拜什塔木銅礦高含泥全尾砂絮凝劑選型研究*

邢　鵬　楊錫祥　王洪江　周發(fā)陸　王少勇　初玉山

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院；2.伽師縣銅輝礦業(yè)有限責(zé)任公司)

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拜什塔木銅礦高含泥全尾砂絮凝劑選型研究*

邢鵬1楊錫祥2王洪江1周發(fā)陸2王少勇1初玉山2

(1.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院；2.伽師縣銅輝礦業(yè)有限責(zé)任公司)

摘要針對(duì)拜什塔木銅礦尾砂易泥化，導(dǎo)致深錐濃密機(jī)溢流跑渾，嚴(yán)重影響礦山充填系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況，為改善濃密機(jī)底流濃度，在對(duì)絮凝劑絮凝機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，提出了更換絮凝劑的方案。通過(guò)對(duì)N123、MF5250、XJTH 3種絮凝劑的初步選型試驗(yàn)及對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明：相同絮凝劑單耗條件下，MF5250能夠顯著縮短沉降時(shí)間，有效加快沉降速率；同時(shí)在室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，得出了絮凝劑單耗和最佳流量等主要參數(shù)。

關(guān)鍵詞高含泥尾砂絮凝沉降選型深錐濃密機(jī)膏體充填

拜什塔木銅礦年生產(chǎn)能力為70萬(wàn)t，年產(chǎn)生尾礦90萬(wàn)m3，尾礦庫(kù)服務(wù)年限為25 a。礦山原采礦方法為中深孔留礦法，不對(duì)空區(qū)進(jìn)行充填，因此出現(xiàn)地表塌陷、井下地壓顯現(xiàn)明顯、巷道變形大的情況，如不進(jìn)行充填，深部資源將無(wú)法開(kāi)采。同時(shí)，依照礦山現(xiàn)尾砂排放速度，尾礦庫(kù)庫(kù)容將不能滿足需要。因此，為確保礦山長(zhǎng)期穩(wěn)定高效運(yùn)營(yíng)，必須改進(jìn)采礦技術(shù)。經(jīng)相關(guān)的技術(shù)論證，擬采用VCR法嗣后膏體充填技術(shù)。尾礦濃密系統(tǒng)是充填系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該礦充填系統(tǒng)應(yīng)用的深錐濃密機(jī)是近年來(lái)快速發(fā)展的一種尾礦濃密技術(shù)[1-3]，具有流程簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定，底流濃度高等優(yōu)點(diǎn)[4]。拜什塔木銅礦為高含泥尾砂，沉降速度慢，在該礦濃密過(guò)程中出現(xiàn)溢流跑渾現(xiàn)象，對(duì)濃密機(jī)處理能力及效果產(chǎn)生了不利影響。

影響濃密機(jī)處理效果的因素主要有濃密機(jī)性能，如高徑比、耙架和導(dǎo)水桿等[5-6]；尾砂性質(zhì)，如尾砂粒級(jí)組成、入料濃度等；以及絮凝劑種類、單耗及其性能等[7-8]。在濃密機(jī)性能已定條件下，對(duì)尾砂性質(zhì)和絮凝劑這兩種因素進(jìn)行分析。該濃密系統(tǒng)所用尾砂中高嶺石族、伊利石族、蒙脫石族、蛭石族以及海泡石族等控制黏性土物理特性的礦物含量高，因此尾砂表現(xiàn)出易泥化的特點(diǎn)。而超細(xì)高泥尾礦顆粒由于質(zhì)量比較小，表面電位比較高[9-10]，因此沉降難度較大。另外拜什塔木銅礦原使用的XJTH屬于聚丙烯酰胺絮凝劑，是一種有機(jī)高分子絮凝劑，其特性黏數(shù)高、絮凝速度快，對(duì)于含泥量小的尾砂具有良好的處理效果[11-13]。但對(duì)于含泥量高的尾礦，由于絮凝劑分子量小，絮凝劑與尾礦顆粒形成的鏈狀結(jié)構(gòu)重量較輕，因此沉降比較緩慢。有時(shí)不能有效的形成沉降絮團(tuán)，因而達(dá)不到處理要求，在礦山應(yīng)用過(guò)程中也出現(xiàn)了跑渾現(xiàn)象。

