充填站絮凝劑添加實施方案研究

彭 亮 ，姚中亮，尹賢剛

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；2.金屬礦山安全技術國家重點實驗室， 湖南 長沙 410012)

充填站絮凝劑添加實施方案研究

彭 亮1，2，姚中亮1，2，尹賢剛1，2

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；2.金屬礦山安全技術國家重點實驗室， 湖南 長沙 410012)

用立式砂倉進行充填時，普遍存在砂倉頂部溢流濃度高的問題，溢流水帶走大量尾砂顆粒，降低了尾砂利用效率，且降低了尾礦庫服務年限。為了提高充填尾砂利用率，通常需要在砂倉頂部添加絮凝劑，以加速尾砂沉降速度。對絮凝劑添加的必要性、添加方案、添加設備及成本分析等進行了分析。

尾砂充填；溢流；絮凝劑；沉降率；加藥機

1 絮凝劑添加的必要性

某公司目前兩個充填站的進砂流量均為350 m3/h，均大大超過實際所需進砂量，其中一充填站進砂量是實際需要量的2.33～2.74倍，另一個充填站為1.3～1.52倍。

充填站進砂量過大導致砂倉溢流濃度過高，當進砂濃度為40%～45%、進砂流量為350 m3/h 時，一充填站溢流濃度達到20%左右，最高為24%，另一個充填站溢流濃度達到23%左右，最高為27%。溢流濃度過高一方面使大量尾砂進入尾礦庫，另一方面使尾砂充填利用率降低，充填能力不能充分發揮，從而給采充平衡造成不利影響。由于溢流濃度過高導致尾礦庫服務年限大大降低。若尾礦庫滿庫后，充填站溢流需另找排放地點，根據目前整體生產設施布置，需另設濃密、輸送等設施，無論從技術經濟角度還是基建進度安排等方面看，均不是最佳選擇。

解決該難題的途徑有兩個方面，一方面為調節向兩個充填站的尾砂輸送量，使之與所需尾砂量相匹配；另一方面則為降低溢流濃度，減少尾砂入庫量，以延長尾礦庫服務年限，同時提高尾砂充填利用率。

通過對已建尾砂濃密、輸送設施調整，現已可實現兩充填站尾砂輸入量的調節，即可將向一充填站的尾砂輸送量調節至150 m3/h左右，向另一個充填站的尾砂輸送量調節至150～200 m3/h，而多余尾砂輸送至永久尾礦庫。

但生產實際表明，兩個充填站尾砂輸送流量調低后，砂倉溢流濃度仍然過高，充填站溢流濃度仍達15%以上，最高溢流濃度達18%以上。

導致溢流濃度過高的根本原因是尾砂中的細顆粒沉降速度小，特別是鏡鐵礦在選礦過程中添加懸浮劑，從而使細顆粒更難于沉降。

解決該技術難題的有效途徑是添加絮凝劑，絮凝劑可將尾砂中的細顆粒絮凝成團狀，從而加快沉降，以達到降低溢流濃度的目的。

2 絮凝實驗室試驗結果

為了解決該技術難題，在實驗室進行了多種絮凝劑試驗，絮凝劑品種包括無機絮凝劑和有機絮凝劑。無機絮凝劑為國產聚合硫酸鐵，現750萬t/a聯合選廠回水凈化處理系統即采用該絮凝劑。有機絮凝劑為聚丙烯酰胺。有機絮凝劑選用品種有山東德州、北方化工、河南億生及德國巴斯夫等多個廠家生產的多品種聚丙烯酰胺(PAN)。

試驗表明，在無機絮凝劑添加量達每噸干尾砂500～800 g的條件下，絮凝沉降效果不如有機絮凝劑添加量每噸干尾砂20～40 g的效果好，因而無論從技術上還是經濟方面考慮，無機絮凝劑不適宜于生產上采用。

而各品牌有機絮凝劑效果差異較大，根據等成本原則，北方化工生產的陰離子絮凝劑及德國巴斯夫生產的尾礦專用絮凝劑Pheomax9010性價比較優。

對上述兩種品牌絮凝劑做了進一步的試驗，結果表明：

(1) 對鏡鐵礦尾砂而言，當采用巴斯夫絮凝劑，其添加量為每噸干尾砂15 g時，5 min沉降濃度可達57.47%(初始濃度40%)，10 min沉降濃度為63.69%，而自然沉降時，10 min沉降濃度為45.05%，20 min沉降濃度為49.41%;

(2) 對磁鐵礦尾砂而言，當采用巴斯夫絮凝劑,其添加量為每噸干尾砂15 g時，5 min沉降濃度可達59.52%，10 min鐘沉降濃度可達62.5%，而自然沉降時，10 min沉降濃度為43.48%，20 min沉降濃度為46.73%；

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(3) 對鏡鐵礦尾砂而言，當采用北方化工絮凝劑，其添加量為每噸干尾砂40 g時，10 min沉降濃度可達58.14%，20 min沉降濃度為62.89%;

