全尾砂充填絮凝沉降藥劑最佳添量試驗范文

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《黃金雜志》2016年第12期

摘要:

以金山金礦全尾砂和聚丙烯酰胺(PAM)為試驗原料進行靜態絮凝沉降試驗。通過全尾砂自然沉降試驗以及多次單因素絮凝沉降試驗，探究了砂漿給料濃度及絮凝劑添量對全尾砂沉降速度和沉降濃度的影響，并且尋求到一種簡易直觀的尾液檢測方法，據此探討了最佳絮凝沉降效果所需添量與最佳絮凝劑添量之間的關系。綜合多方面因素，給出了礦山最佳砂漿給料濃度為25%，最佳絮凝沉降效果所需添量為25g/t，最佳絮凝劑添量為20g/t。

關鍵詞:

充填;全尾砂;絮凝沉降;添量;固液分離

0引言

中國黃金集團江西金山礦業有限公司(下稱“金山金礦”)位于江西省德興市花橋鎮，是中國黃金集團公司2008年新收購并控股的礦業有限公司。金山金礦于1986年建成投產，前后經過4次改擴建工程，目前生產能力為2000t/d。礦山主要采用上向水平分層充填采礦法開采灣家塢V1礦體，該礦體屬緩傾斜中厚礦體。添加絮凝劑加速全尾砂漿沉降是礦山充填工作的重要環節。通常情況下，通過室內絮凝沉降試驗方法來確定絮凝劑添量［1］。然而，傳統試驗方法確定的添量值是否為最佳添量值尚且值得商榷。同時，伴隨“綠色礦山”建設，礦山水資源循環利用與其他生產系統的協調匹配也要求礦山用水中盡量不含類似絮凝劑等雜質。在此背景之下，筆者對絮凝沉降理論［2］與傳統試驗方法［3］進行了科學分析，設計試驗觀察分析，以金山金礦全尾砂充填料漿為研究對象，以沉降速度(前期加速沉降階段速度均值)和沉降濃度(沉降結束砂漿飽和濃度)為試驗考察指標，探究了全尾砂充填絮凝沉降藥劑最佳添量，為金山金礦“綠色礦山”建設提供技術支撐。

1試驗材料與方法

1．1試驗材料

1)絮凝劑。本次試驗采用聚丙烯酰胺(PAM)陰離子型有機高分子絮凝劑。該絮凝劑為白色粉末狀，無臭、無毒、無腐蝕性，水解體有輕微氨味，能以任何比例溶于水，相對分子質量為(6～8)×106。

2)尾砂。試驗所用全尾砂粒級組成見表1，密度2．74t/m3，容重11．66kN/m3，孔隙率57%;干尾砂pH值為7．24，尾砂漿pH值為7．06，呈弱堿性。由表1可知:尾砂加權平均粒徑為0．11mm，全尾砂粒級不均勻系數為14．57，尾砂級配不合理，所形成的充填體密度大，壓縮性小，但透水性差，充填脫水難度較大。

1．2試驗方法

1)操作方法。將配置好的質量分數為0．1%的絮凝劑溶液添加到配置好的全尾砂漿中，利用橡膠網孔攪拌棒攪拌均勻，靜置觀察并記錄不同時間點尾砂沉降高度。

2)設計多次單因素優選試驗，變量選取2個主要影響因素:絮凝劑添量和尾砂漿體濃度，探究此條件下最佳絮凝劑添量和最佳尾砂漿體濃度。絮凝劑添量變化區間為5g/t、10g/t、15g/t、20g/t、25g/t、30g/t、35g/t、40g/t(單位g/t指每噸干尾砂加入絮凝劑干粉的質量)。尾砂漿體濃度變化區間為15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%。試驗時增加1組全尾砂漿自然沉降用以對比。

3)尾液檢測及參數優化。收集上述試驗沉降完成后上層尾液(清液)，用以配置最佳質量濃度尾砂漿體，上層尾液添加量為新配置漿體總質量的50%為宜，攪拌均勻，靜置觀察并記錄不同時間點尾砂沉降高度。

2試驗結果與分析

2．1全尾砂自然沉降規律對不同濃度全尾砂漿體進行自然沉降試驗，發現全尾砂自然沉降速度與沉降濃度呈負相關，同時全尾砂自然沉降速度隨著砂漿濃度的增加而降低(見圖1、表2)。從試驗結果可知，為了獲得較高的沉降速度和較大的沉降濃度，應該根據工程實際情況選取合適的全尾砂給料濃度。從而為全尾砂的輸送、立式砂倉的儲存提供依據。

2．2全尾砂絮凝沉降規律

1)絮凝劑添量對沉降效果的影響。根據絮凝機理，絮凝劑添量過少或過多都會影響絮凝效果。添量過少，絮凝結合不充分;添量過多，尾液中絮凝劑殘留，漿體黏度上升，水的運動阻力增加，沉降速度減緩。不僅如此，漿體中絮凝劑殘留引起黏度的上升使水的運動阻力增加［4］，水與顆粒間的靜力平衡更加難打破，被封閉的水更難排出，從而造成沉降濃度的降低。金山金礦實際生產過程中，選廠排放全尾砂漿的濃度為20%～30%，對濃度為25%的全尾砂料漿進行的試驗較有代表性。試驗結果見圖2、表3。從圖2、表3中看出:①在砂漿給料濃度為25%時，添加絮凝劑后全尾砂漿沉降速度大幅增加，最大增幅約為9．6倍;②絮凝劑添量超過25g/t后，沉降速度變化較小，隨添量逐漸增大，沉降速度反而減緩，說明對于該濃度漿體其絮凝劑添量的臨界值為25g/t左右;③沉降濃度隨絮凝劑添量的上升，呈下降趨勢。

