尾礦庫(kù)尾砂揚(yáng)塵治理試驗(yàn)研究

廖曄頡，朱永貴，陳 陽(yáng)，馬建新，胡衡彥

（湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410014）

尾礦庫(kù)尾砂揚(yáng)塵治理試驗(yàn)研究

廖曄頡，朱永貴，陳 陽(yáng)，馬建新，胡衡彥

（湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410014）

研究旨在通過實(shí)驗(yàn)室綜合分析，選擇出具有針對(duì)性并且方案最優(yōu)的結(jié)殼試劑，采用噴灑結(jié)殼試劑使尾砂結(jié)殼的方法來進(jìn)行尾砂揚(yáng)塵的治理。將不同方案的結(jié)殼劑噴灑在尾砂表面，分析各試驗(yàn)樣塊的抑塵性、抗凍性、水浸性和滲透性。2%＋100 g／L木質(zhì)素混合溶液的配比方案是最合理的選擇方案。該方法穩(wěn)定可靠，試驗(yàn)前處理簡(jiǎn)單，得出的最優(yōu)配比方案不僅可滿足實(shí)驗(yàn)室理論研究，同時(shí)可為實(shí)際尾礦庫(kù)的尾砂揚(yáng)塵治理提供有力借鑒。

尾砂；結(jié)殼劑；抑塵；滲透

尾礦庫(kù)尾砂揚(yáng)塵污染大氣環(huán)境，危及礦區(qū)及周邊城區(qū)居民的健康，已成為當(dāng)今急需解決的污染問題。而湖南省是著名的有色金屬之鄉(xiāng)，礦山尾礦庫(kù)約300座，并且省內(nèi)有色金屬礦以多金屬共生伴生礦居多，具有嵌布粒度細(xì)、量大、無粘性、易風(fēng)化與易流動(dòng)等特點(diǎn)，造成尾砂的啟動(dòng)風(fēng)速較低，加上近年來氣候干燥，降雨驟減常態(tài)化，極易形成大規(guī)模揚(yáng)塵，是礦區(qū)周邊城區(qū)PM2.5和霧霾形成的主要來源［1～3］。

目前運(yùn)行庫(kù)干灘的尾砂揚(yáng)塵治理方法大多是采取灑水噴淋的方式降塵，此方法抑塵效率低，保濕性不強(qiáng)，運(yùn)行維護(hù)成本較高，難以達(dá)到理想的效果，并且運(yùn)行干灘無法采用土地復(fù)墾方式進(jìn)行整治［4，5］。因此開展尾礦庫(kù)尾砂揚(yáng)塵治理新技術(shù)的研究不僅能從源頭遏制尾砂揚(yáng)塵，阻斷霧霾，也能為尾礦庫(kù)揚(yáng)塵治理開辟新的技術(shù)途徑。尾礦庫(kù)尾砂結(jié)殼抑塵新技術(shù)就是在尾礦庫(kù)干灘表面噴灑結(jié)殼型抑塵劑，使得尾礦庫(kù)干灘表面形成一層1～2 cm的結(jié)殼層，從而達(dá)到抑制揚(yáng)塵的目的。結(jié)殼劑是由新型多功能高分子聚合物組合而成。聚合物分子間的交聯(lián)度會(huì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)分子間存在各種離子基團(tuán)，能與離子之間產(chǎn)生較強(qiáng)的親合力。結(jié)殼劑具有良好的成膜特性，可以有效地固定塵埃并在物料表面形成防護(hù)膜。它的作用機(jī)理是通過捕捉、吸附、團(tuán)聚粉塵微粒，將其緊鎖于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之內(nèi)，起到濕潤(rùn)、粘接、凝結(jié)、吸濕、防塵、防浸蝕和抗沖刷等作用［6，7］。

本研究旨在通過實(shí)驗(yàn)室綜合分析，選擇出具有針對(duì)性并且方案最優(yōu)的結(jié)殼試劑，采用噴灑結(jié)殼試劑使尾砂結(jié)殼的方法來進(jìn)行尾砂揚(yáng)塵的治理。

