盛宇航，李廣波，王增加，王玉亮

（山東黃金礦業(yè)科技有限公司充填工程實驗室分公司，山東 萊州 261441）

礦業(yè)迅猛發(fā)展的同時，大量尾砂隨之產生。尾砂處置方式不當會造成嚴重的安全與環(huán)保問題［1］。尾砂膏體充填在提高尾砂利用率、改善井下作業(yè)環(huán)境以及降低采礦充填成本等方面具有顯著優(yōu)勢，已成為礦山實現綠色開采的關鍵技術，近年來被越來越多的礦山推廣應用［2-3］。尾砂膏體充填是指高濃度尾礦漿配以膠凝材料（水泥）經活化攪拌制備成膏狀結構流體，借助管路輸送系統(tǒng)泵送或自流至井下采空區(qū)?？梢?，獲取高濃度尾砂漿是進行尾砂膏體充填的前提，目前浮選尾礦深度脫水主要采用深錐濃密工藝［4-5］。

批量靜態(tài)絮凝沉降試驗常被用來研究不同因素對尾砂絮凝沉降性能的影響規(guī)律［6-9］，從而為尾砂深錐濃密關鍵參數的選擇提供參考。現有研究多側重于從物料類型、絮凝劑種類與用量、入料濃度等方面對絮凝沉降性能開展研究，而尾砂粒級組成對絮凝沉降性能影響的研究鮮有報道。

本文采用人工調配尾砂粒級組成的方法，通過尾砂靜態(tài)絮凝沉降試驗，系統(tǒng)分析粒級組成對尾砂絮凝沉降性能的影響，揭示尾砂粒級組成與絮凝沉降性能的相關性。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

試驗用尾砂取自山東某金礦選礦廠浮選尾礦。尾砂密度2.60 g／cm3，采用激光粒度分析方法對尾砂粒級組成進行測試，結果如圖1所示。尾砂粒徑范圍較寬（0～0.666 mm），平均粒徑0.079 mm，尾砂中+0.15 mm粒級含量20.29%、-0.15+0.074 mm粒級含量14.51%、-0.074+0.037 mm粒級含量11.49%、-0.037 mm粒級含量53.71%。尾砂化學成分分析結果如表1所示。

圖1 尾砂粒級組成

表1 尾砂化學成分分析結果（質量分數） %

根據尾砂性質，本次試驗選用陰離子型聚丙烯酰胺（固體粉末）作為絮凝劑，其分子質量為1 200萬。

1.2 試驗方法

采用人工篩分的方法將尾砂分成4個粒徑變化范圍相對較窄的組分，如表2所示。

表2 尾砂各篩分組分粒度及密度

通過向組分D中添加不同比例的組分A、B和C來獲得不同粒級組成的尾砂，在1 000 mL量筒中進行靜態(tài)絮凝沉降試驗，系統(tǒng)分析粒級組成對尾砂絮凝沉降性能的影響。試驗方法為：配制質量濃度15%的混合尾砂料漿，絮凝劑添加量30 g／t，進行靜態(tài)絮凝沉降試驗，記錄不同時間段的界面沉降高度。以尾砂絮團沉降60 s時的沉降速率和沉降24 h后的料漿底流濃度作為評價絮凝沉降性能的指標。

2 結果與討論

2.1 尾砂各篩分組分性質

組分A、B、C和D中礦物成分分析結果如表3所示。由表3可知，組分A、B、C和D中均含有大量鈉長石、鉀長石和絹云母，同時還含有少量黃鐵礦、方解石和符山石。組分A、B和C中石英含量超過30.0%，不含透鋰長石；組分D中未檢測出石英，而透鋰長石含量較高，為23.80%，另外組分D中還含有1.96%的易泥化礦物高嶺石。各組分礦物成分的差異，造成了各組分間密度的差異，會對尾砂絮凝沉降性能產生不同程度的影響。

