李 松 李檄文

(1.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038； 2.金川集团股份有限公司选矿厂， 甘肃 金昌 737100)

0 前言

选矿水重复利用率是选矿用水中重复利用的水量与总用水量的比值，是选矿厂重要的生产指标之一。《有色金属企业节水设计标准》(GB 51414—2020)(以下简称《标准》)明确要求：新建、扩建和改建有色金属矿山企业选矿水重复利用率不应小于85%，现有有色金属矿山企业选矿水重复利用率不应小于80%。有色金属选矿厂尾矿产率通常大于90%，选矿工艺用水绝大部分随尾矿浆排出，因此尾矿处置工艺(含尾矿堆存、尾矿充填等)的回水率直接影响选矿水重复利用率指标，通常尾矿回水率与选矿水重复利用率数据基本吻合。本文就选矿厂排出尾矿浓度与尾矿回水率之间的关系进行分析，研究排出尾矿浓度如何影响尾矿回水率，进而讨论如何选择合适的尾矿回水方式。

1 尾矿回水工艺简介

尾矿回水包括厂区回水和尾矿库回水两种方式[1]。厂区回水是指利用尾矿浓缩设备或脱水设备分离尾矿和水后，尾矿水直接送至选矿厂回用。尾矿库回水是指将排入尾矿库的尾矿浆沉淀、澄清后，在清水区设置取水构筑物将水送至选矿厂回用[2]。随着尾矿处置工艺的发展，越来越多的矿山同时采用厂区回水和尾矿库回水两种方式。

2 厂区回水工艺

2.1 尾矿回水率计算

某新建有色金属选矿厂位于西北干旱少雨区，尾矿产量为14 855 t/d，尾矿处置采用膏体堆存工艺，尾矿脱水设备选用膏体浓密机。根据试验结果，膏体浓密机的底流浓度为68%，尾矿库不回水。假设选矿厂排出尾矿浓度为15%～35%，经计算，不同排出尾矿浓度下的尾矿回水率见表1。根据表1的数据，绘制了厂区回水工艺的排出尾矿浓度与回水率关系曲线，如图1所示。

表1 厂区回水工艺的尾矿回水率计算

图1 厂区回水工艺的排出尾矿浓度与回水率关系曲线

2.2 厂区回水工艺特点

由上述计算结果可以看出，厂区回水工艺的尾矿回水率具有如下特点：

1)在脱水工艺后尾矿排放浓度一定的前提下，随着选矿厂排出尾矿浓度的升高，尾矿回水率逐渐下降。原因是当选矿厂排出尾矿浓度升高时，尾矿浆含水量减少，但由于脱水工艺后尾矿排放浓度一定，即浓密机底流含水量不变，导致溢流水量减少，最终表现为回水率降低。

2)随着选矿厂排出尾矿浓度的升高，尾矿浆含水量逐渐减少，排出尾矿浓度为15%的尾矿浆含水量约是排出尾矿浓度为25%的尾矿浆含水量的2倍。因此，提高选矿厂排出尾矿浓度能从源头上减少选矿厂用水量，有利于节约水资源。

3)当选矿厂排出尾矿浓度高于某一值(在上文工况中，这个值为24.17%)时，尾矿回水率将低于《标准》要求的指标，导致项目不合规。

2.3 厂区回水工艺讨论

要满足《标准》要求的指标选矿厂排出尾矿浓度与脱水工艺后尾矿排放浓度要满足规范要求，它们之间的关系曲线如图2所示。

图2 选矿厂排出尾矿浓度与满足规范要求的 脱水工艺后排放尾矿浓度关系曲线

由图2可知，当选矿厂排出尾矿浓度较低时，尾矿回水率很容易就满足规范要求。比如，当新建有色金属选矿厂的排出尾矿浓度为15%时，脱水工艺后尾矿排放浓度只需要超过54%就能符合规范要求，但此时选矿厂生产用水量巨大，水资源严重浪费。

同时，当选矿厂排出尾矿浓度高到一定程度时，尾矿回水率要满足政策要求变得越来越困难。比如，当新建有色金属选矿厂排出尾矿浓度为26%时，脱水工艺后尾矿排放浓度要超过70%才能符合政策要求。如果采用尾矿堆存工艺，常规浓缩设备浓密机很难低成本、稳定地实现上述脱水工艺后排放尾矿浓度[3]。为此，要使选矿、尾矿工艺都满足标准要求，不能盲目提高选矿厂排出尾矿浓度。

3 尾矿库回水工艺

3.1 尾矿回水率计算

某新建有色金属选矿厂尾矿产量为48 257 t/d，尾矿干密度为2.7 t/m3。尾矿处置采用尾矿按选矿厂排出尾矿浓度直接排入尾矿库的堆存工艺，尾矿堆积干容重为1.35 t/m3，假设选矿厂排出尾矿浓度为15%～35%。尾矿库汇水面积为5.75 km2，水面面积为1.08 km2，陆面径流系数为0.5，尾矿库全库采用水平防渗，不考虑尾矿库渗漏，P=95%典型年降雨量与P=5%年蒸发量逐月分配见表2。

