冉維貞， 康瑞海，彭 亮

(1.酒鋼集團(tuán)鏡鐵山鐵礦， 甘肅 嘉峪關(guān)市 735100；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長沙 410012)

甘肅某鐵礦采用的臥式砂池進(jìn)行沉砂，然后造漿充填，其尾砂顆粒粒徑很細(xì)，-200目的顆粒累計(jì)含量達(dá)到了77.42%，平均粒徑68.83 μm。通過在砂池中添加絮凝劑可以有效的控制溢流濃度過高的問題，進(jìn)而提高尾砂利用率和充填效率。

影響尾砂絮凝沉降效果的因素有很多，并且因素影響機(jī)理比較復(fù)雜。通過實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)，分析影響尾砂絮凝沉降的主要影響因素及影響程度，為了提高試驗(yàn)效率,采用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)法。由試驗(yàn)結(jié)果可以建立數(shù)學(xué)模型，最后對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行回歸分析，從而可以得到各個(gè)影響因子與絮凝沉降速度的關(guān)系，并由數(shù)學(xué)模型計(jì)算出最佳的絮凝劑添加量。

1 均勻試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過試驗(yàn)找到各主要影響因素與沉降效果的數(shù)學(xué)關(guān)系，該數(shù)學(xué)模型可以反映出各影響因素對(duì)沉降效果的影響程度。并由數(shù)學(xué)模型及生產(chǎn)實(shí)際中的進(jìn)砂濃度等參數(shù)計(jì)算出最佳的絮凝劑添加量。

1.2 試驗(yàn)方案

影響絮凝沉降效果的因素有絮凝劑添加量、絮凝劑溶液濃度、料漿濃度、料漿pH值、溫度、絮凝劑類型等。通過測(cè)定知道該全尾砂漿pH值在9左右，屬于堿性，所以應(yīng)該選擇陰離子高分子絮凝劑。為了提高試驗(yàn)效率，本次試驗(yàn)主要采用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)法。具體步驟如下。

(1) 主要選取的試驗(yàn)組合因素是絮凝劑添加量,g/t;絮凝劑溶液濃度,%;尾砂漿濃度,%。

(2) 通過均勻設(shè)計(jì)方法，建立一個(gè)3因素8水平混合均勻設(shè)計(jì)表U8(82×4)，見表1。

(3) 按照建立的均勻設(shè)計(jì)表格進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。為了數(shù)據(jù)的正確性，每一個(gè)組合反復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，最終結(jié)果取其3次試驗(yàn)值的平均值。

(4) 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸模型分析，建立數(shù)學(xué)模型，回歸模型分析可以借助相關(guān)的分析軟件。

(5) 對(duì)數(shù)學(xué)模型求得絮凝劑最佳添加量。

(6) 對(duì)絮凝劑的最佳添加量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證性試驗(yàn)。

表1 均勻設(shè)計(jì)表U8(82*4)

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)采用500 mL量筒，將配有相應(yīng)濃度的料漿倒入量筒中，并攪拌均勻。在量筒中加入一定濃度的絮凝劑溶液后，再次攪拌直到混合均勻。最后用秒表記錄下渾濁液面單位時(shí)間內(nèi)下降高度。

3個(gè)試驗(yàn)因素的取值范圍分別是：料漿濃度15%～50%。絮凝劑添加量10～50 g/t。絮凝劑溶液濃度0.1%～0.5%。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

1.4 回歸分析

用相關(guān)分析軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析。

表2 均勻設(shè)計(jì)結(jié)果表

回歸分析采用后退法，顯著性水平α=0.05。擬建立回歸方程：

式中：Y—平均沉降速度，cm/min；

x1—尾砂尾砂漿濃度，%；

x2—絮凝劑添加量，g/t；

x3—絮凝劑溶液濃度，%。

標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù) ：B(1)=-0.774，B(2)=-0.323，B(3)=5.27e-2，B(4)=-0.127。復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.9847，決定系數(shù)R2=0.9696，修正的決定系數(shù)R2a=0.9468?；貧w方程顯著性檢驗(yàn)：

