疆鋒鐵礦尾砂沉降性能試驗研究

楊國永，彭 亮

(1.景洪市龍鑫礦業有限責任公司， 云南 景洪市 666100；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

景洪市龍鑫礦業有限責任公司疆鋒鐵礦地處云南省西南邊陲，屬西雙版納傣族自治州景洪市大勐龍鎮管轄，礦區距離景洪市公路距離約75 km，距離大勐龍鎮平距9 km。疆鋒鐵礦二期工程將采用充填采礦法開采，所以須建設充填系統以滿足井下充填采礦法的需求。根據疆鋒鐵礦的實際需求，充填系統工藝為濃密機+砂倉泵送加自流輸送工藝。

濃密機進砂時溢流濃度高，帶走大量細顆粒，從而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，溢流回水作為清水能被循環利用，尾砂料漿的沉降性能非常重要，決定了濃密機底流濃度能否達標，而且直接決定了溢流清水能否滿足要求循環利用。所以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及添加量，并得出其它重要參數。

1 尾砂性質及絮凝劑初選

1.1 尾砂特性

尾砂取自疆鋒鐵礦尾礦庫排尾口，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。篩分尾砂粒級組成分析結果見表 2。尾砂漿液上部清液的 pH=9.2偏堿性，-200目達到31.28%，平均粒徑195 μm，尾砂屬于粗粒級尾砂。

根據尾砂物理化學性質（見表1～表3），初步選擇了4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 疆鋒鐵礦篩分尾砂物理性能指標測定結果

表2 疆鋒鐵礦尾砂粒度分析結果

表3 疆鋒鐵礦尾砂化學成份測定結果/%

1.2 絮凝劑的初步挑選

尾砂沉降性能試驗包括自然沉降試驗和絮凝沉降試驗。尾砂在濃密機內進行脫水時，常常需要添加絮凝劑加速尾砂顆粒沉降，以提高尾砂沉砂效率，本試驗目的就是研究疆鋒鐵礦尾砂對絮凝劑的適應性，選出最優的絮凝劑類型、最佳的絮凝劑添加量以及分析得出其它絮凝沉降參數。

經過實驗室檢測可知，礦漿呈堿性，所以絮凝劑必須優先選用陰離子絮凝劑。初步選擇的4種絮凝劑都是陰離子高分子絮凝劑，所以4種絮凝劑都要通過進一步的實驗來進行分析對比。

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；

（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 實驗材料

（1）尾砂：對全尾砂采用標準網格篩進行篩分，剔除全尾砂1 mm以上粗砂，最后均勻采集篩下尾砂樣。

（2）水樣：長沙市自來水。

（3）絮凝劑：實驗室選取4種絮凝劑，其中3種國產品牌絮凝劑（產地均為云南省），1種國外品牌絮凝劑。分別是：JB-164絮凝劑，JSL-DH-1絮凝劑，1#絮凝劑和法國產NT-694E絮凝劑。

2.3 實驗步驟

沉降試驗具體步驟如下：

第一步：將4種絮凝劑都調配成3‰的溶液，即在實驗室采用500 mL的燒杯加水100 mL，再采用天平（精度0.01 g）稱取絮凝劑顆粒0.3 g，將絮凝劑顆粒倒入燒杯中攪拌均勻即可。

第二步：把調配好的濃度 20%的尾砂漿倒入500 mL的量筒中，用礦漿攪拌棒在量筒中來回攪拌數次直至混合均勻，并測量其pH值。

第三步：進行自然沉降實驗，每隔一定時間記錄固液分離界面高度，并觀察自然沉降1 h后料漿的最終沉降高度，最后計算最終沉降濃度 C（%）和容重 γ（t/m3）。

第四步：進行絮凝劑沉降實驗，在量筒中用注射器加入一定量的絮凝劑溶液，絮凝劑溶液的添加量根據倒入量筒中的干尾砂量確定。

第五步：根據沉降試驗，將每種絮凝劑各添加量中沉降速度最佳的一組放在一起進行對比，從中選取沉降效果最好的一種絮凝劑。

第六步：由于添加量與絮凝沉降速度并不成正比，每種絮凝劑針對不同的尾砂都有一個最佳添加量的問題。所以須對第5步選取的絮凝劑的添加量進行更加細致的試驗，以找到最佳添加量。

第七步：絮凝劑選型試驗及最佳添加量試驗均采用尾砂樣，選擇好最佳的絮凝劑類型及添加量，并計算出最終沉降濃度C（%）和容重γ（t/m3）。

2.4 試驗結果

2.4.1 自然沉降試驗

自然沉降試驗將配置好的20%濃度料漿，倒入500 mL量筒中，攪拌均勻后，記錄單位時間內液面下降高度（見表4）。注：上清液渾濁，V0=445 mL；1 h后最終沉降漿體體積分別為73，65，65 mL。