(4) 對磁鐵礦尾砂而言，當采用北方化工絮凝劑，其添加量為每噸干尾砂40 g時，10 min沉降濃度45.87%，20 min沉降濃度為60.24%。

由上述試驗結果可知，添加有機絮凝劑后，可顯著加速尾砂細顆粒沉降速度，從而降低溢流濃度，提高尾砂充填利用率。同時通過對比試驗可知，無論是鏡鐵礦還是磁鐵礦，巴斯夫尾礦專用絮凝劑添加量為每噸干尾砂15 g，其同等時間尾砂沉降濃度均高于添加量為每噸干尾砂40 g的北方化工絮凝劑，特別是沉降早期即添加絮凝劑后短時間內，其絮凝沉降效果優于北方化工產的絮凝劑，所以推薦采用德國巴斯夫生產的尾礦專用絮凝劑Pheomax9010，鏡鐵礦尾砂及磁鐵礦尾砂添加量均為每噸干尾砂15 g。

3 絮凝劑添加工藝及參數

有機絮凝劑為白色粉末，25 kg防潮袋裝，添加時將之調制成0.1%～0.5%的溶液并與尾砂漿相混合，所以其添加工藝為溶液調制、儲存、泵送、混合等環節。絮凝劑添加系統見圖1。

圖1 絮凝劑添加系統

根據現有充填設施布置，將絮凝劑添加系統布置于各充填站的廠房內，選用自動加藥機調制、存儲、輸送絮凝劑。選用巴斯夫尾礦專用絮凝劑，絮凝劑添加量為每噸干尾砂15 g。

根據各充填站充填能力分配，3#充填站進砂流量為150 m3/h左右，相應濃度為0.1%絮凝劑溶液添加量為1.2～1.4 m3/h，2#充填站進砂流量為270 m3/h左右，相應濃度為0.1%絮凝劑溶液添加量為2.2～2.5 m3/h。

根據上述參數可選用淮北中芬礦山機器有限責任公司生產的ZJY4—00型自動加藥機，其攪拌桶容積為4 m3，存儲箱容積8 m3，泵流量10 m3/h(可調)，泵揚程H=50 m，電機功率3 kW。該加藥機可根據設定的藥劑配制濃度及添加量自動完成藥劑配制、存儲、泵送等作業。

絮凝劑溶液經泵加壓后，通過DN30不銹鋼管輸送至各立式砂倉頂部分砂閥內側，為了使絮凝劑與尾砂充分混合，每個砂倉設置一個DN250不銹鋼在線混合器(管道混合器)，同時設置DN30不銹鋼球閥及DN30不銹鋼單向閥。

4 設備投資與絮凝劑添加成本

絮凝劑價格為3000元/t,按處理每噸干尾砂消耗15 g絮凝劑計算，加上水電消耗每噸干尾砂添加絮凝劑的總成本為0.5元。

3#充填站年充填50萬m3，充填用磁鐵礦尾砂總量63.7萬t，按添加絮凝劑后平均溢流濃度5%計算，則尾砂沉降率為91.9%，每年需向3#充填站輸送干尾砂總量為69.3萬t，而溢流帶走細顆粒5.6萬t，則年絮凝劑添加運營成本34.65萬元。

一充填站年充填86.5萬m3，充填用鏡鐵礦尾砂總量116.2萬t。由于鏡鐵礦尾砂沉降性能較磁鐵礦尾砂差，按添加絮凝劑后平均溢流濃度8%計算，則尾砂沉降率為86.8%，每年需向2#充填站輸送干尾砂總量為133.87萬t，而溢流帶走細顆粒17.67萬t，則年絮凝劑添加直接成本66.935萬元。

兩個充填站達到其生產能力合計直接成本101.585萬元，其中絮凝劑總用量30.48 t，成本91.43萬元，占90%。

5 預期效果分析

通過采用調節向各充填站輸送的尾砂量及添加絮凝劑兩項措施，一方面可使排放至尾礦庫的尾砂量大幅度減少，從而有效延長兩尾礦庫服務年限，另一方面則可增加充填站的尾砂利用率，充分發揮各充填站的生產能力，從而實現采充平衡。

3#充填站按年充填50萬m3計算，年充填用磁鐵礦尾砂63.7萬t，按添加絮凝劑后平均溢流濃度5%計算，則年進砂總量為69.3萬t。當進砂濃度為40%～45%時，進砂流量為163.42～139.11 m3/h，而溢流入尾礦庫尾砂量為5.6萬t，約占庫容3.7萬m3。

2#充填站按年充填86.5萬m3計算，年充填用鏡鐵礦尾砂116.2萬t，按添加絮凝劑后平均溢流濃度8%計算，則年進砂總量為133.87萬t。當進砂濃度為40%～45%時，進砂流量為311.29～264.27 m3/h，而溢流入尾礦庫尾砂量為17.67萬t，約占庫容11.78萬m3。

由于溢流濃度的大大降低，從而提高了尾砂利用率，進而增加了尾礦的服務年限。

6 結 語

目前采用充填采礦的礦山越來越多，但采用立式砂倉進行充填時，很多礦山都會有溢流濃度過高的問題，溢流濃度過高會帶來很多后續影響生產的問題。本文對礦山采用添加絮凝劑降低溢流濃度給出了較合理的解釋，并在實驗中也證實了這是有效的途徑之一。絮凝劑類型的選擇必須要經過一系列的實驗才能找出最佳的一種類型；通過絮凝劑濃度、進砂濃度、充填量等參數可以選定合適的加藥機，并作為加藥機的設定參數；某礦山兩個充填站達到其生產能力合計直接使用成本將會達到100萬左右，但是這樣的投入可以大大延長尾礦庫的服務年限，從長遠和可持續發展來看是非常有意義的。

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2013-10-25)

彭 亮(1983-)，貴州遵義人，在讀研究生，主要從事采礦充填工藝研究，Email：Lpeng008@qq.com。