1 材料與方法

1.1 材 料

主要儀器：風(fēng)洞成套裝置、熱球式風(fēng)速儀、秒表、燒杯、量筒、電子天平、恒溫冰箱、培養(yǎng)皿、測(cè)壓裝置、小型噴霧設(shè)備。

主要試劑：湖南省寶山礦尾礦庫(kù)尾砂（真密度：2.57 g／cm3、堆密度：1.47 g／cm3、平均粒徑：120～180μm、Fe：7.02%、S：1.51%、SiO2：39.45%、Al2O3：12.38%、CaO：29.63%）、結(jié)殼劑（壬基酚聚氧乙烯醚、月桂酸鈉、乙二醇、水、添加劑）、硅酸鈉、氯化鈣、水、木質(zhì)素、紗網(wǎng)。

1.2 方 法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

采用梯度稀釋法分別配制成濃度為1.5%、2%、2.5%、3%的結(jié)殼劑水溶液和2%＋紗網(wǎng)、2%＋100 g／L硅酸鈉、2%＋100 g／L氯化鈣、2%＋100 g／L木質(zhì)素的混合水溶液。各配比溶液成本分析見表1。

1.2.2 結(jié)殼劑的配比對(duì)試驗(yàn)樣塊抑塵性影響

取一定量的尾砂裝入培養(yǎng)皿中，將預(yù)先配制好的不同濃度和種類的結(jié)殼劑均勻噴灑在尾砂表面，并設(shè)置一組空白對(duì)照。噴灑完畢后在常溫下自然養(yǎng)護(hù)一周，等試樣完全干透。一周后將自然養(yǎng)護(hù)好的試樣稱重后放入風(fēng)洞中，在風(fēng)洞中按不同風(fēng)速做吹風(fēng)試驗(yàn)［8］，每種風(fēng)速吹風(fēng)1 min，之后稱量記錄，求出損失量。通過試樣的吹風(fēng)風(fēng)速與損失量的關(guān)系選擇出最優(yōu)的配比濃度。

表1 不同溶液成本分析表

1.2.3 結(jié)殼劑的配比對(duì)試驗(yàn)樣塊抗凍性影響

取一定量的尾砂裝入培養(yǎng)皿中，將預(yù)先配制好的不同濃度和種類的結(jié)殼劑均勻噴灑在尾砂表面，并設(shè)置一組空白對(duì)照。噴灑完畢后在常溫下自然養(yǎng)護(hù)一周，等試樣完全干透。一周后將自然養(yǎng)護(hù)好的試塊浸入水溫為10～20℃的水槽中，浸泡4 h后取出試塊，放入預(yù)先降溫至－15～－20℃的冰箱中，當(dāng)冰箱溫度再次降至－15～－20℃時(shí)，開始計(jì)時(shí)，恒溫4 h，取出放入10～20℃的水槽中融4 h，作為一個(gè)循環(huán)。觀察凍融5次循環(huán)后，有無分層、開裂裂紋等凍壞現(xiàn)象。

1.2.4 結(jié)殼劑的配比對(duì)試驗(yàn)樣塊水浸性影響

取一定量的尾砂裝入培養(yǎng)皿中，將預(yù)先配制好的不同濃度和種類的結(jié)殼劑均勻噴灑在尾砂表面，并設(shè)置一組空白對(duì)照。噴灑完畢后在常溫下自然養(yǎng)護(hù)一周，等試樣完全干透。一周后將自然養(yǎng)護(hù)好的試塊在水中浸泡30 d，觀察試塊是否變形。

1.2.5 結(jié)殼劑的配比對(duì)試驗(yàn)樣塊滲透性影響

取一定量的尾砂裝入燒杯中，將預(yù)先配制好的不同濃度和種類的結(jié)殼劑均勻噴灑在尾砂表面，并設(shè)置一組空白對(duì)照。噴灑完畢后在常溫下自然養(yǎng)護(hù)一周，等試樣完全干透。一周后在自然養(yǎng)護(hù)好的試塊上灑同樣質(zhì)量的水，并開始計(jì)時(shí)，量取下滲高度。

