白音查干多金属矿全尾砂膏体充填与膏体堆存联合处置系统设计和建设

郭 雷，王会来，孙学森，周积果(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

应用研究·有色矿山·

白音查干多金属矿全尾砂膏体充填与膏体堆存联合处置系统设计和建设

郭 雷，王会来，孙学森，周积果
(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

尾砂膏体充填和膏体堆存具有安全、高效、节能、环保等优点。在中国近年来尾砂膏体充填技术发展迅速，多个矿山先后建成尾砂膏体充填系统并投入运行；尾砂膏体堆存技术处于起步阶段，规模化矿山中仅有2座膏体堆存系统在运行；目前尚无矿山建成全尾砂膏体充填与膏体堆存联合处置系统。由中国恩菲承担总体设计的白音查干多金属矿目前正式投产，创建了国内首座全尾砂膏体充填与膏体堆存联合运转系统。本文介绍了该系统工艺流程、工艺设施设计和建设情况。

膏体充填； 膏体堆存； 充填法； 尾砂

1 前言

尾砂膏体充填和膏体堆存具有安全、高效、节能、环保等优点，在矿业发达国家被广泛认可并应用。中国恩菲于20世纪90年代初开始在国内进行膏体充填技术的研究与应用[1]，先后在金川镍矿、铜绿山铜矿、会泽铅锌矿、冬瓜山铜矿和赞比亚谦比西铜矿等矿山建成膏体充填系统并投入运行，该技术在我国得到迅速发展。目前，我国尾砂膏体堆存技术仍处于起步阶段，在运行尾矿膏体堆存系统的规模化矿山主要有乌奴格吐山铜钼矿和包头白云鄂博西矿。

白音查干多金属矿地处内蒙古西乌珠穆沁旗，矿区以残山丘陵与准平原草原景观区为主，植被较发育，覆盖程度较高。矿体为多金属矿，主要含有铅、锌、银、铜、锡等。2014年6月，中国恩菲完成该矿初步设计，随后开展施工图设计，同年开始建设。2016年9月，矿山基建完成，目前已正式投产。设计生产规模为5 000t/d，分两个系统，铅锌系统2 500t/d，铜锡系统2 500t/d，采用地下开采方式，主斜坡道开拓，分段空场嗣后充填采矿法和上向水平分层充填采矿法，全尾砂膏体充填和膏体堆存。

矿石由卡车经斜坡道运出地表，卸载到粗碎站，经初碎后由胶带运至选厂粗矿仓。选矿工艺流程为：铅锌系统采用半自磨工艺(SAB)+铅锌优先浮选工艺+两段脱水工艺；铜锡系统采用半自磨工艺(SAB)+铜铅混浮+铜铅分离浮选+锌硫混浮+锌硫分离浮选+锡石四段重选+锡石浮选+两段脱水流程。

2 全尾砂膏体充填系统

矿区地表主要为林地和牧民的草场，对生态和环境保持的要求高，适合膏体充填技术的应用。

全尾砂膏体充填系统包括膏体制备、输送和采场充填。选矿厂生产的全部尾砂送至充填搅拌站，经充填搅拌站内的深锥浓密机浓缩后，制备合格的充填料浆，通过浓料输送泵送至井下采场空区进行充填。

充填设施主要包括地面充填搅拌站、充填钻孔和输送管路等。充填搅拌站主要设施及设备包括尾砂浓缩设备、水泥仓、水泥给料设备、两级卧式搅拌机和浓料输送泵。

图1 膏体制备系统图

2.1 膏体制备和输送

充填搅拌站共设2台深锥浓密机和3套充填料浆制备及输送系统，由φ14m深锥浓密机2台、水泥仓3座、微粉秤3台、双轴叶片搅拌机3台、双螺旋搅拌机3台、浓料输送泵3台及相应配套的仪表监控系统组成。正常生产时，2台深锥浓密机同时工作，料浆制备及输送系统2套工作1套备用。每套均可用于全尾砂胶结充填和非胶结充填。每套系统添加水、水泥和尾砂量均可调节。

深锥浓密机单套制备能力80～100m3/h。每台深锥浓密机底部设2台底流泵，正常生产时底流泵1台工作1台备用，最大时，1台深锥浓密机2台底流泵工作，另1台深锥浓密机1台底流泵工作。浓料输送泵往井下输送充填料浆时，管道输送最大压力为12MPa。膏体制备系统见图1。

充填钻孔3条，两个工作一个备用，钻孔为垂直钻孔，直径φ350mm。充填钻孔内敷设套管，套管外采用水泥砂浆封填，套管选择双金属复合耐磨管，φ内=167mm，直径φ外=219mm，壁厚δ=26mm(其中耐磨层厚18mm)，充填料浆流速按1m/s考虑。平巷中充填管选用陶瓷内衬复合钢管，φ外=194mm，壁厚δ=12mm。采场内敷设的充填管选用树脂管，规格与陶瓷内衬复合钢管配套。充填料浆经充填钻孔泵送到充填回风中段，经充填平巷到达各充填采场。井下充填系统见图2。

2.2 采场充填

(1)分段空场嗣后充填采矿法。采场出矿完毕，集中进行充填作业。一步骤采场采用全尾砂胶结充填，底部和顶部4～6m各采用灰砂比1∶4的胶结充填，中间采用灰砂比1∶10的胶结充填。二步骤采场底部和顶部4～6m各采用灰砂比1∶4的胶结充填，中间采用全尾砂非胶结充填。分段空场嗣后充填采矿方法见图3。

