高效環保絮凝劑在尾礦沉降中的試驗研究與應用

陳華萍，甘云霄，王建紅

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山 663701）

我國有色金屬礦貧礦多、富礦少，多金屬礦多、單一礦種少，金屬品位極低、礦物采剝比大，分選難度大，產生的固體、液體廢棄物多。環境保護是可持續發展的物質基礎而保護水資源，治理水污染是環境保護的重要環節。選礦廠的耗水量巨大，提高尾礦回水利用率對整個選礦廠的節能增效至關重要，在尾礦沉降過程中使用經濟有效的絮凝劑顯現出至關重要的意義。隨著絮凝劑的理論、實踐技術研究成果的日益成熟，絮凝劑已廣泛應用于選礦過程中的濃縮、沉降等工序。

某選廠重選工序長期以來都是使用回水作為搖床用水，但是存在尾礦濃密機溢流水不能澄清,多種重金屬離子、固體懸浮物超標,嚴重地影響了搖床作業錫的回收，同時也影響著整個選廠的環保工作。通過開展對礦漿PH值的調漿試驗，溫度、濃度試驗，絮凝劑種類、單耗的選擇試驗,礦漿能快速澄清。在小型試驗的基礎上,進行溢流水澄清沉降系統的改造,實現了石灰、絮凝劑的自動、分點、定量添加,在一定程度上保證了溢流水外排指標的達標穩定,同時實現了溢流水的循環利用,最大程度上保證了搖床給水的清潔度，同時也達到了選廠清潔生產的目的,取得可觀的經濟、社會效益。

1 試驗目的

針對選礦車間反映的絮凝劑用量大但廠前回水卻較為渾濁的問題。為進一步提高選礦車間廠前回水利用率，提高回水質量及降低絮凝劑藥劑成本。試驗選用車間現場使用的905與新型絮凝劑KX-10、KX-11開展沉降效果對比試驗，為絮凝劑的選擇提供有效可靠的數據依據。

2 試驗樣品的采集及礦石性質分析測定

試驗所用的礦漿取自尾礦濃密機給礦結合池，尾礦密度2.87t/m3，PH=6,尾礦主要成分為輝石，其次為綠泥石、透閃石、方解石等。分別對采集的尾礦進行粒級分析以及多元素分析，結果見表1、2。

表1 尾礦的粒級組成/%

表2 尾礦的主要化學成分/%

3 試驗方案

絮凝劑主要用于帶有正（負)電性的基團中和一些水中帶有負(正）電性難于沉降的一些粒子或者顆粒，降低其電勢，使其處于穩定狀態，并利用其聚合性質使得這些顆粒集中，并通過物理或者化學方法分離出來。

水解反應中化合物的水解達到平衡時，已經水解的化合物分子數與溶液中該化合物的分子總數之比叫水解度。不同的化合物在相同溫度，相同濃度下水解度不同，化合物的酸性越弱或堿性越弱或濃度越小它的水解度就越大。一般來說，水解度越大、吸附基越少，對吸附不利，但水解度過小，溶解能力差，不足以使分子鏈伸展、橋聯，實驗證明，905的水解度在30%左右時，絮凝能力最強。

本次實驗所用的絮凝劑有車間現場使用的905和新型絮凝劑KX-10、KX-11的對比。三種絮凝劑均配置成0.2%‰的溶液，再根據實驗中藥劑條件進行添加。

3.1 試驗方法

試驗儀器：500ml量筒、秒表、玻璃棒、燒杯、移液管、電子天平、PH計、溫度計、高溫電爐。

將準備好的礦漿用量筒取500ml攪拌均勻備用，根據已測定出的礦漿濃度以及絮凝劑的藥劑單耗量加入絮凝劑所需的毫升數，用玻璃棒快速攪拌均勻（保證每組的攪拌力度、時間、頻次相同），然后靜置于水平桌面上，開始計時，觀察礦漿的沉降情況，記錄一定時間區間內礦漿的沉降高度，其中圖示中沉降高度代表上層澄清液的高度，根據上層澄清液和下層礦漿分層高度記錄規定時間內沉降的高度，見圖1所示。

圖1 沉降試驗過程圖

3.2 三種藥劑溶解時間對比

絮凝劑一般為固體產品，顆粒狀或粉末狀,需要配制成溶液使用。一般先配成1%的溶液再稀釋至0.1～0.01%的濃度,配制溶液應充分的攪拌,使絮凝劑顆粒完成溶解和活化。分子量最高的需攪拌2～2.5小時，一般至少要保證1小時以上的攪拌時間?；罨哪康氖鞘剐跄齽┓肿釉谙♂屓芤褐谐浞值纳煺?以提高絮凝效果，溶解時間見表3。

