助凝剂在冬瓜山铜矿全尾充填絮凝沉降中的运用

助凝剂在冬瓜山铜矿全尾充填絮凝沉降中的运用
黄文俊;廖秋光;刘万云;梅光泉
【摘要】选厂产出的20％左右低浓度的极细粒级全尾砂浆直接进入立式砂仓,根据全尾砂物理力学及电化学特性,选择新型高效廉价化学添加剂,实现全尾砂在砂仓内
快速沉降浓缩连续造浆.全尾砂沉降速度是自然沉降速度的10倍以上,且上部溢流
水质清亮,能够达到国家排放标准,该工艺浓缩成本低、仓底不板结、造浆浓度稳定、系统制备能力大、强度高、投资小,从根本上解决了全尾砂应用中的难题.
【期刊名称】《江西化工》
【年(卷),期】2012(000)003
【总页数】5页(P25-29)
【关键词】助凝剂;絮凝沉降;全尾充填
【作者】黄文俊;廖秋光;刘万云;梅光泉
【作者单位】宜春学院江西省高校应用化学与化学生物学重点实验室;宜春中学,江
西宜春336000;宜春学院江西省高校应用化学与化学生物学重点实验室;宜春学院
江西省高校应用化学与化学生物学重点实验室;宜春学院江西省高校应用化学与化
学生物学重点实验室
【正文语种】中文
一、前言
冬瓜山铜矿选矿厂是一日设计处理能力为13000万吨的大型铜选矿厂，其尾矿产
率现为71%左右。

根据设计，尾矿将经过沉降并提高到一定的浓度之后，进行井
下采场充填。

从现有的设备来看，沉降产品的最终浓度仅为66%左右，还达不到
设计要求的72%，并还不能做到连续排砂［1］。

我们通过对现场絮凝流程的考查，根据多年从事水处理行业的工作经验，结合矿石的特性，对尾矿的絮凝沉降进行了试验室探索，筛选确定了一种有利于该铜矿尾砂沉降的絮凝剂辅助药剂［2－3］。

试验结果表明，该铜矿的尾矿在采用新的絮凝
沉降流程工艺之后，尾矿浓度可以在三个小时之内从21%左右，提高到72%左右，根据现场现有的生产条件，完全能够满足高浓度的连续排矿。

工艺简单，安全可行。

二、试验
1.试验样品的采取
试验所用矿浆样品直接从生产现场消泡桶中采取，所以在不同的取样时间，尾矿浓度有一定的差异，尾矿浓度在22%至25%之间波动，不利于沉降，为此，我们对不同浓度情况下的絮凝沉降进行了试验。

1.1 尾砂性质:全尾矿重量浓度22－25%左右。

1.2 全尾砂密度、容重、孔隙率:见表1。

表1 全尾砂密度、容重、孔隙率?
1.3 全尾砂化学成份测定:见表2。

表2 全尾砂化学成份?
1.4 全尾砂粒度组成测定:见表3。

表3 全尾砂粒度组成?
0.417 0.25 3.802 12.19 34.67 48.78 239.883 89.47 0.55 1.10 5.012 14.93 39.811 51.68 316.228 93.68 0.724 2.29 6.607 18.17 52.481 57.47 416.869 96.83 0.955 3.57 8.71 22.04 69.183 63.33 549.541 98.90 1.259 4.84 10 24.23 79.433 66.32 630.957 99.56 1.66 6.20 15.136 31.69 104.713 72.41 831.764
100 2.188 7.85 19.953 37.20 138.038 78.51 －－－－
2.絮凝沉降试验
絮凝沉降试验用1000ml带刻度量筒进行，根据试验要求加入助凝剂、絮凝剂，
将量筒连续翻转6次，然后静置并按一定时间间隔记录分界面高度。

2.1 絮凝沉降机理［2］
对于自然沉降而言，随着矿浆pH值的降低，颗粒沉降速度减慢，澄清层浑浊不清，这是由于浮选分离铜硫时使用了大量的石灰作为黄铁矿的抑制剂，使黄铁矿表面因氧化作用生成硫酸钙，同时还可能生成氢氧化铁，在酸性矿浆中，因氧化作用减弱和酸洗作用，使矿物暴露出更多的新鲜表面，并使氢氧化铁吸附其上，颗粒表面因氢氧化铁电离出大量的氢氧根离子而带正电荷，致使矿物细颗粒带正电而互相排斥，难以沉降。

