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        疆鋒鐵礦尾砂沉降性能試驗(yàn)研究

        2019-11-13 01:57:04楊國(guó)永
        采礦技術(shù) 2019年5期
        關(guān)鍵詞:沉降速度量筒尾砂

        楊國(guó)永,彭 亮

        (1.景洪市龍?chǎng)蔚V業(yè)有限責(zé)任公司, 云南 景洪市 666100;2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司, 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

        景洪市龍?chǎng)蔚V業(yè)有限責(zé)任公司疆鋒鐵礦地處云南省西南邊陲,屬西雙版納傣族自治州景洪市大勐龍鎮(zhèn)管轄,礦區(qū)距離景洪市公路距離約75 km,距離大勐龍鎮(zhèn)平距9 km。疆鋒鐵礦二期工程將采用充填采礦法開(kāi)采,所以須建設(shè)充填系統(tǒng)以滿足井下充填采礦法的需求。根據(jù)疆鋒鐵礦的實(shí)際需求,充填系統(tǒng)工藝為濃密機(jī)+砂倉(cāng)泵送加自流輸送工藝。

        濃密機(jī)進(jìn)砂時(shí)溢流濃度高,帶走大量細(xì)顆粒,從而給生產(chǎn)帶來(lái)一些問(wèn)題:其一,溢流水不能直接回選廠循環(huán)使用、須由渣漿泵輸送至尾礦庫(kù)進(jìn)一步沉降從而增加運(yùn)營(yíng)成本,并且降低尾礦庫(kù)的服務(wù)年限;其二,溢流濃度過(guò)高使尾砂充填利用率降低、充填系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力并導(dǎo)致采充失衡等。為提高尾砂充填利用率,溢流回水作為清水能被循環(huán)利用,尾砂料漿的沉降性能非常重要,決定了濃密機(jī)底流濃度能否達(dá)標(biāo),而且直接決定了溢流清水能否滿足要求循環(huán)利用。所以進(jìn)行尾砂的自然沉降實(shí)驗(yàn)和絮凝劑沉降實(shí)驗(yàn),以便找出合適的絮凝劑及添加量,并得出其它重要參數(shù)。

        1 尾砂性質(zhì)及絮凝劑初選

        1.1 尾砂特性

        尾砂取自疆鋒鐵礦尾礦庫(kù)排尾口,其基本物理性能見(jiàn)表 1。該尾砂的松散容重小、孔隙率大、泌水性能差。篩分尾砂粒級(jí)組成分析結(jié)果見(jiàn)表 2。尾砂漿液上部清液的 pH=9.2偏堿性,-200目達(dá)到31.28%,平均粒徑195 μm,尾砂屬于粗粒級(jí)尾砂。

        根據(jù)尾砂物理化學(xué)性質(zhì)(見(jiàn)表1~表3),初步選擇了4種絮凝劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),力圖通過(guò)實(shí)驗(yàn)選擇出最合適的絮凝劑,并找到最佳的添加量。

        表1 疆鋒鐵礦篩分尾砂物理性能指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

        表2 疆鋒鐵礦尾砂粒度分析結(jié)果

        表3 疆鋒鐵礦尾砂化學(xué)成份測(cè)定結(jié)果/%

        1.2 絮凝劑的初步挑選

        尾砂沉降性能試驗(yàn)包括自然沉降試驗(yàn)和絮凝沉降試驗(yàn)。尾砂在濃密機(jī)內(nèi)進(jìn)行脫水時(shí),常常需要添加絮凝劑加速尾砂顆粒沉降,以提高尾砂沉砂效率,本試驗(yàn)?zāi)康木褪茄芯拷h鐵礦尾砂對(duì)絮凝劑的適應(yīng)性,選出最優(yōu)的絮凝劑類型、最佳的絮凝劑添加量以及分析得出其它絮凝沉降參數(shù)。

        經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)可知,礦漿呈堿性,所以絮凝劑必須優(yōu)先選用陰離子絮凝劑。初步選擇的4種絮凝劑都是陰離子高分子絮凝劑,所以4種絮凝劑都要通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行分析對(duì)比。

        2 絮凝劑沉降對(duì)比實(shí)驗(yàn)

        2.1 實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備

        (1)1000 mL量筒,500 mL燒杯;