2)砂漿給料濃度對沉降效果的影響。砂漿給料濃度對沉降效果有著重要影響，全尾砂自然沉降時，隨砂漿濃度增大，沉降速度逐漸減小，究其原因是砂粒之間干涉沉降［5］引起的。砂漿濃度越大，砂粒干涉沉降越嚴重，相互之間的阻礙碰撞大大減緩了其沉降速度。絮凝沉降道理亦是如此，而且漿體濃度的增大會加重絮凝劑分子鏈結合砂粒的負擔，與此同時，絮團的增加也使干涉沉降愈發明顯，大大減緩沉降速度。根據以上試驗情況，在25g/t絮凝劑添量條件下考察砂漿給料濃度對于沉降速度及沉降濃度的影響，試驗結果見圖3、表4。從圖3、表4可以看出:①在相同絮凝劑單耗下，濃度越低，絮凝沉降速度越大，即沉降速度與砂漿給料濃度負相關;②當給料濃度由25%增加至35%時，沉降速度由21．88mm/min降低至10．75mm/min，降幅超過1倍，表明給料濃度對于沉降速度的影響是非常大的。在該絮凝劑添量下，砂漿給料濃度的轉折點在25%左右;③相同絮凝劑添量情況下，沉降濃度隨給料濃度變化差別不大。綜合以上試驗結果，當給料砂漿濃度為25%，絮凝劑添加量為25g/t時，全尾砂絮凝沉降速度與沉降濃度均處于較高水平，且與選廠實際全尾砂漿濃度較為接近，經濟上較為合理。

2．3尾液檢測及參數優化

過量的絮凝劑分子會殘留在尾液中，不僅增大水體黏度，減緩沉降，增加成本，殘留的絮凝劑分子在礦山水系統循環利用過程中，還會對陶瓷過濾機等設備造成堵塞。因此，不僅需要達到最佳的絮凝效果，還需要統籌考慮與礦山其他系統的匹配協調狀況。本文所述尾液檢測試驗基于礦山生產現場艱苦環境，采用簡易直觀的方法探究全尾砂最佳絮凝沉降效果所需添量與最佳絮凝劑添量的關系(試驗結果見圖4、表5)，據此修正全尾砂絮凝沉降最佳添量值。通過圖4、表5能夠清晰看到:當絮凝劑添量超過20g/t時，其尾液檢測時，能明顯出現沉降速度增大的現象，絮凝劑添加量25g/t尾液沉降速度是添量20g/t尾液的2．1倍;不僅如此，仔細觀察沉降現象(見圖5)，肉眼可以明顯看到添量25g/t尾液的漿體沉降出現了細小的絮團，帶有較為明顯的絮凝沉降特征(見圖5－b))。為保證尾液中絮凝劑不殘留，推薦在砂漿給料濃度25%時最佳絮凝劑添量值為20g/t。根據上述試驗結果可知:最佳絮凝沉降效果所需添量與最佳絮凝劑添量有直接關系，但不可視為等同，最佳絮凝劑添量是在最佳絮凝沉降效果基礎之上，綜合考慮尾液殘留等條件后給出的優化值。在此試驗方法基礎上，進一步選取多種不同型號絮凝劑進行絮凝沉降及尾液檢測試驗。試驗結果表明:分子量越大，最佳絮凝沉降效果所需添量越少，最佳絮凝劑添量越小，尾液中絮凝劑殘留越少。分子量大小主要影響藥劑溶解速率與藥劑溶液黏度。

3結論

1)全尾砂絮凝沉降濃度隨料漿給料濃度變化差別不大。基于金山金礦生產實際，為保證較好的沉降速度，砂漿給料濃度維持在25%左右為宜。

2)當砂漿給料濃度為25%時，最佳絮凝沉降效果所需添量為25g/t，超過該值就會發生絮凝效果衰減。

3)經尾液檢測試驗，在最佳絮凝沉降效果基礎之上，綜合考慮尾液殘留等條件后給出了最佳絮凝劑添量值為20g/t。進一步分析發現，絮凝劑分子量越大，最佳絮凝沉降效果所需添量越少，最佳絮凝劑添量越小，尾液中絮凝劑殘留越少。

參考文獻：

［2］董芳．絮凝機理及絮凝劑發展概況［J］．科技信息，2008(28):43－44．

［3］焦華喆，王洪江，吳愛祥，等．全尾砂絮凝沉降規律及其機理［J］．北京科技大學學報，2010，32(6):702－706．

［4］楊超，郭利杰，許文遠，等．充填尾砂絮凝沉降規律試驗研究［J］．黃金，2014，35(6):39－42．

［5］佟慶理．兩相流動理論基礎［M］．北京:冶金工業出版社，1982．

作者:陳小竹 汪少林 賈旭峰 單位:中國黃金集團江西金山礦業有限公司