絮凝沉降和自然沉降的差别就是添加了絮凝剂，利用“架桥”机理，高分子同时在两个以上的颗粒表面吸附，借助自身的长链结构而把颗粒联结在一起。

这种高分子絮凝桥联作用的必要条件是:(1)高分子在颗粒表面的吸附不紧密，有足够数量的链环，链尾向颗粒周围自由伸出;(2)高分子在颗粒表面的吸附比较稀松，颗粒表面有
足够的可供进一步吸附的空位。

此外，高分子桥联作用有一重要特点，就是在适当条件下，吸附的高分子可以跨越两样颗粒的双电层而发生桥联，从而起絮凝作用。

在有助凝剂的絮凝沉降中，助凝剂起到了优先絮凝的作用，特别是对微细粒级物料有很好的絮凝作用，从而给絮凝剂提供了良好的絮凝基础。

2.2 絮凝剂选择试验结果
针对该铜矿的尾矿中矿物性质的沉降差异，我们选择了多种絮凝剂及助凝剂配合进行絮凝剂选择试验。

试验结果表明，采用现场絮凝剂并选用助凝剂Y进行配合使用，能在减少絮凝剂
用量的情况下，可以大幅度加快尾矿沉降速度，助凝剂Y方便易购，价格便宜，
在经济上也是合理的。

2.3 pH值对絮凝沉降的影响
使用硫酸调节矿浆pH值，分别进行pH值对自然沉降和絮凝沉降的影响试验，其中絮凝沉降中加入助凝剂500g/t，絮凝剂10g/t，试验结果表明，尾矿的沉降速
度对矿浆的pH值的变化十分敏感，无论是自然沉降还是絮凝沉降，高碱性矿浆的沉降速度更大。

对比自然沉降和絮凝沉降的结果可以明显看出，当矿浆pH值大于8时，沉降速度基本达到最大，且随着pH值的下降，沉降速度快速降低到矿浆
pH值的下降，沉降速度快速降低，到矿浆pH值小于4时，矿浆上层细颗粒沉降缓慢，试验中此时可观察到矿浆上层长时间呈悬浮状态。

2.4 絮凝剂、助凝剂用量试验结果
在选定药剂组合之后，我们进行了组合的用量试验。

试验结果表明，絮凝剂的用量应适当，用量很少时，显示有选择性，超过一定用量，就失去了选择性，而成为无选择性絮凝，用量再大，将呈现保护溶胶作用而不能絮凝。

试验表明，该铜矿的尾矿絮凝剂的用量在15克/吨为宜，二次用药比一次用
药的效果要优于一次用药的效果，助凝剂的用量在1000克/吨左右为宜，在絮凝
剂的第二次添加前一次性添加。

2.5 矿浆温度对絮凝的影响
为考察矿浆温度对矿物颗粒沉降的影响，在添加或不添加助凝剂的条件下，进行不同矿浆温度的沉降试验，并记录不同条件下分界面达到同一调度所需的时间。

温度对尾矿沉降有明显影响，且温度对自然沉降速度的影响比对絮凝沉降的影响更为明显，即絮凝沉降可削弱低温对沉降的不利影响，因而在低温下絮凝沉降能获得较大的沉降速度。

2.6 矿浆浓度试验
由于给矿矿浆浓度的大小对试验的结果影响非常大，所以在基本确定了药剂用量之
后，进行了静态矿浆浓度试验，只是对给矿矿浆浓度进行改变。

结果见表4。

表4 给矿矿浆浓度试验结果序号给矿矿浆浓度(%) 沉降时间底流浓度(%) 10min 31.06 20min 43.11 1 21.43 30min 49.8 1h 59.03 12h 63.42 10min 43.23
20min 47.32 2 29.34 30min 50.18 1h 57.06 12h 60.76 10min 43.06 20min 46.98 3 40 30min 52.43 1h 55.75 12h 58.9
从上表可以看出，随着给矿矿浆浓度的增加，在12小时内，沉降底流浓度有很大程度的下降，矿浆的最终浓度还远远达不到井下充填所需要的66%浓度。

2.7 矿浆层高浓度试验
矿浆静态沉降后的平均矿浆浓度达不到要求，但不能说矿浆内各层高的浓度也达不到66%的要求，为探索在各层高中的矿浆浓度，我们进行了矿浆静态沉降12小时后的层高浓度试验。

结果见表5。

表5 矿浆层高浓度试验结果给矿矿浆浓度(%) 层高(%) 底流浓度(%) 90 64.13 21.43 70 66.63 60 69.15 50 71.96 29.34 70 66.28 70 66.87 40 60 68.65
从上表可以看出，在静态沉降12小时之后，砂体层高达到50%时，底流浓度达到了72%，由此可以看出，在静态沉降的情况下，在一定的层高内，矿浆底流也能
达到井下充填所需要的72%浓度。

