梅山降磷超細粒尾礦沉降試驗

歐張文 勾金玲

(梅山鋼鐵公司礦業分公司)

?

梅山降磷超細粒尾礦沉降試驗

歐張文 勾金玲

(梅山鋼鐵公司礦業分公司)

梅山鐵礦為改善降磷再選尾礦超細粒級尾礦的沉降性能，在對超細顆粒尾礦性質研究的基礎上，以梅山降磷超細粒尾礦為原料進行了靜態沉降試驗，對絮凝劑的種類、分子量、用量、加入方式等因素進行了詳細分析，通過合理的添加絮凝劑改善了超細粒級尾礦的沉降性能，提高了超細粒級尾礦的沉降速度，同時為探索其后續的綜合利用途徑奠定了理論基礎。

超細粒鐵尾礦 沉降速度 壓縮區濃度 絮凝劑

梅山鐵礦是國內大型地下礦山，采、選綜合能力為450萬t/a，尾礦量達到125萬t/a。目前投產運行的尾礦再選在一定程度上緩解了尾礦處理問題，尾礦再選系統采用高頻細篩篩分—旋流器分級—陶瓷過濾機脫水生產工藝流程，旋流器溢流經25 m大井濃縮后用隔膜泵送到尾礦庫，旋流器沉砂經陶瓷過濾機脫水后和高頻細篩篩上產品合并作為建材外銷[1]。

近年來，梅山鐵礦濕尾礦量逐年增加，雖然經過再選回收有效地減少了尾礦排放，緩解了尾礦庫的堆存壓力，但再選后仍有大量的細粒級尾礦需要遠距離輸送至尾礦庫，尾礦輸送成本居高不下。同時由于梅山鐵礦地處南京，尾礦庫征地難度極大，尾礦堆存成為制約礦山可持續發展的難題。為此，試驗對尾礦再選旋流器溢流的細顆粒進行試驗室沉降試驗，為生產提供理論指導。

1 尾礦性質

現梅山鐵礦尾礦再選生產工藝流程主要是對浮選降磷尾礦進行處理，通過多年的生產優化調整，目前尾礦再選生產工藝流程見圖1。

浮選降磷尾礦通過大井濃縮、脫水篩分、水力分級、陶瓷過濾工序處理，按照廠家對鐵尾砂產品質量的要求，綜合粗砂和細砂的混拌進行銷售。其中旋流器的溢流經過濃縮后輸送到尾礦庫。

試驗所用物料直接從旋流器溢流口取得，尾礦密度為3.21 g/cm3，主要鐵礦物為菱鐵礦、赤鐵礦，少量黃鐵礦和磁鐵礦，微量褐鐵礦、黃銅礦和磁黃鐵礦。主要脈石礦物為碳酸鹽(白云石、方解石)、石英、長石、透輝石、磷灰石等。尾礦鐵物相分析結果見表1，尾礦化學多元素分析結果見表2，尾礦粒度組成見表3。

圖1 尾礦再選生產工藝流程

表1 尾礦鐵物相分析 %

由表1可知，降磷尾礦中有用礦物主要為FeCO3，其鐵分布率為49.74%，其次為Fe2O3，其鐵分布率為43.69%，兩種鐵礦物鐵分布率合計為93.43%。

表2 尾礦化學多元素分析結果 %

由表2可知，降磷尾礦中主要雜質為SiO2和CaO，其含量分別為23.12%和13.60%，降磷尾礦中的有害雜質S、P含量分別為0.991%和1.34%，降磷尾礦(w(MgO+ CaO)/w(Al2O3+SiO2)=0.593)屬于半自熔性礦石。

表3 尾礦粒度組成

由表3可知，尾礦再選旋流器溢流以-20 μm超細顆粒為主，其中d95為26 μm，d50為5 μm；-2 μm含量為24.46%，屬于超細粒尾礦。

2 試驗研究

針對尾礦再選旋流器溢流礦漿尾礦礦漿粒度細、沉降速度緩慢等問題，分別進行了自由沉降試驗和絮凝沉降試驗，通過試驗的對比，觀察分析試驗現象，總結試驗結論，得到提高梅山尾礦再選超細粒尾礦快速沉降最佳試驗方案，為后續探索超細粒級尾礦綜合利用提供基礎支撐。試驗樣品礦漿濃度在11%左右。

2.1 自然沉降試驗

試驗樣品取自生產現場尾礦再選的旋流器溢流礦漿，礦漿濃度為11%，攪拌均勻后，定容至滿刻度自然沉降試驗結果見表4，自然沉降曲線見圖2。

表4 自然沉降性能指標

圖2 自然沉降曲線

由試驗現象和表4、圖2可知，礦漿沉降緩慢，初始泥漿界面模糊；當泥漿界面出現后，泥漿界面下移速度緩慢，由于細顆粒受重力作用影響有限，礦漿自然沉降非常緩慢，沉降100 min接近沉降臨界點；礦漿的沉降速度為0.24 cm/min，壓縮區濃度為46.51%。

