梅山微細粒鐵尾礦濃縮絮凝沉降試驗研究

華娟娟

（南京寶地梅山產城發展有限公司礦業分公司）

尾礦是一種工業固廢，是各類礦石經破碎、磨礦、分選后丟棄的細粒固體廢棄物。隨著我國對貧細雜礦產資源的逐步開發，微細粒尾礦生產量顯著增加，礦石中若再含有大量的黏土礦物，則尾礦脫水十分困難；而輸送至尾礦庫堆存時，由于沉降速度慢，不易形成干灘，給尾礦庫的安全運行帶來極大的隱患［1-7］。

隨著開采的逐步延深，梅山鐵礦礦石品位逐漸下降，礦物組成也發生了較大的變化，尾礦中黏土礦物與碳酸鹽類礦物顯著增加，尾礦粒度細，沉降性能差。尤其在冬季，尾礦沉降速度更慢，一方面導致現場濃密機跑渾，影響環水的循環利用和排放；另一方面，低溫使絮凝劑用量增加，絮凝劑的較大黏性導致后續濕尾綜合利用產品脫泥脫水困難，產品質量不合格。因此，尋求一種黏性小、沉降效果好的絮凝劑顯得尤為必要。本文介紹了在尋求高效絮凝劑過程中的研究情況。

1 試驗原料

試驗用尾礦為梅山鐵礦選礦廠降磷尾礦，取自浮選作業區至6#濃密機的尾礦輸送管道，濃度16.27%。尾礦中的鐵礦物多呈連生體形態，主要為赤褐鐵礦和菱鐵礦，黃鐵礦、磁鐵礦少量，褐鐵礦微量，TFe品位19%～22%；脈石礦物主要為碳酸鹽礦物（白云石、方解石）、石英、高嶺石、長石、透輝石、石榴石和磷灰石等，尾礦粒度細、沉降性能較差。尾礦篩析結果見表1。

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由表1可以看出，尾礦TFe品位21.95%、-400目65.00%，說明尾礦以細粒級為主。

2 試驗藥劑與溶液配制

試驗用絮凝劑包括梅山鐵礦選礦廠現用絮凝劑（命名為1#絮凝劑）與山東某公司提供的4種絮凝劑（分別命名為2#～5#絮凝劑），均為聚丙烯酰胺，各絮凝劑種類及分子量見表2。

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試驗用千分之一天平準確稱量各絮凝劑0.300 g，再準確稱取299.7 mL純凈水，配制成濃度為0.1%的溶液。藥劑配制原則為現配現用。

各藥劑溶解時間由短至長的順序為2#絮凝劑、3#絮凝劑、1#絮凝劑、4#絮凝劑、5#絮凝劑。

3 試驗方法

試驗采用靜態沉降試驗法。靜態沉降試驗是根據懸浮液在重力場中的沉降分區行為，通過測定各區隨時間的變化來研究懸浮液的沉降特性。

試驗記錄泥水分界面的沉降高度、時間以及壓縮層體積（圖1），試驗步驟：①在1 000 mL的量筒中裝入1 000 mL、濃度16.27%的尾礦漿，并攪拌均勻；②根據各絮凝劑的單耗，將配制好的絮凝劑分別注入量筒中；③用提子上下拉動，使絮凝劑與礦漿混合均勻后置于試驗臺上，同時用秒表計時，記錄礦漿沉降時間與清水層高度；④根據礦漿沉降時間與清水層高度數據繪制尾礦漿的沉降曲線。

4 試驗結果與分析

4.1 2#絮凝劑用量試驗

用量筒量取搖勻的礦漿500 mL，先加入2#絮凝劑5 mL，用提子充分攪拌，在未見絮團形成的情況下繼續添加2#絮凝劑5 mL，重復攪拌操作，仍未見明顯絮團，沉降速度未見明顯增加；繼續加入2#絮凝劑3 mL，攪拌均勻，再次觀察，發現有較大絮團形成，沉降速度明顯加快，上清液澄清，因此選用2#絮凝劑13 mL較合適，對干尾礦的用量為160 g/t。試驗效果見圖2。

4.2 絮凝劑種類試驗

向5個1 000 mL量筒中分別倒入500 mL攪拌均勻的礦漿，然后將5種絮凝劑對應加入5個量筒，添加量均為8 mL，用提子充分攪拌，混勻后置于試驗臺上，繼續加入5 mL絮凝劑，重復上述操作發現，3#絮凝劑的絮團最大，沉降速度最快，其次是2#絮凝劑，現場用1#絮凝劑沉降速度最慢；5#絮凝劑上清液最澄清，其次是3#絮凝劑和2#絮凝劑，現場用1#絮凝劑效果最差。沉降5 min的壓縮區體積見圖3。

由圖3可以看出，2#絮凝劑固體壓縮比最小，因此壓縮區礦漿濃度最大，其次是3#絮凝劑，現場用1#絮凝劑固體壓縮比最大，意味著壓縮區礦漿濃度最小。結合上述現象和結果，絮凝沉降效果最強的是3#絮凝劑，故后續試驗選擇用3#絮凝劑。

