楊 寧 ，尹賢剛 ，鐘 勇 ，肖木恩

（1.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410012；3.洛陽坤宇礦業(yè)有限公司，河南 洛陽 471700）

全尾砂絮凝沉降試驗研究

楊 寧1，2，尹賢剛1，2，鐘 勇3，肖木恩1，2

（1.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410012；3.洛陽坤宇礦業(yè)有限公司，河南 洛陽 471700）

選礦廠直接出來的全尾砂，大多含粒徑小的細顆粒，這就造成了全尾砂自然沉降速度慢的現(xiàn)象，因此需要將絮凝劑添加到全尾砂漿中進行沉降。研究以某礦山的全尾砂為例，選擇4個不同廠家，共計12個類別的絮凝劑開展了絮凝劑選型試驗研究，對絮凝劑沉降過程的原理進行了分析，優(yōu)選出與該礦山全尾砂匹配度最佳的絮凝劑，然后深入研究了該絮凝劑添加量不同對沉降過程的影響，得出適合某礦山的絮凝劑是Ⅺ，最佳添加量為25 g/t。該全尾砂絮凝沉降試驗方法可供類似礦山參考運用。

全尾砂；絮凝沉降；絮凝劑；沉降速率；底流濃度

0 引言

國內(nèi)某些礦山礦石品位較低，為增大礦石回收率，需將礦石磨的更細碎，因此增加了細粒級尾礦產(chǎn)量[1-3]。目前，礦山主要通過地表堆存和井下充填兩種方式處理尾礦，若尾礦濃度低，堆存或者充填皆會滲出大量水，既污染環(huán)境，又對堆積體和充填體的強度產(chǎn)生威脅，可能會引發(fā)工程災(zāi)害等問題，因此對全尾砂進行沉降處理顯得勢在必行[4-7]。

而今，很多礦山用分級尾砂充填，該工藝較成熟，但分級后的尾砂細顆粒和泥質(zhì)尾砂被篩選排除，進入尾礦庫后會影響尾礦庫的堆存穩(wěn)定性，不但污染了環(huán)境還增加了尾礦庫的維護費。為改變這一現(xiàn)狀出現(xiàn)了全尾砂充填技術(shù)，使用全尾砂進行充填的關(guān)鍵點在于如何實現(xiàn)砂倉中的尾砂加速沉降以使底流濃度變得更高。全尾砂進行沉降時，其沉降速度和粒徑呈正相關(guān)增長，即粒徑越大，沉降速度越大。將適量的絮凝劑添加到細粒級的尾砂漿中，細顆粒之間會形成體積較大的絮凝團，加快沉降速度[8]。

尾砂絮凝沉降是一個復(fù)雜的過程，沉降速度和底流濃度受多因素影響，分自身因素和外界因素兩種。自身因素有給砂濃度、尾砂粒徑的大小，外界因素為絮凝劑的種類、添加濃度以及添加量[9-10]。目前市面上流通的絮凝劑類別非常多，有天然的高分子絮凝劑、低分子無機鹽絮凝劑以及通過合成產(chǎn)生的高分子絮凝劑，可將其分為陰離子、陽離子和非離子3類。添加適量與尾砂匹配的絮凝劑可以使其沉降速度增加，有效地增加料漿的底流濃度[11]。因此，研究以某使用充填法開采礦山的尾砂為絮凝沉降對象，進行適合該全尾砂的最優(yōu)絮凝劑種類、添加量等參數(shù)試驗研究，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 全尾砂的特性

全尾砂的成分含量及其物化特性嚴重地影響絮凝沉降的情況，特別是絮凝劑有時會和全尾砂中的有害物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成絮凝劑失效的不良后果。因此，進行絮凝沉降試驗之前必須要對全尾砂進行定性分析，即首先要無誤地測量全尾砂的成分及其物化性質(zhì)。本試驗所用的全尾砂取自某使用充填法采礦的礦山，經(jīng)測量可得出全尾砂的物理性質(zhì)（見表1）。接著使用實驗室內(nèi)引進的國外先進設(shè)備對尾砂的粒度進行了測量分析，表2為測量結(jié)果。

