張莊鐵礦尾礦濃縮大井藥劑制度優化工業試驗*

齊美超 王 瑩 胡冬林 石 剛 張 強 梅向陽

(1.安徽馬鋼張莊礦業有限責任公司；2.遼寧可立爾水工程技術有限公司)

張莊鐵礦正式投產階段，選礦廠尾礦濃縮系統存在一系列問題，現場采用1臺φ50 mm高效濃密機進行尾礦濃縮，盡管添加了絮凝劑，但絮凝沉降效果差，濃縮大井底流濃度難以達到設計要求的25%，溢流水懸浮物含量超過2 000 mg/L，大大超過設計要求的300 mg/L，對尾礦輸送系統以及循環水重復利用均產生了較大影響。為此，結合國內尾礦先進絮凝沉降技術以及現場實際情況，對現場絮凝藥劑制度進行了工業優化試驗，試驗效果顯著，達到了設計要求。

1 現場物料分析及工況考察

1.1 物料分析

濃縮效率首先由物料的沉降特性決定，相關指標有粒度、粘度、動電位等，現場采用沉降法簡易分析其粒度分布情況。根據斯托克斯定律[1]：

物料的沉降速度與顆粒直徑有直接關系，物料沉降速度與顆粒直徑關系見表1。

表1 物料沉降速度與顆粒直徑關系

采用量筒自然沉降法進行試驗，尾礦自然沉降1 h后量筒上層仍然渾濁，總懸浮物含量(TSS)達2 400 mg/L，表明有部分顆粒沒有沉降，處于懸浮狀態，處于典型的泥化狀態，其粒徑范圍在≤10 μm，因此，該礦漿屬于細粒泥化難沉體系，應采用絮凝沉降工藝。

1.2 現場工況

對現場尾礦濃縮系統進行考察，濃縮大井給礦量為266.7 t/h，平均濃度為7.8%，濃度比設計值略低，溢流水懸浮物含量為2 200 mg/L，大井跑渾嚴重，底流平均濃度為22%，低于設計要求；現場絮凝劑為干粉聚丙烯酰胺，濃度為 0.1%～0.2%，采用循環水配置，藥劑溶解效果尚可，無魚眼、少量結塊，懸浮含量高，會影響藥劑利用率，采用中心井多點添加絮凝劑溶液，最大藥液流量為8 m3/h。濃縮大井工況數據見表2。

表2 濃縮大井工況數據

1.3 絮凝劑沉降效果試驗

在試驗室對現場絮凝劑沉降效果進行條件試驗，試驗采用兩種藥劑，藥劑1為現場生產用絮凝劑溶液，藥劑2為現場干粉聚丙烯酰胺配制濃度0.1%的絮凝劑溶液。試驗方法：用量筒取均勻的礦樣400 mL若干組，向量筒中投加不等量的藥劑，上下翻轉10次，靜置 4 min(即觀察到的壓縮點時間)后抽取上清液，采用美國哈希的TSS Portable便攜式懸浮物測定儀檢測上清液懸浮物含量。試驗結果見表3。

1.4 沉降速度試驗

采用塔爾梅季—菲奇法[2]，按照現場目前的藥劑投加量25 g/t，計算滿足底流濃度25%的礦漿沉降速度為3.33 t/(m2·h)。遠超過設計所需速度0.15 t/(m2·h)，濃縮速度可滿足要求。現場藥劑2投加25 g/t泥層高度與時間的關系見圖1。

表3 不同藥劑投加量對應的上清液懸浮物含量mg/L

圖1 現場藥劑2投加25 g/t泥層高度與時間的關系

通過現場物料分析及工況考察，表明現場藥劑的最佳投加量在60 g/t左右，此時上清液懸浮物含量為535 mg/L，不能滿足環水要求的小于300 mg/L，藥劑選型不夠恰當；對比藥劑1、藥劑2試驗結果，在藥劑1投加25 g/t時，處理的上清液效果相當于藥劑2投加20 g/t時處理的上清液效果，現場配制藥劑藥效損失達到25%，表明配制用水選用不當；在藥劑2投加量為25 g/t時，礦漿沉降速度為3.33 t/(m2·h)，沉降速度很快，但上清液不能滿足要求，表明藥劑細粒捕獲功能差。因此，需要對現場絮凝劑制備系統及用水進行改造，并進行藥劑選型、沉降速度等試驗。

2 絮凝劑選型試驗

選取全系列具有代表性的絮凝劑，包括陽離子型絮凝劑、非離子型絮凝劑、陰離子型絮凝劑及澄清型絮凝劑。絮凝劑主要包括：KC840、KN600、KA610、KA625、KA635、KL4043，配置濃度為0.1%的絮凝劑溶液，然后用量筒取400 mL礦漿，分別加入等量的不同類型的絮凝劑，上下翻轉10次，靜置4 min，檢測上清液水質，比較絮團形成的狀態，試驗結果見表4。

由表4可知，單獨添加一種陽離子型絮凝劑KC840或非離子型絮凝劑KN600 50 g/t都能得到小于200 mg/L的上清液和結實的絮團；此外，澄清型絮凝劑KL4043與陰離子型絮凝劑(助凝劑)KA635組合藥劑[3]也可將上清液水質處理在200 mg/L以下；結合藥劑用量及價格，選用組合藥劑KL4043+KA635。

表4 絮凝劑種類條件試驗數據結果

按照選型后藥劑 KL4043配合KA635分別添加25、12.5 g/t進行沉降速度試驗，試驗結果見圖2。通過計算，滿足底流濃度25%的礦漿沉降速度為3.39 t/(m2·h)，與現場投加藥劑25 g/t時的沉降速度 3.33 t/(m2·h)相差不大，滿足設計要求。

圖2 藥劑KL4043和KA635分別投加25和

3 絮凝沉降工業試驗

根據物料分析、工況考察以及絮凝劑選型試驗結果，對現場絮凝劑制備系統進行改造，絮凝劑配制用水改為新水，新增KA635助凝劑制備系統。采用現場絮凝劑制備系統制備濃度為0.1%的KL4043絮凝劑，在濃縮大井中心井投加藥劑；在濃縮大井給礦集礦箱前端尾礦溜槽部位添加稀釋后濃度為25%的KA635助凝劑溶液。

經過現場調試，現場KL4043絮凝劑、KA635助凝劑分別添加28、16 g/t的情況下，濃縮大井溢流水懸浮物含量穩定在約180 mg/L，濃縮大井底流濃度為25%～30%，達到設計要求。

4 結 論

張莊鐵礦選礦廠尾礦濃縮大井藥劑制度優化后尾礦沉降取得了良好的效果。在KL4043絮凝劑、KA635助凝劑分別添加28、16 g/t的情況下，濃縮大井溢流水懸浮物含量穩定在180 mg/L左右，濃縮大井底流濃度為25%～30%，滿足設計要求，大大降低了尾礦輸送成本。同時，高效利用濃縮大井溢流循環水，節約水資源，對綠色礦山建設具有重大意義。