無機-有機復合絮凝劑對某鉛鋅尾礦沉降效果的影響①

孫 浩，李茂林，3，崔 瑞，寧江峰，李瑞杰，施 佳

（1.武漢科技大學 資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081；2.冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430081；3.長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

尾礦濃縮是礦山生產的重要環節，也是選礦廠建設和運營的重要組成部分。為了充分解離貧、細、雜礦石中的有用礦物，細磨甚至超細磨已不可避免［1］，導致尾礦顆粒過細、自然沉降緩慢且水中微細固體懸浮物超過GB 8978—1996《污水綜合排放標準》［2］，因此必須先將水中的固體懸浮物沉降，以降低固體懸浮物濃度。常用的方法是向尾礦漿體中添加絮凝劑使細顆粒彼此結成較大的團聚顆粒以提升濃縮效果，但單一絮凝劑很難保證加快沉降的同時得到較好的澄清液。無機絮凝劑主要通過壓縮雙電層作用，使顆粒脫穩凝聚；有機絮凝劑主要通過吸附架橋作用，使顆粒快速形成大的絮體，易于沉降。將二者聯合使用時，2種絮凝劑都能很好地發揮各自的特長，達到更好的沉降效果［3－6］。

本文以廣東某鉛鋅尾礦為研究對象，通過尾礦絮凝沉降試驗研究無機絮凝劑與有機絮凝劑復合使用對鉛鋅尾礦沉降速率［7］以及固體懸浮物濃度［8］的影響，旨在為鉛鋅尾礦濃縮提供一種有效提升尾礦沉降速率以及降低固體懸浮物濃度的方法。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗礦樣

試驗礦樣取自廣東某鉛鋅選礦廠，由Mastersizer-2000激光粒度分析儀測得負累積粒度分布曲線如圖1所示。礦樣d10＝1.076μm，d50＝6.936μm，d90＝28.884μm。

圖1 某鉛鋅尾礦負累積粒度分布曲線

對試樣進行了化學多元素測定，結果如表1所示。由表1可知，該尾礦硫品位7.46%，主要脈石成分為SiO2、Al2O3、CaO和MgO；尾礦中還含有As、Cd等成分。表2為所選樣品的礦物組成和含量。可見其中金屬礦物主要為黃鐵礦，脈石礦物主要為石英、方解石、白云石、云母以及石膏，主要以脈石類親水類礦物為主。

表1 試樣化學多元素分析結果（質量分數）／%

表2 樣品中主要礦物含量（質量分數）／%

1.2 試驗藥劑

試驗所用絮凝劑包括聚合氯化鋁（天津鼎盛鑫化工有限公司，［Al2Cln（OH）6－n］m）、聚合硫酸鐵（天津鼎盛鑫化工有限公司，、陽離子聚丙烯酰胺（1 200萬）（天津致遠化學試劑有限公司，、陰離子聚丙烯酰胺（1 200萬）（天津致遠化學試劑有限公司，。所有試劑均為分析純，均配制成0.1%溶液使用。

1.3 試驗方法

1.3.1 絮凝沉降試驗

該尾礦漿質量濃度8%～10%，普通濃縮機底流排放濃度一般控制在45%以下，為比較添加絮凝劑前后沉降效果差異，將絮凝沉降試驗初始濃度定為10%，沉降終點濃度設為45%。

配置500 mL質量濃度10%的礦漿，燒杯上附有刻度紙，試驗時，先將磁力攪拌器轉速定為500 r／min，攪拌2 min后，使礦漿分散均勻，將轉速定為200 r／min，滴加絮凝劑，攪拌2 min后，靜置沉降，記錄沉降液面下降到指定高度（壓縮區濃度為45%）的沉降時間，計算此時的沉降速率，然后抽取上清液測試固體懸浮物濃度。

根據沉降曲線計算鉛鋅尾礦沉降速率的方法如圖2所示［9－12］，則鉛鋅尾礦沉降速率為：

圖2 沉降曲線

式中HP為澄清層高度，mm；TP為沉降時間，min；VP為沉降速率，mm／min。

1.3.2 固體懸浮物濃度測定

懸浮物是廢水排放比較重要的一項檢測指標。查閱GB 8978—1996［2］，固體懸浮物濃度應低于100 mg／L。

本試驗通過濁度計法［13］測定鉛鋅尾礦上清液中的固體懸浮物濃度，測定方法為：

1）分別配制500 mL鉛鋅尾礦懸濁液，濃度分別為10 mg／L、20 mg／L、50 mg／L、100 mg／L和200 mg／L，將其攪拌均勻，用注射器抽取部分鉛鋅尾礦懸濁液，用濁度儀進行濁度測定，單位為NTU。

2）通過線性擬合建立上清液濁度與固體懸浮物濃度之間的線性關系。線性擬合結果如圖3所示。結果顯示，R2＝0.996 75，線性相關性極高，故用濁度推算固體懸浮物濃度具有可行性。

圖3 濁度與固體懸浮物線性擬合圖

2 試驗結果與討論

2.1 原礦漿沉降曲線

原礦漿沉降曲線如圖4所示。由圖4可以看出，自然沉降時，隨著沉降時間增加，澄清層下降幅度逐漸降低，壓縮層濃度上升幅度先急后緩，沉降時間25.5 min時，壓縮層濃度從10%濃縮至45%，此時沉降速率為2.75 mm／min，固體懸浮物濃度為1 533 mg／L。