表1 全尾砂物理性質(zhì)分析Tab.1 Analysis results of total tailings physical property

全尾砂的粒度分布統(tǒng)計見表2，分布曲線如圖1中所示。尾砂分布粒徑如下：d10=5.43μm；d50=87.3μm；d60=144 μm；d90=453 μm。

顆粒均勻度系數(shù)計算結(jié)果如式（1）所示。

Cu不小于5，意味著尾砂的粒級組成不均勻，這對后期充填體的強度來說是有利的，體積小的尾砂可以進入大體積尾砂顆粒間的縫隙，使充填體中的尾砂顆粒接觸變得更加密實，直徑在20 μm之下尾砂含量≥15%，即該尾砂具有良好的粒級分布情況。

尾砂中對充填體強度影響作用較大的主要化學(xué)成分有 Ca、Mg、Al、Si、S 等，其中以硫化物含量對膠結(jié)充填體性能影響最為顯著。該全尾砂化學(xué)成分分析結(jié)果如表3所示，含硫量為1.33%（＜6%），對充填體的影響不大；Si含量較高，有利于提高充填體強度。

圖1 尾砂粒度分布曲線Fig.1 Particle size distribution curve of tailings

表2 全尾砂粒度分布統(tǒng)計Tab.2 Distribution statistics of tailing particle size

從表2中可得知，該礦山的全尾砂粒級分布較好，但若直接進行充填，在充填體的脫水和快速硬化方面還稍有欠缺，不夠理想。因此，為了使沉降效果達到預(yù)期的情況，則要選擇添加合適的絮凝劑種類、單耗和濃度。

表3 全尾砂化學(xué)成分分析表 w/%Tab.3 Analysis results of total tailings chemical composition

2 絮凝劑的沉降機理及優(yōu)選

在進行絮凝劑沉降試驗之前先進行了全尾砂的自然沉降試驗，沉降速度比較緩慢。為了選擇與該礦山全尾砂相匹配的絮凝劑，根據(jù)尾砂物理化學(xué)性質(zhì)，選取了以下12種絮凝劑作為此次試驗的添加藥劑，具體如表4所示。

表4 不同絮凝劑的技術(shù)指標Tab.4 Technical indexes of different flocculants

2.1 試驗步驟

將絮凝劑調(diào)配成3‰的溶液，用實驗室絮凝劑攪拌器進行攪拌，攪拌時間不少于30 min，轉(zhuǎn)速太快容易打斷絮凝劑分子鏈，太慢絮凝劑溶液攪拌不均勻，所以轉(zhuǎn)速一般控制在100～300 r/min。絮凝劑溶液的配制過程如圖2、圖3所示。

把調(diào)配好的濃度30%的尾砂漿倒入1000mL的量筒中，攪拌均勻。

進行絮凝劑沉降試驗，在量筒中用移液管加入一定量的絮凝劑溶液，絮凝劑溶液的添加量根據(jù)倒入量筒中的干尾砂量確定，根據(jù)絮凝劑性質(zhì)，每噸尾砂漿按25 g進行添加，每隔一定時間記錄漿體沉降高度，記錄下60 min內(nèi)的數(shù)據(jù)及最大沉降高度。

根據(jù)沉降試驗，將每種絮凝劑進行對比，從中選取沉降效果最好的絮凝劑。

由于添加量與絮凝沉降速度并不成正比，每種絮凝劑針對不同的尾砂都有最佳添加量。所以通過第四步選取的絮凝劑，再對其添加量進行更加細致的試驗，每噸尾砂按 5 g、10 g、15 g、20 g、25 g、30 g進行添加，以找到最佳添加量，最后選出最佳的絮凝劑和絮凝沉降參數(shù)。

圖2 絮凝劑攪拌器Fig.2 Flocculant stirrer

圖3 絮凝劑調(diào)制完成Fig.3 Flocculant preparation

2.2 絮凝沉降機理

常見的高分子絮凝劑都是化合物組成的，大致可分為三種類型：非離子、陰離子以及陽離子。除此之外一些是天然的高分子和低分子無機鹽絮凝劑。絮凝劑內(nèi)高分子的鏈網(wǎng)將砂漿中粒徑較小的尾砂使用靜電中合以及吸附的作用進行架橋，慢慢地會變成體積較小的絮團，再經(jīng)過不停的作用后變大，變成體積較大的絮團，如此一來質(zhì)量也會增加，在重力的作用下相比于自然沉降而言加速下沉[11]，如圖4所示。