2 結(jié)果與分析

2.1 抑塵性試驗(yàn)結(jié)果

不同配比方案結(jié)殼劑的試驗(yàn)樣塊在風(fēng)洞試驗(yàn)中吹風(fēng)風(fēng)速與尾砂損失量的關(guān)系見表2，對(duì)比圖如圖1所示。

表2 不同試驗(yàn)樣塊在風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)中的尾砂損失量表

試樣編號(hào)試樣面積／m2配比濃度風(fēng)洞風(fēng)速／m·s－1試樣初重／g試后樣重／g損失重量／g吹風(fēng)時(shí)間／min流失量／g·（m2·min）－13 0.019 6 2.50% 2.79 4.62 6.52 8.22 10.64 13.94 909.20 909.20 0.00 1 0.00 909.20 0.00 1 0.00 909.20 0.00 1 0.00 909.00 0.20 1 10.20 908.90 0.30 1 15.31 908.70 0.50 1 25.51 4 0.019 6 3% 5 0.019 6 2%＋紗網(wǎng)6 0.019 6 2%＋100 g／L CaCl27 0.019 6 2%＋100 g／L木質(zhì)素8 0.019 6 2%＋100 g／L NaSiO32.82 4.60 6.51 8.22 13.58 13.92 2.84 4.39 6.54 8.22 10.94 14.03 2.86 4.62 6.65 8.34 10.92 14.35 2.73 4.53 6.54 8.36 10.72 14.06 2.86 4.62 6.53 8.46 11.53 14.02 835.40 820.60 935.30 855.10 880.20 835.40 0.00 1 0.00 835.40 0.00 1 0.00 835.20 0.20 1 10.20 835.00 0.40 1 20.41 834.50 0.90 1 45.92 834.40 1.00 1 51.02 820.50 0.10 1 5.10 820.30 0.30 1 15.31 819.60 1.00 1 51.02 815.10 5.50 1 280.61 807.10 13.50 1 688.78 782.10 38.50 1 1 964.29 935.30 0.00 1 0.00 935.20 0.10 1 5.10 934.70 0.60 1 30.61 934.00 1.30 1 66.33 932.80 2.50 1 127.55 930.80 4.50 1 229.59 855.10 0.00 1 0.00 855.10 0.00 1 0.00 855.10 0.00 1 0.00 855.00 0.10 1 5.10 854.90 0.20 1 10.20 854.60 0.50 1 25.51 880.20 0.00 1 0.00 880.00 0.20 1 10.20 878.80 1.40 1 71.43 876.30 3.90 1 198.98 863.40 16.80 1 857.14 849.50 30.70 1 1 566.33 9 0.017 7未噴灑結(jié)殼劑2.82 4.67 6.55 8.44 10.20 14.12 856.50 856.40 0.10 1 5.65 851.80 4.70 1 265.54 772.20 84.30 1 4 762.71 591.20 265.30 1 14 988.70 303.70 552.80 1 31 231.64 33.20 823.30 1 46 514.12

圖1 不同試驗(yàn)樣塊風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)對(duì)比圖

經(jīng)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，結(jié)殼劑配比方案為2.5%、3%以及2%＋100 g／L木質(zhì)素時(shí)的抑塵效果最佳，可達(dá)99%（結(jié)殼表面未人為破壞）?？紤]到使用成本經(jīng)濟(jì)性，2%＋100 g／L木質(zhì)素混合溶液的配比是最合理的選擇方案。

2.2 抗凍性試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過5次凍融試驗(yàn)后，噴灑各種不同配比方案結(jié)殼劑的試樣外觀均沒有明顯損壞，但是表面會(huì)剝落一層1 mm左右的尾砂，剝落后的新表面仍具有結(jié)殼效果，可抑制絕大多數(shù)尾砂起塵，建議在實(shí)際尾礦庫(kù)工作中，如遇強(qiáng)冷凍天氣可在其表面繼續(xù)噴灑少量結(jié)殼劑以固化剝落的活動(dòng)尾砂。

