趙德貴 朱 磊 孫志飛 宋立民

(內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤(rùn)礦業(yè)分公司)

白云鄂博西礦位于高寒干旱的草原地區(qū)，其鐵礦石資源具有鐵品位低、鐵礦物嵌布粒度細(xì)的特點(diǎn)[1]，導(dǎo)致礦石經(jīng)選別后產(chǎn)生的尾礦不僅量大且細(xì)粒級(jí)含量高。由于該礦地理位置和氣候特征，尾礦處理工藝需選擇高濃度堆存工藝，以實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)約用地的目的，但要實(shí)現(xiàn)尾礦的高濃度堆存，首先要實(shí)現(xiàn)尾礦的深度濃縮，即尾礦排放濃度需達(dá)到70%(以下所指濃度均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)濃度)以上。

由于微細(xì)粒尾礦中細(xì)粒級(jí)含量高，造成了微細(xì)粒尾礦自然沉降速度慢的現(xiàn)象。因此，需將絮凝劑添加到礦漿中進(jìn)行絮凝沉降[2]，但沉降效果好的絮凝劑一般價(jià)格比較昂貴，想要得到深度濃縮的尾礦，絮凝劑的合理用量是必須考慮的前提之一。為此，本研究針對(duì)微細(xì)粒尾礦采用添加絮凝劑的方式進(jìn)行絮凝沉降試驗(yàn)，一是研究通過(guò)添加絮凝劑能否在合理時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)70%以上濃度的濃縮尾礦，二是研究影響尾礦沉降的主要因素以獲得合理的絮凝劑添加量，為微細(xì)粒尾礦的高濃縮堆存提供技術(shù)依據(jù)。

1 尾礦性質(zhì)

1.1 尾礦物理性質(zhì)分析

尾礦物理參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 尾礦物理參數(shù)

由表1可知，尾礦排放后的平均干密度為1.60 t/m3，相對(duì)于3.13的相對(duì)密度，該密度對(duì)應(yīng)的孔隙比為0.96，尾礦中鐵含量為11.50%。

1.2 尾礦粒級(jí)組成分析

尾礦粒度分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 尾礦粒度分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由表2可知，該尾礦粒度非常細(xì)，-0.074 mm粒級(jí)含量達(dá)72.47%，-0.043 mm粒級(jí)含量達(dá)57.51%，且微細(xì)粒級(jí)-0.038 mm含量達(dá)49.51%，這些細(xì)小顆粒分散在礦漿中形成膠體的穩(wěn)定分散系，是造成該尾礦沉降困難的主要原因[3]。

2 試驗(yàn)方法

考慮到直接將9.5%濃度的尾礦沉降至70%濃度以上存在困難，擬采用兩次沉降使最終尾礦濃度達(dá)70%以上。具體方案如下：

(1)方案1：第1次沉降采用自然沉降法，將9.5%濃度的尾礦通過(guò)自然沉降使尾礦濃度達(dá)40%以上；第2次沉降采用添加絮凝劑絮凝沉降法，使40%濃度的尾礦濃縮沉降至70%以上，后考慮絮凝劑用量。

(2)方案2：兩次沉降均采用添加絮凝劑的絮凝沉降法，第1次使9.5%濃度的尾礦絮凝沉降至約50%；第2次將50%濃度的尾礦絮凝沉降至70%以上，然后綜合考慮絮凝劑用量。

3 自然沉降探索試驗(yàn)

試驗(yàn)采用1 000 mL的特質(zhì)量筒，尾礦沉降試驗(yàn)濃度9.5%、沉降終點(diǎn)濃度47%，沉降曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 自然沉降曲線(xiàn)

由圖1可見(jiàn)，自然沉降能實(shí)現(xiàn)底流濃度45%以上，但沉降速度過(guò)慢，平均沉降速度為1.53×10-4m/s，不適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)，擬采用第2種方案。

4 絮凝沉降試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)藥劑介紹

試驗(yàn)所用絮凝劑為聚丙烯酰胺，是目前應(yīng)用最多的人工合成絮凝劑。聚丙烯酰胺廣泛運(yùn)用于礦業(yè)、冶金、環(huán)保、化工等領(lǐng)域，為高分子化合物，其分子鏈很長(zhǎng)，溶解后大數(shù)量級(jí)的長(zhǎng)鏈在水中有巨大的吸附表面積，故絮凝作用好。其絮凝機(jī)理主要有以下兩個(gè)方面:一是，其分子鏈很長(zhǎng)，溶解后大數(shù)量級(jí)的長(zhǎng)鏈在水中有巨大的吸附表面積，它能利用長(zhǎng)鏈在微細(xì)顆粒之間架橋，將數(shù)個(gè)甚至數(shù)十個(gè)微細(xì)顆粒連接在一起形成大顆粒的絮凝體，從而加速了顆粒的沉降速度；二是，聚丙烯酰胺用于絮凝時(shí)，與被絮凝物表面性質(zhì)，特別是動(dòng)電位、粘度、濃度及懸浮液的pH 值有關(guān)，顆粒表面的動(dòng)電位是阻礙顆粒凝聚的主要原因，加入與表面電荷相反的絮凝劑，能降低顆粒表面的動(dòng)電位，從而使顆粒之間相互發(fā)生絮凝作用而加速顆粒的沉降[4]。