圖4 絮凝團形成圖Fig.4 Flocculation diagram

把絮凝劑加入全尾砂漿中首先受湍流影響，接著加速下沉，經(jīng)過一段時間后進入沉降末速。開始沉降時，砂倉中的充填料漿被攪拌，導(dǎo)致尾砂受到紊流干擾，產(chǎn)生相同方向的絮凝。在阻力的影響下，該現(xiàn)象慢慢減弱，尾砂因其重力而下沉，此時其重力大于阻力，為加速階段，隨著下沉速度的增加，相應(yīng)的阻力也在隨著增加，當重力等于阻力時，加速度為零。尾砂持續(xù)下沉時會和在之前進入減速階段的倉底尾砂相結(jié)合，受到這些影響后尾砂依然沉降，底流濃度越發(fā)增加，絮團之間的水慢慢排除，后來絮團內(nèi)的水被排除，這是壓密沉降。直到后來尾砂的下沉速度減小至零，絮凝沉降的工藝流程也就結(jié)束了[12]。

2.3 絮凝劑選型

將30%的尾砂漿倒入1 000 mL的量筒中，用攪拌棒進行攪拌直至漿體充分混合均勻；然后用移液管將配置好的絮凝劑溶液按每噸尾砂漿添加25 g的絮凝劑量加入量筒中，充分攪拌均勻，最后用秒表按規(guī)定時間記錄漿體沉降高度，如表5中所示。根據(jù)尾砂特性，試驗選擇了4個廠家共12種絮凝劑進行沉降試驗，沉降曲線如圖5中所示。

圖5 絮凝沉降曲線Fig.5 Flocculation settlement curve

由絮凝沉降曲線圖可知，沉降曲線的斜率代表著料漿的沉降速度。當12種絮凝劑分別加入不同的沉降瓶之后，在前3 min時間內(nèi)料漿的沉降速度處于加速狀態(tài)，在3～10 min料漿依然下沉，但加速度越來越小，10 min后大部分料漿的沉降速度基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，變化非常小，只有絮凝劑Ⅶ仍以相對較

為明顯的速度進行著沉降。特別要說明Ⅴ、Ⅵ2種絮凝劑添加到全尾砂料漿中沉降的過程中，上清液是渾濁的，使用其他三個廠家的10種不同絮凝劑后，料漿沉降的上清液均為清澈，因此首先淘汰Ⅴ和Ⅵ。觀察曲線斜率可得，越靠近坐標軸左下方的代表其沉降速度越快。因為在現(xiàn)場的實際應(yīng)用當中，絮凝劑與全尾砂漿結(jié)合的時間比較短，它們始終處于流動狀態(tài)，因此只看前10 min的絮凝沉降情況，通過分析試驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論也是如此，前10 min之內(nèi)絮凝沉降的速度為：VⅠ=46.0mL/min、VⅡ=42.9mL/min、VⅢ=42.1 mL/min、VⅣ=44.3 mL/min、VⅦ=42.6 mL/min、VⅧ=41.5mL/min、VⅨ=42.9mL/min、VⅩ=45.0mL/min、VⅪ=49.0mL/min、VⅫ=44.5mL/min，即 Vmax=VⅪ=49.0mL/min，因此絮凝劑Ⅺ與該礦山的全尾砂更加匹配，使用效果最佳。

表5 添加不同絮凝劑后尾砂沉降記錄表Tab.5 Thetailingssettlementrecordofdifferentflocculantisadded

2.4 絮凝劑的添加量

經(jīng)上述絮凝劑選型試驗分析得出，在所選取的12種絮凝劑中，最適合該礦山的為Ⅺ型。選定絮凝劑的種類之后，需要進行其添加量的優(yōu)化試驗。試驗仍使用濃度為30%的全尾砂漿，濃度為3‰的Ⅺ型絮凝劑，添加量分別為 5 g/t、10 g/t、15 g/t、20 g/t、25 g/t（試驗第三步驟已完成）以及30 g/t。相隔一定的時間記錄沉降瓶中料漿總量，如表6和圖6中所示為試驗結(jié)果。

