选矿厂尾矿包括湿式尾矿、干堆尾矿和膏体尾矿，以湿式尾矿为主。随着国家对环境和安全要求的越来越高，尾矿干堆或以膏体形式堆放将成为今后的主要趋势。本文总结了近10a来我国在湿式尾矿、干堆尾矿和膏体尾矿浓缩技术和装备方面的最新进展，并对未来的发展趋势进行了展望。
1尾矿浓缩技术进展
1.1湿式尾矿浓缩技术
湿式尾矿是目前我国选矿厂产出尾矿的主要形式，近年来，湿式尾矿浓缩技术的进步主要表现在浓缩机的高效化改造及分级浓缩工艺的改造。
在浓缩机的高效化改造方面，梅山铁矿选矿厂采用高压浓缩机完成了浓缩机的高效化改造，且将浓缩流程由3段缩减为2段，改造后，底流浓度提高到45%以上、尾矿浓缩系统处理能力提高了18%，解决了原尾矿浓缩机存在的浓缩效率不高，溢流水质较差，尾矿输送浓度低、能耗高等问题。
在分级浓缩工艺的改造方面，山东某金矿根据试验并结合矿山生产实践，采用旋流器与浓缩机组合的分级—浓缩流程浓缩尾矿浆，可实现全尾矿的高效浓缩，便于与后续充填作业的衔接和矿山生产的灵活组织和应用；吕宪俊等研究了细粒铁尾矿的分级、浓缩工艺，认为细粒铁全尾矿采用水力旋流器-浓缩机二段分级浓缩工艺，在给矿浓度为10%~28%时，尾矿综合浓度可达到60%以上，采用φ125mm旋流器和φ2000mm膏体浓缩机组成的分级浓缩系统，尾矿浓度由19.62%提高至54.32%，达到了全尾矿高效浓缩的技术要求。江苏船山矿业股份有限公司采用旋流器分级与旋流澄清器浓缩相结合的工艺，将细粒级尾矿的浓度提高至55%以上。
在湿式尾矿浓缩方面，提高选厂现有浓缩机的浓缩效果，并与充填采矿技术相结合将是湿式尾矿浓缩技术发展的方向。
干堆尾矿一般采用压滤、过滤、沉淀等浓缩技术对尾矿进行脱水，将尾矿含水率降至20%以下。如辽宁排山楼金矿采用压滤方式对尾矿进行脱水，广东信宜东坑金矿采用过滤方式对尾矿进行脱水，安徽铜陵焦冲金矿采用平流式多个沉淀池串连方式对尾矿进行脱水。
近年来，干堆尾矿浓缩工艺的进展主要表现在以下方面：
（1）旋流器、浓缩机、脱水筛、压滤（过滤）机组合工艺日臻成熟。该工艺是目前干堆尾矿浓缩的主流工艺，选矿厂尾矿给入旋流器，沉砂给入脱水筛，实现粗粒脱水；旋流器的溢流与脱水筛筛下合并给入浓缩机，浓缩机底流给入压滤机（或过滤机），实现细粒脱水。烟台金洋旋流器有限公司针对某铜尾矿的干堆，以旋流器、脱水筛、浓缩机和压滤机等为浓缩脱水设备，提出了粗细颗粒分级，再分别进行浓缩脱水的工艺；河北宽城恒泰矿业集团马道沟矿业公司的超贫磁铁矿尾矿采用了旋流器分级、沉砂高频振动筛脱水、旋流器溢流与振动筛筛下合并用斜板浓缩机浓缩、底流板框压滤机压滤的尾矿脱水工艺；密云某铁矿采用高效旋流器、变频脱水筛、浓缩机、压滤机组合的尾矿脱水工艺，高效旋流器可实现粗粒级尾矿的高效快速浓缩，高效变频脱水筛处理旋流器沉砂获得产率为14%~18%的可直接干排的粗粒尾矿，旋流器溢流和脱水筛筛下经浓缩机浓缩、压滤机压滤后干排；攀钢密地选矿厂针对浓度为43%左右的尾矿浆，采用旋流器分级—振动脱水筛脱水—斜板浓缩机浓缩—板框式压滤机压滤工艺处理，获得了含水率为12%~14.3%的脱水尾矿。