4.3 3#絮凝劑與1#絮凝劑對比試驗

4.3.1 絮凝劑用量試驗

向2個1 000 mL量筒中分別倒入1 000 mL攪拌均勻的礦漿，然后將現用1#絮凝劑、3#絮凝劑各15 mL對應加入2個量筒，用提子攪拌均勻后置于試驗臺上觀察，在未見明顯絮凝后分別繼續對應添加絮凝劑10 mL，再用提子攪拌充分，此時3#絮凝劑絮凝效果明顯，但仍未達到最佳效果，而1#絮凝劑仍未出現絮凝現象。5 min內的尾礦漿沉降曲線見圖4。

由圖4可以看出，絮凝劑添加量為25 mL的情況下（對干尾礦的用量約150 g/t），3#絮凝劑出現明顯絮凝效果，沉降速度較快，5 min上清液的高度達15.8 cm，且上清液澄清，但未達到最佳效果；而1#絮凝劑未出現絮凝效果，沉降速度緩慢，5 min上清液的高度僅7.2 cm。

4.3.2 絮凝劑絮凝臨界點加量對比試驗

向2個1 000 mL量筒中分別倒入1 000 mL攪拌均勻的礦漿，然后按以下藥劑制度添加絮凝劑：①1#絮凝劑按10 mL+10 mL+5 mL和10 mL+10 mL+8 mL節奏添加；②3#絮凝劑按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的節奏添加，每次添加絮凝劑后均混合均勻，各添加量下每間隔30 s記錄1次上清液層高度，沉降5 min試驗結果見表3。

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由表3可以看出，3#絮凝劑在添加量25 mL時，就有較快的絮凝沉降速度，在添加量增加至28 mL時，沉降速度明顯加快；1#絮凝劑在添加量25 mL、28 mL和30 mL時均未出現明顯的絮凝沉降效果，沉降速度較慢，絮團不明顯，直至添加量35 mL時才達到較快的絮凝沉降速度。因此，3#絮凝劑絮凝臨界點加量為28 mL（對干尾礦的用量164.71 g/t），而1#絮凝劑絮凝臨界點加量為35 mL（對干尾礦的用量205.88 g/t），此時用1#絮凝劑的沉降速度較用3#絮凝劑略快。進一步的研究表明，最終3#絮凝劑的固體壓縮比優于1#絮凝劑，見圖5。

4.3.3 絮凝劑粘度比較

絮凝劑溶解濃度均為0.1%的情況下，1#絮凝劑與3#絮凝劑粘度對比結果見圖6、圖7。

由圖6、圖7可以看出，1#絮凝劑用手可以大量抓起，從指縫漏走的速度明顯較慢，而3#絮凝劑用手只能抓起很少量，而且從指縫漏走的速度較快，可以很直觀地反映2種藥劑的粘度大小；數顯六速旋轉粘度計測得1#絮凝劑粘度值4.7 mPa·s，3#絮凝劑粘度值2.9 mPa·s。粘度小對后續濕尾綜合利用產品脫泥脫水工藝比較有利。

5 結 論

（1）梅山鐵礦降磷尾礦濃度16.27%，-400目65%，粒度微細。

（2）在用量均為150 g/t情況下，用3#絮凝劑出現了明顯的絮凝沉降效果，絮凝沉降速度較快，5 min上清液沉降高度為15.8 cm；用1#絮凝劑則未出現明顯絮凝現象，5 min上清液沉降高度為7.2 cm。

（3）3#絮凝劑絮凝臨界點用量164.71 g/t，1#絮凝劑絮凝臨界點用量205.88 g/t，在沉降速度非常接近的情況下，3#絮凝劑較1#絮凝劑用量少41.17 g/t。

（4）在絮凝劑溶解濃度均為0.1%、液溫17℃的情況下，用六速旋轉粘度計測得3#絮凝劑粘度值2.9 mPa·s，1#絮凝劑粘度值4.7 mPa·s，低粘度的3#絮凝劑的使用有利于后續濕尾綜合利用產品的脫泥脫水。

（5）綜合整個試驗結果，考慮到各流程礦漿性質以及成本因素，推薦用3#絮凝劑，用量160 g/t。

（6）由于實驗室無法模擬現場工況，因此實驗室用量只能作為工業生產參考，具體用量需通過工業試驗確定。［J］.金屬礦山，2010（2）:175-178.

［3］ 杜飛飛，呂憲俊，王健，等.某微細粒金尾礦的沉降試驗及澄清距離的計算［J］.金屬礦山，2009（10）:108-110.

［4］ 張去非.絮凝劑對金嶺鐵礦選礦廠尾礦絮凝沉降速度影響的研究［J］.中國礦山工程，2004（4）:20-24.

［5］ 趙德貴，朱磊，孫志飛，等.微細粒鐵尾礦深度濃縮絮凝沉降［J］.現代礦業2018（10）:144-145.

［6］ 張去非.絮凝劑的種類及其在尾礦沉降中的應用［J］.金屬礦山，2008（6）:69-72.

［7］ 王延坤，肖寶清.尾礦濃縮絮凝劑的選擇試驗研究［J］.中國礦山工程，2006（3）:13-16.