楊錫祥,竇源東

(山東招金集團(tuán)有限公司, 山東招遠(yuǎn)市 265400)

某螢石選礦多泥尾礦水絮凝沉降試驗研究

楊錫祥,竇源東

(山東招金集團(tuán)有限公司, 山東招遠(yuǎn)市 265400)

研究了河北某 500 t/d螢石選廠尾礦絮凝沉降特性。用聚合氯化鋁 (PAC)和聚丙烯酰胺 (PAM)復(fù)配成復(fù)合絮凝劑(PAC+PAM)應(yīng)用于此尾礦水的處理,完成了聚合氯化鋁 (PAC)和 4種聚丙烯酰胺 H101、H102、H103和 H104組合藥劑的尾礦沉降脫水試驗。結(jié)果表明,同時添加聚合氯化鋁 (PAC)與聚丙烯酰胺 H102組成的組合藥劑較為有效,H102的最佳用量為 50 g/t,聚合氯化鋁的最佳用量是 200 g/t,尾礦中 SS含量對沉降效果存在影響,SS含量越低,沉降越快,且藥劑用量較少,效果較好。

螢石;尾礦水;絮凝劑;沉降

河北某螢石礦是一典型的石英型螢石礦,礦石品位低,氧化程度大,礦石中含硅鋁酸鹽 (高嶺土等)較多。經(jīng)浮選之后,由于選礦尾礦水堿度高,含泥量大,選礦中又加硅酸鹽分散劑等原因,致使尾礦壩中尾礦水懸浮物含量高達(dá) 4800～6000 mg/L,尾礦水中細(xì)顆粒長時間處于懸浮狀態(tài),造成尾礦脫水困難,因此很難在選礦中直接重復(fù)利用,如果外排,則會對受納水體造成嚴(yán)重污染。尾礦的脫水成為該礦需要優(yōu)先解決的技術(shù)難題。

本研究以螢石選礦多泥尾礦水為研究對象,進(jìn)行了脫穩(wěn)和混凝試驗,為尾礦絮凝沉降脫水篩選最有效的絮凝劑及其最佳劑量。該試驗以去除尾礦水中 SS為目的,用沉降量作為尾礦絮凝沉降性能的評價指標(biāo)。

1 尾礦水絮凝沉降試驗

絮凝劑大致分為無機(jī)絮凝劑和高分子絮凝劑 2大類,主要是通過靜電中和界面吸附架橋等方式增大顆粒的團(tuán)聚粒徑,從而實現(xiàn)液固體系的快速分離[1～3]。無機(jī)絮凝劑主要通過降低表面電位等方式起到團(tuán)聚顆粒的作用,價格較低廉,但用量較大,絮凝效果欠佳;高分子絮凝劑一般具有長鏈結(jié)構(gòu),在鏈上含有較多吸附能力較強(qiáng)的官能團(tuán),可分別吸附于不同顆粒表面,由此產(chǎn)生架橋效應(yīng),形成粗大的絮團(tuán)。絮凝劑聚合度越高,聚合效應(yīng)越顯著[2～5]。試驗選用硫酸亞鐵、聚合氯化鋁 (PAC)、明礬、聚丙烯酰胺 H101(陽離子 )、H102(陰離子 )、和 H103(非離子)等多種絮凝劑進(jìn)行試驗,分別測試相同濃度尾礦水在不同計量絮凝劑下的綜合沉降特性。本試驗所用絮凝劑類型及性質(zhì)見表1。

表1 絮凝劑類型及性質(zhì)

2 試驗水樣及試驗方法

2.1 試驗水樣

本試驗研究用水取自螢石選廠尾礦庫的出水。尾礦水 SS中主要礦物有長石、高嶺土、螢石、角閃石。尾礦水外觀呈深紅色,感觀效果極差。如果廢水直接排入水體將會造成極大污染。由于選礦工藝中大量使用了水玻璃等起分散作用的選礦藥劑,使礦漿中的微細(xì)泥塵形成一個很穩(wěn)定的膠體分散系[4],在自然狀態(tài)下即使靜置 1個月,該廢水也不會澄清。