2.2 絮凝劑沉降試驗

絮凝是用高分子絮凝劑通過橋聯作用，把微細顆粒聯結成一種松散的、網絡狀的聚集狀態[2]。絮凝劑主要是帶有正(負)電性的基團中和一些水中帶有負(正)電性難于分離的一些粒子或顆粒，降低其電勢，使其處于不穩定狀態，并利用其聚合性質使得這些顆粒集中，并通過物理或化學方法分離出來。絮凝劑在尾礦處理中已經得到廣泛應用，添加絮凝劑可以降低溢流水的濁度。同時可以加速礦漿的沉降速度，提高生產效率[3]。

2.2.1 絮凝劑種類選擇

通過分別添加非離子型、陽離子型、陰離子型絮凝劑，研究梅山尾礦再選超細粒級尾礦的沉降效果。采用11%濃度礦漿考察不同絮凝劑種類對尾礦沉降性能的影響，結果見圖3，不同類型絮凝劑絮凝沉降性能指標見表5。

圖3 絮凝劑種類對比試驗結果

絮凝劑類型沉降速度/(cm/min)壓縮區濃度/%陰離子型0.2845.32非離子型1.3243.11陽離子型3.5140.88

由表5可知，加入絮凝劑后尾礦沉降速度較自由沉降速度明顯提高，添加絮凝劑后礦漿在沉降30 min后均慢慢趨于變緩；通過試驗可知，超細粒尾礦粒子帶有電荷，通過添加絮凝劑，使礦漿系統失去穩定性，使超細顆粒礦物變得容易聚集，然后再發揮吸附架橋網捕作用使雜質沉淀下來;在相同的絮凝劑用量條件下，沉降效果按陽離子型>非離子型>陰離子型的順序降低，陽離子絮凝劑沉降速度為3.51 cm/min，沉降速度最快；綜合考慮，選用陽離子型聚丙烯酰胺絮凝劑進行后續試驗。

2.2.2 絮凝劑分子量

為探索絮凝劑分子量對梅山鐵礦尾礦再選超細粒級尾礦沉降效果的影響，分別選用分子量為300萬、500萬、800萬、1 200萬、1 500萬的絮凝劑進行試驗研究，采用11%濃度礦漿考察不同分子量絮凝劑對尾礦沉降性能的影響，沉降曲線見圖4，絮凝沉降性能指標見表6。

圖4 不同分子量絮凝劑的絮凝沉降曲線

絮凝劑分子量/萬沉降速度/(cm/min)壓縮區濃度/%3001.9642.185003.5140.888003.7139.1612003.7838.5515003.9136.97

由表6可知，增大絮凝劑分子量有利于提高尾礦沉降速度，但壓縮區濃度會有所降低，綜合考慮，采用500萬分子量聚丙烯酰胺絮凝劑。

2.2.3 絮凝劑用量

絮凝劑在添加過程中，用量不足時，絮凝不徹底，用量過量時，則會造成膠體的再穩定，降低絮凝效果。

分別選擇添加50、70、100、150、200 g/t絮凝劑進行試驗研究，采用11%濃度礦漿考察絮凝劑用量對尾礦沉降性能的影響，絮凝沉降曲線見圖5,絮凝沉降指標見表7。

圖5 不同絮凝劑用量的絮凝沉降曲線

由表7可知，增大絮凝劑用量有利于提高沉降速度，但會降低壓縮區濃度；綜合考慮，選擇絮凝劑用量為100 g/t。

表7 不同絮凝劑用量的絮凝沉降性能指標

2.2.4 絮凝劑加入方式

探索絮凝劑加入方式對梅山鐵礦尾礦再選超細粒級尾礦沉降效果的影響，試驗選擇一次集中添加和分兩次分段添加的方式，采用11%濃度礦漿考察不同加藥方式對尾礦絮凝沉降性能的影響，絮凝沉降曲線見圖6，絮凝沉降性能指標見表8。

圖6 不同加藥方式的絮凝沉降曲線

加藥方式沉降速度/(cm/min)壓縮區濃度/%一次加藥3.5140.88分段加藥5.5840.39

由表8可知，集中加藥和分段加藥對尾礦沉降壓縮區濃度影響不大，但分段加藥更有利于尾礦的絮凝沉降;綜合考慮，采用分段加入絮凝劑。

3 結 語

(1)梅山尾礦再選旋流器溢流屬于超細粒級尾礦，在自然狀態下極難沉降。

(2)通過試驗證明，采用陽離子型分子量為500萬的聚丙烯酰胺用量在100 g/t較為適宜，尾礦沉降速度在3～5 cm/min，壓縮區濃度在40.88%左右。在濃縮過程中分段加入，尾礦沉降效果更好。

[1] 勾金玲，劉 軍，袁風香.梅山鐵礦降磷尾礦再選及脫水技術研究[J].現代礦業，2014(2)：167-169.

[2] 王淀佐，邱冠周，胡岳華.資源加工學[M].北京：科學教育出版社，2005.

[3] 趙德貴，楊雪芳，張 丹.絮凝劑在膏體濃縮機中的實際應用[J].金屬材料與冶金工程，2012(4)：197-198.

2016-04-25)

歐張文(1985—)，男，助理工程師，210041 江蘇省南京市西善橋。