樣本容量N=8，顯著性水平α=0.05，檢驗(yàn)值Ft=23.93，臨界值F4，3(0.05)=9.117，F(xiàn)t>F4，3(0.05)，回歸方程顯著。剩余標(biāo)準(zhǔn)差S=3.70。回歸系數(shù)檢驗(yàn)值:

t檢驗(yàn)值(df=3):t(1)=-4.506，t(2)= 2.413，t(3)= 0.4316，t(4)=-1.051。

F檢驗(yàn)值(df1=1,df2=3):F(1)= 20.30，F(xiàn)(2)= 5.820，F(xiàn)(3)= 0.1863，F(xiàn)(4)= 1.105。

偏回歸平方和U(i):U(1)=277，U(2)=79.5，U(3)=2.55，U(4)=15.1。

偏相關(guān)系數(shù)ρ(i):ρ1,234=-0.9334，ρ2,134= 0.8123，ρ3,124= 0.2418，ρ4,123=-0.5188。

各方程項(xiàng)對(duì)回歸的貢獻(xiàn)(按偏回歸平方和降序排列):U(1)=277,U(1)/U=21.2%；U(2)=79.5,U(2)/U=6.08%；U(4)=15.1,U(4)/U=1.15%；U(3)=2.55,U(3)/U=0.195%。

回歸分析結(jié)果：

(1) 由上回歸貢獻(xiàn)表明對(duì)沉降速度影響程度從大到小依次是：料漿濃度 > 絮凝劑添加量 > 絮凝劑溶液濃度；

2 驗(yàn)證試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

為了對(duì)回歸模型進(jìn)行檢驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行絮凝劑沉降試驗(yàn)，觀察絮凝沉降速度隨絮凝劑添加量的增加沉降速度的變化趨勢(shì)與模型計(jì)算所得出的沉降速度變化趨勢(shì)是否一致，并得出最佳添加量。

2.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)同樣采用500 mL量筒，將配有濃度為40%的料漿倒入量筒中，并攪拌均勻。在量筒中加入濃度為0.3%的絮凝劑溶液，絮凝劑添加量從10 g/t至45 g/t逐次遞增。用秒表記錄下單位時(shí)間內(nèi)液面下降高度，進(jìn)而可以計(jì)算出沉降速度。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

2.4 試驗(yàn)小結(jié)

從圖1可以發(fā)現(xiàn)隨著絮凝劑添加量的增加，沉降速度呈非線性變化，出現(xiàn)有波峰和波谷的曲線變化，所以選擇合適的絮凝劑添加量非常重要，其添加量并非越大越好，而是存在一個(gè)最佳添加量。模型計(jì)算的沉降速度變化和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的速度變化趨勢(shì)幾乎是一致的，說明實(shí)驗(yàn)得出的計(jì)算模型在一定條件范圍內(nèi)是可靠的。

表3 不同絮凝劑添加量下的料漿沉降速度

圖1 不同絮凝劑添加量下的料漿沉降速度變化趨勢(shì)

從試驗(yàn)可以看出，針對(duì)該種尾砂，絮凝劑添加量控制在25～30 g/t之間是比較合理的。

3 結(jié) 論

(1) 影響絮凝沉降效果最主要的因素依次是：料漿濃度，絮凝劑添加量，絮凝劑溶液濃度,并且料漿濃度呈負(fù)相關(guān)，絮凝劑添加量呈非線性相關(guān)，絮凝劑溶液濃度呈正相關(guān)。需要特別指出的時(shí)，如果絮凝劑濃度超過一定值時(shí)反而會(huì)大大減弱絮凝效果。所以絮凝劑溶液的濃度一般控制在0.1%～0.5%。

(2) 通過均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)可以得出各主要影響因素與沉降速度的具體變化關(guān)系，并通過驗(yàn)證性試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性。

(3) 該全尾砂漿絮凝沉降的絮凝劑最佳添加量在25～30 g/t之間。更加具體的值可以通過現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)試驗(yàn)來確定。

(4) 因?yàn)槟Ｐ褪峭ㄟ^一定條件范圍內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出的，所以模型的參數(shù)在一定條件范圍內(nèi)才有效。因?yàn)槲采靶再|(zhì)的不同，所以本模型只能針對(duì)試驗(yàn)的尾砂而言。

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