全尾砂絮凝沉降規律研究

王建軍，許文遠，郭利杰

(北京礦冶研究總院,北京 100070)

在采用立式砂倉進行充填的礦山，普遍存在砂倉頂部溢流水跑渾問題。為提高尾砂充填利用率和降低溢流水含砂率，通常在進行立式砂倉尾砂充填系統設計時要進行尾砂的自然沉降試驗，以便研究尾砂沉降特性，為設計提供依據[1]。

在立式砂倉的全尾砂漿固液分離主要采用重力沉降[2]，同時為提高尾砂的沉降速度，減少溢流水跑渾，部分礦山在全尾砂漿中加入絮凝劑，以保證溢流澄清脫水效果。

本試驗選用某銅礦山的全尾砂作為研究目標，進行全尾砂漿沉降規律研究。

1 試驗研究

試驗主要進行了全尾砂自然沉降和添加絮凝劑沉降，其絮凝劑采用礦山生產中采用的絮凝劑。

1.1 尾砂基礎參數

尾砂基礎參數測試主要測定了尾砂容重、密度、孔隙率、滲透系數等(表1)，全尾砂粒級組成分析結果見表2。

表1 尾砂基礎參數

1.2 尾砂沉降試驗研究

絮凝劑對沉降特性影響的研究。沉降試驗方案時選用了不同尾砂濃度、不同絮凝劑添加量組合的沉降試驗。試驗參數如下：

尾砂濃度Cw(%)：20，25，30，35，40，45，50，55。

絮凝劑添加量F(g/t尾砂)：0，15，30，50，60，100，150。

試驗結果見圖1～圖4。

表2 尾砂粒級組成

備注：d10=2.943～3.265μm，d50=36.753～40.668μm，d90=247.598～248.624μm，不均勻系數α=d90/d10=76.1～84.1。

圖1 不同絮凝劑添加量及尾砂進料濃度下尾砂線性沉降速度曲線

圖3 不同絮凝劑添加量及尾砂進料濃度下的線性沉降終了沉降濃度曲線

圖4 不同絮凝劑添加量及尾砂進料濃度下的尾砂壓縮濃度曲線

由量筒沉降試驗[3]結果可得出如下結論：

1)隨著進料尾砂濃度的增加，尾砂的線性沉降速度逐漸減小；在不添加絮凝劑的情況下，其線性沉降速度很小，小于0.5cm/min；隨著絮凝劑添加量的增加，其線性沉降速度大幅度提高，并且，進料尾砂濃度越低，其線性沉降速度提高幅度越大。

2)隨著進料尾砂濃度的增加，尾砂線性沉降時間越來越長；在不添加絮凝劑的情況下，其線性沉降時間普遍在1h以上；隨著絮凝劑添加量的增加，其線性沉降時間很快降低，并且，進料尾砂濃度越低，其線性沉降時間降低幅度越大。

3)隨著進料尾砂濃度的增加，尾砂線性沉降終了尾砂平均濃度越來越高，其最大值約為63%，并且該最大值隨著絮凝劑添加量的增加有逐漸減小的趨勢。

4)隨著進料尾砂濃度的增加，尾砂沉降終了時壓縮區的平均濃度越來越高；在不添加絮凝劑的情況下，壓縮區的平均濃度可達70%左右，但隨著絮凝劑添加量的增加，該值有逐漸減小的趨勢。

容器高度對沉降特性影響的研究。由于量筒沉降高度較小，對壓縮區尾砂的壓力不大，不利于提高壓縮區尾砂濃度，上述沉降試驗結果尾砂沉降濃度普遍低于70%，達不到試驗要求。考慮到實際立式砂倉筒高度，為了解沉降高度對提高壓縮尾砂濃度的作用，室內試驗采用有機玻璃管進行了高度2m、5m的沉降試驗。

試驗裝置主要由數根長度為1m的有機玻璃管組成，為便于取樣，在每根玻璃管距上/下口75mm處設置小孔和開關，同時便于試驗結束后放空管中料漿。沉降試驗進料漿濃度45%，不添加絮凝劑，測定結果見表3。

表3 不同沉降高度下的沉降尾砂濃度(單位：%)

備注：取樣點號見圖5。

圖5 有機玻璃沉降試驗取樣點示意圖

由表3可知，隨著沉降柱高度的增加，沉降終了時尾砂漿柱與原漿柱高度比值降低，尾砂沉降平均濃度增加；并且，高濃度(>73%)的尾砂(壓縮區)有一定幅度的上升：2m漿柱條件下，其壓縮區高約為0.5m； 5m漿柱條件下，壓縮區高度增加至接近0.9m，表明尾砂漿柱的增加對于提高沉降壓縮區高度是非常有利的。

3 工業試驗與應用

工業試驗方案為：選廠尾砂通過一臺渣漿泵直接輸送至倉頂，尾砂濃度等于選廠尾砂濃度，約25%；由于輸送泵采用的是非變頻率電機，對于固定的輸送管路，其泵送漿體流量基本不變，經試驗實際測定約270～280m3/h，試驗進行了不同絮凝劑添加量倉頂溢流澄清試驗。

絮凝劑的添加方式分兩種試驗:①在渣漿泵前添加;②在立式砂倉倉頂添加。根據試驗情況分析，在渣漿泵前添加絮凝劑效果較差，其原因可能在于渣漿泵在輸送過程中破壞了絮凝劑的絮網結構。試驗采用倉頂絮凝劑集中泵送至倉頂，多點分散添加的方式。

試驗方案：①絮凝劑添加量從小到大；②絮凝劑添加量從大到小。

試驗結果表明第二種方案要優于第一種方案，最終絮凝劑的添加量15g/t時可滿足溢流水回水要求，即含固量小于3%。

倉底放砂參數為60m3/h，濃度大于72%。

4 結論

該礦山充填站的立式砂倉采用了重力與絮凝沉降的方式較好的解決了充填系統的連續進砂、放砂充填，它滿足了礦山充填的技術要求。該項研究成果已成功運用于某深井大規模充填，設計平均充填能力3800m3/d，采用高濃度全尾砂料漿充填采空區，不僅解決某極細粒級全尾砂直接制備成高濃度砂漿，通過深井料漿自流管輸充填采空區，保證回采區域開采的安全；而且還可解決礦山開采尾礦排放問題，提高礦山的資源利用率、保護遠景資源、減少固體廢料向地表排放，也是充分利用尾礦資源發展節地、節能、節材、環保利廢的直接有效的途徑。節約地表尾礦堆放土地資源，減少對環境的污染。保護環境，為建設無廢排放礦山奠定基礎。解決了深井高大采場傾斜底部結構帶來的充填問題，為建設無廢排放礦山奠定基礎，為國內外礦山充填技術的發展作出了貢獻。

[1] 王方漢，陳德標.立式砂倉絮凝濃縮泥漿技術研究與應用[J].金屬礦山,2000(1):21-24.

[2] 楊守志.固液分離[M].北京：冶金工業出版社.2003.

[3] 周興龍，張文彬.量筒內進行礦漿沉降試驗的方法[J].有色金屬:選礦部分,2005(5):30-32.