觀察圖6可得出，前10min之內(nèi)絮凝沉降的速度為：V5=46.2 mL/min、V10=44.0 mL/min、V15=47.5 mL/min、V20=48.0 mL/min、V25=49.0 mL/min、V30=46.0 mL/min，絮凝劑的添加量和全尾砂漿的沉降性能之間不成比例關(guān)系，沉降效果比較好的添加量區(qū)間為20～25 g/t，這兩種添加量相對應(yīng)的絮凝沉降速度差別也很小，但與其他4種不同的添加量相比而言，其沉降速度都較高。由此可得出，料漿的沉降速度隨著絮凝劑添加量的變化而變化，有一個最佳添加量，此時料漿的絮凝沉降速度達到峰值。分析數(shù)據(jù)得知，開始隨著絮凝劑添加量的增加，料漿的沉降速度也隨著增加，但是到了某一個值之后，即使絮凝劑的添加量再增加，料漿的沉降速度也不會增加，反而會減小，影響絮凝沉降效果。綜上所述，絮凝劑的添加量太小會導(dǎo)致料漿沉降速度緩慢，效果不明顯；添加量太大，反而影響其沉降速度，同時是一種資源和金錢上的浪費。通過試驗發(fā)現(xiàn)，對于該礦山的全尾砂，采用Ⅺ型絮凝劑的最佳添加量為25 g/t，此時滿足以最少的成本取得最大效益的原則。

表6 絮凝劑添加量不同的尾砂沉降記錄表Tab.6 Different tailings settlement records of flocculent addition

圖6 不同添加量的絮凝沉降曲線Fig.6 Flocculation settlement curve of different addition quantities

4 結(jié)語

試驗對某礦山的尾砂進行了物理化學(xué)性質(zhì)以及其粒徑組成的檢測分析，該尾砂粒級分布較為均勻，但單一利用自然沉降仍不能滿足充填要求。剖析了全尾砂進行絮凝沉降的機理，說明了絮凝劑加入全尾砂中絮團是如何形成的和全尾砂沉降的六大進程等問題。

首先根據(jù)某礦山尾砂的特性初選出了4個不同廠家，共12種類型的絮凝劑，在添加量一樣的情況下優(yōu)選出Ⅺ與試驗所用的全尾砂匹配度最高。之后進行了系列化試驗，在另外不同添加量的情況下進行了絮凝沉降試驗，最終優(yōu)選出在該礦山使用時最優(yōu)的絮凝劑添加量為25 g/t。為后續(xù)對絮凝劑的研究打下了扎實的鋪墊。

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（編輯：游航英）

行業(yè)信息

D

劉良先秘書長一行赴莫斯科參加國際鎢協(xié)第30屆年會

2017年9月26日～29日，根據(jù)中國鎢協(xié)年度工作計劃，應(yīng)國際鎢協(xié)秘書長蔡軼樂先生的邀請，中國鎢業(yè)協(xié)會秘書長劉良先和辦公室主任方季云赴莫斯科參加國際鎢協(xié)第30屆年會。參加本次年會的代表共計188人，來自24個國家，89家企業(yè)。其中中國代表40人，來自18家企業(yè)。

會議期間，劉良先秘書長一行與國際鎢協(xié)和英國Hermerdon鎢礦等多家鎢企業(yè)代表進行了會談，并參觀了俄羅斯沃爾夫姆（Wolfram）公司烏涅恰難溶金屬工廠（Unecha RefractoryMetals Plant）。

會議期間，中國鎢協(xié)秘書長劉良先一行先后會見了國際鎢協(xié)、越南馬山集團、英國五金、奧地利WBH公司、英國Hermerdon鎢礦、日本三活公司和新金屬株式會社、奧地利SMR信息咨詢公司、俄羅斯Wolfram公司等多家國際機構(gòu)和鎢企業(yè)代表，交流了鎢礦開采管理政策、鎢冶煉污染防治情況以及鎢市場形勢和鎢產(chǎn)業(yè)發(fā)展等情況；與國際鎢協(xié)秘書長就鎢首要用途研究的合作等進行了探討和交流，達成了許多共識，雙方表示將繼續(xù)加強相互的信息交流與合作。

