某选矿厂尾矿库安全管理技术研究与实践

张 朔，王海霞

（河钢集团矿业公司司家营北区分公司，河北 唐山 063000）

尾矿是选矿作业产物之一，在现有技术条件下不具有回收利用价值，选矿厂一般将尾矿排入尾矿库，尾矿水在尾矿库内澄清后回收循环利用。

尾矿库属于重大危险源，关系着矿山企业的生产稳定顺行，我国铁矿以贫矿为主，具有品位低﹑嵌布粒度细﹑杂质多的特点，在进行铁矿石选别的过程中会产生大量的尾矿，而且随着选矿技术的发展，尾矿产品粒度越来越细，粘性颗粒也越来越多，由此导致尾矿堆积坝体沉积密度低，透水性差，不易固结，病害率高，相应发生事故的频率和破坏程度就很严重，这已成为制约矿山企业尾矿库安全生产的技术难题。

1 概况

某选矿厂于2011年3月底建成投产[1]，目前共有三个磨选系列，设计年处理原矿1500万t,每年尾矿排放量约1000万t。尾矿库位于选矿厂12Km外的山谷内，库内汇水面积2千多平方米，沉积滩平均坡度4.1%。尾矿库为山谷型尾矿库，采用上游式筑坝方式，选矿过程产生的尾矿经浓缩大井浓缩后矿浆浓度可达到50%～55%，然后泵送至尾矿库。尾矿库为了充分利用该地形，在东沟和西沟分别都建有主坝和副坝，主副坝间均有山丘作为中部连接，在第六期堆积坝时形成连接，构成一个整体堆积坝。

考虑到尾矿粒度较细，并且高浓度输送，为了加快尾矿的固结，主﹑副坝初期坝均采用透水堆石筑坝，筑坝材料采用库内新开采岩石，后期堆积子坝采用尾砂筑坝，最终堆积标高为128m,总坝高93m[2]，总库容约8528万m3，服务年限为11.4年。

为进一步加强尾矿库的安全管理，提高尾矿库的本质安全性，该选矿厂主要从优化尾矿粒度组成和性质﹑减少尾矿排放量﹑辅以尾矿在线监测系统等技术手段来提高尾矿库的安全性能，同时进一步延长尾矿库服务年限。

2 尾矿库安全管理技术的研究与应用

2.1 超细粒尾矿堆存技术研究与应用

2.1.1 存在的问题

该选矿厂投产初期共有2个磨选系列，主要处理氧化矿。

因初期入磨矿石为地表氧化矿，矿石氧化程度较高，入磨品位只有20%左右，且原矿结晶粒度较细，造成尾矿粒度较细，尾矿粘粒含量增多。日常生产尾矿粒度分析结果如下。

表1 尾矿粒度分析结果

由上表可知，尾矿中粗颗粒含量较少，+0.074mm粒级含量仅为26.25%，-0.025mm粒级含量在46%左右，超细颗粒含量过大。

图1 矿厂磨选系列设备

在日常生产过程中发现，由于初期处理的是地表氧化矿，含泥量大，尾矿粒度很细，尾矿中粉粒含量较高，砂粒含量较少，所以坝前沉积的尾矿以尾粉质粘土为主。由于其尾矿的渗透性较差，造成坝前滩面沉积固结缓慢，西沟和东沟初期坝坝前冲积滩面为淤泥状沉积体，尾矿中粗细颗粒不能分离，沉积滩面强度极低，坝体的浸润线高，没有承载力，很难保证尾矿坝的安全。其次,由于尾矿浓缩时使用了聚丙烯酰胺絮凝剂，造成尾矿粘粒之间始终包裹着水膜，尾矿不能够固结，在现有沉积滩面上筑坝不能保证坝体的稳定性，影响坝体的安全性。

同时，由于细粒级含量高，尾矿不易沉积，溢流塔处澄清水很浅，限制了回水量，导致回水面偏高，与滩顶高差最低时只有0.3m，干滩长度变短，甚至没有干滩前60m尾矿沉积滩坡度很缓仅为0.6%，60m段以外滩面坡度仅为0.08%[3]，这么缓的坡度极大影响了尾矿库的防洪能力，导致汛期尾矿库防洪能力不足，这对尾矿库的安全度汛是一项巨大考验。

2.1.2 超细粒尾矿堆存技术的研究

由于目前放矿条件下坝前沉积的尾矿含水量大，没有干滩，或干滩长度不足，不具备直接堆筑子坝条件，已经不适于采用常规的筑坝方式进行筑坝，而且在目前尾矿产量条件下用现有滩面上尾矿筑坝很难保证尾矿堆积坝的稳定。为了解决上述问题，该选矿厂通过进行超细粒尾矿堆存技术的研究来对尾矿库筑坝攻关。

通过对尾矿展开一系列研究﹑试验﹑勘察工作，研究旋流器筑坝工艺的可行性。旋流器筑坝工艺，就是将尾矿浆通过旋流器进行强制分离后颗粒较粗的沉砂用于堆筑子坝，将溢流排放至库内的一种筑坝工艺[4]。通过进行尾矿旋流器筑坝试验研究以及旋流器筑坝工业试验研究，以及对旋流器沉砂和溢流的渗透性﹑抗剪强度﹑粒度等进行研究，最终发现旋流器沉砂粒度粗﹑强度大，各项指标均满足筑坝要求。该选矿厂最终确定了在坝上利用旋流器分级，然后利用旋流器沉砂进行筑坝的实施方案，这样解决了坝前滩面沉积固结缓慢﹑没有承载力的问题，确保沉积滩坡度和长度符合设计要求，保证了坝体的稳定性。