表4 尾砂自然沉降試驗結果

2.4.2 自然沉降試驗分析

通過以上自然沉降數據分析可知：

（1）尾砂自然沉降中，粗顆粒尾砂迅速沉降，上部細顆粒形成了難以沉降的懸浮層，造成了上清液比較渾濁，分層現象不明顯。

（2）通過觀察，尾砂300 s后進入壓縮沉降階段，那是因為尾砂粗顆粒較多，沉降速度相對較快。

（3）尾砂自然沉降過程中上清液都比較渾濁，所以為加速尾砂沉降且保證上清液清澈，須添加絮凝劑。

（4）1 h后尾砂最終沉降平均高度分別為23.5，23.7 cm，對應最終壓縮濃度及容重分別為：76.9%，2.06 t/m3。

2.4.3 絮凝沉降試驗

2.4.3.1 絮凝劑選型試驗

在500 mL的量筒中配制濃度20%的尾砂漿，攪拌均勻后加入絮凝劑溶液，絮凝劑溶液添加量按每噸干尾砂添加10，30，50 g進行計算，將4種絮凝劑各添加量中沉降速度最快（勻速沉降階段）的一組放在一起進行對比，并計算出它們的最終壓縮濃度（%），相關沉降參數如表5、圖1所示，由表5、圖1可知：

（1）各絮凝劑沉降速度快慢順序依次是：NT-694E絮凝劑＞1#絮凝劑＞JB-164絮凝劑＞JSL-DH-1絮凝劑；

（2）各絮凝劑沉降最終壓縮濃度從高到低依次為：NT-694E絮凝劑＞1#絮凝劑＝JSL-DH-1絮凝劑＞JB-164絮凝劑。

綜合考慮絮凝沉降的速度、最終壓縮濃度以及上清液是否清澈等綜合因素，決定選用1#絮凝劑進行進一步的試驗研究。

表5 尾砂絮凝沉降統計結果

2.4.3.2 絮凝劑添加量選擇試驗

根據以上試驗數據可知，1#絮凝劑沉降效果相對較好，針對該種絮凝劑進行進一步的添加量選擇試驗。絮凝劑添加量選擇10，15，20，25，30，40 g/t，測試時間 600 s，并與自然沉降進行比較，觀察其最終沉降高度，并計算它的最終沉降濃度與容重。試驗結果如表6，圖2所示。

圖1 多種絮凝劑沉降效果對比

表6 1#絮凝劑各添加量（尾砂）沉降

圖2 1#絮凝劑不同添加量絮凝（尾砂）沉降曲線

根據絮凝劑的選型試驗和添加量試驗，可以選擇1#絮凝劑，絮凝劑添加量控制在10～20 g/t為宜。自然沉降與 1#絮凝劑最佳添加量的沉降對比見照片1～照片2。

2.4.4 絮凝沉降試驗分析

通過以上絮凝沉降數據及相關沉降曲線分析，可以得出：

照片1 沉降30 s

照片2 沉降60 s

（1）絮凝劑選型：選擇的4種絮凝劑中，NT-694E絮凝劑雖然沉降速度較快，壓縮濃度較高，但少量極細顆粒無法沉降，造成上清液比較渾濁，1#絮凝劑相對綜合沉降效果均最好，所以可選擇1#絮凝劑進行進一步的最佳添加量試驗研究。

（2）絮凝劑添加量：絮凝劑添加量在一定范圍內與沉降速度并不呈正相關，有一個最佳添加量。1#絮凝劑，20%濃度料漿最佳添加量均在10～20 g/t，全尾砂最終壓縮濃度為69%～71.4%。

（3）最終壓縮濃度：絮凝劑添加量越大最終壓縮濃度就越低，這是因為添加絮凝劑后，料漿溶液中形成的絮團較大，水份被包裹在絮團中，無法排出，絮凝劑添加量越大，壓縮層的密實程度越低。

3 結 論

（1）該礦尾砂自然沉降速度相對較快，部分細顆粒難以沉降導致上清液渾濁，必須添加絮凝劑以加速細顆粒尾砂沉降。

（2）尾砂自然沉降最終壓縮濃度分別為75.5%、76.9%，相對應容重分別為2.02，2.06 t/m3。

（3）1#絮凝劑，20%濃度料漿最佳添加量均在15 g/t左右，尾砂最終壓縮濃度平均為72%，容重為1.96 t/m3。具體添加量的最終確定，可以在工業試驗時從低到高依次進行，滿足溢流水不跑渾即可。