4.2 絮凝沉降試驗(yàn)方案及方法

4.2.1 試驗(yàn)方案

考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況和現(xiàn)階段濃縮設(shè)備情況，為有效提供技術(shù)支撐試驗(yàn)采用固定沉降時(shí)間，通過(guò)添加絮凝劑用量來(lái)提高該尾礦的沉降速度和實(shí)現(xiàn)深度濃縮，第1次絮凝沉降試驗(yàn)時(shí)間為25 min，第2次絮凝沉降時(shí)間為70 min。同時(shí)考慮到該地區(qū)四季溫差較大，礦漿溫度會(huì)有大范圍變化且不可控制，會(huì)對(duì)沉降有較大影響，試驗(yàn)所采用的礦漿樣分兩批，即礦漿溫度10 ℃(冬季)和20 ℃(夏季)。

4.2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用1 000 mL的特質(zhì)量筒進(jìn)行礦漿的絮凝沉降，絮凝劑的配制采用100 mL的燒杯，試驗(yàn)時(shí)將混合均勻的礦漿添加到特制量筒1 000 mL處，采用10 mL注射器添加充分溶解的絮凝劑，添加絮凝劑后用特制的攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢?順時(shí)針/逆時(shí)針各3圈)，拿出攪拌器的瞬間開(kāi)始計(jì)時(shí)讀數(shù)，采用200 mL注射器抽走上清液后測(cè)量質(zhì)量濃度。

4.3 礦漿溫度為10 ℃的絮凝沉降試驗(yàn)

4.3.1 第1次絮凝沉降試驗(yàn)

根據(jù)絮凝劑廠家指導(dǎo)，絮凝劑配比濃度一般為2.5‰～3.5‰較為合適，試驗(yàn)絮凝劑配比濃度為3.0‰，尾礦給入濃度為9.5%，礦漿溫度為10 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 第1次絮凝沉降試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，當(dāng)絮凝劑配比濃度為3.0‰、添加量為2 mL即絮凝劑單耗為20.18 g/t的條件下，10 ℃的礦漿經(jīng)25 min絮凝沉降后濃度由9.5%可提升至45%以上，平均沉降速度為1.93×10-4m/s。

4.3.2 第2次絮凝沉降試驗(yàn)

絮凝劑配比濃度為3.0‰，尾礦給入濃度為45.0%，礦漿溫度為10 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 第2次絮凝沉降試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，當(dāng)絮凝劑配比濃度為3.0‰、添加量為2 mL即絮凝劑單耗為20.18 g/t的條件下，10 ℃的礦漿經(jīng)70 min絮凝沉降后濃度由45%可提升至70%以上，平均沉降速度為0.67×10-4m/s。

4.4 礦漿溫度為20 ℃的絮凝沉降試驗(yàn)

4.4.1 第1次絮凝沉降試驗(yàn)

絮凝劑配比濃度為3.0‰，尾礦給入濃度為9.5%，礦漿溫度為20 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，當(dāng)絮凝劑配比濃度為3.0‰、添加量為1.5 mL即絮凝劑單耗為15.13 g/t的條件下，20 ℃的礦漿經(jīng)25 min絮凝沉降后濃度由9.5%可提升至45%以上，平均沉降速度為1.98×10-4m/s，相比10 ℃的礦漿相同時(shí)間內(nèi)沉降速度有所提高，相應(yīng)的絮凝劑單耗也有所降低。

4.4.2 第2次絮凝沉降試驗(yàn)

絮凝劑配比濃度為3.0‰，尾礦給入濃度為45.0%，礦漿溫度為20 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 第2次絮凝沉降試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，當(dāng)絮凝劑配比濃度為3.0‰、添加量為2 mL即絮凝劑單耗為20.18 g/t的條件下，20 ℃的礦漿經(jīng)70 min絮凝沉降后濃度由45%可提升至70%以上，平均沉降速度為0.69×10-4m/s，相比10 ℃的礦漿相同時(shí)間內(nèi)沉降速度有所提高，但為了達(dá)到70%以上的濃度，絮凝劑單耗不變。

5 結(jié) 論

(1)包鋼白云鄂博西礦選礦廠鐵尾礦細(xì)粒級(jí)含量高，屬典型的微細(xì)粒鐵尾礦，自然沉降速度慢，難以實(shí)現(xiàn)高濃度濃縮尾礦，需添加絮凝劑來(lái)實(shí)現(xiàn)高濃度濃縮尾礦。

(2)采用添加聚丙烯酰胺高分子絮凝劑，通過(guò)兩次絮凝沉降可實(shí)現(xiàn)70%以上的高濃度濃縮尾礦，第1次絮凝沉降時(shí)間為25 min，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可采用普通或高效濃縮機(jī)即可實(shí)現(xiàn)；第2次絮凝沉降時(shí)間為70 min，沉降時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可采用深錐濃縮機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(3)不同季節(jié)不同溫度下的礦漿對(duì)絮凝劑用量影響較大，10 ℃ 9.5%濃度的礦漿要實(shí)現(xiàn)70%以上的濃縮尾礦兩次絮凝沉降需添加絮凝劑約41 g/t，20 ℃ 9.5%濃度的礦漿要實(shí)現(xiàn)70%以上的濃縮尾礦，兩次絮凝沉降需添加絮凝劑約36 g/t。