表3 不同粒級組分礦物組成分析結果

2.2 絮凝沉降試驗

不同粒級組成的尾砂絮凝沉降試驗結果如表4所示。由表4可知，尾砂絮凝沉降速率隨著尾砂中組分A、B和C含量不同存在明顯差異，沉降速率隨組分A、B和C含量增加而增加。隨著單一組分A、B和C的摻入，尾砂沉降速率均得到明顯提高；但組分A、B和C粒級間的差異對尾砂沉降速率的影響不明顯。當2種組分AB、AC和BC摻入D時，尾砂沉降速率隨著2種組分總含量增加而增加；2種組分總含量一定時，組分A含量增加更有助于尾砂沉降速率的增加。3種組分A、B和C同時摻入D時，尾砂沉降速率與3種組分的總含量呈正比關系。分析其原因，尾砂的沉降速率分別與尾砂密度、尾砂粒徑的平方呈正比［10］，組分D尾砂粒徑超細且密度小，使得沉降速率緩慢。具有大分子長鏈結構的絮凝劑加入料漿后，通過“架橋吸附”作用將若干個超細粒級尾砂顆粒聚集形成“單個”大尾砂絮團，呈現出尺寸和密度均增大的“整體效應”，加快了尾砂的沉降速率。僅有組分D形成的絮團雖增大了尾砂尺寸和密度，但增大效果有限。隨著粗粒級和密度大的組分A、B和C的摻入，絮凝劑在吸附組分D的同時也吸附組分A、B和C，從而形成更大、更重的尾砂絮團，使絮團的“整體效應”更顯著；但絮凝劑的吸附可能存在選擇性，尾砂粒徑越大，其被絮凝劑吸附的可能性降低，導致大粒徑尾砂吸附量減少，使得尾砂沉降速率不因組分A、B和C粒級差異而表現出差異性。料漿中組分A、B和C總含量增加，粗粒級（+0.037 mm）尾砂顆粒數量亦增多，能夠形成的大尺寸絮團就越多，尾砂沉降速率增加。

表4 不同粒級組成尾砂絮凝沉降試驗結果

同樣，尾砂底流濃度隨著組分A、B和C含量增加而增加。組分D自然沉降所形成的底流濃度為56.90%，加入絮凝劑后尾砂底流濃度降低了12.13%。隨著單一組分A、B和C的摻入，絮凝沉降底流濃度均提高。2種組分AB、AC和BC摻入D時，絮凝沉降底流濃度隨著2種組分總含量增加而增加。3種組分A、B和C同時摻入D時，3種組分總含量增加有助于提高底流濃度；總含量一定時，降低組分A含量，利于絮凝沉降底流濃度的提高。分析其原因，組分D因尾砂粒徑超細且比表面積大，沉降過程中會吸附大量的水使得自然沉降底流濃度偏低；絮凝劑吸附尾砂所形成的絮團以及絮團與絮團間會包裹水，與自然沉降底流相比，絮凝沉降底流因包裹水而變得“蓬松”，造成了濃度進一步降低。隨著組分A、B和C的摻入，組分D能夠有效地填充于組分A、B和C所形成的空隙中，同時組分A、B和C之間也相互填充，尾砂堆積密度增加，進而絮凝沉降底流濃度得到提高。

利用MATLAB軟件對沉降試驗數據進行回歸分析，分別建立絮凝沉降速率（v）和底流濃度（q）與組分A（X1）、B（X2）、C（X3）和D（X4）含量的函數關系式，其中式（1）的擬合相關系數R2＝0.98，式（2）的擬合相關系數R2＝0.94。

將組分A、B、C和D不同摻量代入式（1）和（2），得到沉降速率和底流濃度的預測值如表4所示。與試驗值相比，預測沉降速率最大誤差為9.61%；預測底流濃度最大誤差為2.16%。因此，式（1）和（2）可用于尾砂絮凝沉降性能的預測，系統(tǒng)誤差能夠滿足工程應用的要求。

3 結 論

1）不同粒級組分A（+0.15 mm）、B（-0.15+0.074 mm）、C（-0.074+0.037 mm）和D（-0.037 mm）的礦物成分和密度不同，組分A、B和C中含有大量石英；組分D中未檢測出石英，但含有對絮凝沉降產生負面影響的高嶺石；各組分間密度關系為：組分A＞組分B＞組分C＞組分D，粒級越粗，密度越大。

2）不同粒級組成的尾砂絮凝沉降性能存在顯著差異。尾砂沉降速率隨組分A、B、和C總含量增加而增加，究其原因是粗粒級（+0.037 mm）尾砂能夠提高尾砂絮團的“整體效應”，增加絮團的沉降速率；同時絮凝劑的吸附具有選擇性，使得組分A、B和C粒級間的差異對沉降速率影響不明顯；底流濃度亦隨組分A、B和C總含量增加而增加，究其原因是細粒級尾砂可填充于粗粒級尾砂堆積所形成的空隙中，使尾砂級配更合理，增加了尾砂的堆積密度。

3）根據不同粒級尾砂絮凝沉降試驗結果，經回歸分析建立了絮凝沉降速率和底流濃度與各粒級含量的函數關系，可用于尾砂絮凝沉降性能的預測，誤差小于10%。