下面分别选取降雨量最大的7月份和降雨量最小的2月份进行水量平衡计算[2-3]。7月份，选矿厂共生产28天；2月份，尾矿厂共生产26天。假设尾矿库水不外排，水量平衡后的多余水量全部送至选矿厂回用。经计算，7月份和2月份选矿厂在不同排出尾矿浓度下的尾矿库水量平衡分别见表3和表4。然后，根据表3、表4的数据，制定7月份和2月份尾矿库回水工艺的排出尾矿浓度与尾矿回水率关系曲线，如图3所示。

表2 P=95%典型年降雨量与P=5%蒸发量逐月分配表

表3 7月份选矿厂不同排出尾矿浓度下的尾矿库水量平衡

表4 2月份选矿厂不同尾矿浓度下的尾矿库水量平衡

图3 尾矿库回水工艺的排出尾矿浓度与尾矿 回水率关系曲线

3.2 尾矿库回水工艺特点

由上述计算结果可以看出，尾矿库回水工艺的尾矿回水率具有以下特点：

1)随着选矿厂排出尾矿浓度的升高，尾矿库回水率逐渐下降。其原因是当选矿厂排出尾矿浓度升高时，尾矿浆含水量减少，但尾矿库的径流量及损失水量相对固定，因此回水量减少，最终表现为回水率降低。

2)由于尾矿库回水工艺受尾矿库水文气象条件及汇流条件的影响，同一年度不同月份的尾矿回水率差异明显。比如，在选矿厂排出尾矿浓度为35%时，丰水期7月份的尾矿回水率比枯水期2月份的尾矿回水率高9%。因此，尾矿库回水需充分利用尾矿库的调节库容，通过年水量平衡削峰填谷，为选矿厂提供稳定的回水水源。

3)本项目汇水面积较大，水面面积较小，丰水期7月份的降雨量与蒸发量接近，因此入库径流量大于库区水面蒸发量，尾矿库回水率较高；而枯水期2月份的降雨量远小于蒸发量，因此入库径流量小于库区水面蒸发量，尾矿库回水率较低。如果尾矿库水面面积与汇水面积差距缩小，且考虑尾矿库渗漏水量，尾矿库回水率将进一步降低。

3.3 尾矿库回水工艺讨论

由于尾矿库回水受尾矿库水文气象条件及汇流条件的影响较大，在南方降雨丰沛的地区，尾矿库有外部水源补给，尾矿库回水量较多，回水率也较高[4-5]，要满足《标准》要求的指标较为容易。尾矿库可在满足调洪的前提下，充分利用调节库容，尽可能多回水。

在西北等干旱少雨地区，蒸发量通常远高于降雨量，尾矿库水面蒸发损失的水量较多，损失水量大于补给水量，因此尾矿库回水率往往偏低[4-5]，要满足《标准》要求的指标较为困难。此时应充分考虑厂区回水，减少尾矿库损失水量，才能提高尾矿回水率。

4 选矿厂排出尾矿浓度与尾矿回水率的关系

通过分析厂区回水、尾矿库回水工艺的两个案例可知，选矿厂排出尾矿浓度与尾矿回水率的关系具有如下特点：

1)随着选矿厂排出尾矿浓度的升高，尾矿回水率逐渐下降。原因是当选矿厂排出尾矿浓度升高时，尾矿浆含水量减少，但无法回用的水量相对固定，所以可回用水量减少，最终表现为回水率降低。

2)当选矿厂排出尾矿浓度上升到一定程度时，尾矿回水率可能会低于《标准》要求的指标，导致项目不符合规定。在现行标准要求下，应控制选矿厂排出尾矿浓度，使尾矿回水率满足要求。

3)应根据项目所在地的水文气象条件选择合适的尾矿回水方式。厂区回水受外部因素影响较小，回水率及回水保障率都较高，适用于水资源匮乏地区；尾矿库回水可充分利用库区的降水补给，适用于降水丰沛的地区；有时为实现尾矿堆存工艺，也可能采用厂区回水和尾矿库回水结合的方式来提高尾矿回水率。

5 结束语

在有色金属选矿厂排出尾矿浓度一定的前提下，提高尾矿回水率就能提高选矿水重复利用率，节约水资源；当选矿工艺具备提高选矿厂排出尾矿浓度条件时，为达到《标准》规定的选矿水重复利用率，必须降低排出尾矿浓度，但这可能会导致选矿厂生产用水量增加，并不一定节水。因此，以选矿水重复利用率或尾矿回水率作为有色金属选矿厂的生产控制指标是不科学的。《标准》中给出了有色金属耗水量指标，该指标有利于从源头控制选矿工艺用水量，在生产中可作为优选指标。