（2）旋流器、水平带式真空过滤机、压滤机组合工艺。山东煤机装备集团有限公司利用旋流器将尾矿分级，高浓度粗粒级用水平带式真空过滤机过滤，低浓度细粒级经浓缩机浓缩后用全自动立式压滤机压滤，得到的滤饼全部干排，且实现了滤液的循环利用。
（3）多段变锥旋流器、高频细筛、无耙高效浓缩机组合工艺。该工艺采用新型多段变锥旋流器对尾矿进行分级，粗粒通过高频筛脱水干堆，细粒及微细粒通过无耙高效浓缩机浓缩工艺脱水。
综上所述，对于干堆尾矿，浓缩机、旋流器、脱水筛、压滤（过滤）组合工艺是目前选厂普遍采用的成熟工艺，推广应用前景广阔。新型浓缩和过滤装备的研发和利用也将成为今后的主要发展方向。
膏体尾矿是指浓缩到膏体状态的尾矿浆，该类型的尾矿不沉降，在管道中的流动状态为栓塞流，具有较高的屈服应力和较低的塌落度，没有或仅有很少量的渗透水析出。普通尾矿（如铜、铅、锌、铁和金尾矿）形成的膏体浓度可达60%~75%。
在制备膏体尾矿的过程中一般要采用特殊的装备，即尾矿膏体浓缩机、倾斜板浓缩机或高压浓缩机，也可采用高效浓缩机多段浓缩，并辅之以絮凝剂，形成高浓度尾矿膏体。
膏体尾矿浓缩的工艺较为简单，主要包括以下几种工艺：
（1）普通浓缩机-膏体浓缩机联合工艺。该工艺将普通浓缩机的一次浓缩底流送膏体浓缩机二次浓缩，再用管道输送到尾矿库堆存。如包钢集团巴润矿业公司对浓度为9.54%的铁尾矿采用普通浓缩机-膏体浓缩机联合工艺2段浓缩，浓度为45%~55%的普通浓缩机底流用渣浆泵送至美国西方技术公司制造的Ф20m×18m的深锥膏体浓缩机，最终获得底流浓度为69%~71%的膏体尾矿，二次浓缩通过添加絮凝剂加速尾矿沉降。
（2）倾斜板浓缩机-振动型斜板浓缩机联合工艺。内蒙鑫岩矿业将细度为-0.074mm占90%尾矿采用两段斜板浓缩机工艺，将尾矿浓缩到69%-72%的膏体尾矿排放。
不是所有的尾矿都能形成膏体，尾矿形成膏体的浓度因尾矿性质的不同而不同，这是因为尾矿的粒径分布、黏土含量、颗粒形态、矿物学性质、静电力、絮凝剂的用量等都有相当大的影响。因此，尾矿膏体的浓度应通过试验确定。为了高效、低成本制备尾矿膏体，研究颗粒沉降、絮凝沉降、颗粒运移以及沉降机理非常重要。
尾矿膏体浓缩技术工艺简单，尾矿膏体管道输送效果好，随着国内对膏体浓缩设备研制水平的提高，尾矿膏体浓缩技术必将在矿山企业得到推广应用。
2尾矿浓缩设备进展
2.1旋流器
针对浓缩分级而研制的最新旋流设备，主要有烟台金洋旋流器有限公司生产的高效浓缩旋流器和烟台鑫海耐磨胶业有限公司生产的浓缩脱水型水力旋流器。
高效浓缩旋流器采用多段变锥结构：第一段为大锥角锥体，其目的是最大程度地提高内部流体的切向速度，增大离心力场；第二段为较小锥角锥体，锥段长度较大，其目的是提供充足的空间和时间，使被处理矿浆中不同粒级颗粒进行充分交换；第三段为带有较大的锥体角度和直段结构的锥体。该设备具有底流产率和处理能力大，底流浓度高等特点，同等工况下，与常规旋流器相比底流产率提高10%左右，同时可降低旋流器溢流的含固量，提高浓缩效率。
浓缩脱水型水力旋流器上部为虹吸装置，下部为鱼尾装置，通过调整虹吸装置的管阀开度，可让少量空气进入旋流器腔内，使向上的吸力(即负压)发生变化，从而带动鱼尾装置的弹性橡胶片发生变化(即收缩或关闭)，来调整底流浓度。鱼尾装置可使给矿量、给矿浓度、给矿压力在一定范围内波动的情况下，保持底流排放浓度和溢流细度的稳定。水、泥浆和细颗粒矿物从上部溢流口排出，重矿物和粗颗粒从底流口排出。该设备可将底流浓度调整到60%~80%。