        (2)絮凝劑攪拌器;

        (3)秒表計(jì)時(shí)器;

        (4)天平秤(精度0.01 g);

        (5)坐標(biāo)紙;

        (6)礦漿攪拌棒;

        (7)注射器;

        (8)記錄本。

        2.2 實(shí)驗(yàn)材料

        (1)尾砂:對(duì)全尾砂采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格篩進(jìn)行篩分,剔除全尾砂1 mm以上粗砂,最后均勻采集篩下尾砂樣。

        (2)水樣:長(zhǎng)沙市自來(lái)水。

        (3)絮凝劑:實(shí)驗(yàn)室選取4種絮凝劑,其中3種國(guó)產(chǎn)品牌絮凝劑(產(chǎn)地均為云南?。?,1種國(guó)外品牌絮凝劑。分別是:JB-164絮凝劑,JSL-DH-1絮凝劑,1#絮凝劑和法國(guó)產(chǎn)NT-694E絮凝劑。

        2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

        沉降試驗(yàn)具體步驟如下:

        第一步:將4種絮凝劑都調(diào)配成3‰的溶液,即在實(shí)驗(yàn)室采用500 mL的燒杯加水100 mL,再采用天平(精度0.01 g)稱取絮凝劑顆粒0.3 g,將絮凝劑顆粒倒入燒杯中攪拌均勻即可。

        第二步:把調(diào)配好的濃度 20%的尾砂漿倒入500 mL的量筒中,用礦漿攪拌棒在量筒中來(lái)回?cái)嚢钄?shù)次直至混合均勻,并測(cè)量其pH值。

        第三步:進(jìn)行自然沉降實(shí)驗(yàn),每隔一定時(shí)間記錄固液分離界面高度,并觀察自然沉降1 h后料漿的最終沉降高度,最后計(jì)算最終沉降濃度 C(%)和容重 γ(t/m3)。

        第四步:進(jìn)行絮凝劑沉降實(shí)驗(yàn),在量筒中用注射器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。

        第五步:根據(jù)沉降試驗(yàn),將每種絮凝劑各添加量中沉降速度最佳的一組放在一起進(jìn)行對(duì)比,從中選取沉降效果最好的一種絮凝劑。

        第六步:由于添加量與絮凝沉降速度并不成正比,每種絮凝劑針對(duì)不同的尾砂都有一個(gè)最佳添加量的問(wèn)題。所以須對(duì)第5步選取的絮凝劑的添加量進(jìn)行更加細(xì)致的試驗(yàn),以找到最佳添加量。

        第七步:絮凝劑選型試驗(yàn)及最佳添加量試驗(yàn)均采用尾砂樣,選擇好最佳的絮凝劑類型及添加量,并計(jì)算出最終沉降濃度C(%)和容重γ(t/m3)。

        2.4 試驗(yàn)結(jié)果

        2.4.1 自然沉降試驗(yàn)

        自然沉降試驗(yàn)將配置好的20%濃度料漿,倒入500 mL量筒中,攪拌均勻后,記錄單位時(shí)間內(nèi)液面下降高度(見(jiàn)表4)。注:上清液渾濁,V0=445 mL;1 h后最終沉降漿體體積分別為73,65,65 mL。

        表4 尾砂自然沉降試驗(yàn)結(jié)果

        2.4.2 自然沉降試驗(yàn)分析

        通過(guò)以上自然沉降數(shù)據(jù)分析可知:

        (1)尾砂自然沉降中,粗顆粒尾砂迅速沉降,上部細(xì)顆粒形成了難以沉降的懸浮層,造成了上清液比較渾濁,分層現(xiàn)象不明顯。

        (2)通過(guò)觀察,尾砂300 s后進(jìn)入壓縮沉降階段,那是因?yàn)槲采按诸w粒較多,沉降速度相對(duì)較快。

        (3)尾砂自然沉降過(guò)程中上清液都比較渾濁,所以為加速尾砂沉降且保證上清液清澈,須添加絮凝劑。

        (4)1 h后尾砂最終沉降平均高度分別為23.5,23.7 cm,對(duì)應(yīng)最終壓縮濃度及容重分別為:76.9%,2.06 t/m3。

        2.4.3 絮凝沉降試驗(yàn)

