某螢石選礦多泥尾礦水絮凝沉降試驗研究

1 尾礦水絮凝沉降試驗

絮凝劑大致分為無機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聚粒徑,從而實現液固體系的快速分離[1～3]。無機絮凝劑主要通過降低表面電位等方式起到團聚顆粒的作用,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構,在鏈上含有較多吸附能力較強的官能團,可分別吸附于不同顆粒表面,由此產生架橋效應,形成粗大的絮團。絮凝劑聚合度越高,聚合效應越顯著[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見表1。

表1 絮凝劑類型及性質

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,使礦漿中的微細泥塵形成一個很穩定的膠體分散系[4],在自然狀態下即使靜置 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,均將其配制成質量百分比濃度為 5%的溶液備用。

2.3 試驗方法

根據該礦山尾礦水水質特性,實驗室研究表明,采用混凝沉降技術有利于 SS的去除,經處理的尾礦水可直接回選廠或達標外排。首先進行單一絮凝劑試驗,然后使用組合藥劑進行試驗。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進行抽濾,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組試驗水樣表現了各不相同的試驗現象,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于其它幾種絮凝劑,在 9～12 min內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。在以往的工作基礎上,進行了聚丙烯酰胺與聚合氯化鋁組合藥劑的協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的沉降量達到 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,并能適當增加沉降量。

圖2 PAC與 PAM協同作用沉降曲線

3.3 絮凝劑 PAM(H102)用量調整試驗

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,H102用量越大,尾礦水中絮團量越大,且沉降速度越快。但當試驗開始至約 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

為了優化 PAC的試驗用量,在 PAM(H102)用量為 50 g/t的條件下,進行了 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 750 ml。PAC用量為 250 g/t時,由于用量過大,尾礦水沒有發生絮團沉降,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。但試驗中發現,經過選廠反復使用過的尾礦水中 SS含量高達 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,不僅嚴重影響生產指標,而且,再處理時難度也較大,成本較高。

4 結論

(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,結論 (2)中所述條件,尾礦水沉降效果較好,而當 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。

[1] 張去非.絮凝劑對金嶺鐵礦選礦廠尾礦絮凝沉降速度影響的研究[J].中國礦山工程,2004,(2):20～24.

[2] 馬文展,胡建,剛典臣.絮凝劑 CAS在選礦中的應用研究[J].化工礦物與加工,1998,(3):21～23.

[3] 楊梅金,馬少健,胡治流,林美群.螢石礦降硅浮選工藝研究[J].金屬礦山,2002,(1).

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

[5] 常青.水處理絮凝學[M].北京:化學工業出版社,2002.

[6] 何哲祥,古德生,郭朝暉.柿竹園礦極細多金屬尾礦絮凝沉降特性研究[J].礦冶工程,2006,26(5):20～23.

2010-09-03)

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