2.2 延长尾矿库服务年限的研究与实践

通过减少尾矿排放量来延长尾矿库服务年限﹑确保尾矿库安全具有重要的现实意义。为此，该选矿厂进行了减少尾矿排放的相关研究与实践。

2.2.1 磨前湿式预选工艺的研究与实践

该选矿厂磁铁矿系列自投产以来，由于采出矿石品位较设计入磨品位低于1个百分点以上，不仅严重制约了磁铁矿系统产能的发挥，而且造成了尾矿量过大，严重影响了尾矿库的使用寿命。

为了提高磁铁矿系统的处理能力﹑减少尾矿排放量，提高尾矿库的服务年限，该选矿厂分别对入磨矿石进行了全粒级和分粒级湿式预选试验研究。预选试验结果表明，矿石在进入球磨之前可以经过分级和湿式预选工艺提前抛弃一部分粗颗粒尾矿，此部分粗粒尾矿不进入尾矿库，直接作为尾砂进行销售，在取得一定经济效益的同时，每年减少约120万t尾矿进入尾矿库[5]。

同时由于提前隔出粗粒后，可以减少粗颗粒尾矿对管道的磨损，防止爆管现象的发生，提高尾矿输送的安全性。磨前湿式预选工艺运行后，有效提高了入磨品位，在后续选别过程中适当降低了磨矿细度，减少了磨矿产品中的细粒级含量，从而提高了尾矿中粗颗粒含量，优化了尾矿产品粒度组成，使其更加有利于筑坝，同时也可降低尾矿浓缩时的絮凝剂用量，使得尾矿快速固结。

2.2.2 尾矿回收工艺的研究与实践

矿产资源是一种不可再生的资源，通过对尾矿产品进行再磨再选，不仅可以回收一部分铁精粉产品，还可以减少尾矿的排放量，这对于提高矿石资源利用率﹑延长尾矿库服务年限具有重要意义。

该选矿厂有氧化矿和原生矿选别系统，尾矿产品中包括中磁尾矿﹑强磁尾矿﹑浮选尾矿﹑一磁尾矿﹑二磁尾矿﹑浓缩磁选尾矿﹑三磁尾矿等多种尾矿产品。该选矿厂对选矿作业中的各个尾矿性质进行了分析，并开展了相关回收利用试验研究。

经研究发现，氧化矿系统中磁尾矿再选精矿品位可达19%，有一定回收价值；强磁尾矿再选精矿产率低，无法进行回收；原生矿系统尾矿再选精矿产率可达6%左右，但精矿品位较低，在10%左右；浮选尾矿再选精矿产率可达40%以上﹑品位达到29%左右，回收利用的价值较大。同时对综合尾矿进行了再选试验研究，再选精矿产率可达10%以上﹑品位达到20%左右，因此，最终确定了在综合尾矿后增设打捞机﹑打捞机精矿经过再磨再选回收精矿的改造方案。这样，每年不仅可以增加精粉产量，还可以减少进入尾矿库的尾矿量，经济效益和社会效益显著。

2.3 尾矿库在线监测系统的应用

为实现尾矿库安全管理过程的自动化和智能化，尾矿库采用动态在线监测和人工监测的多级联合监测，动态在线监测系统在初期坝﹑每两个堆积坝第二个坝面上设有位移监测及浸润线监测系统，在沉积滩每隔50米设置滩顶高程监测系统，在回水塔附近设置可移动式水位监测系统，全方位的实现了对尾矿库作业运行状态智能监测，常规监测系统在人工监测坝体浸润线及库内水位的同时还可以起到两套系统相互校核作用。

每年对动态在线监测系统至少进行1次全面的系统性专业检查，做好有关记录并存档备查；对动态在线监测系统的基点﹑测点和线缆等进行经常性的检查和维护，指定专门的人员负责动态在线监测系统的日常检查和维护工作，并保障动态在线监控系统有足够的备件；绘制动态在线监测系统布置图，并根据实际情况的变化及时进行更新；对动态在线监测系统的设备每季度或每年进行一次调校，传感器经调校达不到要求时必须立即调换；动态在线监测系统发出预警时，值班人员按规定程序及时处置，并将处置结果记录备案；每3个月应对动态在线监测系统数据进行备份，备份的数据保存2年以上为后期数据分析做储备，视频监控的图像资料保存时间1个月上以备核对；同时建立动态在线监测系统设备台账﹑故障登记表﹑检修记录表﹑巡检记录表﹑传感器调校记录表﹑预警记录月报表等，并按规定存档。该尾矿库设置了坝体位移﹑库水位﹑干滩长度﹑滩顶高程和坝体浸润线等观测设施，利用传感器技术﹑信号传输技术，以及网络技术和软件技术，从宏观﹑微观相结合的全方位角度，来监测影响尾矿库及坝体安全的各种关键技术指标；依托智能的软件系统，建立分析预警模型，实现与短消息平台结合，当发生异常时，及时自动发布短消息到矿方管理人员，尽快启动相应的预案。尾矿库在线监测系统的应用进一步提高了尾矿库本质化安全水平，有效防范和遏制重特大事故发生。

3 结语

该选矿厂从源头抓起，从各个关键作业点着手，进行尾矿库安全管理技术的优化研究，结合尾矿库筑坝要求，通过进行超细粒尾矿堆存技术﹑磨前湿式预选工艺﹑尾矿回收利用工艺的研究与实践﹑在线监测系统的应用等方面来优化尾矿粒度组成和性质，促进尾矿快速固结，减少尾矿排放量，延长尾矿库服务年限，不断提升尾矿系统管控水平，确保尾矿库安全生产。