2.2澄清器（池）
澄清器主要用于微细粒物料的沉降和脱水，该设备将离心分离技术、絮凝沉降技术、剪切混合技术结合在一起，提高底流浓度和溢流澄清度。设备内部设置旋流装置与斜管，可使微细粒物料形成强制的旋转流而产生离心力，从而使较粗颗粒沿边壁快速沉降进入底部，而部分浓度较低且包含细粒级的悬浮液形成内旋转流进入澄清器内部，进行重力沉降。澄清器带有较长的锥体，从而因挤压效应而得到高浓度的底流。
近年来有人研究了新型澄清池，该设备可解决传统机械加速澄清池刮泥耙直径小、驱动扭矩低、高负荷时排泥效果差等问题。通过对传统澄清池池体结构的改进，及对刮泥机、提升搅拌机、排泥防堵搅拌机三者采用同心套装结构，刮泥耙驱动机构采用带齿回转支承及多组电机同步驱动，其扭矩可达百万牛顿米，池周边增设斜板及集水装置。通过以上改造措施设计制造了池径大于Φ29m的大型机械澄清池，填补了国内在大池径澄清池方面的空白，经矿山尾矿水处理实际应用证明效果理想。
2.3新型浓缩机
近年来，通过对普通浓缩机结构的改进，出现了新型浓缩机。如山西省平顺新鑫矿业有限公司生产的NT系列钢结构浓缩机具有抗低温恶劣环境的能力，而且在浓缩池溢流堰内侧增设了泡沫阻隔装置，充分保证了溢流水的质量，设备可根据煤泥沉淀厚度的高低自动升降旋转耙，智能控制系统的配套可随时监控设备的运行状况，保证该系统的正常生产。烟台鑫海耐磨胶业有限公司生产的高效深锥多锥浓缩机采用大锥角的深锥和多锥结构，中部沉降区内装有倾斜板，并安装有脱气槽，给矿中心筒设有受料盘，并且采用结构新颖的溢流堰，解决了溢流堰不水平的问题，从而使浓缩机的溢流均匀缓慢，消除了溢流槽浑浊现象。
2.4倾斜板浓缩机
倾斜板浓缩机是基于浅层沉降原理而设计的一种浓缩设备，利用一组表面光滑的特制倾斜板，改变固体颗粒的沉降路径，缩短沉降距离，减少沉降时间，提高沉降速度，改善液流条件，提高浓缩机工作效率，增加浓缩机自然沉淀面积及单位面积的生产能力。
近年来，振动型斜板浓缩机得到了较快发展，该设备是在斜板浓缩设备的基础上改进而成一种新型浓缩设备，其结构包括给矿槽、上箱体、下箱体(锥斗)、溢流槽、斜板组、振动电机和强制排矿装置等。该设备的主要特点是斜板组模块可进行间歇式高频微振，可定期自动清洗斜板组模块，保证斜板面上物料的有序下滑而不堆积物料，板间不堵塞，故可使设备长期稳定运行。该设备能通畅无阻地排放出高浓度(膏体)底流。
2.5高密度（高压）浓缩机
高密度浓缩机，又称高压浓缩机，与普通浓缩机的主要差异是设备的侧壁高度较大，一般是高效浓缩机的数倍；另外，该类型设备的给矿井壁上一般有自稀释口，可利用给矿井内外的密度差吸入上清液，从而达到调节适合絮凝给矿的浓度和加速物料沉降的目的。
乌奴格吐山铜钼矿使用2台f40m中心柱支撑的高密度浓缩机，尾矿细度为-0.074mm占60%~65%，排矿固体质量分数为67%，尾矿入库前的回水率高达90%以上，非常适合缺水地区选矿厂尾矿的浓缩。
