尾砂沉降絮凝劑選擇實驗研究

彭 亮，冉維貞，尹賢剛，姚中亮

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南長沙 410012;2.金屬礦山安全技術國家重點實驗室，湖南長沙 410012;3.酒鋼集團鏡鐵山鐵礦， 甘肅嘉峪關市 735100)

0 引言

鏡鐵山鐵礦充填系統采用立式砂倉，其尾砂顆粒粒徑很細，－200目的顆粒累計含量達到了97.4%，平均粒徑10.82 μm。在采用立式砂倉進行尾砂沉淀的時候，若僅靠尾砂自身重力沉降的話，由于自然沉降速度慢將導致砂倉頂部溢流水跑渾。

砂倉進砂時溢流濃度高會帶走大量細顆粒，給生產帶來一些問題，其一，溢流水不能直接回選廠循環使用，須由渣漿泵輸送至尾礦庫進一步沉降，從而增加運營成本，并且降低尾礦庫的服務年限;其二，溢流濃度過高使尾砂充填利用率降低、充填系統不能充分發揮其生產能力，并導致采充失衡等。

為提高尾砂充填利用率和降低溢流水固體含量，通常在進行立式砂倉尾砂充填系統設計時要進行尾砂的自然沉降實驗和絮凝劑沉降實驗，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，通常需要對絮凝劑添加量進行實驗研究。

1 尾砂性質及絮凝劑的初步選擇

1.1 尾砂特性

尾砂來自鏡鐵山鐵礦，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。全尾砂粒級組成分析結果見表2，尾砂漿液上部清液的pH=8.7偏堿性。－200目達到99.74%，平均粒徑10.82 μm，屬于細粒尾砂。

根據尾砂物理化學性質(見表1、表2、表3)，初步選擇了三種絮凝劑進行實驗，力圖通過實驗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測定結果

表2 全尾砂化學成份測定結果

表3 全尾砂粒級組成

1.2 絮凝劑的初步挑選

絮凝劑大致分為無機絮凝劑和高分子絮凝劑兩大類，無機絮凝劑主要是通過降低尾砂顆粒表面電位等方式起到團聚顆粒的作用，價格較低廉，但用量太大，絮凝效果不好，所以一般不選用無機絮凝劑。高分子絮凝劑一般具有長鏈結構，在鏈上含有較多的吸附能力較強的官能團，可以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。高分子絮凝劑與顆粒間作用過程分為3步:首先，藥劑與介質間相互混合;然后，藥劑分散與顆粒發生凝聚作用;最后，進一步發生絮凝作用，形成絮凝團。

礦漿呈堿性的，所以絮凝劑必須優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 絮凝劑沉降對比實驗

2.1 實驗主要儀器設備

(1)1000 mL量筒，500 mL燒杯;

(2)絮凝劑攪拌器(100～300 r/min)和支架;

(3)秒表計時器;

(4)天平秤(精度0.01 g);

(5)坐標紙;

(6)礦漿攪拌棒;

(7)注射器;

(8)記錄本。

2.2 實驗方案

首先對三種絮凝劑進行橫向比較，得到一個定性結論。即用500 mL的燒杯將絮凝劑濃度都調配至3‰;然后把尾砂漿調配成40%的濃度(根據現場進砂濃度確定)倒入1000 mL的量筒中。三種絮凝劑價格有所不同，根據同等運營成本原則添加不同量的絮凝劑溶液，用攪拌器進行人工攪拌，最后每隔一定時間記錄固液分離界面高度。

通過觀察尾砂漿的沉降速度(單位時間內漿體下降的高度)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，所以再對該種絮凝劑進行縱向比較，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 實驗結果

2.3.1 橫向對比實驗:

四組對比實驗，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，分子鏈為網狀結構，8.7 g/t干尾砂;

3#:B絮凝劑，陰離子，分子量1200萬，15 g/t干尾砂;

4#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬，20 g/t干尾砂。

幾組實驗剛開始每隔10、30 s記錄一個數據，120 s后每隔60 s記錄一個數據，直到300 s后每隔300 s記錄一個數據，直到1800 s結束。自然沉降要24 h后觀察最終沉降濃度和容重。通過觀察發現，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。實驗結果見圖1。

圖1 尾砂沉降濃度與容重對比曲線

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間推移從40%上升到55%以上，相應的尾砂漿沉降容重隨著時間推移從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C絮凝沉降結束時，自然沉降尾砂漿濃度不到45%，容重僅在1.4 g/cm3左右。

通過幾種絮凝劑對比實驗可以看出，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 縱向對比實驗

根據鐵礦尾砂絮凝沉降橫向對比實驗，選用C絮凝劑，將絮凝劑調制成濃度為0.3%的溶液，記錄數據時間間隔同上。將它們的添加量分別設置為:

1#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬，10 g/t干尾砂;

2#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬，15 g/t干尾砂;

3#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬，20 g/t干尾砂;

4#:C絮凝劑，陰離子，分子量1200萬，30 g/t干尾砂。

實驗結果見圖2。由圖2可以看到，在一定時間內，幾種添加量的料漿濃度與容重變化速率相差不大，但隨著沉降時間的推移，添加量在20 g/t時，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，尾砂的容重和濃度變化最慢。當添加量在20 g/t的料漿達到最大時，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絮凝劑進行尾砂沉降時，它的添加量與沉降速度并不成正比，而是有一個最優值。根據實驗結果可以得出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行包裹后形成大大小小的絮團，尾砂顆粒之間不能完全壓實;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。

由以上實驗可知，相對于該種尾砂的沉降速度來說，添加C絮凝劑，添加量在20 g/t的情況下比較合適。

3 結論

(1)不添加絮凝劑時，尾砂自然沉降速度慢，至少沉降12 h后才結束沉降，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，尾砂沉降速度遠遠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)達到最大沉降濃度的時間約2 h左右，此時尾砂濃度約是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)本實驗僅僅是對絮凝劑的選擇進行了較簡單的實驗，在實際生產中只適合于尾砂性質比較簡單，且時間緊迫的情況下的初步應用。生產中還應該對絮凝沉降與進砂濃度、現場添加點等進行研究，還需對添加絮凝劑后尾砂試塊的強度進行深入研究。

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