報告會上，來自俄羅斯、歐洲、中國、美國和日本的5家企業(yè)代表分別就各自國家或地區(qū)的鎢市場形勢做了報告；中介機構(gòu)Argus公司作了全球鈷市場報告；奧地利SMR信息咨詢公司作了鎢終端應(yīng)用研究報告；國際鎢協(xié)秘書長作了俄羅斯鎢工業(yè)歷史的專題報告。

討論會上，5個鎢市場報告人與參會代表就鎢市場形勢進行了互動交流。與會代表對今年鎢市場價格上漲給予了肯定，對未來鎢市場前景持樂觀態(tài)度。普遍認為：鎢市場價格持續(xù)近3年的下滑，導(dǎo)致全球鎢精礦產(chǎn)量下降，鎢原料庫存處于低位，市場供應(yīng)趨緊；全球經(jīng)濟正在進入全面復(fù)蘇，鎢消費量均有不同程度的增長，全球鎢市場供需矛盾改善；美國制造業(yè)復(fù)蘇，鎢市場需求恢復(fù)強勁；歐洲鎢原料供應(yīng)平穩(wěn)，鎢需求將繼續(xù)保持平穩(wěn)增長；奧運會臨近，日本基礎(chǔ)設(shè)施等投資增長，將繼續(xù)拉動鎢消費需求；美國和俄羅斯鎢產(chǎn)品國家戰(zhàn)略儲備均處于低位，中國鎢市場對全球鎢市場發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，預(yù)期鎢市場形勢將繼續(xù)向好。

在本屆年會上，中鎢高新材料股份有限公司副總經(jīng)理高勃當選下一屆國際鎢協(xié)輪值主席并發(fā)表了就職講話。

會議確定第31屆國際鎢協(xié)年會于2018年9月26日～27日在中國成都召開，由株洲硬質(zhì)合金集團有限公司和自貢硬質(zhì)合金有限責任公司承辦，2018年9月28日參觀自硬公司。

本屆年會是在鎢市場連續(xù)近3年持續(xù)下跌后開始回升的情況下召開的，參加本次會議有利于加強與國際鎢協(xié)和國外鎢企業(yè)的聯(lián)系與交流，促進中國鎢企業(yè)的國際化發(fā)展，傳遞中國鎢行業(yè)的聲音，讓世界了解中國鎢業(yè)。

中鎢高新副總經(jīng)理高勃當選國際鎢協(xié)主席

2017年9月28日，在莫斯科國際鎢協(xié)第30屆年會上，國際鎢協(xié)執(zhí)委、中鎢高新材料股份有限公司副總經(jīng)理高勃當選下一屆國際鎢協(xié)輪值主席并發(fā)表了就職講話。這是中國鎢企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)第三次擔任國際鎢協(xié)輪值主席，將有利于增進中國鎢企業(yè)的國際交流，提高中國鎢業(yè)的國際地位和影響力。

余澤全

Experimental Study on the Flocculation Sedimentation of Whole Tailings

YANG Ning1,2,YIN Xiangang1,2,ZHONG Yong3,XIAO Muen1,2
(1.Changsha Institute of Mine Research Co.,Ltd.,Changsha 410012,Hunan,China;2.National Engineering Research Center for Metal Mining,Changsha 410012,Hunan,China;3.Luoyang Kunyu Mining Co.,Ltd.,Luoyang 471700,Henan,China)

The whole tailings from the concentrator are mostly fine particles with small particle size,which causes the phenomenon of slow sedimentation.It is necessary to add the flocculant to the all tailings mortar for sedimentation.Taking the all tailings of a mine as an example,four(two kinds of domestic and two kings of foreign)from total 12 kings of different flocculants were selected to study the flocculant selection test,the principle of the settlement of flocculant was analyzed,and the best marching degree of the flocculant was selected.After,the effect of different dose of flocculants on the sedimentation process was studied in detail.The flocculantⅪsuitable for the mine was obtained.The optimum dosage was 25 g/t.The method is reference to similar mines.

whole tailings;flocculation sedimentation;flocculants;sedimentation rate;bottom flow concentration

TD926.4

A

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.05.004

2017-08-09

楊 寧（1992-），男，寧夏中衛(wèi)人，助理工程師，主要從事采礦工程及充填技術(shù)研究。

尹賢剛（1971-），男，四川什邡人，研究員，主要從事采礦工程及充填技術(shù)的研究工作。