羅河鐵礦全尾砂絮凝沉降試驗

魏福海 趙華民 戴 昌 王 勇

（1.安徽馬鋼羅河礦業有限責任公司；2.北京科技大學土木與資源工程學院）

羅河鐵礦采用的充填采礦法，根據礦體的形狀、傾角、厚度等賦存條件，主要采用垂直深孔階段空場嗣后充填采礦法、中深孔分段空場嗣后充填采礦法以及點柱式上向分層充填采礦法。充填工藝根據羅河鐵礦一期500萬t/a原礦生產目標，選用2套深錐濃密機處理選廠尾砂，全尾砂高濃度膠結充填。

在全尾砂濃密過程中，通過添加化學絮凝劑進行液固分離是一項有效的技術措施。然而，絮凝劑種類繁多，除了無機鹽和天然高分子絮凝劑之外，合成高分子絮凝劑又可分為陽離子、陰離子和非離子型三類。同時絮凝劑作用機理復雜，絮凝沉降效果受尾砂級配、砂漿濃度、絮凝劑添加量等多方面的影響，絮凝沉降效果對料漿處理效率、最終料漿濃度和溢流水澄清度具有重要影響，成為了沉降脫水的關鍵環節。一般來說，影響絮凝沉降效果的幾個主要因素為絮凝劑種類、尾礦造漿濃度和絮凝劑單耗［1-8］。

本研究主要通過全尾砂的靜態、動態絮凝沉降試驗，具體包括絮凝劑種類優選試驗、料漿濃度優選試驗、絮凝劑單耗優選試驗以及不同停留時間的動態濃密試驗，對全尾砂絮凝沉降特性進行綜合評價研究。

1 全尾砂、絮凝劑與試驗儀器設備

1.1 全尾砂

試驗用全尾砂取自羅河鐵礦選礦廠，經晾曬、烘干處理后，測得尾砂物理性質及粒級組成分別見表1、表2。

從表1 可知，全尾砂松散孔隙率58.56%，密實孔隙率45.66%。

從表2 可知，全尾砂粒度較細，-0.074 mm 59.87%、-0.020 mm29.19%。

1.2 絮凝劑

試驗用絮凝劑除礦山充填站現用絮凝劑（1#礦山現用絮凝劑）外，其他6 種絮凝劑分別編號為2#-615S、3#-625S、4#-645S、5#-655S、6#-665V 和7#-6003S。

1.3 試驗儀器與設備

試驗儀器主要有1 000 mL 量筒（精度1 mL）、攪拌器、燒杯、天平（精度0.01 g）、注射器、自制料漿攪拌器、計時器等。

2 試驗方案

按照分別確定絮凝劑種類、最佳料漿濃度、最佳絮凝劑單耗、動態絮凝沉降為試驗順序，設計試驗過程如下：

（1）固定全尾砂料漿濃度、絮凝劑濃度和絮凝劑單耗，添加不同種類的絮凝劑，進行絮凝劑選擇試驗，獲得適合全尾砂沉降的最佳絮凝劑；

（2）固定絮凝劑濃度和單耗，配置不同料漿濃度，確定全尾砂的最佳料漿濃度；

（3）固定絮凝劑濃度和全尾砂料漿濃度，改變絮凝劑添加量，確定適合全尾砂的最佳絮凝劑單耗；

（4）根據選出的最佳絮凝劑、料漿濃度、絮凝劑單耗，通過動態濃密來確定不同停留時間條件下的全尾砂料漿濃密后的濃度。

最后對全尾砂絮凝沉降特性進行綜合評價。

3 全尾砂靜態絮凝沉降試驗

3.1 不同絮凝劑種類的絮凝沉降試驗

分別采用無絮凝劑、礦山現用絮凝劑、615S、625S、645S、655S、665V、6003S 進行絮凝劑優選試驗：取水499.5 g，加絮凝劑0.5 g，配制成濃度為0.1%的絮凝劑溶液；取200 g全尾砂，加入到貼有坐標紙的1 000 mL 量筒中，再加入800 g水，配制成濃度為20%的全尾砂料漿；按絮凝劑單耗20 g/t向量筒中加入4 g絮凝劑溶液；用自制料漿攪拌器使料漿混合均勻；通過計時器記錄不同靜止時間的沉降高度，結果見表3、圖1。

根據表3、圖1可知，無絮凝劑的對照組沉降速度明顯慢于其他試驗組，說明自然沉降效果非常差；添加絮凝劑的各組開始階段沉降速度由快到慢的順序依次為645S、625S、礦山現用、6003S、665V、615S、655S。綜合考慮成本和效果因素，后續試驗仍采用礦山現用絮凝劑。

3.2 不同料漿濃度的絮凝沉降試驗

一般來說，為了減小全尾砂顆粒間的干涉沉降效應，在進入深錐濃密機前，料漿都要進行稀釋。為了確定全尾砂的最佳料漿濃度，進行不同料漿濃度的絮凝沉降試驗。

料漿濃度試驗固定礦山現用絮凝劑溶液的濃度為0.1%、單耗為20 g/t，加絮凝劑溶液后混勻料漿，通過計時器記錄不同靜止時間的沉降高度，結果見表4、圖2。

根據表4、圖2 可知，料漿濃度增大，沉降速度減??；料漿濃度5%和10%時的沉降速度非?？?，料漿濃度25%和30%時的沉降速度非常慢。綜合考慮生產實際，認為料漿濃度選擇10%～15%較合適。

