高效板框式压滤机在矿尾矿应用

项目

国内某矿山具备年 500 万吨的采选综合生产能力。其采矿方式采用 无底柱分段崩落法，该采矿方法废石混入率高达 15%~20%。随着采矿水平的下移，此比例也随之略有提高。其二期设计尾矿用 大型隔膜泵输送至 38 公里以外的山景尾矿库堆存。随着国家安全、环保要求的提高，原设计的二期尾矿库 进一步征地几无可能，尾矿库的库容严重不足，按目前尾矿排放 量，尾矿库只能再使用 3 年。矿山尾矿库库容不足与湿尾排放量 逐年增加的矛盾日益突出，尾矿问题直接关系到公司的生存，尽快开展尾矿综合利用，探索出一条适合尾矿实 际，符合国家目前产业政策和管理要求的尾矿处置路径，减少湿 尾矿入库量 , 延长现有尾矿库服务年限，刻不容缓。

矿尾矿性质及前期开展尾矿利用情况

矿湿尾矿主要有两种 ：一是重选湿尾，二是降磷尾矿。 重选湿尾和降磷尾矿混合称为综合尾矿，重选湿尾和降磷尾矿 二者的矿物组成类似，铁品位略有差别。 综合尾矿中主要铁矿物有赤铁矿、菱铁矿、少量黄铁矿和 磁铁矿。主要脉石矿物为碳酸盐（白云石、方解石）、石英、高岭 石、长石、透辉石、绿泥石、石榴石、磷灰石等。铁品位 18.49%， 有用铁矿物主要是赤铁矿、菱铁矿，磁性铁铁品位 0.4%。杂质主 要是 SiO2 和 CaO，含量分别为 27.68％、12.80％，S 品位 1.20％、 P 品 位 0.634 ％。综 合 尾 矿 粒 度 微 细，其 中 +0.9mm0.04%，- 0.0335mm67.72%，平均粒度 0.042mm。 重选湿尾主要为预选工序洗矿产生，主要为井下原生泥，高 岭石含量较高，铁品位偏低，为 14%~16%。其铁矿物主要由赤 褐铁矿和菱铁矿组成，少量黄铁矿、磁铁矿，微量褐铁矿，脉石 矿物主要为碳酸盐（白云石、方解石）、石英、高岭石、长石、透 辉石、石榴石和磷灰石等。 降磷尾矿铁矿物多呈连生体形态赋存在尾矿中，主要为赤 褐铁矿和菱铁矿组成，少量黄铁矿、磁铁矿，微量褐铁矿，铁品 位为 19%~22%。脉石矿物主要为碳酸盐（白云石、方解石）、石 英、高岭石、长石、透辉石、石榴石和磷灰石等。降 磷 尾 矿 品 位 21.95%，-200 目 占 64.75%，-400 目 铁 品 位 26.45%，占有率为 53.75%。说明降磷尾矿是以细粒级组成为主。

矿前期开展尾矿回收利用情况介绍

矿业公司一直致力于湿尾矿的回收再利用，先后开展 了微晶玻璃、尾矿制砖和固化干堆的研究实验。早在 2009 年便 开始将粗粒尾矿回收利用做为水泥铁质校正剂外销，但仅限于 粗粒级湿尾的回收利用。从尾矿粒度组成看，前期回收的 粗粒级只占尾矿的少部分，大量的细粒级尾矿含需要堆存至尾 矿库。由于微细粒物料悬浮液的固液分离是化工、冶金及许多加 工业中的重要作业。这些悬浮液的共同特点是固是体颗粒粒度 细、沉降速度慢、浆体粘度大、可滤性差等。在这些条件下，一 般需要很大的分离面积及相当高的过滤压力，常规的脱水设备 ( 脱水筛、离心过滤机、真空过滤机等 ) 通常不能满足脱水要求。 为了矿山的生存，在不断优化粗粒级尾矿回收工艺，扩大回收规 模的同时，寻求细粒级尾矿脱水，有效缓解尾矿库库容压 力和征地压力的脚步一直没有停止 。

开展尾矿综合利用情况介绍

尾矿综合利用压滤机有效回收细粒级尾矿开始，先后经过小型工 业试验、扩大工业试验和工业化生产几个阶段，最终于2019年底完成基础设施建设和设备安装调试，2020年大规模投入生产。

小型工业试验阶段

要做到细粒级尾矿回收，一方面要压得出来，另一方面要销 得出去。因此尾矿组成及压滤后的含水率以及化学成分，就是尾 矿回收工序的重要指标。我们矿充分利用地处长江沿岸，水运成 本低廉的优势，一方面与长江中下游地区几家水泥厂合作，做细 粒级尾矿替代铁质矫正剂试验 ；与此同时，寻求高压高效脱水 设备，进行细粒级尾矿脱水试验。