        2.4.3.1 絮凝劑選型試驗(yàn)

        在500 mL的量筒中配制濃度20%的尾砂漿,攪拌均勻后加入絮凝劑溶液,絮凝劑溶液添加量按每噸干尾砂添加10,30,50 g進(jìn)行計(jì)算,將4種絮凝劑各添加量中沉降速度最快(勻速沉降階段)的一組放在一起進(jìn)行對(duì)比,并計(jì)算出它們的最終壓縮濃度(%),相關(guān)沉降參數(shù)如表5、圖1所示,由表5、圖1可知:

        (1)各絮凝劑沉降速度快慢順序依次是:NT-694E絮凝劑>1#絮凝劑>JB-164絮凝劑>JSL-DH-1絮凝劑;

        (2)各絮凝劑沉降最終壓縮濃度從高到低依次為:NT-694E絮凝劑>1#絮凝劑=JSL-DH-1絮凝劑>JB-164絮凝劑。

        綜合考慮絮凝沉降的速度、最終壓縮濃度以及上清液是否清澈等綜合因素,決定選用1#絮凝劑進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

        表5 尾砂絮凝沉降統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        2.4.3.2 絮凝劑添加量選擇試驗(yàn)

        根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,1#絮凝劑沉降效果相對(duì)較好,針對(duì)該種絮凝劑進(jìn)行進(jìn)一步的添加量選擇試驗(yàn)。絮凝劑添加量選擇10,15,20,25,30,40 g/t,測(cè)試時(shí)間 600 s,并與自然沉降進(jìn)行比較,觀察其最終沉降高度,并計(jì)算它的最終沉降濃度與容重。試驗(yàn)結(jié)果如表6,圖2所示。

        圖1 多種絮凝劑沉降效果對(duì)比

        表6 1#絮凝劑各添加量(尾砂)沉降

        圖2 1#絮凝劑不同添加量絮凝(尾砂)沉降曲線

        根據(jù)絮凝劑的選型試驗(yàn)和添加量試驗(yàn),可以選擇1#絮凝劑,絮凝劑添加量控制在10~20 g/t為宜。自然沉降與 1#絮凝劑最佳添加量的沉降對(duì)比見(jiàn)照片1~照片2。

        2.4.4 絮凝沉降試驗(yàn)分析

        通過(guò)以上絮凝沉降數(shù)據(jù)及相關(guān)沉降曲線分析,可以得出:

        照片1 沉降30 s

        照片2 沉降60 s

        (1)絮凝劑選型:選擇的4種絮凝劑中,NT-694E絮凝劑雖然沉降速度較快,壓縮濃度較高,但少量極細(xì)顆粒無(wú)法沉降,造成上清液比較渾濁,1#絮凝劑相對(duì)綜合沉降效果均最好,所以可選擇1#絮凝劑進(jìn)行進(jìn)一步的最佳添加量試驗(yàn)研究。

        (2)絮凝劑添加量:絮凝劑添加量在一定范圍內(nèi)與沉降速度并不呈正相關(guān),有一個(gè)最佳添加量。1#絮凝劑,20%濃度料漿最佳添加量均在10~20 g/t,全尾砂最終壓縮濃度為69%~71.4%。

        (3)最終壓縮濃度:絮凝劑添加量越大最終壓縮濃度就越低,這是因?yàn)樘砑有跄齽┖?,料漿溶液中形成的絮團(tuán)較大,水份被包裹在絮團(tuán)中,無(wú)法排出,絮凝劑添加量越大,壓縮層的密實(shí)程度越低。

        3 結(jié) 論

        (1)該礦尾砂自然沉降速度相對(duì)較快,部分細(xì)顆粒難以沉降導(dǎo)致上清液渾濁,必須添加絮凝劑以加速細(xì)顆粒尾砂沉降。

        (2)尾砂自然沉降最終壓縮濃度分別為75.5%、76.9%,相對(duì)應(yīng)容重分別為2.02,2.06 t/m3。

        (3)1#絮凝劑,20%濃度料漿最佳添加量均在15 g/t左右,尾砂最終壓縮濃度平均為72%,容重為1.96 t/m3。具體添加量的最終確定,可以在工業(yè)試驗(yàn)時(shí)從低到高依次進(jìn)行,滿足溢流水不跑渾即可。

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