3.3 不同絮凝劑單耗的絮凝沉降試驗

絮凝劑單耗試驗固定料漿濃度15%、絮凝劑溶液濃度0.1%，加絮凝劑溶液后混勻料漿，通過計時器記錄不同靜止時間的沉降高度，結果見表5、圖3。

根據表5、圖3，并結合試驗過程觀察可知，絮凝劑單耗增大，沉降速度加快；綜合考慮沉降高度與上清液澄清度因素，絮凝劑單耗5 g/t 和10 g/t 時的上清液較渾濁，絮凝劑單耗15 g/t 時的上清液澄清，絮凝劑單耗為20 g/t和30 g/t時的沉降速度快、且上清液清澈，但經濟成本較高。綜合考慮絮凝沉降效果和礦山經濟效益，建議絮凝劑單耗為15 g/t，對應的靜態沉降極限（沉降24 h）濃度59.83%（絮凝劑單耗為0、5 g/t、10 g/t、15 g/t、20 g/t、25 g/t、30 g/t 時的靜態沉降極限濃度分別為68.18%、63.73%、62.91%、59.83%、58.40%、57.71%、57.03%）。

4 全尾砂動態絮凝沉降試驗

為了更好地指導現場生產，進行了全尾砂動態絮凝沉降試驗。

4.1 動態攪拌裝置

全尾砂動態絮凝沉降試驗主要通過Brookfield R/S plus 型流變儀實現，這在謙比希東南礦體動態絮凝沉降實驗中得到了較好的應用。將v40-20 型槳式轉子以恒定剪切速率1 r/min 來模擬動態攪拌，該裝置可以對尾礦漿攪拌過程中的剪切應力、黏度、以及扭矩等參數進行監測。

4.2 動態濃密濃度確定

采用該裝置進行動態攪拌試驗，由于v40-20 型槳式轉子占有一定體積。因此，在換算時，需要將v40-20型槳式轉子放入錐式量筒。

根據絮凝劑種類、料漿濃度以及絮凝劑單耗優選試驗，選用礦山現用絮凝劑，絮凝劑單耗15 g/t、配置濃度0.1%的絮凝劑溶液，用200 g干全尾砂配置濃度為50%的全尾砂料漿。

在錐式量筒中加入200 g 水，再加入3 g 濃度為0.1%的絮凝劑溶液，對絮凝劑溶液攪拌3 min，然后加入200 g 干尾礦，同時開始計時。通過極限泥層高度計算對應的料漿濃度。

試驗4 h 后，泥層高度基本不變，此時的動態極限濃度69.16%，而量筒靜態沉降試驗添加相同單耗的絮凝劑，沉降48 h 后的極限濃度59.83%。該動態試驗所獲得的料漿平均濃度比量筒靜態沉降提高了9.33個百分點。因此，動態沉降獲得的料漿濃度更接近于深錐濃密機底流濃度，靜態沉降試驗獲得的料漿濃度與立式砂倉底流濃度較接近。

5 結論

（1）無絮凝劑的對照組上清液在試驗開始階段較渾濁，沉降速度明顯慢于其他試驗組，說明自然沉降效果極不佳；添加絮凝劑的試驗組中，上清液開始階段均較澄清，開始階段沉降速度由快到慢依次為645S、625S、礦山現用、6003S、665V、615S、655S。綜合考慮絮凝成本和效果，礦山現用絮凝劑效果較好，推薦繼續采用礦山現有絮凝劑。

（2）料漿濃度增大，沉降速度減慢。當濃度5%～10%時，上清液開始階段澄清，沉降速度快；當濃度15%時，上清液開始階段較澄清，沉降速度逐漸變緩；當濃度20%～30%時，上清液開始階段較渾濁，沉降速度較慢。綜合考慮全尾砂的固體處理量、給料濃度和濃密機自稀釋系統，建議選用料漿濃度10%～15%作為全尾砂稀釋后的濃度。

（3）絮凝劑單耗增大，沉降速度變快。絮凝劑單耗5 g/t 和10 g/t 時，料漿上清液較渾濁；絮凝劑單耗15 g/t 時，沉降速度較快，上清液澄清；絮凝劑單耗20～30 g/t時，沉降速度更快，上清液更加澄清。絮凝劑單耗為0，5，10，15，20，25，30 g/t時，靜態沉降極限濃度分別為68.18%、63.73%、62.91%、59.83%、58.40%、57.71%、57.03%。綜合考慮絮凝沉降效果和礦山經濟效益，建議1#絮凝劑單耗為15 g/t，對應的靜態沉降極限濃度為59.83%。

（4）動態絮凝沉降試驗結果表明，羅河鐵礦全尾砂動態攪拌4 h 后，泥層高度基本不變，得到的動態極限濃度為69.16%，比靜態沉降極限濃度提升了9.33個百分點。