彭 亮，冉維貞，尹賢剛，姚中亮

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長(zhǎng)沙 410012;2.金屬礦山安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙 410012;3.酒鋼集團(tuán)鏡鐵山鐵礦， 甘肅嘉峪關(guān)市 735100)

0 引言

鏡鐵山鐵礦充填系統(tǒng)采用立式砂倉(cāng)，其尾砂顆粒粒徑很細(xì)，－200目的顆粒累計(jì)含量達(dá)到了97.4%，平均粒徑10.82 μm。在采用立式砂倉(cāng)進(jìn)行尾砂沉淀的時(shí)候，若僅靠尾砂自身重力沉降的話，由于自然沉降速度慢將導(dǎo)致砂倉(cāng)頂部溢流水跑渾。

砂倉(cāng)進(jìn)砂時(shí)溢流濃度高會(huì)帶走大量細(xì)顆粒，給生產(chǎn)帶來(lái)一些問題，其一，溢流水不能直接回選廠循環(huán)使用，須由渣漿泵輸送至尾礦庫(kù)進(jìn)一步沉降，從而增加運(yùn)營(yíng)成本，并且降低尾礦庫(kù)的服務(wù)年限;其二，溢流濃度過(guò)高使尾砂充填利用率降低、充填系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力，并導(dǎo)致采充失衡等。

為提高尾砂充填利用率和降低溢流水固體含量，通常在進(jìn)行立式砂倉(cāng)尾砂充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行尾砂的自然沉降實(shí)驗(yàn)和絮凝劑沉降實(shí)驗(yàn)，以便找出合適的絮凝劑。由于絮凝劑添加量與尾砂絮凝沉降速度并不成正比，通常需要對(duì)絮凝劑添加量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1 尾砂性質(zhì)及絮凝劑的初步選擇

1.1 尾砂特性

尾砂來(lái)自鏡鐵山鐵礦，其基本物理性能見表1，該尾砂的松散容重小、孔隙率大、泌水性能差。全尾砂粒級(jí)組成分析結(jié)果見表2，尾砂漿液上部清液的pH=8.7偏堿性。－200目達(dá)到99.74%，平均粒徑10.82 μm，屬于細(xì)粒尾砂。

根據(jù)尾砂物理化學(xué)性質(zhì)(見表1、表2、表3)，初步選擇了三種絮凝劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，力圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇出最合適的絮凝劑，并找到最佳的添加量。

表1 全尾砂物理性能指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

表2 全尾砂化學(xué)成份測(cè)定結(jié)果

表3 全尾砂粒級(jí)組成

1.2 絮凝劑的初步挑選

絮凝劑大致分為無(wú)機(jī)絮凝劑和高分子絮凝劑兩大類，無(wú)機(jī)絮凝劑主要是通過(guò)降低尾砂顆粒表面電位等方式起到團(tuán)聚顆粒的作用，價(jià)格較低廉，但用量太大，絮凝效果不好，所以一般不選用無(wú)機(jī)絮凝劑。高分子絮凝劑一般具有長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，在鏈上含有較多的吸附能力較強(qiáng)的官能團(tuán)，可以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)。高分子絮凝劑與顆粒間作用過(guò)程分為3步:首先，藥劑與介質(zhì)間相互混合;然后，藥劑分散與顆粒發(fā)生凝聚作用;最后，進(jìn)一步發(fā)生絮凝作用，形成絮凝團(tuán)。

礦漿呈堿性的，所以絮凝劑必須優(yōu)先選用陰離子絮凝劑。初步選擇的3種絮凝劑都是陰離子高分子絮凝劑。

2 絮凝劑沉降對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備

(1)1000 mL量筒，500 mL燒杯;

(2)絮凝劑攪拌器(100～300 r/min)和支架;

(3)秒表計(jì)時(shí)器;

(4)天平秤(精度0.01 g);

(5)坐標(biāo)紙;

(6)礦漿攪拌棒;

(7)注射器;

(8)記錄本。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

首先對(duì)三種絮凝劑進(jìn)行橫向比較，得到一個(gè)定性結(jié)論。即用500 mL的燒杯將絮凝劑濃度都調(diào)配至3‰;然后把尾砂漿調(diào)配成40%的濃度(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)砂濃度確定)倒入1000 mL的量筒中。三種絮凝劑價(jià)格有所不同，根據(jù)同等運(yùn)營(yíng)成本原則添加不同量的絮凝劑溶液，用攪拌器進(jìn)行人工攪拌，最后每隔一定時(shí)間記錄固液分離界面高度。

通過(guò)觀察尾砂漿的沉降速度(單位時(shí)間內(nèi)漿體下降的高度)選出一種沉降速度最快的絮凝劑;由于添加量與沉降速度并不成正比，所以再對(duì)該種絮凝劑進(jìn)行縱向比較，從低到高增加絮凝劑的添加量，記錄每一組尾砂漿的沉降速度，從而得出一個(gè)最佳的添加量，即沉降速度最快一組的絮凝劑添加量。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 橫向?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn):

