拜什塔木銅礦高含泥全尾砂絮凝劑選型研究*

邢　鵬　楊錫祥　王洪江　周發陸　王少勇　初玉山

(1.北京科技大學土木與環境工程學院；2.伽師縣銅輝礦業有限責任公司)

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拜什塔木銅礦高含泥全尾砂絮凝劑選型研究*

邢鵬1楊錫祥2王洪江1周發陸2王少勇1初玉山2

(1.北京科技大學土木與環境工程學院；2.伽師縣銅輝礦業有限責任公司)

摘要針對拜什塔木銅礦尾砂易泥化，導致深錐濃密機溢流跑渾，嚴重影響礦山充填系統正常運行的情況，為改善濃密機底流濃度，在對絮凝劑絮凝機理分析的基礎上，提出了更換絮凝劑的方案。通過對N123、MF5250、XJTH 3種絮凝劑的初步選型試驗及對比試驗結果表明：相同絮凝劑單耗條件下，MF5250能夠顯著縮短沉降時間，有效加快沉降速率；同時在室內試驗結果的基礎上進行了工業試驗，得出了絮凝劑單耗和最佳流量等主要參數。

關鍵詞高含泥尾砂絮凝沉降選型深錐濃密機膏體充填

拜什塔木銅礦年生產能力為70萬t，年產生尾礦90萬m3，尾礦庫服務年限為25 a。礦山原采礦方法為中深孔留礦法，不對空區進行充填，因此出現地表塌陷、井下地壓顯現明顯、巷道變形大的情況，如不進行充填，深部資源將無法開采。同時，依照礦山現尾砂排放速度，尾礦庫庫容將不能滿足需要。因此，為確保礦山長期穩定高效運營，必須改進采礦技術。經相關的技術論證，擬采用VCR法嗣后膏體充填技術。尾礦濃密系統是充填系統的一個關鍵環節，該礦充填系統應用的深錐濃密機是近年來快速發展的一種尾礦濃密技術[1-3]，具有流程簡單，系統穩定，底流濃度高等優點[4]。拜什塔木銅礦為高含泥尾砂，沉降速度慢，在該礦濃密過程中出現溢流跑渾現象，對濃密機處理能力及效果產生了不利影響。

影響濃密機處理效果的因素主要有濃密機性能，如高徑比、耙架和導水桿等[5-6]；尾砂性質，如尾砂粒級組成、入料濃度等；以及絮凝劑種類、單耗及其性能等[7-8]。在濃密機性能已定條件下，對尾砂性質和絮凝劑這兩種因素進行分析。該濃密系統所用尾砂中高嶺石族、伊利石族、蒙脫石族、蛭石族以及海泡石族等控制黏性土物理特性的礦物含量高，因此尾砂表現出易泥化的特點。而超細高泥尾礦顆粒由于質量比較小，表面電位比較高[9-10]，因此沉降難度較大。另外拜什塔木銅礦原使用的XJTH屬于聚丙烯酰胺絮凝劑，是一種有機高分子絮凝劑，其特性黏數高、絮凝速度快，對于含泥量小的尾砂具有良好的處理效果[11-13]。但對于含泥量高的尾礦，由于絮凝劑分子量小，絮凝劑與尾礦顆粒形成的鏈狀結構重量較輕，因此沉降比較緩慢。有時不能有效的形成沉降絮團，因而達不到處理要求，在礦山應用過程中也出現了跑渾現象。

故針對拜什塔木銅礦尾砂含泥量高、表面能較強、沉降速度慢的特點，提出了更換為分子量比較大的絮凝劑的方案，并進行了試驗對比。

1絮凝沉降試驗

1.1試驗材料

(1)全尾砂。全尾砂容重相對較小，孔隙率相對較大。物理性質見表1，全尾砂粒級分析與XRD分析見圖1、圖2。

表1　全尾砂物理參數

圖1　拜什塔木銅礦全尾砂粒級分析

圖2　拜什塔木銅礦全尾砂XRD礦物組成分析

由圖1、圖2可知，全尾砂中含有一定量的細顆粒，其中-74 μm粒級含量為64.32%；同時尾礦中有一定量的含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽礦物，而這些礦物控制著黏性土物理特性，是構成黏土礦物的主要成分；黏土礦物顆粒細小，具有膠體特性，與水發生活躍的物理化學作用致使黏土礦物具有較高的屈服應力及黏度，因此尾礦沉降性能差。

(2)絮凝劑。試驗共選取3種絮凝劑進行效果對比。試驗中用到的絮凝劑有原使用的絮凝劑，型號為XJTH；巴斯夫絮凝劑，型號為MF5250；天潤絮凝劑，型號為N123，絮凝劑性能參數見表2。