2.2 絮凝劑及其配制

所用聚丙烯酰胺均為粉狀固體顆粒。使用前將3種粉狀聚丙烯酰胺分別溶解。溶解方法是:向燒杯中注入 1000 mL自來水 (保持水溫在 30℃),然后向燒杯中緩慢添加 2 g聚丙烯酰胺,邊加邊用玻璃棒進(jìn)行攪拌,直至溶解均勻,之后放置 12 h,得到濃度為 0.2%的聚丙烯酰胺溶劑。

硫酸亞鐵、聚合氯化鋁 (PAC)、明礬均為粉狀固體,在使用前,均將其配制成質(zhì)量百分比濃度為 5%的溶液備用。

2.3 試驗方法

根據(jù)該礦山尾礦水水質(zhì)特性,實驗室研究表明,采用混凝沉降技術(shù)有利于 SS的去除,經(jīng)處理的尾礦水可直接回選廠或達(dá)標(biāo)外排。首先進(jìn)行單一絮凝劑試驗,然后使用組合藥劑進(jìn)行試驗。通過不同絮凝劑及不同用量的沉降試驗得出最佳絮凝劑及用量。

具體試驗方法如下:將取自選廠尾礦壩的尾礦水用抽濾機(jī)進(jìn)行抽濾,將尾砂濾掉,取過濾后的尾礦水 1000 mL置于量筒中,根據(jù)試驗尾礦水量計算不同絮凝劑用量,然后向量筒中加入不同的絮凝劑,用手將量筒頂部封住,上下反復(fù)顛倒 8～10次,使尾礦水與絮凝劑混合均勻[6]。然后,將量筒放置在平臺上,用秒表記錄尾礦水沉降時間,同時記錄沉降面高度并換算成沉降體積,并觀察澄清液的透明度,每隔10 s記錄 1次。每次試驗測量時間為 25 min。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 不同絮凝劑對沉降效果的影響

取一組過濾過的體積為 1000 mL的尾礦水,在相同礦漿濃度 (6%)的條件下,分別加入 6種不同的絮凝劑,劑量為形成礬花的近似最小劑量,按上述試驗方法將其混勻,然后靜置。加入絮凝劑后,6組試驗水樣表現(xiàn)了各不相同的試驗現(xiàn)象,加入硫酸亞鐵、明礬的試驗水樣沒有明顯的變化,水樣仍較為混濁,而加入聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺的水樣均有不同程度的沉降。實驗測量的沉降曲線見圖1。沉降試驗現(xiàn)象見表2。從圖1和表2可看出,PAC與 PAM(H101)與 PAM(H102)等絮凝劑在沉降速度和沉降體積上優(yōu)于其它幾種絮凝劑,在 9～12 min內(nèi)即完成不同程度的沉降。但上部清液層溶液較為渾濁。

圖1 不同絮凝劑沉降曲線

表2 6種絮凝劑沉降試驗情況

3.2 PAC與 PAM協(xié)同作用對沉降效果的影響

由圖1和表2可明顯地看出,單純添加聚丙烯酰胺類絮凝劑或無機(jī)類絮凝劑對此尾礦水有一定的絮凝沉降作用,但效果不是很理想。在以往的工作基礎(chǔ)上,進(jìn)行了聚丙烯酰胺與聚合氯化鋁組合藥劑的協(xié)同作用對尾礦沉降的影響評價。3種聚丙烯酰胺用量均為 40 g/t,聚合氯化鋁用量為 150 g/t,試驗的尾礦水質(zhì)量濃度為 7%,尾礦水沉降曲線見圖2。從圖2可以看出,同時加入聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁后,尾礦水的沉降速度顯著加快,而且絮凝沉降效果較好,尤其是在開始的約 10 min內(nèi)沉降最快,隨后的沉降逐漸變緩。其中添加 PAM(H102)和聚合氯化鋁在相同時間內(nèi)的沉降量達(dá)到 600 ml以上。由此看出,在加入聚合氯化鋁后,再添加聚丙烯酰胺能顯著提高尾礦水中懸浮物的沉降速度,并能適當(dāng)增加沉降量。

