梅山微细粒铁尾矿浓缩絮凝沉降试验研究

2021-07-24华娟娟

现代矿业 2021年6期

华娟娟

（南京宝地梅山产城发展有限公司矿业分公司）

尾矿是一种工业固废，是各类矿石经破碎、磨矿、分选后丢弃的细粒固体废弃物。随着我国对贫细杂矿产资源的逐步开发，微细粒尾矿生产量显著增加，矿石中若再含有大量的黏土矿物，则尾矿脱水十分困难；而输送至尾矿库堆存时，由于沉降速度慢，不易形成干滩，给尾矿库的安全运行带来极大的隐患［1-7］。

随着开采的逐步延深，梅山铁矿矿石品位逐渐下降，矿物组成也发生了较大的变化，尾矿中黏土矿物与碳酸盐类矿物显著增加，尾矿粒度细，沉降性能差。尤其在冬季，尾矿沉降速度更慢，一方面导致现场浓密机跑浑，影响环水的循环利用和排放；另一方面，低温使絮凝剂用量增加，絮凝剂的较大黏性导致后续湿尾综合利用产品脱泥脱水困难，产品质量不合格。因此，寻求一种黏性小、沉降效果好的絮凝剂显得尤为必要。本文介绍了在寻求高效絮凝剂过程中的研究情况。

1 试验原料

试验用尾矿为梅山铁矿选矿厂降磷尾矿，取自浮选作业区至6#浓密机的尾矿输送管道，浓度16.27%。尾矿中的铁矿物多呈连生体形态，主要为赤褐铁矿和菱铁矿，黄铁矿、磁铁矿少量，褐铁矿微量，TFe品位19%～22%；脉石矿物主要为碳酸盐矿物（白云石、方解石）、石英、高岭石、长石、透辉石、石榴石和磷灰石等，尾矿粒度细、沉降性能较差。尾矿筛析结果见表1。

由表1可以看出，尾矿TFe品位21.95%、-400目65.00%，说明尾矿以细粒级为主。

2 试验药剂与溶液配制

试验用絮凝剂包括梅山铁矿选矿厂现用絮凝剂（命名为1#絮凝剂）与山东某公司提供的4种絮凝剂（分别命名为2#～5#絮凝剂），均为聚丙烯酰胺，各絮凝剂种类及分子量见表2。

试验用千分之一天平准确称量各絮凝剂0.300 g，再准确称取299.7 mL纯净水，配制成浓度为0.1%的溶液。药剂配制原则为现配现用。

各药剂溶解时间由短至长的顺序为2#絮凝剂、3#絮凝剂、1#絮凝剂、4#絮凝剂、5#絮凝剂。

3 试验方法

试验采用静态沉降试验法。静态沉降试验是根据悬浮液在重力场中的沉降分区行为，通过测定各区随时间的变化来研究悬浮液的沉降特性。

试验记录泥水分界面的沉降高度、时间以及压缩层体积（图1），试验步骤：①在1 000 mL的量筒中装入1 000 mL、浓度16.27%的尾矿浆，并搅拌均匀；②根据各絮凝剂的单耗，将配制好的絮凝剂分别注入量筒中；③用提子上下拉动，使絮凝剂与矿浆混合均匀后置于试验台上，同时用秒表计时，记录矿浆沉降时间与清水层高度；④根据矿浆沉降时间与清水层高度数据绘制尾矿浆的沉降曲线。

4 试验结果与分析

4.1 2#絮凝剂用量试验

用量筒量取摇匀的矿浆500 mL，先加入2#絮凝剂5 mL，用提子充分搅拌，在未见絮团形成的情况下继续添加2#絮凝剂5 mL，重复搅拌操作，仍未见明显絮团，沉降速度未见明显增加；继续加入2#絮凝剂3 mL，搅拌均匀，再次观察，发现有较大絮团形成，沉降速度明显加快，上清液澄清，因此选用2#絮凝剂13 mL较合适，对干尾矿的用量为160 g/t。试验效果见图2。