表2　3種絮凝劑性能參數

1.2試驗方案

試驗分為兩部分進行，初步選型試驗和絮凝效果對比試驗。初步選型試驗中選取3種絮凝劑進行沉降速度對比以選取沉降速率最佳的絮凝劑。根據初步選型試驗結果，絮凝效果對比試驗將選出的絮凝劑與原絮凝劑以及空白對照組進行絮凝效果對比，作為是否更換絮凝劑的依據。

1.2.1初步選型試驗

配置料漿濃度為20%，絮凝劑濃度為0.3%，絮凝劑單耗為20 g/t。采用巴斯夫MF5250、銅礦正在使用的絮凝劑XJTH、天潤N123共3種絮凝劑與空白對照組進行對比試驗。

(1)配置絮凝劑溶液。各取水9.97 g，絮凝劑0.03 g，配制濃度為0.3%的絮凝劑溶液，再用標有刻度的注射器稱取1 g該絮凝劑溶液加入到9g水中，稀釋成濃度為0.03%的絮凝劑溶液。

(2)配置全尾砂漿。稱取4份50 g尾砂，分別加入到貼有坐標紙的250 mL量筒中，然后加入200 g水，緩慢攪拌30～45 min，配制成濃度為20%的全尾砂漿。

(3)根據絮凝劑單耗20 g/t，分別向量筒中加入16.7 g不同的絮凝劑溶液，記錄尾砂沉降液面在不同時刻所在的位置。沉降面記錄結果見圖3。

圖3　絮凝劑初步選型試驗結果

由圖3可見，MF5250絮凝劑沉降高度到100 mm的時間為5 min，而其他三者下降到同一高度的時間分別為7，12，22 min，因此其沉降效果明顯優于其他三者，故選定MF5250絮凝劑與原絮凝劑進行沉降效果對比試驗。

1.2.2沉降效果對比

為了綜合分析巴斯夫絮凝劑的沉降性能，對巴斯夫MF5250和XJTH絮凝劑進行沉降性能對比試驗研究。目前，選廠尾砂料漿濃度為25%～30%，濃密機稀釋后的料漿濃度在15%左右。因此配置料漿濃度為15%，絮凝劑濃度為0.025%，絮凝劑單耗為20，35 g/t進行對比試驗。

(1)取水9.975 g，絮凝劑0.025 g，配制濃度為0.25%的絮凝劑溶液，再用標有刻度的注射器稱取1 g該絮凝劑溶液加入到9 g水中，稀釋成濃度為0.025%的絮凝劑溶液。

(2)稱取尾砂75 g，加入到貼有坐標紙的500 mL量筒中，然后加入425 g水，充分混合均勻，配制成濃度為15%的全尾砂漿。

(3)設定絮凝劑單耗20 g/t，向量筒中加入6 g絮凝劑溶液；設定絮凝劑單耗35 g/t，向量筒中加入9 g絮凝劑溶液，緩慢攪拌30～45 min。

記錄尾砂沉降液面450～350 mL 所用時間，2 min后壓縮高度，用澄清度檢測儀測量上清液透光率以獲得其澄清度并記錄結果。

2試驗結果與探討

對沉降效果相關數據進行記錄，記錄結果見表3。

表3　不同絮凝劑沉降效果記錄

由表3可知，MF5250的各項絮凝效果均明顯優于XJTH，沉降時間與沉降速率存在一定的相關性，而壓縮層高度決定了澄清度，故只針對沉降速率與澄清度展開討論。

(1)沉降速率。如圖4所示，在絮凝劑單耗較低時(20 g/t)，XJTH絮凝劑只能產生極少量的絮團，沉降速率極慢(0.12 m/h)，而MF5250則會產生明顯絮團，且仍然具有較大(12.89 m/h)的沉降速率；當絮凝劑單耗增加時(35 g/t)，雖然XJTH絮凝劑有少量絮團產生，但其沉降速率慢；而MF5250的沉降速率為27.77 m/h，是XJTH的13.9倍，其性能更優越。

圖4　絮凝劑速率對比

(2)壓縮區高度。如圖5所示，絮凝劑單耗為20 g/t時，XJTH用時約30 min產生了很高的壓縮層(420 mm)，而MF5250用時很短(101 s)，且壓縮區狀態良好；單耗增加至35 g/t時，XJTH其壓縮高度依然較高(325 mm)，而MF5250壓縮區高度依然保持原狀態。

