某萤石选矿多泥尾矿水絮凝沉降试验研究

1 尾矿水絮凝沉降试验

絮凝剂大致分为无机絮凝剂和高分子絮凝剂 2大类,主要是通过静电中和界面吸附架桥等方式增大颗粒的团聚粒径,从而实现液固体系的快速分离[1～3]。无机絮凝剂主要通过降低表面电位等方式起到团聚颗粒的作用,价格较低廉,但用量较大,絮凝效果欠佳;高分子絮凝剂一般具有长链结构,在链上含有较多吸附能力较强的官能团,可分别吸附于不同颗粒表面,由此产生架桥效应,形成粗大的絮团。絮凝剂聚合度越高,聚合效应越显著[2～5]。试验选用硫酸亚铁、聚合氯化铝 (PAC)、明矾、聚丙烯酰胺 H101(阳离子 )、H102(阴离子 )、和 H103(非离子)等多种絮凝剂进行试验,分别测试相同浓度尾矿水在不同计量絮凝剂下的综合沉降特性。本试验所用絮凝剂类型及性质见表1。

表1 絮凝剂类型及性质

2 试验水样及试验方法

2.1 试验水样

本试验研究用水取自萤石选厂尾矿库的出水。尾矿水 SS中主要矿物有长石、高岭土、萤石、角闪石。尾矿水外观呈深红色,感观效果极差。如果废水直接排入水体将会造成极大污染。由于选矿工艺中大量使用了水玻璃等起分散作用的选矿药剂,使矿浆中的微细泥尘形成一个很稳定的胶体分散系[4],在自然状态下即使静置 1个月,该废水也不会澄清。

2.2 絮凝剂及其配制

所用聚丙烯酰胺均为粉状固体颗粒。使用前将3种粉状聚丙烯酰胺分别溶解。溶解方法是:向烧杯中注入 1000 mL自来水 (保持水温在 30℃),然后向烧杯中缓慢添加 2 g聚丙烯酰胺,边加边用玻璃棒进行搅拌,直至溶解均匀,之后放置 12 h,得到浓度为 0.2%的聚丙烯酰胺溶剂。

硫酸亚铁、聚合氯化铝 (PAC)、明矾均为粉状固体,在使用前,均将其配制成质量百分比浓度为 5%的溶液备用。

2.3 试验方法

根据该矿山尾矿水水质特性,实验室研究表明,采用混凝沉降技术有利于 SS的去除,经处理的尾矿水可直接回选厂或达标外排。首先进行单一絮凝剂试验,然后使用组合药剂进行试验。通过不同絮凝剂及不同用量的沉降试验得出最佳絮凝剂及用量。

具体试验方法如下:将取自选厂尾矿坝的尾矿水用抽滤机进行抽滤,将尾砂滤掉,取过滤后的尾矿水 1000 mL置于量筒中,根据试验尾矿水量计算不同絮凝剂用量,然后向量筒中加入不同的絮凝剂,用手将量筒顶部封住,上下反复颠倒 8～10次,使尾矿水与絮凝剂混合均匀[6]。然后,将量筒放置在平台上,用秒表记录尾矿水沉降时间,同时记录沉降面高度并换算成沉降体积,并观察澄清液的透明度,每隔10 s记录 1次。每次试验测量时间为 25 min。

3 试验结果及分析

3.1 不同絮凝剂对沉降效果的影响

取一组过滤过的体积为 1000 mL的尾矿水,在相同矿浆浓度 (6%)的条件下,分别加入 6种不同的絮凝剂,剂量为形成矾花的近似最小剂量,按上述试验方法将其混匀,然后静置。加入絮凝剂后,6组试验水样表现了各不相同的试验现象,加入硫酸亚铁、明矾的试验水样没有明显的变化,水样仍较为混浊,而加入聚合氯化铝、聚丙烯酰胺的水样均有不同程度的沉降。实验测量的沉降曲线见图1。沉降试验现象见表2。从图1和表2可看出,PAC与 PAM(H101)与 PAM(H102)等絮凝剂在沉降速度和沉降体积上优于其它几种絮凝剂,在 9～12 min内即完成不同程度的沉降。但上部清液层溶液较为浑浊。