图2 井下充填系统图

图3 分段空场嗣后充填采矿方法图

(2)上向水平分层充填采矿法。每一中段的首采分层胶结充填4～6m高，灰砂比为1∶4。其他分层充填4m高，其中底部非胶结充填3.7m厚，其上再充填0.3m厚、灰砂比为1∶4的胶结面层。上向水平分层充填采矿方法见图4。

图4 上向水平分层充填采矿方法图

3 全尾砂膏体堆存系统

矿区干旱少雨且蒸发量大，适合尾矿膏体堆存技术的应用。全尾砂膏体堆存系统包括膏体制备、输送和排放。选矿厂排出的全部尾矿矿浆经深锥浓密机浓缩，浓缩后的膏体尾矿经尾矿输送泵站和管道输送至尾矿库进行膏体堆存。

3.1 膏体制备和输送

设有一个尾矿输送泵房，将膏体尾矿输送至尾矿库。尾矿输送泵房内设有1台矿浆贮槽，配有搅拌装置；设有2台离心式喂料泵，1用1备，其主要技术参数为：Q=200m3/h，H=40m；设有2台隔膜泵，1用1备，其主要技术参数为：Q=200m3/h，P=8.0MPa，每台隔膜泵设变频调速。

尾矿输送泵站至尾矿库之间设有2条DN200尾矿输送管道，两条交替使用，每条管道长约7 000m。一条管道为陶瓷复合钢管，一条管道为无缝钢管。管道地表敷设，管道外部设电伴热及10cm厚聚氨酯泡沫塑料保温层。尾砂膏体制备及输送工艺流程见图5。

3.2 膏体排放

尾矿库位于选厂东南直线距离约4.3km处的沟谷，尾矿设施的平面布置见图6。尾矿库周边筑坝，汇水面积约为1.02km2，占地面积约为1 850亩，可形成总库容约1 427.1万m3。尾矿库进行全库防渗。

尾矿排放采用库尾放矿和周边放矿型式进行集中轮流放矿。在北坝、东坝、东南坝和西南坝上设有两条放矿主管，互为备用，轮流使用。放矿主管上设置放矿支管，两根相邻放矿支管间距为100m。放矿支管轮流使用，以确保库内堆存的尾矿均匀上升，每次放矿使用1根放矿支管。

4 全尾砂膏体联合处置系统

4.1 方案技术经济比较

对尾砂膏体充填和堆存方案进行了详细研究，选择两种方案进行了技术经济比较。方案Ⅰ：尾砂膏体充填系统和膏体堆存系统独立设置；方案Ⅱ：尾砂膏体充填与膏体堆存系统联合设置。两种方案的经济比较见表1。

可比投资部分，方案Ⅰ较方案Ⅱ高1 802万元；可比经营成本，方案Ⅰ较方案Ⅱ高52万元；计算的费用现值，方案Ⅰ为5 643万元，方案Ⅱ为3 349万元，方案Ⅰ较方案Ⅱ高2 294万元。

从比较的结果来看，方案Ⅱ较方案Ⅰ投资少，经营成本低，费用现值小，在经济上占优。

图5 尾砂膏体制备及输送工艺流程示意图

图6 尾矿设施平面布置图

经比较，设计推荐全尾砂膏体联合处置系统。

4.2 系统简述

选矿厂生产的全部尾砂送至充填搅拌站，经充填搅拌站内的深锥浓密机浓缩，生产需要时，制备合格的充填料浆，通过浓料输送泵送至井下采场空区进行充填；当采场不进行充填作业时，选矿厂排出的全部尾矿经深锥浓密机浓缩后输送至尾矿输送泵房内的矿浆贮槽中，经过喂料泵输送至隔膜泵，再由隔膜泵及管道输送至尾矿库进行膏体堆存。全尾砂膏体联合处置系统见图7。

4.3 系统建设情况

2015年开始施工建设充填搅拌站和尾矿输送泵站，2016年9月建设完成，2017年2月投产，目前已正式生产。

表1 尾砂膏体充填和堆存方案比较

图7 全尾砂膏体联合处置系统示意图

选厂产生的尾砂较细，尾砂粒度分析见表2。深锥浓密机底流浓度为55%～61%，底流浓度达到61%时，尾砂料浆形成膏体，见图8。

表2 尾砂粒度分析表

图8 底流浓度61%时的尾砂料浆状态

5 结语

中国恩菲在白音查干多金属矿创新性设计了全尾砂膏体充填与膏体堆存联合处置系统。经过一年半时间，全尾砂膏体联合处置系统建设完成，建设过程顺利，运行稳定。通过系统建设和运行，表明本系统设计完善，应用可靠，对类似矿山采用膏体充填与膏体堆存的设计和建设具有一定的借鉴意义。

[1] 于润沧.我国充填工艺创新成就与尚需深入研究的课题[J].采矿技术,2011,(7):1-3.

Design and construction of combined total tailings paste filling and paste stockpiling system in Baiyinchagan polymetallic mine

Tailings paste backfilling and paste stockpiling have the advantages of safety, high efficiency, energy saving and environmental friendliness. In China, tailings paste backfilling technology has developed rapidly and tailings paste backfilling systems have been established in many mines in recent years. But paste stockpiling technology is still in the early stage and only two paste stockpiling systems are in the operation in large-scale mines in China. There are no combined paste filling and paste stockpiling system in use in China. Baiyinchagan mine, designed by China ENFI, has established the first combined paste backfilling and paste storage system in China and has put the system into operation at present. This paper introduced the process, facilities design and construction of the system.

paste filling; paste stockpiling; filling method; tailings

TD853.34

A

郭 雷(1979-)，男，河南平顶山人，高级工程师，从事与矿山相关的咨询设计和研究工作。