3.振荡试验
在基本确定静态沉降层高浓度之后，我们进行了振荡辅助沉降的探索性试验，试验在相同矿浆浓度不同的振荡时间后，测定同一层高的矿浆底流的浓度。

结果见表6。

表6 振荡沉降试验结果序号矿浆浓度(%) 振荡时间层高(%) 底流浓度(%) 1h
71.42 1 20 2h 73.1 70% 78.44 3h静态3h 61.88 1h 70.36 2 30 2h 72.83 70% 74.28 3h静态3h 60.28 1h 69.4 3 40 2h 71.74 70% 75.89 3h静态3h 58.89
从上表可以看出，随着振荡时间的增加，底流浓度已随之提高。

且在经过一个小时的振荡之后，所有矿浆在有效高度的底流都能达到66%以上。

能够满足井下充填
矿浆浓度的需要。

三、生产应用
立式砂仓高浓度放砂试验在充填站1#砂仓进行，来自磨浮厂房的原尾矿在尾矿浓密机消泡桶前被分为二部分，一部分进入尾矿24米浓密机消泡桶，一部分采用一台80ZGB渣浆泵扬送至立式砂仓，六式砂仓由柱体和锥体两部分组成，柱体部分高18米，直径为14米，共有容积900 m3，锥体部分高6米，容积100 m3，砂仓总容积为1000 m3;给料从立式砂仓顶部给入，立式砂仓低部设有两个放砂闸阀，用于调节放砂量;在锥体部分有六道环管，外接高压水、高压风，用于矿浆的活化，防止矿浆沉降压死［4］。

立式砂仓排出的高浓度矿浆通过一台80ZGB渣浆泵扬送至尾矿泵站砂塔送至井下充填。

絮凝剂来自现有的絮凝剂制备系统，通过泵扬送至仓顶，分8个点给入仓内。

1.工业试验流程
在试验室试验流程中，助凝剂在絮凝剂之前采用了一次性添加，而絮凝剂采用二次添加。

在本次工业试验中，为简化流程，助凝剂在精尾砂塔内一次性添加，絮凝剂在尾砂沉降仓内一次性添加。

2.工业试验结果
全尾沉降工业试验从2010年7月25日23时30分开始，至2010年7月27日11时30分。

共进行了二次，共计十六个小时。

十六个小时中，溢流出水一直清澈。

现将试验数据统计如下:
矿浆给矿浓度:20%～25%
矿浆流量:200～250立方米/时
助凝剂用量:500～800克/吨
絮凝剂用量:15～20克/吨
矿浆底流浓度:72%～80%
试验结果表明，在有助凝剂的情况下，矿浆能以最快的速度形成较大絮体并沉降，达到快速沉降的目的，与此同时，获得了清澈的溢流口出水，也正因为获得了大量的絮体，使矿浆的沉降时间延长，从而最终获得了连续且稳定的高浓度底流矿浆，给下一步充填工作提供了较高矿浆浓度的保证。

由于所有给入的矿浆都进入了底流，所以，在此工艺下获得的沉降尾砂才是真正的全尾砂沉降，全尾絮凝沉降工业性试验获得了成功。

3.试验药剂成本分析
由于本次试验的性质为定性验证试验，只为确保溢流口出水水质清澈，所以没有进行药剂用量试验，试验中絮凝剂(22000元/吨)用量保持在15克/吨左右，助凝剂(300元/吨)用量在500克/吨以下。

全尾絮凝沉降现有药剂用量成本为0.46元/吨，比原药剂成本0.88元/吨(絮凝剂用量40克/吨)下降0.42元/吨。

参考文献
［1］孙沙淘，刘亮明.铜陵冬瓜山铜矿床的品位分形结构特征及其地质意义［J］.
矿产与地质，2011，25 (2):168－171.
［2］章振王夫译.水处理药剂手册［M］.北京:中国石化出版社，1992，199～202，216～218.
［3］张心平，罗琳，王淑秋，刘文华.冬瓜山铜矿石浮选新工艺新程研究［J］.有
色金属(选矿部分)，1999，(2):1－6.
［4］史秀志，胡海燕，杜向红，李茂林，王怀勇.立式砂仓尾砂浆液絮凝沉降试验研究［J］.矿冶工程，2010， 30(3):1－3，11.。