大规模科研级尾矿膏体处置技术工程实验室
一、实验室成立背景
与传统低浓度处置尾矿工艺相比，膏体处置技术具有处置体质量高、处置污染小、处置成本低等技术优势，是尾矿处置技术的发展方向。但是，膏体处置技术涉及的物料种类繁杂、设施设备数量多，在膏体处置系统建设之前，需要确定相关的物料配比与设备工况参数。在这一方面，国外尤其重视试验研究，制定了相应的试验研究方法、标准及仪器。而在国内，多通过经验类比来确定系统关键工艺参数，缺乏全面、系统的前期试验研究，从而容易导致工艺不合理、设备不匹配等问题。
综上所述，亟需建立尾矿膏体处置技术工程实验室，不仅能够满足工业大规模生产需要，而且可以进行膏体处置基础理论科学研究，以推动国内膏体处置技术进步。由此，金诚信矿业管理股份有限公司（下称金诚信）与北京科技大学合作，于北京市密云区建设了“大规模科研级尾矿膏体处置技术工程实验室”，旨在解决相关技术问题。
实验室建设历时3年，总投资超3000万，占地面积约2000 m2，如图1所示。该实验室是国内首个可完成工业级的全套膏体处置试验的工程实验室。实验室包括一套膏体充填中试系统以及一个充填材料理化性能测试室，其拥有激光粒度仪、膏体流变仪、伺服压力机、尾砂旋流器、深锥浓密机、卧式双螺旋活化搅拌机、工业级膏体输送泵等设备仪器200余台套。
2014年，实验室被北京市科委认定为“基于膏体充填的绿色采矿技术国际科技合作基地”，承担了北京市科委社会发展领域储备项目“金属矿固体废弃物绿色处置技术与关键装备研发”等重点科研课题。
图1 尾矿膏体处置工程实验室外观图
二、实验室介绍
膏体处置实验可进行膏体制备物料理化性质、膏体基本性能、尾砂分级性能、浓密性能、制备性能以及管道输送等6个方面进行研究，可获取37项测试指标。下面对实验室中试系统进行概述。
中试系统由尾砂旋流分级、尾砂深锥浓密、膏体制备、膏体泵送环管输送、以及废料压滤等6个试验单元组成，共包括机械设备47台套，监控仪表及阀门120台套。中试系统可以描述为六大系统如图2所示。
①—配料计量区域 ②—搅拌制浆区域 ③—旋流分级及深锥浓密区域
④—膏体制备区域 ⑤—环管泵送区域 ⑥—废料处理区域
图2 膏体处置中试系统功能区域划分
中试系统具有以下几个特点：（1）闭式尾砂旋流分级试验系统，表现为闭路循环与过程监控两个特点；（2）尾砂分级-浓缩试验系统，表现在可开展全尾砂深锥浓密、溢流尾砂深锥浓密、旋流沉砂深锥浓密试验方面；（3）膏体搅拌制备系统，表现为试验系统采用两段卧式搅拌工艺；（4）膏体泵送环管输送系统，包括4种规格管道（DN 50 mm，DN 100 mm，DN 150 mm，DN 200 mm），每种管道均具有5种走向形式（水平、垂直下行、垂直上行、上向倾斜、下向倾斜），及2种局部管道（R1000 mm，R500 mm），可开展输送阻力研究。
在实验室建设过程中，研发了一套关键实验装置，包括尾砂深锥浓密实验装置（如图3所示）、卧式膏体搅拌机（如图4所示）、膏体输送泵（如图5所示），以及尾矿分级实验装置、环管试验、过滤装置等。
图3 尾矿浓密试验装置
图4 膏体卧式搅拌机
图5 工业级膏体输送泵
实验室应用了自动控制技术，同时也进行了程序开发的工作包括：（1）采用分布式控制系统；（2）多种操作模式联合应用的自控系统；（3）自控程序仿真运行；（4）底流浓度的非核测定。
三、试验室第三方机构评价
2017年12月7日，评审专家考察了设在北京市密云区的膏体处置实验室，听取了项目组汇报，审查了技术报告、科技查新报告、专利与论文等材料。
经过详细质询与讨论，评审专家组一致认为，实验室具备完善的充填体理化性能检测功能及膏体处置中试系统，实验设备齐全、先进，功能完善，适应国内外膏体充填采矿及尾矿膏体排放技术发展的需要，具有良好的社会、生态、环境效益；项目研发了多管径复杂走向环管试验系统、尾矿膏体深锥浓密装置、高浓度尾矿非核检测等装置，核心技术难度大，技术指标先进，创新程度高；实验室组织架构规范、运行机制良好，管理制度完善，已做到开放服务。
评审专家组认为实验室建设符合国家产业政策及国家矿业发展方向，实验室装备、功能以及试验研究方法总体上达到国际领先水平。
【牛鹏供稿】