加拿大安大略省鹰桥公司KiddCreek铜锌矿1995年安装了奥特昆普公司的φ35m高压缩比浓缩机，用于处理密度为3.1t/m3、-0.074和-0.02mm分别占85%和50%的尾矿，在絮凝剂聚丙烯酰胺用量为20~25g/t情况下，高压缩比浓缩机排出尾矿的自流坡度为2.5%~3%。
鲁中矿业公司选矿厂采用具有消能和浆体混合装置的大传动扭矩、高效率、底锥及耙架结构经优化设计的HRC-28型高压浓缩机，确保了底流排矿的稳定和高浓度，浓浆可自卸畅通排出，溢流水水质优良。
2.6膏体浓缩机
尾矿膏体浓缩机的侧壁高度与其直径接近，其主要特点是耙架上设置有脱水杆，没有提耙装置，全桥架式结构，机械传动和液压传动等。脱水杆的主要作用是为包裹在泥床中的水提供一个上逸的通道，从而起到改善脱水的作用。该设备除了排矿泵外，还设有剪切泵，使接近排矿端的浓稠物料就地循环，防止排矿锥体部分因料浆浓度过高而堵塞。
南非的BKM铁矿选厂选用美国西方技术公司制造的1台锥角为30°，立柱扭力矩达189kNm的Ф18m´12m膏体浓缩机，用于处理-20mm占60%~80%的尾矿，处理能力达450t/h，尾矿膏体浓度达58%~72%。应用实践表明，在相似的膏体特性下，粗颗粒越多膏体浓度越大，反之越小。
包钢巴润矿业公司选用美国西方技术公司的2台Ф20m×18m的深锥膏体浓缩机，底流浓度达到71%。应用实践表明，泥床控制、絮凝剂添加量、浓缩机运行频率、喂料泵出口流量、稀释水量等因素对尾矿浓度的影响较大。
尾矿膏体浓缩机是尾矿膏体堆存中的重要设备，通常可将选厂的尾矿浓缩提高至60%~75%。随着尾矿膏体堆存技术的不断推广，研制浓缩效果较好的具有自主知识产权的尾矿膏体浓缩设备将成为我国尾矿处理领域今后的发展方向之一。
2.7脱水筛
脱水筛在尾矿处理中的主要作用是粗粒脱水和分级，以获得粗粒级的干排尾矿。脱水筛通常与旋流器、浓缩机和压滤机等联合使用，目前已广泛应用于铁尾矿的干排工艺中。
近年来，在传统脱水筛的基础上又研制出了振动脱水筛和高效多频脱水筛。振动脱水筛通常使用聚氨酯筛面，该筛面具有脱水效果好、筛分效率高、处理能力大、使用成本低、耐磨、使用寿命长、不易堵塞、更换方便等优点。高效多频脱水筛由烟台鑫海耐磨胶业有限公司生产，其主要特点是给矿区的筛板后部与主板成一定角度，且设备采用多频振动。设备运行时，矿浆进入脱水筛后，马上在给矿区的筛板后部形成较厚膏状层，通过高频振动逐步前移，筛子工作稳定。脱水筛的多频振动有助于形成矿浆过滤层，滤液水可透过过滤层从底部排掉，且可使滤饼往前移动。该脱水筛侧壁粘接耐磨胶板，寿命可达5a以上，聚氨酯筛网使用寿命可达7个月以上。
2.8过滤机
尾矿脱水常用的过滤机有陶瓷过滤机和带式真空过滤机。
带式真空过滤机是一种相对先进、成熟、可靠的尾矿过滤设备，目前已在国内多个铁矿山的尾矿干排工程中获得应用。带式过滤机对给矿浓度和给矿粒度较敏感，浓度越高、粒度越粗越有利于过滤。滤液和滤布水需返回到浓密机。
陶瓷真空过滤机用于尾矿脱水，其滤饼含水率较低，设备处理能力较小，滤板需定期酸洗或超声波清洗，运行成本较高。近年来，在肃北博伦矿业公司铁矿、龙桥铁矿等尾矿过滤中均得到应用。肃北博伦矿业公司选铁厂使用陶瓷盘式真空过滤机回收尾矿水，结果表明，陶瓷过滤机真空损失少、真空度高、滤饼含水率低、节能显著、滤液清澈，无环境污染，水资源可充分利用。龙桥铁矿通过对陶瓷过滤机陶瓷板孔径的调整、搅拌方式的改变，获得了较理想的过滤效果，其滤饼水分可在15%以下，处理能力可达300kg/(m2×h)。