表3 不同藥劑溶解時間表

3.3 自然沉降試驗

在室溫條件下，根據設計好的試驗條件及試驗方法，用貼好刻度標簽的量筒取尾礦礦漿500ml，攪拌均勻，然后靜置讓其自然沉降,結果表明,隨著沉降時間的增加，礦石顆粒與水出現部分分離，沉降高度也隨著時間的增加沉降高度增加不明顯，且沉降區與澄清區界面模糊、不清晰,難于鑒別,澄清液仍然渾濁。尾礦漿澄清困難的主要原因是:礦漿呈弱酸性，pH=6),部分氧化鐵礦和鐵溶解后形成吸附性強、性質穩定的Fe(OH)3膠體,呈微細顆粒分散懸浮在液體中而難以沉降。

圖2 自由沉降效果

根據上述自由沉降試驗方法，對905、KX-10、KX-11三種絮凝劑在室溫下，以及相同的藥劑濃度、礦漿濃度、PH值、沉降時間條件下，分別進行單耗10g/t、15g/t、20g/t的沉降試驗，試驗結果見圖3、4、5。

圖3 905用量對沉降性能的影響

圖4 KX-10用量對沉降性能的影響

圖5 KX-11用量對沉降性能的影響

由圖3、4、5的沉降實驗結果可知：當藥劑單耗逐漸增加，沉降效果有所提高，但并不是單耗越高沉降越快，當單耗高到一定程度的時候沉降速度反而會降低，每一種絮凝劑都有一個相對最佳的單耗范圍，沉降終點的礦層厚度相差不大。對于本次試驗，在10g/t、15g/t、20g/t三種藥劑單耗情況下，沉降效果最好的都是KX-10,905次之，KX-11最差。其中905在15g/t時沉降效果最佳，KX-10在20g/t時沉降效果最佳，KX-11在15g/t時沉降效果最佳；905用量由10g/t增加至20g/t時，其沉降效果均有所提升，但提升幅度較??；KX-10在藥劑用量由10g/t增加至20g/t時，其沉降效果提升幅度較大，且比較均勻；KX-11在藥劑用量由10g/t增加至15g/t時，其沉降效果提升幅度較大，但由15g/t增加至20g/t時，其沉降效果無明顯變化。

3.5 給礦濃度對絮凝劑沉降性能的影響

保持礦漿PH值不變，藥劑單耗相同，在室溫下對905、KX-10、KX-11三種絮凝劑進行不同給礦濃度條件下的沉降試驗，結果見圖6、7、8。

由圖6、7、8可看出，在相同藥劑相同用量條件下，隨著給礦濃度的提高，905的絮凝效果總體先降后升；KX-10的絮凝效果先降后升,在單耗20g/t的時候前12分鐘沉降速度提升非常明顯，但18分鐘后的絮凝效果則逐漸降低；而KX-11的總體絮凝效果則逐漸降低。在提高給礦濃度的情況下，905、KX-10的絮凝效果隨著藥劑單耗的增加絮凝效果呈現上升趨勢，而KX-11的絮凝效果則是先升后降。在本次濃度試驗中KX-10表現出較好的絮凝效果。

圖6 礦漿濃度對905沉降性能的影響

圖7 礦漿濃度對KX-10沉降性能的影響

圖8 礦漿濃度對KX-11沉降性能的影響

3.6 PH值對絮凝劑沉降性能的影響

絮凝劑的絮凝效果不僅與藥劑的配置濃度、單耗以及礦漿濃度有關，還礦漿的受PH值、溫度、共存介質等因素的影響。在絮凝過程中，都有一個相對最佳PH值的存在,使絮凝反應速度最快，絮體溶解度最小，該PH值通過以下試驗來測定。

根據以上試驗結果，綜合考慮三種藥劑的絮凝效果，確定使用藥劑用量：15g/t來開展PH值對絮凝劑的沉降性能的影響試驗研究。

將取好的尾礦礦漿靜置備用，在室溫下調整礦漿PH值，當PH在7-10時用石灰作為調整劑來調整所需PH值，當PH在5-7時用20%的硫酸作為調整劑來調整所需PH值，試驗結果見表9、10、11。

由圖9、10、11可看出，礦漿酸堿度對905的沉降速度影響很明顯，當礦漿PH=7時沉降速度最快，PH=5時沉降速度最慢，從整體情況來看905適用于中性礦漿；礦漿酸堿度對KX-10的沉降效果的影響主要表現在沉降初期（即前5分鐘），后續影響不大，沉降終點值相差不大，當礦漿PH=9時沉降速度最快，PH=6時沉降速度最慢；礦漿酸堿度對KX-11沉降的整個過程影響都很顯著，隨著PH的升高沉降高度在不斷增加，當礦漿PH=10時沉降速度較快，PH=5時沉降速度最慢。

圖9 PH值對905沉降性能的影響

圖10 PH值對KX-10沉降性能的影響

圖11 PH值KX-11沉降性能的影響

3.7 溫度對絮凝劑沉降性能的影響

在實際生產過程中礦漿溫度會隨著季節的交替而變化，尤其是在一些四季分明的地區，尾礦的沉降速度會受到很大的影響，通過本次試驗來尋找各種溫度下最適于的絮凝劑。

在保持礦漿濃度、酸堿度不變（即原礦漿濃度C=12.09%，PH=6）的情況下，通過水浴（低于室溫的溫度采用冰水水浴降溫，高于室溫的溫度采用沸水水浴升溫）的方式來調節礦漿的溫度，按15g/t的藥劑用量添加，試驗結果見圖12、13、14。