图1 不同絮凝剂沉降曲线

表2 6种絮凝剂沉降试验情况

3.2 PAC与 PAM协同作用对沉降效果的影响

由图1和表2可明显地看出,单纯添加聚丙烯酰胺类絮凝剂或无机类絮凝剂对此尾矿水有一定的絮凝沉降作用,但效果不是很理想。在以往的工作基础上,进行了聚丙烯酰胺与聚合氯化铝组合药剂的协同作用对尾矿沉降的影响评价。3种聚丙烯酰胺用量均为 40 g/t,聚合氯化铝用量为 150 g/t,试验的尾矿水质量浓度为 7%,尾矿水沉降曲线见图2。从图2可以看出,同时加入聚丙烯酰胺和聚合氯化铝后,尾矿水的沉降速度显著加快,而且絮凝沉降效果较好,尤其是在开始的约 10 min内沉降最快,随后的沉降逐渐变缓。其中添加 PAM(H102)和聚合氯化铝在相同时间内的沉降量达到 600 ml以上。由此看出,在加入聚合氯化铝后,再添加聚丙烯酰胺能显著提高尾矿水中悬浮物的沉降速度,并能适当增加沉降量。

图2 PAC与 PAM协同作用沉降曲线

3.3 絮凝剂 PAM(H102)用量调整试验

为了确定最佳的 PAM(H102)试验用量,在PAC用量为 150 g/t的条件下,进行了 PAM(H102)用量分别为 20,40,50,70 g/t的絮凝沉降试验,絮凝沉降曲线如图3所示,在试验开始后的 13 min内,H102用量越大,尾矿水中絮团量越大,且沉降速度越快。但当试验开始至约 16 min时,H102用量为70 g/t的沉降总量与用量为 50 g/t的沉降总量已相当接近,没有太大差别。并且,考虑到用量为 70 g/t的药剂成本比用量为 50 g/t的成本的高很多,因此推荐在 PAC用量 150 g/t条件下,絮凝剂 PAM(H102)的最佳用量为 50 g/t。

图3 H102不同用量的沉降曲线

3.4 PAC最佳用量确定

为了优化 PAC的试验用量,在 PAM(H102)用量为 50 g/t的条件下,进行了 PAC用量分别为 50,100,150,200,250 g/t条件下的沉降试验,絮凝沉降曲线如图4所示,随着 PAC用量的增大,沉降速度逐渐增大。PAC在 200 g/t用量时,沉降速度最快,在开始沉降后的 9 min时,沉降已基本完成,且沉降量最大,达 750 ml。PAC用量为 250 g/t时,由于用量过大,尾矿水没有发生絮团沉降,试验水样成浆糊状,分析原因:PAC用量已大大超过此水样的极限用量。因此推荐在 PAC用量 200 g/t,絮凝剂 PAM(H102)用量 50 g/t,此时组合药剂的沉降效果最佳,且药剂成本较理想。

图4 PAC不同用量的沉降曲线

3.5 尾矿水中泥含量对沉降效果的影响

此矿石中含有的原生矿泥与次生矿泥都较多,因此必须对尾矿水中的泥含量进行充分的考虑和分析。以上试验都是在尾矿水 SS含量 6000 mg/L的条件下进行的,确定 PAC用量 200 g/t、H102用量50 g/t时沉降效果最佳。但试验中发现,经过选厂反复使用过的尾矿水中 SS含量高达 30000 mg/L,此时,尾矿水已大大超过了 PAC与 PAM的絮凝沉降作用范围,不仅药剂用量巨大,而且效果不佳,所以选厂在处理此种萤石矿时,尾矿水要经常处理,使其中大量 SS沉降下来之后再回用,否则尾矿水中SS过高,不仅严重影响生产指标,而且,再处理时难度也较大,成本较高。