4.2 絮凝剂种类试验

向5个1 000 mL量筒中分别倒入500 mL搅拌均匀的矿浆，然后将5种絮凝剂对应加入5个量筒，添加量均为8 mL，用提子充分搅拌，混匀后置于试验台上，继续加入5 mL絮凝剂，重复上述操作发现，3#絮凝剂的絮团最大，沉降速度最快，其次是2#絮凝剂，现场用1#絮凝剂沉降速度最慢；5#絮凝剂上清液最澄清，其次是3#絮凝剂和2#絮凝剂，现场用1#絮凝剂效果最差。沉降5 min的压缩区体积见图3。

由图3可以看出，2#絮凝剂固体压缩比最小，因此压缩区矿浆浓度最大，其次是3#絮凝剂，现场用1#絮凝剂固体压缩比最大，意味着压缩区矿浆浓度最小。结合上述现象和结果，絮凝沉降效果最强的是3#絮凝剂，故后续试验选择用3#絮凝剂。

4.3 3#絮凝剂与1#絮凝剂对比试验

4.3.1 絮凝剂用量试验

向2个1 000 mL量筒中分别倒入1 000 mL搅拌均匀的矿浆，然后将现用1#絮凝剂、3#絮凝剂各15 mL对应加入2个量筒，用提子搅拌均匀后置于试验台上观察，在未见明显絮凝后分别继续对应添加絮凝剂10 mL，再用提子搅拌充分，此时3#絮凝剂絮凝效果明显，但仍未达到最佳效果，而1#絮凝剂仍未出现絮凝现象。5 min内的尾矿浆沉降曲线见图4。

由图4可以看出，絮凝剂添加量为25 mL的情况下（对干尾矿的用量约150 g/t），3#絮凝剂出现明显絮凝效果，沉降速度较快，5 min上清液的高度达15.8 cm，且上清液澄清，但未达到最佳效果；而1#絮凝剂未出现絮凝效果，沉降速度缓慢，5 min上清液的高度仅7.2 cm。

4.3.2 絮凝剂絮凝临界点加量对比试验

向2个1 000 mL量筒中分别倒入1 000 mL搅拌均匀的矿浆，然后按以下药剂制度添加絮凝剂：①1#絮凝剂按10 mL+10 mL+5 mL和10 mL+10 mL+8 mL节奏添加；②3#絮凝剂按10 mL+10 mL+5 mL、10 mL+10 mL+8 mL、10 mL+10 mL+8 mL+2 mL和15 mL+10 mL+10 mL的节奏添加，每次添加絮凝剂后均混合均匀，各添加量下每间隔30 s记录1次上清液层高度，沉降5 min试验结果见表3。

由表3可以看出，3#絮凝剂在添加量25 mL时，就有较快的絮凝沉降速度，在添加量增加至28 mL时，沉降速度明显加快；1#絮凝剂在添加量25 mL、28 mL和30 mL时均未出现明显的絮凝沉降效果，沉降速度较慢，絮团不明显，直至添加量35 mL时才达到较快的絮凝沉降速度。因此，3#絮凝剂絮凝临界点加量为28 mL（对干尾矿的用量164.71 g/t），而1#絮凝剂絮凝临界点加量为35 mL（对干尾矿的用量205.88 g/t），此时用1#絮凝剂的沉降速度较用3#絮凝剂略快。进一步的研究表明，最终3#絮凝剂的固体压缩比优于1#絮凝剂，见图5。

4.3.3 絮凝剂粘度比较

絮凝剂溶解浓度均为0.1%的情况下，1#絮凝剂与3#絮凝剂粘度对比结果见图6、图7。

由图6、图7可以看出，1#絮凝剂用手可以大量抓起，从指缝漏走的速度明显较慢，而3#絮凝剂用手只能抓起很少量，而且从指缝漏走的速度较快，可以很直观地反映2种药剂的粘度大小；数显六速旋转粘度计测得1#絮凝剂粘度值4.7 mPa·s，3#絮凝剂粘度值2.9 mPa·s。粘度小对后续湿尾综合利用产品脱泥脱水工艺比较有利。