水泥工艺试验

一般水泥工业生产水泥熟料的原料为石灰石、粘土、铁粉， 石灰石提供煅烧熟料所需的氧化钙，粘土提供二氧化硅和氧化 铝，铁粉提供氧化铁。根据梅山降磷尾矿的化学成分来看，梅山降磷尾矿主要含 有氧化铁、二氧化硅和氧化钙，其次含有氧化镁、氧化铝，这些 成分均是水泥原料的有用成分，用降磷尾矿替代铁粉从水泥的工艺来看是可以的。如果用降磷尾矿替代铁粉所生产 出来的水泥熟料性能不低于用铁粉配料时所生产出来的水泥熟 料，这就为降磷尾矿的合理利用提供了一条有效地解决途 径，同时也为水泥企业越发紧缺的铁粉原料提供了可代替品。这样不但可缓解铁矿降磷尾矿堆积占地的状况，更加重要的是把资源进行了优化配置，使废物得到合理利用。 试验结果，利用降磷尾矿配料烧制的熟料性能强于铁 粉配料制成的熟料，其 28 天抗压强度约提高 2.1MPa。降磷 尾矿代替铁质校正材料配料有利于提高升生料易烧性，可以把 熟料的烧成温度降低约 50℃左右，有明显的节能降本效果。

设备试验

试验压滤机先后进行降磷 尾矿、降磷尾矿旋流器溢流、降磷尾矿旋流器底流、重选尾矿以 及综合尾矿五中种尾矿的压滤试验，同时做好分别使用 1#、2#、 3#滤布的对比试验。600/2000-U 高效压滤机及配套的给料泵、压榨泵、水洗 泵、空压机、储气罐、水箱、皮带机等附属设施。进行尾矿压滤工业生产试验，目的考查压滤效率、滤饼水份和压滤饼接受水泥 市场用户检验，为后续综合利用方向提供最直接的依据。工业试验同样分三个阶段进行，分别为条件试验阶段、稳定试验阶段、 参数优化阶段。 压滤给矿的组成是由 1/3降磷全粒级尾矿及旋流器溢流的 1/2 构成，压滤给料粒度组成。可以看出，压滤系统给料粒度较细，-200 目含量为 92.53%，-400 目含量为 83.4%，但还有 +120 目（0.12mm）含量为 2.87%，这部分稍粗的尾矿会加快滤布的磨损，粒矿石比重约为 3.2吨 /m3。可以看出，压滤给矿的 TFe 品位为 23.17%，这比工业试 验要的尾矿滤饼品位大于 19% 的要求高，说明经压滤后可以满 足全铁品位要求。

在压滤工业扩大试验历经近 40 天时间，分别进行了条件试 验、稳定试验段、参数优化为主的三个阶段试验，通过试验数据 和试验现象得到如下结论 ：

（1）达到了产量目标。到 2018 年 1 月 2 日，共生产 361 板，每板湿重 27.2 吨（过磅），共计 9819.2 吨。稳定运行后，每天可生产 500 吨细粒级湿尾滤饼，每月可生产湿量 1.5 万吨，600m2 压滤机 一台年可生产 18万吨湿量。

（2）达到了质量目标。压滤产品性能比较稳定，滤饼水分在 12.38%~15.4% 之间，水分均值为 13.79%，滤饼铁品位≥ 21%， 含硫小于 1%。

（3）达到了工艺目标。经济合理运行参数为 ：给矿浓度≥ 45%， 给矿压力＜ 8kg，压榨压力 1.4MPa，压榨延时时间 6分钟（具体情况 视滤饼水分和滤饼卸料情况在 6~8分钟之间调整），正吹时间 20秒， 反吹时间 20秒，一个压滤周期为 60~70分钟。

各种粒级配比的脱水第二阶段工业生产试验

2018年 1月开始起开展了第二阶段多粒级压滤工业试验，相应开展了各种粒级配比的工业试验，以确定矿尾矿综合利用工业化生产的最终工艺方案和设备配置方案。 期间先后进行了降磷尾矿、重选尾矿、综合尾矿三种尾矿的 全溢流压滤、全粒级压滤、以及几种旋流器、陶瓷过滤机与压滤 机的组合工业试验。通过第二阶段试验，发现了几个问题，即全粒级尾矿含粗粒级尾矿较多，在压滤过程中容易堵塞中心孔 ； 全溢流压滤效率低下，且压滤产品含水率偏高，难以运输和进水 泥生产流程。最终确定尾矿综合利用采用负倾角高频西晒 + 陶瓷过滤机 + 压滤机的三段回收方案，并确定了各粒级段的工艺 设备配置方案。

