋流器底流，滤饼厚度25～60 mm，滤饼水分15.38%～16.13%；给矿浓度30.51%的降磷尾矿，滤饼厚度18～23 mm，滤饼水分14.07%～16.67%；给矿浓度17.46%的旋流器溢流，滤饼厚度15～16 mm，滤饼水分14.96%～15.68%。

5.4.2 泵进浆压力0.4～0.5 MPa

当泵进浆压力为0.4～0.5 MPa时，给矿浓度59.86%的旋流器底流，滤饼厚度25～30 mm，滤饼水分16.41%；给矿浓度37.08%的综合尾矿，滤饼厚度10～20 mm，滤饼水分15.25%～16.90%；给矿浓度20.60%的重选尾矿，滤饼厚度5～10 mm，滤饼水分14.79%。

原因分析：矿浆在泵送压力下依次进入滤室，浓度高、压力大的矿浆，其中的干矿多，进入速率快，滤室充满度高，因此形成的滤饼厚度大，而形成稳定的滤饼结构后，时间再延长，也无助于滤饼厚度的增加。

5.5 试验压滤机特点

试验压滤机特点在于给矿压力高和压榨挤水，给矿压力提高一倍，由0.6 MPa提高到1.2 MPa左右，压榨水压力1.5～1.8 MPa，滤饼水可以分明显降低14.07%～16.90%。2003年曾用80 m2压滤机压滤综合尾矿，给矿浓度23.21%，32次压滤滤饼水分平均19.79%，两者相比滤饼降低了2.89～5.72个百分点。

6 结语

本次现场压滤试验，使用三种滤布压滤五种尾矿，得到滤饼水分14.07%～16.90%，滤饼厚度5～60 mm。使用透气量小的1#丙纶复丝滤布，滤液从进浆开始到压榨一直保持清澈。给矿浓度和进浆压力不影响滤饼水分，而影响滤饼厚度，给矿浓度高和进浆压力大，则滤饼厚度大。试验滤饼水分为现场取的纯滤饼烘干实测，考虑非滤饼水，会使滤饼水分小幅回升，估计在1～2个百分点。

试验用离心泵高扬程高转速，进浆压力达到1.1～1.2 MPa，建议考察工业生产用泵输送压力和过流件磨损情况。本次试验结果表明，应用带压榨挤水的压滤机可以处理极细铁矿尾矿，滤饼水分降低明显，为尾矿综合利用压滤工艺参数和设备选型提供了可靠依据。建议使用规格大的工业用机，继续进行扩大压滤试验，考查设备可靠性和效率成本，验证工艺可行性，为工业化生产提高尾矿规模利用率奠定基础。