圖12 溫度對905沉降性能的影響

圖13 溫度對KX-10沉降性能的影響

圖14 溫度對KX-11沉降性能的影響

由圖12、13、14可看出，礦漿溫度對905的沉降速度有一定的影響，隨著礦漿溫度的升高沉降高度有所變化，當礦漿溫度在35℃－40℃時候沉降效果相對較好，當礦漿溫度在40℃－45℃時候沉降效果最差；礦漿溫度對KX-10沉降效果影響較小，其影響主要表現在沉降初期，沉降前5分鐘沉降高度有所變化，但變化不大，沉降終點值相差也不大，相對而言KX-10在礦漿溫度為25℃－30℃時沉降效果較好，在40℃－45℃時沉降效果最差，總體情況來看KX-10對溫度的適應范圍較廣。礦漿溫度對KX-11的沉降速度影響較為顯著，相對而言在礦漿溫度為25℃－30℃時沉降效果較好，在15℃－20℃時沉降效果最差。

4 工業試驗

經過前期試驗驗證以及方案的論證探討，為進一步驗證新型絮凝劑KX10與生產現場使用的絮凝劑905在回水系統中的可行性，于2021年9月8日在大坪選礦車間開展為期30天的工業試驗。

從外觀上看，905與KX-10兩種絮凝劑均為白色顆粒狀，無刺激性氣味，為易燃物品，兩種絮凝劑的溶解性都較好，配制成溶液后均不會出現成團現象。試驗期間保持新、老600平斜板濃密機給料處絮凝劑均勻添加，從現場回水水質來看新、老600平斜板濃密機溢流水較為清澈，極少出現跑渾現象，回水水質對搖床使用沒有太大影響，床面不會出現團聚結垢現象。

工業試驗期間廠前回水各項指標（30天的平均值）情況見表4、5，藥劑成本對比見表6。

表4 廠前回水各項指標

表5 廠前回水水質分析結果

表6 藥劑成本對比表

由表3數據可知：使用KX-10廠前惠水量相比905平均增加10m3但回水率相比905降低了5.3%，藥劑單耗上升0.36g/t，原因是清水用水單耗上升1.21%，清水用水量上升，導致尾礦庫回水上升，最終造成廠前回水率下降。

通過檢測得到在未增加24米溢流水的情況下，給礦濃度為11.61%時，新600平底流濃度為24.43%，老600平底流濃度為25.37%。增加24米溢流水后，給礦濃度為6.07%時，新600平底流濃度為19.57%，老600平底流濃度為20.94 %。說明新增24米溢流水之后、給礦濃度降低5.54%，底流濃度綜合降低4.645%，由于底流濃度的降低，造成了廠前回水率降低。

從表5水質分析數據可知：同等條件下使用KX-10時廠前回水比使用905時含As降低了0.04mg/L、化學需氧量COD降低了7.81mg/L、固體懸浮物SS降低了1.275mg/L、PH降低了0.205；氨氮上升了0.411mg/L、F-上升了1.18mg/L。反應出905對水質污染偏嚴重的問題，使用KX-10可有效降低環保壓力。

從表6可以看出新型絮凝劑與老絮凝劑相比，藥劑單耗相對原礦新老絮凝劑分別為20.41g/t、20.07g/t，使用新型絮凝劑KX-10單位成本可降低0.03元/t，使用KX-10可有效降低藥劑成本。

5 試驗結論

（1）三種不同的絮凝劑在沉降試驗中，當藥劑單耗遞增時，三種藥劑沉降效果均有所提高。但每一種絮凝劑都有一個相對最佳的單耗值，同一種絮凝劑在不同單耗的情況下沉降終點的礦層厚度相差不大。當三種藥劑用量一致，沉降時間達到一定程度時，不同藥劑的沉降終點基本趨于一致。

（2）本次試驗中，在單耗上905和新型絮凝劑KX-10對尾礦的絮凝效果相差不大。在濃度試驗中KX-10表現出較好的絮凝效果,單耗20g/t時的絮凝效果最佳。905在高濃度礦漿中使用占有一定的優勢，而KX-10對礦漿的酸堿度和溫度都有較好的適應性，KX-11則對礦漿的酸堿度、溫度比較敏感。選廠可以根據廠址的具體地理位置、季節變化及所排放尾礦礦漿濃度靈活選擇不同的絮凝劑種類以及單耗來達到最佳的經濟效益。

（3）在保證指標的前提下選用新型絮凝劑KX-10，能降選礦低成本且配置過程中無刺激性氣味，對人體無傷害，對環境較為友好，建議后續可投入生產使用。