圖4 原礦漿沉降曲線

2.2 單一絮凝劑對鉛鋅尾礦絮凝行為的影響

2.2.1 單一絮凝劑對鉛鋅尾礦沉降速率的影響

單一絮凝劑用量對鉛鋅尾礦沉降速率的影響如圖5所示。由圖5可知，相同藥劑用量下，各絮凝劑提升沉降速率從大到小順序為：CPAM＞APAM＞PFS＞PAC。結果表明，單一絮凝劑中，沉降速率最大的為CPAM，相較于2種無機絮凝劑PAC和PFS，2種有機絮凝劑CPAM和APAM能大幅提升沉降速率。

圖5 絮凝劑用量對鉛鋅尾礦沉降速率的影響

2.2.2 單一絮凝劑對固體懸浮物濃度的影響

絮凝劑用量對上清液中固體懸浮物濃度的影響如圖6所示。由圖6可知，相同藥劑用量下，各絮凝劑對澄清水質效果從大到小順序為：PAC＞PFS＞CPAM＞APAM。結果表明，針對該鉛鋅尾礦，使用單一絮凝劑時，澄清水質效果最佳的為PAC，相較于2種有機絮凝劑CPAM和APAM，2種無機絮凝劑PAC和PFS能得到較低濃度固體懸浮物的上清液。

圖6 絮凝劑用量對上清液中固體懸浮物濃度的影響

2.3 復合絮凝劑對鉛鋅尾礦絮凝沉降行為的影響

2.3.1 組合藥劑配比對鉛鋅尾礦絮凝行為的影響

當復合絮凝劑用量為60 g／t時，不同藥劑配比對鉛鋅尾礦沉降速率和上清液中固體懸浮物濃度的影響如圖7所示。由圖7可知，各復合絮凝劑在m（無機絮凝劑）∶m（有機絮凝劑）為1∶9和3∶7時，沉降速率較快，并且PFS-CPAM組合的沉降速率在不同配比下都優于其他組合方式；隨著無機絮凝劑組分質量比增加，澄清水質效果也在增強，在m（無機絮凝劑）∶m（有機絮凝劑）為1∶9時，其固體懸浮物濃度高于100 mg／L，不符合排放標準。結果表明：在復合絮凝劑用量為60 g／t時，m（無機絮凝劑）∶m（有機絮凝劑）＝3∶7時，使用PFS-CPAM復合絮凝劑的沉降速率最快，同時固體懸浮物濃度也低于100 mg／L。

圖7 組合藥劑配比對鉛鋅尾礦絮凝沉降行為的影響

2.3.2 組合藥劑用量對鉛鋅尾礦絮凝效果的影響

當復合絮凝劑中無機組分和有機組分的質量比為3∶7時，不同藥劑用量對鉛鋅尾礦沉降速率和固體懸浮物濃度的影響如圖8所示。由圖8可知，在相同藥劑用量下，各組合藥劑對提升沉降速率的效果從大到小順序為：PFS-CPAM＞PAC-CPAM＞PFS-APAM＞PAC-APAM。上清液中固體懸浮物濃度隨各復合絮凝劑用量增加逐漸降低，當復合絮凝劑用量超過80 g／t后，繼續增加復合絮凝劑用量對提升沉降速率和上清液水質的效果不大。結果表明，當m（無機絮凝劑）∶m（有機絮凝劑）＝3∶7時，使用PFS-CPAM復合絮凝劑的沉降速率最大，同時擁有較好的澄清水質效果，最佳用量為80 g／t，此時鉛鋅尾礦沉降速率為7.69 mm／min，固體懸浮物濃度為46.5 mg／L。

圖8 組合藥劑用量對鉛鋅尾礦絮凝效果的影響

2.4 單一絮凝劑與復合絮凝劑沉降效果對比

將絮凝劑中沉降速率和去濁效果最佳的2種單一絮凝劑與復合絮凝劑進行對比，結果如圖9所示。由圖9可知，在相同藥劑用量下，復合絮凝劑PFS-CPAM（質量比3∶7）在提升沉降速率方面都優于單一絮凝劑中沉降效果最好的CPAM，在降低固體懸浮物濃度方面弱于單一絮凝劑中效果最好的PAC，但是當絮凝劑用量在60 g／t以上時，也能使固體懸浮物濃度低于100 mg／L。

圖9 單一絮凝劑與組合絮凝劑絮凝效果對比

3 結 論

1）自然沉降條件下，鉛鋅尾礦壓縮層濃度從10%濃縮至45%時，沉降速率為2.75 mm／min，固體懸浮物濃度為1 533 mg／L，遠遠超過GB／T 8978—1996《污水綜合排放標準》的排放要求。

2）單一絮凝劑試驗結果表明，2種無機絮凝劑PFS和PAC在澄清水質方面優于2種有機絮凝劑CPAM和APAM，但在提升沉降速率方面效果較差。沉降速率最快的是CPAM，澄清水質效果最佳的為PAC。

3）在無機-有機復合絮凝劑復配試驗中，最佳藥劑組合為PFS-CPAM，無機組分和有機組分最佳質量比為3∶7，最佳用量為80 g／t，此時鉛鋅尾礦沉降速率為7.69 mm／min，固體懸浮物濃度為46.5 mg／L。

4）復合絮凝劑PFS-CPAM（質量比3∶7）在提升沉降速率方面優于單一絮凝劑，用量60 g／t以上時，上清液中固體懸浮物濃度低于100 mg／L。