云南某鋁土礦尾礦絮凝沉降試驗(yàn)

何書(shū)明

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司)

我國(guó)具有豐富的鋁土礦資源，其主要賦存形式可分為一水硬鋁石，一水軟鋁石、三水鋁石3大類，其中大部分為一水硬鋁石，此外我國(guó)一水硬鋁石具有高硅、高鋁、低鐵及低鋁硅比的特點(diǎn)[1]。隨著我國(guó)高品位鋁土礦資源逐漸匱乏以及工業(yè)鋁需求的增長(zhǎng)，越來(lái)越多的低品位鋁土礦資源被開(kāi)采利用，這類鋁土礦含泥量大，經(jīng)過(guò)浮選后如果尾礦直接丟棄會(huì)造成土壤堿性化、土壤沼澤化以及地表水污染等一系列環(huán)境問(wèn)題[2]。傳統(tǒng)填埋方法處理此類尾礦具有空氣污染以及占地面積大等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其他資源不能得到有效利用[3]，因此，開(kāi)發(fā)出一種高效處理鋁土礦尾礦的方法顯得十分重要。

目前，我國(guó)鋁土礦尾礦主要用于耐火材料及建筑材料等材料的制作[4]，此外還被用于廢水、廢氣等的處理[5]。為了節(jié)省選礦用水成本，保證用水平衡且不影響浮選指標(biāo)，本文對(duì)回水再利用進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)對(duì)象取自云南某鋁土礦正浮選尾礦，通過(guò)對(duì)比各類絮凝劑及組合藥劑的沉降試驗(yàn)，得出了最優(yōu)藥劑種類或藥劑組合。

1 礦樣性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣取自試驗(yàn)室鋁土礦正浮選尾礦，礦漿濃度為5.5%～6.5%，通過(guò)多元素分析可知該尾礦主要化學(xué)成分為Al2O3及SiO2，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 尾礦多元素分析結(jié)果 %

此外利用激光粒度分析儀對(duì)該尾礦進(jìn)行粒度分析試驗(yàn)，礦石粒度組成見(jiàn)表2。

表2 尾礦粒度分析結(jié)果

由表2可知，該尾礦屬于微細(xì)粒級(jí)尾礦，其中 -10μm粒級(jí)占93.9%，自然沉降速度慢、沉降時(shí)間長(zhǎng)，濃縮后幾乎無(wú)清水層，回水無(wú)法再利用。針對(duì)該問(wèn)題對(duì)尾礦礦漿添加絮凝劑進(jìn)行沉降試驗(yàn)，選用絮凝劑有：聚合氯化鋁、硫酸鋁、硫酸，以及分子量為500萬(wàn)的分析純級(jí)有機(jī)絮凝劑非離子型聚丙烯酰胺(080)、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(603)、陰離子型聚丙烯酰胺(JB-TR782)。

2 試驗(yàn)方法及儀器

試驗(yàn)所用儀器為:貼有標(biāo)尺的500mL量筒3只用于盛裝礦漿，250.00mL燒杯5只用于配制絮凝劑溶液，10.00mL量杯1只用于添加絮凝劑。

試驗(yàn)方法：將500.00mL礦漿加入貼有標(biāo)尺的量筒內(nèi)，利用磁力攪拌器攪拌3min，靜置約30s后，每隔3min記錄1次清水層高度。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 聚丙烯酰胺類型沉降試驗(yàn)

聚丙烯酰胺主要通過(guò)在表面形成高分子聚合物形成橋聯(lián)作用使顆粒團(tuán)聚，試驗(yàn)所用聚丙烯酰胺主要為分子量500萬(wàn)非離子型聚丙烯酰胺(080)、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺(603)、陰離子型聚丙烯酰胺(JB-TR782)。試驗(yàn)過(guò)程中礦漿pH值為7.5～8.0，絮凝劑配制濃度為1‰，絮凝劑用量為0.5mL。有機(jī)絮凝劑試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 有機(jī)絮凝劑試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可見(jiàn)，在pH值為7.5～8.0時(shí)，有機(jī)絮凝劑聚丙烯酰胺沉降效果不理想，無(wú)法獲得足夠的清水層。

3.2 無(wú)機(jī)絮凝劑沉降試驗(yàn)

無(wú)機(jī)絮凝劑主要是通過(guò)靜電作用使細(xì)顆粒聚團(tuán)沉降，試驗(yàn)用無(wú)機(jī)絮凝劑主要為聚合氯化鋁 ([Al2(OH)nCl6-n·xH2O]m)(PAC)、硫酸鋁。研究表明硫酸鋁在堿性環(huán)境中部分鋁離子會(huì)水解為Al(OH)3和H+，Al(OH)3同礦漿中的微細(xì)粒級(jí)顆粒發(fā)生靜電作用形成聚團(tuán)[6]，聚合氯化鋁的絮凝機(jī)理相關(guān)研究表明為OH-的橋聯(lián)作用以及多價(jià)陰離子的聚合作用。