故針對(duì)拜什塔木銅礦尾砂含泥量高、表面能較強(qiáng)、沉降速度慢的特點(diǎn)，提出了更換為分子量比較大的絮凝劑的方案，并進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比。

1絮凝沉降試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)材料

(1)全尾砂。全尾砂容重相對(duì)較小，孔隙率相對(duì)較大。物理性質(zhì)見(jiàn)表1，全尾砂粒級(jí)分析與XRD分析見(jiàn)圖1、圖2。

表1　全尾砂物理參數(shù)

圖1　拜什塔木銅礦全尾砂粒級(jí)分析

圖2　拜什塔木銅礦全尾砂XRD礦物組成分析

由圖1、圖2可知，全尾砂中含有一定量的細(xì)顆粒，其中-74 μm粒級(jí)含量為64.32%；同時(shí)尾礦中有一定量的含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽礦物，而這些礦物控制著黏性土物理特性，是構(gòu)成黏土礦物的主要成分；黏土礦物顆粒細(xì)小，具有膠體特性，與水發(fā)生活躍的物理化學(xué)作用致使黏土礦物具有較高的屈服應(yīng)力及黏度，因此尾礦沉降性能差。

(2)絮凝劑。試驗(yàn)共選取3種絮凝劑進(jìn)行效果對(duì)比。試驗(yàn)中用到的絮凝劑有原使用的絮凝劑，型號(hào)為XJTH；巴斯夫絮凝劑，型號(hào)為MF5250；天潤(rùn)絮凝劑，型號(hào)為N123，絮凝劑性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　3種絮凝劑性能參數(shù)

1.2試驗(yàn)方案

試驗(yàn)分為兩部分進(jìn)行，初步選型試驗(yàn)和絮凝效果對(duì)比試驗(yàn)。初步選型試驗(yàn)中選取3種絮凝劑進(jìn)行沉降速度對(duì)比以選取沉降速率最佳的絮凝劑。根據(jù)初步選型試驗(yàn)結(jié)果，絮凝效果對(duì)比試驗(yàn)將選出的絮凝劑與原絮凝劑以及空白對(duì)照組進(jìn)行絮凝效果對(duì)比，作為是否更換絮凝劑的依據(jù)。

1.2.1初步選型試驗(yàn)

配置料漿濃度為20%，絮凝劑濃度為0.3%，絮凝劑單耗為20 g/t。采用巴斯夫MF5250、銅礦正在使用的絮凝劑XJTH、天潤(rùn)N123共3種絮凝劑與空白對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

(1)配置絮凝劑溶液。各取水9.97 g，絮凝劑0.03 g，配制濃度為0.3%的絮凝劑溶液，再用標(biāo)有刻度的注射器稱取1 g該絮凝劑溶液加入到9g水中，稀釋成濃度為0.03%的絮凝劑溶液。

(2)配置全尾砂漿。稱取4份50 g尾砂，分別加入到貼有坐標(biāo)紙的250 mL量筒中，然后加入200 g水，緩慢攪拌30～45 min，配制成濃度為20%的全尾砂漿。

(3)根據(jù)絮凝劑單耗20 g/t，分別向量筒中加入16.7 g不同的絮凝劑溶液，記錄尾砂沉降液面在不同時(shí)刻所在的位置。沉降面記錄結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3　絮凝劑初步選型試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可見(jiàn)，MF5250絮凝劑沉降高度到100 mm的時(shí)間為5 min，而其他三者下降到同一高度的時(shí)間分別為7，12，22 min，因此其沉降效果明顯優(yōu)于其他三者，故選定MF5250絮凝劑與原絮凝劑進(jìn)行沉降效果對(duì)比試驗(yàn)。

1.2.2沉降效果對(duì)比

為了綜合分析巴斯夫絮凝劑的沉降性能，對(duì)巴斯夫MF5250和XJTH絮凝劑進(jìn)行沉降性能對(duì)比試驗(yàn)研究。目前，選廠尾砂料漿濃度為25%～30%，濃密機(jī)稀釋后的料漿濃度在15%左右。因此配置料漿濃度為15%，絮凝劑濃度為0.025%，絮凝劑單耗為20，35 g/t進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