圖2 PAC與 PAM協(xié)同作用沉降曲線

3.3 絮凝劑 PAM(H102)用量調(diào)整試驗

為了確定最佳的 PAM(H102)試驗用量,在PAC用量為 150 g/t的條件下,進(jìn)行了 PAM(H102)用量分別為 20,40,50,70 g/t的絮凝沉降試驗,絮凝沉降曲線如圖3所示,在試驗開始后的 13 min內(nèi),H102用量越大,尾礦水中絮團(tuán)量越大,且沉降速度越快。但當(dāng)試驗開始至約 16 min時,H102用量為70 g/t的沉降總量與用量為 50 g/t的沉降總量已相當(dāng)接近,沒有太大差別。并且,考慮到用量為 70 g/t的藥劑成本比用量為 50 g/t的成本的高很多,因此推薦在 PAC用量 150 g/t條件下,絮凝劑 PAM(H102)的最佳用量為 50 g/t。

圖3 H102不同用量的沉降曲線

3.4 PAC最佳用量確定

為了優(yōu)化 PAC的試驗用量,在 PAM(H102)用量為 50 g/t的條件下,進(jìn)行了 PAC用量分別為 50,100,150,200,250 g/t條件下的沉降試驗,絮凝沉降曲線如圖4所示,隨著 PAC用量的增大,沉降速度逐漸增大。PAC在 200 g/t用量時,沉降速度最快,在開始沉降后的 9 min時,沉降已基本完成,且沉降量最大,達(dá) 750 ml。PAC用量為 250 g/t時,由于用量過大,尾礦水沒有發(fā)生絮團(tuán)沉降,試驗水樣成漿糊狀,分析原因:PAC用量已大大超過此水樣的極限用量。因此推薦在 PAC用量 200 g/t,絮凝劑 PAM(H102)用量 50 g/t,此時組合藥劑的沉降效果最佳,且藥劑成本較理想。

圖4 PAC不同用量的沉降曲線

3.5 尾礦水中泥含量對沉降效果的影響

此礦石中含有的原生礦泥與次生礦泥都較多,因此必須對尾礦水中的泥含量進(jìn)行充分的考慮和分析。以上試驗都是在尾礦水 SS含量 6000 mg/L的條件下進(jìn)行的,確定 PAC用量 200 g/t、H102用量50 g/t時沉降效果最佳。但試驗中發(fā)現(xiàn),經(jīng)過選廠反復(fù)使用過的尾礦水中 SS含量高達(dá) 30000 mg/L,此時,尾礦水已大大超過了 PAC與 PAM的絮凝沉降作用范圍,不僅藥劑用量巨大,而且效果不佳,所以選廠在處理此種螢石礦時,尾礦水要經(jīng)常處理,使其中大量 SS沉降下來之后再回用,否則尾礦水中SS過高,不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)指標(biāo),而且,再處理時難度也較大,成本較高。

4 結(jié) 論

(1)單獨添加硫酸亞鐵、明礬對尾礦水無明顯作用,而添加聚合氯化鋁或聚丙烯酰胺,尾礦水會產(chǎn)生少量沉降。

(2)同時添加聚丙烯酰胺與聚合氯化鋁,對尾礦沉降作用明顯。在 PAC用量為 200 g/t、PAM(H102)用量為 50 g/t時的組合藥劑作用效果最佳,能產(chǎn)生 75%的上清液,且成本較低。

(3)尾礦水中 SS濃度對沉降效果有較大影響,在 SS含量小于 6000 mg/L時,結(jié)論 (2)中所述條件,尾礦水沉降效果較好,而當(dāng) SS含量大于 6000 mg/L時,組合藥劑對尾礦水的沉降效果較差,且藥量消耗大。

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[4] 陳洪松,邵明安.細(xì)顆粒泥沙的絮凝沉降特性[J].土壤通報,2002,33(5):356～359.

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2010-09-03)

楊錫樣 (1963-),男,山東榮城人,高級工程師,從事礦山采礦技術(shù)及礦山管理工作。