2.3 水浸性試驗(yàn)結(jié)果

將噴灑各種不同配比方案結(jié)殼劑的試樣放入水槽中均會(huì)有小氣泡溢出，小氣泡溢出的地方會(huì)破壞結(jié)殼表面，主要原因是干燥尾砂間的空隙被水填充，使空氣上移，并且在水槽中浸泡一周后表面有微量尾砂脫離，但新表面仍具有結(jié)殼效果。

2.4 滲透性試驗(yàn)結(jié)果

不同配比方案結(jié)殼劑的試驗(yàn)樣塊對(duì)滲水能力的影響見表3。

表3 不同試驗(yàn)樣塊滲水能力分析表

從表3可得出，不同配比方案結(jié)殼劑對(duì)滲透系數(shù)有較大影響?？偟膩碚f，結(jié)殼劑的濃度越大，尾砂結(jié)殼越緊密，滲水能力越??；結(jié)殼劑的濃度越小，尾砂結(jié)殼疏松，滲水能力越大。但添加了木質(zhì)素的試驗(yàn)樣塊結(jié)殼強(qiáng)度明顯高于同結(jié)殼劑濃度未添加木質(zhì)素的試驗(yàn)樣塊，因此可得出木質(zhì)素對(duì)結(jié)殼強(qiáng)度起促進(jìn)作用。結(jié)殼劑濃度為2%～3%時(shí)，在尾砂表面形成1～2.5 cm厚的結(jié)殼層，在實(shí)際工作中不會(huì)影響尾礦庫(kù)的安全穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)采用單一變量對(duì)照法對(duì)噴灑不同配比方案結(jié)殼劑試驗(yàn)樣塊的抑塵性、抗凍性、水浸性和滲透性作出分析論證。綜合可得：2%＋100 g／L木質(zhì)素、2.5%、3%三種配比方案在2～7級(jí)風(fēng)下尾砂流失量小，抑塵效果明顯；各配比方案的抗凍性、抗水浸性較強(qiáng)，滲透性能良好，不會(huì)影響水存積于尾砂表面；滲水性能隨著結(jié)殼劑濃度的增大逐漸減弱，但添加木質(zhì)素能大幅增加結(jié)殼強(qiáng)度。故綜合考慮到成本經(jīng)濟(jì)性與實(shí)際使用性，2%＋100 g／L木質(zhì)素混合溶液（1.8元／m2）的配比方案是最合理的選擇方案。

本試驗(yàn)方法穩(wěn)定可靠，試驗(yàn)前處理簡(jiǎn)單，得出的最優(yōu)配比方案不僅可滿足實(shí)驗(yàn)室理論研究，同時(shí)可為實(shí)際尾礦庫(kù)的尾砂揚(yáng)塵治理提供有力借鑒。

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Experimental Study on Treatm ent of Tailings Dust in Tailings

LIAO Ye-jie，ZHU Yong-gui，CHEN Yang，MA Jian-xin，HU Heng-yan
（Hunan Labour Protection Institute of NonferrousMetals，Changsha 410014，China）

This research was designed to select a specific and optimal crusts agent through laboratory comprehensive analysis.And the selected crusts agent will be used to tailings crust to manage the raising dust of tailings.The different kinds of crusts agentswere sprayed on the surface of tailings to analyze the dust resistance，frost resistance，water resistance and permeability of specimens.The most reasonable option is themixed solution containing 2%＋100 g／L Lignin.The method is stable，reliable，fast and easy.Optimal ratio scheme can not only fit the theoretical research of laboratory，but also provide a powerful reference for tailings dust control actually.

tailings；crusts agent；dust；penetration

X758

A

1003－5540（2016）05－0064－05

2016－06－28

廖曄頡（1988－），男，助理工程師，主要從事通風(fēng)防塵技術(shù)研究與治理工作。