(1)取水9.975 g，絮凝劑0.025 g，配制濃度為0.25%的絮凝劑溶液，再用標(biāo)有刻度的注射器稱取1 g該絮凝劑溶液加入到9 g水中，稀釋成濃度為0.025%的絮凝劑溶液。

(2)稱取尾砂75 g，加入到貼有坐標(biāo)紙的500 mL量筒中，然后加入425 g水，充分混合均勻，配制成濃度為15%的全尾砂漿。

(3)設(shè)定絮凝劑單耗20 g/t，向量筒中加入6 g絮凝劑溶液；設(shè)定絮凝劑單耗35 g/t，向量筒中加入9 g絮凝劑溶液，緩慢攪拌30～45 min。

記錄尾砂沉降液面450～350 mL 所用時(shí)間，2 min后壓縮高度，用澄清度檢測(cè)儀測(cè)量上清液透光率以獲得其澄清度并記錄結(jié)果。

2試驗(yàn)結(jié)果與探討

對(duì)沉降效果相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，記錄結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　不同絮凝劑沉降效果記錄

由表3可知，MF5250的各項(xiàng)絮凝效果均明顯優(yōu)于XJTH，沉降時(shí)間與沉降速率存在一定的相關(guān)性，而壓縮層高度決定了澄清度，故只針對(duì)沉降速率與澄清度展開(kāi)討論。

(1)沉降速率。如圖4所示，在絮凝劑單耗較低時(shí)(20 g/t)，XJTH絮凝劑只能產(chǎn)生極少量的絮團(tuán)，沉降速率極慢(0.12 m/h)，而MF5250則會(huì)產(chǎn)生明顯絮團(tuán)，且仍然具有較大(12.89 m/h)的沉降速率；當(dāng)絮凝劑單耗增加時(shí)(35 g/t)，雖然XJTH絮凝劑有少量絮團(tuán)產(chǎn)生，但其沉降速率慢；而MF5250的沉降速率為27.77 m/h，是XJTH的13.9倍，其性能更優(yōu)越。

圖4　絮凝劑速率對(duì)比

(2)壓縮區(qū)高度。如圖5所示，絮凝劑單耗為20 g/t時(shí)，XJTH用時(shí)約30 min產(chǎn)生了很高的壓縮層(420 mm)，而MF5250用時(shí)很短(101 s)，且壓縮區(qū)狀態(tài)良好；單耗增加至35 g/t時(shí)，XJTH其壓縮高度依然較高(325 mm)，而MF5250壓縮區(qū)高度依然保持原狀態(tài)。

圖5　壓縮層高度對(duì)比

由圖4、圖5可知，絮凝劑單耗對(duì)XJTH的沉降效果影響比較明顯，XJTH絮凝劑單耗為20 g/t時(shí)，只產(chǎn)生極少量的絮團(tuán)，絮團(tuán)沉降速率很小(0.12 m/h)，壓縮層高度很高(420 mm)；單耗增加到35 g/t時(shí)，則產(chǎn)生較多絮團(tuán)，有一定的沉降速率(2 m/h)，壓縮層高度也明顯減小(325 mm)。對(duì)于MF5250，單耗從20 g/t增加到35 g/t時(shí)，沉降速率明顯加快，從12.89 m/h增加到27.77 m/h，但在壓縮層高度和澄清度方面，單耗的增加對(duì)其效果并不明顯。

3工業(yè)試驗(yàn)研究

在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，展開(kāi)了工業(yè)試驗(yàn)研究，以驗(yàn)證更換絮凝劑方案的可行性。

3.1固定入料流量絮凝劑單耗試驗(yàn)

設(shè)定入料流量為120 m3/h，首先將絮凝劑單耗設(shè)為40 g/t，此時(shí)入料井中絮團(tuán)形成迅速且尺寸較大，絮凝效果非常好。但慮及迅速形成的絮團(tuán)可能導(dǎo)致壓耙事故，因此將絮凝劑單耗依次設(shè)為35，30，25，20，15 g/t查看其試驗(yàn)效果。試驗(yàn)期間耙架扭矩在10%以下，處于正常范圍，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，絮凝劑單耗從35 g/t降低到20 g/t的過(guò)程中，絮團(tuán)形態(tài)良好，溢流水較為澄清；單耗為15 g/t時(shí)，絮團(tuán)形成速度明顯減慢，溢流水澄清度也明顯降低。絮凝劑單耗越低，絮團(tuán)形成速度越慢且絮團(tuán)形成溢流水澄清度也降低；單耗小于20 g/t時(shí)，絮團(tuán)形成速度較慢，導(dǎo)致溢流水澄清度不符合要求。