四組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，絮凝劑添加量分別是:

1#:不添加絮凝劑，自然沉降;

2#:A絮凝劑，陰離子，分子鏈為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，8.7 g/t干尾砂;

3#:B絮凝劑，陰離子，分子量1200萬(wàn)，15 g/t干尾砂;

4#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬(wàn)，20 g/t干尾砂。

幾組實(shí)驗(yàn)剛開始每隔10、30 s記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，120 s后每隔60 s記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，直到300 s后每隔300 s記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，直到1800 s結(jié)束。自然沉降要24 h后觀察最終沉降濃度和容重。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，自然沉降上部清液最渾濁，沉降速度快的其上部清液就越清澈，自然沉降24 h，后其上部清液比其他添加了絮凝劑尾砂漿的清液都要清澈。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 尾砂沉降濃度與容重對(duì)比曲線

圖1是3種絮凝劑尾砂沉降的容重與濃度的變化曲線。由圖1可以看到，4#代表的添加了C絮凝劑的尾砂漿變化速率最快，尾砂漿沉降濃度隨著時(shí)間推移從40%上升到55%以上，相應(yīng)的尾砂漿沉降容重隨著時(shí)間推移從1.37 g/cm3上升到1.58 g/cm3;其中1#代表的自然沉降濃度變化速率最慢，當(dāng)C絮凝沉降結(jié)束時(shí)，自然沉降尾砂漿濃度不到45%，容重僅在1.4 g/cm3左右。

通過(guò)幾種絮凝劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以看出，沉降效果從好到差的絮凝劑依次是:C絮凝劑 ＞B絮凝劑＞A絮凝劑。

2.3.2 縱向?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn)

根據(jù)鐵礦尾砂絮凝沉降橫向?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn)，選用C絮凝劑，將絮凝劑調(diào)制成濃度為0.3%的溶液，記錄數(shù)據(jù)時(shí)間間隔同上。將它們的添加量分別設(shè)置為:

1#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬(wàn)，10 g/t干尾砂;

2#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬(wàn)，15 g/t干尾砂;

3#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬(wàn)，20 g/t干尾砂;

4#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬(wàn)，30 g/t干尾砂。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可以看到，在一定時(shí)間內(nèi)，幾種添加量的料漿濃度與容重變化速率相差不大，但隨著沉降時(shí)間的推移，添加量在20 g/t時(shí)，沉降尾砂容重和濃度變化都較快，濃度從40%上升到近60%，容重從1.37 g/cm3上升到1.65 g/cm3;添加量在10 g/t時(shí)，尾砂的容重和濃度變化最慢。當(dāng)添加量在20 g/t的料漿達(dá)到最大時(shí)，其濃度僅為55%左右，容重僅為1.40 g/cm3左右。

圖2 C絮凝劑不同添加量條件下尾砂沉降容重與濃度的變化

由以上可知采用C絮凝劑進(jìn)行尾砂沉降時(shí)，它的添加量與沉降速度并不成正比，而是有一個(gè)最優(yōu)值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出C絮凝劑不同添加量的尾砂沉降速度快慢順序依次是:20 g/t＞15 g/t＞30 g/t＞10 g/t。

由于絮凝劑將尾砂顆粒進(jìn)行包裹后形成大大小小的絮團(tuán)，尾砂顆粒之間不能完全壓實(shí);所以絮凝劑添加量越大，其最后終了沉降濃度與容重都越低。自然沉降后的尾砂漿體部分的濃度和容重最大。

由以上實(shí)驗(yàn)可知，相對(duì)于該種尾砂的沉降速度來(lái)說(shuō)，添加C絮凝劑，添加量在20 g/t的情況下比較合適。

3 結(jié)論

(1)不添加絮凝劑時(shí)，尾砂自然沉降速度慢，至少沉降12 h后才結(jié)束沉降，沉降終了濃度約是68%左右，沉降終了容重是1.83 g/cm3左右。

(2)使用絮凝劑后，尾砂沉降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)要快于自然沉降速度;使用C陰離子絮凝劑后的沉降效果優(yōu)于其他幾種絮凝劑。

(3)C絮凝劑的單位消耗量在20 g/t、濃度3‰為最佳。

(4)達(dá)到最大沉降濃度的時(shí)間約2 h左右，此時(shí)尾砂濃度約是53.48%，容重約是1.545 g/cm3;絮凝劑單耗越大，其終了壓縮部分濃度就越低。

(5)本實(shí)驗(yàn)僅僅是對(duì)絮凝劑的選擇進(jìn)行了較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中只適合于尾砂性質(zhì)比較簡(jiǎn)單，且時(shí)間緊迫的情況下的初步應(yīng)用。生產(chǎn)中還應(yīng)該對(duì)絮凝沉降與進(jìn)砂濃度、現(xiàn)場(chǎng)添加點(diǎn)等進(jìn)行研究，還需對(duì)添加絮凝劑后尾砂試塊的強(qiáng)度進(jìn)行深入研究。

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