圖5　壓縮層高度對比

由圖4、圖5可知，絮凝劑單耗對XJTH的沉降效果影響比較明顯，XJTH絮凝劑單耗為20 g/t時，只產生極少量的絮團，絮團沉降速率很小(0.12 m/h)，壓縮層高度很高(420 mm)；單耗增加到35 g/t時，則產生較多絮團，有一定的沉降速率(2 m/h)，壓縮層高度也明顯減小(325 mm)。對于MF5250，單耗從20 g/t增加到35 g/t時，沉降速率明顯加快，從12.89 m/h增加到27.77 m/h，但在壓縮層高度和澄清度方面，單耗的增加對其效果并不明顯。

3工業試驗研究

在室內試驗的基礎上，展開了工業試驗研究，以驗證更換絮凝劑方案的可行性。

3.1固定入料流量絮凝劑單耗試驗

設定入料流量為120 m3/h，首先將絮凝劑單耗設為40 g/t，此時入料井中絮團形成迅速且尺寸較大，絮凝效果非常好。但慮及迅速形成的絮團可能導致壓耙事故，因此將絮凝劑單耗依次設為35，30，25，20，15 g/t查看其試驗效果。試驗期間耙架扭矩在10%以下，處于正常范圍，試驗結果見表4。

由表4可知，絮凝劑單耗從35 g/t降低到20 g/t的過程中，絮團形態良好，溢流水較為澄清；單耗為15 g/t時，絮團形成速度明顯減慢，溢流水澄清度也明顯降低。絮凝劑單耗越低，絮團形成速度越慢且絮團形成溢流水澄清度也降低；單耗小于20 g/t時，絮團形成速度較慢，導致溢流水澄清度不符合要求。

表4　工業試驗絮凝效果

3.2不同入料流量絮凝劑單耗試驗

為確保濃密機在不同尾砂入料流量時能保持工況，設定入料流量為110～130 m3/h、135～ 165 m3/h、170～190 m3/h，展開不同流量條件下絮凝劑單耗試驗。工業試驗效果見圖6，絮團形成較為迅速且澄清區未見渾濁，溢流水含砂量小。不同流量絮凝劑試驗結果見表5。

圖6　工業試驗效果圖

進料流量/(m3/h)絮凝劑單耗/(g/t)溢流澄清度110～13020～2535135～16525～2835170～19028～3033

由表5可知，入料流量為110～130 m3/h時，絮凝劑單耗量為20～25 g/t，絮團形成速度較快，溢流水澄清度為35，絮凝效果良好；入料流量為135～165 m3/h時，絮凝劑單耗為25～28 g/t，此時絮團形成速度與溢流水澄清度均能滿足要求；入料流量為170～190 m3/h時，由于流量的增加，導致尾砂濃度降低，絮凝劑被稀釋，因此其單耗也需增加，最佳絮凝劑單耗量為28～30 g/t，相應澄清度為33。

4結論

(1)針對拜什塔木銅礦絮凝劑選型問題，建議采用巴斯夫MF5250絮凝劑，相較于現場使用的XJTH型絮凝劑，其絮凝沉降快，壓密效果好，絮凝效果好，溢流水澄清度高，綜合比較下，大大降低了生產成本。

(2)MF5250絮凝劑工業試驗后，對于低流量(120 m3/h)絮凝效果較好，所用絮凝劑單耗為 25 g/t，當流量調高到180 m3/h左右時，所用絮凝劑單耗30 g/t，此時絮凝效果較好，基本保證溢流水較澄清，經過前期室內試驗發現，尾砂稀釋后的絮凝效果要比稀釋前的效果好。

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Research on Flocs Selection of Tailings with High Sliming in Baishitamu Copper Mine

Xing Peng1Yang Xixiang2Wang Hongjiang1Zhou Falu2Wang Shaoyong1Chu Yushan2

(1.School of Civil and Environment Engineering, University of Science & Technology Beijing；2. Kashi County Tonghui Mining Co.,Ltd.)

AbstractAiming at the problems of tailings easy to sliming in Baishitamu Copper Mine, result in deep cone thickener overflow is easily muddy, seriously affect the normal operation of mine filling system. In order to improve the thickener underflow concentration, on the basis of the flocculant flocculation mechanism analysis, the replacement of flocculant was put forward. By preliminary selection of 3 kinds of flocculants N123, MF5250, and XJTH test and contrast test results show that with the same flocculant dosage, MF5250 can significantly shorten the settling time, effectively accelerate the sedimentation rate; At the same time, the industrial experiment was conducted on the basis of the laboratory test results, main parameters like the flocculating agent and the best flow quantity and so on is obtained.

KeywordsTailings of high mud content, Flocculants sediments, Selection, Deep cone thicker, Paste backfilling

(收稿日期2016-01-18)

*國家“十二五”科技支撐計劃課題(編號：2012BAB08B02)；中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(編號：FRF-TP-15-044A2)。

邢鵬(1990—)，男，碩士研究生，100083 北京市海淀區學院路20號。

·礦物加工工程·