工业化生产阶段

矿业分公司的湿尾矿主要是重选湿尾和降磷湿尾，在 前期开展的大量技术攻关研究基础上，2019 年 11 月 26 日 ~11 月 30 日完成新建 3 台压滤机生产组织调试任务，实现降磷尾 矿全部综合利用。2020 年 1 月 10 日 ~12 日开展重选湿尾矿单 独压滤工业试验，压滤效率下降 50%。压滤滤饼的含铁品位 16.37%，16.47%，铁品位低，滤饼水份 19.3%，卸矿难度大，且 重选压滤的滤饼无法独立销售。为解决重选湿尾矿生产难题， 采取将重选湿尾矿部分掺入降磷尾矿浓缩系统的路径，在保证 压滤滤饼铁品位指标和保证压滤效率的前提下，实现部分重选 湿尾矿资源化综合利用处理。

工业应用采用技术路线为

根据 尾矿综合利用能力和市场需求，部分重选尾矿掺入降磷尾矿预 浓缩，预浓缩底流经 +0.2mm 负倾角高频细筛隔出粗颗粒作为 机制砂销售 ；筛下矿浆经超长变锥旋流器浓缩分级，底流进入 陶瓷过滤机脱水作为细粒级铁尾砂销售 ；全部旋流器溢流和 1 台未进旋流器含 +200目粗颗粒的高频细筛筛下矿浆混合配制 成 +200 目含量在 5% 左右混合超细粒级尾矿，经 HRC-25M 高 压浓密机浓缩为＞ 45%的矿浆送入压滤机脱水作为超细粒级 水泥铁质校正剂销售。 采取的技术路线是以降磷尾矿全部资源化综合利用为主， 部分重选湿尾矿资源化综合利用，少部分重选湿尾矿输送尾矿库进行筑坝堆存。本技术方案兼顾矿山生产实际和尾矿产品市 场，兼顾矿山生产和绿色环保，走出一条绿色可持续发展的无尾 矿山建设新路径。

高效板框式压滤机及工作过程介绍

高效板框式压滤机由 1、机架部分 ；2、过滤部分 ；3、自 动拉板部分；4、电气控制部分；5、液压部分组成；

①机架部分 ：机架它是整套设备的基础，其主要应用在支 撑过滤机构以及拉板机构，是由止推板、压紧板、机座、油缸体 以及主梁等组合而成。当设备工作运行的时候 , 油缸体上的活塞 杆就会推动压紧板，然后把位于压紧板与止推板之间的滤板以 及过滤介质压紧，以确保带有一定压力的滤浆可以在滤室内进 行加压过滤；

②过滤部分 ：过滤部分是由夹在滤板之间的过滤 介质以及整齐排列在主梁上的滤板来组成的。增加强化聚丙烯 滤板主要原因是选用优质聚丙烯、使用本公司独特的配方压制 而成，机械性能优良，化学性能稳定，并且具有耐压、耐热、耐 腐蚀、无毒、重量轻、表面平整光滑、密封好、易洗涤等特点。过 滤开始的时候，滤浆在被进料泵的压力作用下，通过止推板的进 料口进入各滤室内，滤浆依托进料泵产生的压力进行固液分离， 由于过滤介质（滤布）的作用，使固体留在滤室内形成滤饼，滤 液由水嘴或出液阀排出。如果滤饼需要洗涤，可以把止推板上的 洗涤口通入洗涤水，进而对滤饼进行洗涤 ；如果需要含水率较 低的滤饼，可从将洗涤口通入压缩空气，透过滤饼层，吹出滤饼 中所含的一部分水份；

③电气控制部分 ：整个系统的控制中心 就是在电气控制部分，其主要是由变频器、PLC 可编程控制器、 空气开关、热继电器、断路器、中间继电器、接触器、按钮、信号 灯等组合而成。自动压滤机工作过程的转换是靠 PLC 内部计时 器、计数器、中间继电器和 PLC外部的行程开关开关、接近开关、 电接点压力表（压力继电器）、控制按钮等的转换而完成的。工 作过程可分为高压卸荷、松开、取板、拉板、压紧、保压和补压等；

④液压部分 ：主机的动力装置是在液压部分，在电气控制系 统的作用下，通过油缸、油泵及液压元件来完成各种工作。可实 现自动压紧、自动补压、及高压卸荷及自动松开等功能。

板框压滤脱水工作过程

隔膜式板框压滤机的工作流 程主要分为５个步骤 ：进料过滤—反吹—隔膜压榨—拉板卸 料—水洗。其中，水洗步骤不是每个流程都运行，而是根据压滤 机实际工作情况决定。一般情况下，压滤机正常工作 7 ～ 15 ｄ 后进行 1次水洗。