試驗(yàn)中聚合氯化鋁、硫酸鋁配制濃度為1‰，用量為0.5mL，礦漿pH值為7～8，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 無(wú)機(jī)絮凝劑試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可見(jiàn)，聚合氯化鋁、硫酸鋁沉降效果較有機(jī)絮凝劑080、603及JB-TR782要好，沉降速率快，隨著沉降時(shí)間的延長(zhǎng)，清水層高度逐漸增加，直至沉降時(shí)間為30min時(shí)達(dá)到沉降終點(diǎn)；由以上試驗(yàn)可知在相同礦漿條件及相同藥劑單耗條件下，無(wú)機(jī)絮凝劑較有機(jī)絮凝劑更適合該尾礦的沉降。

3.3 有機(jī)絮凝劑沉降pH值試驗(yàn)

由于浮選過(guò)程中添加Na2CO3、Na2SiO3作為調(diào)整劑，礦漿pH值為7.5～8.0，呈弱堿性，礦物顆粒因靜電作用相互排斥，因此調(diào)整礦漿pH值進(jìn)行沉降試驗(yàn)，pH值調(diào)整劑為硫酸。在每組試驗(yàn)過(guò)程中添加濃度為9.8%的硫酸0.5mL，將礦漿pH值調(diào)整為6～6.5，根據(jù)上述試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 有機(jī)絮凝劑沉降pH值試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可見(jiàn)，礦漿pH值為6.0～6.5時(shí)，非離子型絮凝劑080、陽(yáng)離子型絮凝劑603可以獲得較高的清水層，其中陽(yáng)離子型絮凝劑603絮凝沉降效果最好，沉降速度最快；非離子型絮凝劑080沉降速度、清水層高度都比603稍差；603、080在弱酸性礦漿中有較好絮凝沉降效果；而陰離子型絮凝劑 JB-TR782沉降效果最差，與pH值為7.5～8.0條件下幾乎一致，清水層只有20 mm，不適合作為該尾礦沉降的絮凝劑。

3.4 無(wú)機(jī)絮凝劑沉降pH值試驗(yàn)

由有機(jī)絮凝劑pH值試驗(yàn)結(jié)果可知，礦漿性質(zhì)對(duì)沉降結(jié)果有較大影響，弱酸性條件下有助于礦物顆粒沉降，因此對(duì)無(wú)機(jī)絮凝劑沉降同樣進(jìn)行pH值試驗(yàn)。

試驗(yàn)中向兩組盛有礦漿的量筒內(nèi)添加濃度為9.8%的硫酸0.5 mL，攪拌1 min，測(cè)定礦漿pH值，再分別向量筒內(nèi)加入濃度為1‰的聚合氯化鋁、硫酸鋁0.5 mL，攪拌1 min后，觀察礦漿沉降現(xiàn)象，沉降結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 無(wú)機(jī)絮凝劑沉降pH值試驗(yàn)結(jié)果

由圖4可見(jiàn)，在相同用量和相同礦漿pH值條件下，硫酸鋁、聚合氯化鋁沉降效果幾乎一致，且與在弱堿性礦漿中沉降效果基本相同。

3.5 無(wú)機(jī)絮凝劑沉降用量試驗(yàn)

由以上試驗(yàn)可知，無(wú)機(jī)絮凝劑硫酸鋁對(duì)該尾礦沉降效果較好，對(duì)硫酸鋁進(jìn)行沉降用量試驗(yàn)，礦漿濃度為35%，絮凝劑濃度為1‰，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 硫酸鋁沉降用量試驗(yàn)結(jié)果

由圖5可見(jiàn)，隨著絮凝劑用量的增加，礦漿沉降速率加快，當(dāng)絮凝劑用量由11.2 g/t增加至14 g/t時(shí)，沉降效果無(wú)明顯變化，可知沉降最佳絮凝劑用量為11.2 g/t。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)云南某鋁土礦正浮選尾礦粒度細(xì)，為微細(xì)粒級(jí)礦粒，自然沉降速率慢，影響尾礦濃縮沉淀。

(2)pH值為6.0～6.5礦漿為弱酸性時(shí)，對(duì)有機(jī)絮凝劑礦漿沉降效果有明顯改善作用。

(3)硫酸鋁、聚合氯化鋁沉降效果比有機(jī)絮凝劑沉降效果好，且硫酸鋁沉降效果最佳。

(4)硫酸鋁用量由2.8 g/t增加至14 g/t時(shí)，沉降速率明顯加快，至用量為11.2 g/t時(shí)，沉降速率無(wú)明顯增加。