2.9压滤机
压滤机常用于细粒物料的脱水，常用的压滤机有板框式压滤机、箱式压滤机、全自动立式压滤机等。
板框压滤机和箱式压滤机常用于细粒尾矿的过滤。山东归来庄金矿用340m2板框式压滤机过滤尾矿，不仅提高了回水使用效率，而且提高了金回收率，而增加了企业经济效益。CJZJ型自动压滤机用于某磷尾矿的脱水，具有一次性全拉开滤板、精确定位滤布、振动辅助卸料、快速滤布再生等优点。天昊黄金选矿厂采用高压隔膜压滤机，尾矿滤饼水分可控制在17%左右，从而可直接进行筑坝，增加了尾矿库库容，延长了尾矿库的服务年限，运行成本降低了130万元/a，经济效益明显。
山东煤机装备集团有限公司研制的全自动立式压滤机用于细粒铁尾矿的处理，实现了进料、隔膜挤压、滤饼洗涤、滤饼风干、卸料、滤布清洗等过程的自动化。某磷矿使用全自动立式压滤机过滤尾矿，解决了传统过滤机滤布易堵塞、易破损和设备故障率高等难题。
目前，尾矿压滤的核心问题是如何提高设备的处理能力、降低生产成本和简化操作，这也是今后压滤机的主要研究方向。
2.10沉降槽
沉降槽完全可以代替普通浓缩机用于尾矿的浓缩沉降。中州公司开发的无传动、免维护深锥高效沉降槽主要由深度给料槽、锥形沉降器、澄清管等部件组成，规格为Φ14m×9m，锥体角度为60°。某铝土矿浮选尾矿的浓缩，采用沉降槽代替普通浓缩机，可显著提高底流浓度，降低溢流含固量，有利于尾矿的安全堆排和回水利用率的提高。
2.11沉淀池
沉淀池按自然沉降规律浓缩尾矿，实践中，一般将多个平流式的沉淀池串连起来，为了加速尾矿的沉降，通常需添加絮凝剂。采用该方法浓缩尾矿，一般所需时间较长，且不能连续工作，因此处理能力较小，仅适合小型矿山使用。首钢马兰庄铁矿的尾矿先用沉淀渠沉降后再转送至尾矿库堆存。
3结论与展望
（1）目前，大部分选矿厂产出的尾矿仍然以湿式尾矿为主，因此，湿式尾矿的浓缩技术仍然是今后尾矿处理的主要研究方向，如何提高选厂尾矿的浓缩效果，并与充填采矿技术相结合将是业界研究的重点。
（2）尾矿干堆和尾矿膏体堆存是今后尾矿处理的大趋势，因此干堆尾矿和膏体尾矿的浓缩技术将是新建选厂、现有尾矿库库容不足选厂和缺水地区选厂要重点研究的方向；在尾矿浓缩脱水技术方面，浓缩机、旋流器、脱水筛、压滤（过滤）的组合是目前选厂普遍采用的成熟浓缩脱水工艺，将会获得进一步的推广应用；尾矿膏体浓缩工艺简单，所形成的膏体便于管道输送，今后的主要发展趋势是研制具有自主知识产权的高效的尾矿膏体浓缩设备，以及高浓度尾矿膏体的管道输送技术。
（3）高效浓缩设备是提高尾矿处理水平的关键，因此，今后的主要发展方向是如何针对不同特性的尾矿研制新型高效的浓缩设备，如具有自主知识产权的尾矿膏体浓缩机、高效浓缩机、全自动压滤机、过滤机和高效脱水筛等。
引用格式： 印万忠.尾矿浓缩技术与设备的最新进展[J].金属矿山, 2016(7):78-83.
原创
排版：王广运
监制：赵 鹏
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