①进料过滤 ：物料进入板框压滤机，进料压力使滤液穿过 滤布，固体被滤布截留形成滤饼。随着过滤的进行，过滤压力 持续升高，滤室逐渐被滤饼填满，进料压力达到最高值（约为 1.3MPa），并长时间保持不变。因矿浆含水率有差异，进料时间 一般控制在 0.6 ｈ , 料浆输送由 150ZJ-A70 渣浆泵完成。

②正、反 吹 ：正反吹在每一个完整的工作流程中均需要进行 1 次。正吹， 料浆在进料完成以后对其进行空气正吹，这样可以提高滤饼含 固率，同时也可以防止中心管堵塞 ；反吹，当压榨完成以后，压 缩空气系统开始运行，并反吹洗压滤机中心进泥管中的残留料 浆以及膜腔内的滤液，反吹料浆通过压滤机一端设置的 DN200 反吹料浆管回流到调理池之中。这两次空气吹洗的过程均需要 20s便可以完成。 需要注意的是 ：因为空气吹洗的瞬时风压相对较大，而且 时间也比较短，在条件允许的情况下反吹料浆管可以各自的单 独接入料浆调理池中，这样就有效避免某台压滤机空气吹洗时 影响到其他压滤机正常工作。

③隔膜压榨关闭进料气动球阀，向 隔膜板内注入高压水，最高水压２ MPa，一般保持在 1.3-1.4MPa。 利用隔膜张力对料浆进行强力挤压脱水，一般隔膜压榨时间保 持在 6-8min 左右。压榨水通过管道回流至压榨水箱，压榨滤液 水透过滤布排出，固体物质被滤布阻隔，料浆含固率进一步提 高 , 含水率进一步降低。

④拉板卸料 ：当压榨完成以后，进行到 卸料工序 ：首先，压紧板后退，到限位开关处停止。拉板小车通 过 PLC 控制下，变频电机转动，使链条带动拉板小车完成取拉 板动作。除去程序控制以外，还可以手动进行控制，可以随时的 控制拉板过程中的前进、暂停、后退动作，以确保卸料的顺利进 行。如果假如遇到卸料不畅，需要人工配合卸料。全部卸料过程 维持在 8min 左右。

⑤水洗 ：压滤机在运行一段时间后，滤布会 被堵塞，影响过滤效果。正常情况下，压滤机每工作 7d ～ 15d 需 要进行１次水洗，由水洗泵供给水源。每台压滤机单次清洗周期 为 20min ～ 30min，此过程由人工用高压水枪完成。

实施效果及结论

（1）高效板框式压滤机先后经过小型工业试验、大规模工业试验，最终在尾矿综合利用工程中取得成功应用，尾矿综合利用工程于 2019 年底完成建设 并交付使用。2020 年投入规模化生产以来，设备系统运行稳定， 处理细粒级尾矿逐月上升，最高压滤月产量达到 10 万吨，成绩 斐然。自 2018 年以来，尾矿资源化利用产量。从近 3 年统计来看，湿尾矿资源化综合利用逐年增加， 特别是 2020 年 1~8 月份以来，除满足尾矿库筑坝需要输送的重 选尾矿之外，全部降磷尾矿和超过 25% 的重选尾矿实现资源化 综合利用。按照 2019 年重选湿尾64.8万吨，湿尾93.8万吨 的湿尾产量，该设备的成功应用，使得矿湿尾排放小于40万吨 / 年的目标得以实现。大大缓解了尾矿库的库容压力和征 地压力。使得现有尾矿库完全可以满足矿山生产到闭坑，大大延 长了梅山矿的生存期。

（2）取得了可观的经济效益。高效板框式压滤机的在矿细粒级尾矿回收中成功应用，为国内同类型矿山实现尾矿减量 化、资源化提供了可借鉴的途径，符合国家绿色矿山建设的要 求。按照每吨 5 元的效益，每年可以产生效益 600 万元以上。同时，减少了尾矿输送堆存成本，减少了尾矿堆存对土地的占用， 按照 2006 年山景尾矿库征地时的成本 40 万元 / 亩计算，减少尾 矿排放每年节约土地占用成本 1400 余万元以上。同时，可以减 少多家水泥厂开山炸石量，具有可观的经济效益和社会效益。

（3）高效板框式压滤机在矿细粒级尾矿综合利用中的成功应用，不仅解决了困扰多年来的生存期问题，同时其充分发挥新设备、新工艺的特点对湿尾矿分级处理 ；结合市场需求，主动贴近市场，服务市场主体，创造性的将大宗废弃尾矿资源综合利用回收，也为国家开展 绿色矿山发展提供了一个很好的解决方案。