表4　工業(yè)試驗(yàn)絮凝效果

3.2不同入料流量絮凝劑單耗試驗(yàn)

為確保濃密機(jī)在不同尾砂入料流量時(shí)能保持工況，設(shè)定入料流量為110～130 m3/h、135～ 165 m3/h、170～190 m3/h，展開(kāi)不同流量條件下絮凝劑單耗試驗(yàn)。工業(yè)試驗(yàn)效果見(jiàn)圖6，絮團(tuán)形成較為迅速且澄清區(qū)未見(jiàn)渾濁，溢流水含砂量小。不同流量絮凝劑試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

圖6　工業(yè)試驗(yàn)效果圖

進(jìn)料流量/(m3/h)絮凝劑單耗/(g/t)溢流澄清度110～13020～2535135～16525～2835170～19028～3033

由表5可知，入料流量為110～130 m3/h時(shí)，絮凝劑單耗量為20～25 g/t，絮團(tuán)形成速度較快，溢流水澄清度為35，絮凝效果良好；入料流量為135～165 m3/h時(shí)，絮凝劑單耗為25～28 g/t，此時(shí)絮團(tuán)形成速度與溢流水澄清度均能滿足要求；入料流量為170～190 m3/h時(shí)，由于流量的增加，導(dǎo)致尾砂濃度降低，絮凝劑被稀釋，因此其單耗也需增加，最佳絮凝劑單耗量為28～30 g/t，相應(yīng)澄清度為33。

4結(jié)論

(1)針對(duì)拜什塔木銅礦絮凝劑選型問(wèn)題，建議采用巴斯夫MF5250絮凝劑，相較于現(xiàn)場(chǎng)使用的XJTH型絮凝劑，其絮凝沉降快，壓密效果好，絮凝效果好，溢流水澄清度高，綜合比較下，大大降低了生產(chǎn)成本。

(2)MF5250絮凝劑工業(yè)試驗(yàn)后，對(duì)于低流量(120 m3/h)絮凝效果較好，所用絮凝劑單耗為 25 g/t，當(dāng)流量調(diào)高到180 m3/h左右時(shí)，所用絮凝劑單耗30 g/t，此時(shí)絮凝效果較好，基本保證溢流水較澄清，經(jīng)過(guò)前期室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，尾砂稀釋后的絮凝效果要比稀釋前的效果好。

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Research on Flocs Selection of Tailings with High Sliming in Baishitamu Copper Mine

Xing Peng1Yang Xixiang2Wang Hongjiang1Zhou Falu2Wang Shaoyong1Chu Yushan2

(1.School of Civil and Environment Engineering, University of Science & Technology Beijing；2. Kashi County Tonghui Mining Co.,Ltd.)

AbstractAiming at the problems of tailings easy to sliming in Baishitamu Copper Mine, result in deep cone thickener overflow is easily muddy, seriously affect the normal operation of mine filling system. In order to improve the thickener underflow concentration, on the basis of the flocculant flocculation mechanism analysis, the replacement of flocculant was put forward. By preliminary selection of 3 kinds of flocculants N123, MF5250, and XJTH test and contrast test results show that with the same flocculant dosage, MF5250 can significantly shorten the settling time, effectively accelerate the sedimentation rate; At the same time, the industrial experiment was conducted on the basis of the laboratory test results, main parameters like the flocculating agent and the best flow quantity and so on is obtained.

KeywordsTailings of high mud content, Flocculants sediments, Selection, Deep cone thicker, Paste backfilling

(收稿日期2016-01-18)

*國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題(編號(hào)：2012BAB08B02)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(編號(hào)：FRF-TP-15-044A2)。

邢鵬(1990—)，男，碩士研究生，100083 北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號(hào)。

·礦物加工工程·