全尾砂絮凝沉降规律研究

王建军，许文远，郭利杰

(北京矿冶研究总院,北京 100070)

在采用立式砂仓进行充填的矿山，普遍存在砂仓顶部溢流水跑浑问题。为提高尾砂充填利用率和降低溢流水含砂率，通常在进行立式砂仓尾砂充填系统设计时要进行尾砂的自然沉降试验，以便研究尾砂沉降特性，为设计提供依据[1]。

在立式砂仓的全尾砂浆固液分离主要采用重力沉降[2]，同时为提高尾砂的沉降速度，减少溢流水跑浑，部分矿山在全尾砂浆中加入絮凝剂，以保证溢流澄清脱水效果。

本试验选用某铜矿山的全尾砂作为研究目标，进行全尾砂浆沉降规律研究。

1 试验研究

试验主要进行了全尾砂自然沉降和添加絮凝剂沉降，其絮凝剂采用矿山生产中采用的絮凝剂。

1.1 尾砂基础参数

尾砂基础参数测试主要测定了尾砂容重、密度、孔隙率、渗透系数等(表1)，全尾砂粒级组成分析结果见表2。

表1 尾砂基础参数

1.2 尾砂沉降试验研究

絮凝剂对沉降特性影响的研究。沉降试验方案时选用了不同尾砂浓度、不同絮凝剂添加量组合的沉降试验。试验参数如下：

尾砂浓度Cw(%)：20，25，30，35，40，45，50，55。

絮凝剂添加量F(g/t尾砂)：0，15，30，50，60，100，150。

试验结果见图1～图4。

表2 尾砂粒级组成

备注：d10=2.943～3.265μm，d50=36.753～40.668μm，d90=247.598～248.624μm，不均匀系数α=d90/d10=76.1～84.1。

图1 不同絮凝剂添加量及尾砂进料浓度下尾砂线性沉降速度曲线

图3 不同絮凝剂添加量及尾砂进料浓度下的线性沉降终了沉降浓度曲线

图4 不同絮凝剂添加量及尾砂进料浓度下的尾砂压缩浓度曲线

由量筒沉降试验[3]结果可得出如下结论：

1)随着进料尾砂浓度的增加，尾砂的线性沉降速度逐渐减小；在不添加絮凝剂的情况下，其线性沉降速度很小，小于0.5cm/min；随着絮凝剂添加量的增加，其线性沉降速度大幅度提高，并且，进料尾砂浓度越低，其线性沉降速度提高幅度越大。

2)随着进料尾砂浓度的增加，尾砂线性沉降时间越来越长；在不添加絮凝剂的情况下，其线性沉降时间普遍在1h以上；随着絮凝剂添加量的增加，其线性沉降时间很快降低，并且，进料尾砂浓度越低，其线性沉降时间降低幅度越大。

3)随着进料尾砂浓度的增加，尾砂线性沉降终了尾砂平均浓度越来越高，其最大值约为63%，并且该最大值随着絮凝剂添加量的增加有逐渐减小的趋势。

4)随着进料尾砂浓度的增加，尾砂沉降终了时压缩区的平均浓度越来越高；在不添加絮凝剂的情况下，压缩区的平均浓度可达70%左右，但随着絮凝剂添加量的增加，该值有逐渐减小的趋势。

容器高度对沉降特性影响的研究。由于量筒沉降高度较小，对压缩区尾砂的压力不大，不利于提高压缩区尾砂浓度，上述沉降试验结果尾砂沉降浓度普遍低于70%，达不到试验要求。考虑到实际立式砂仓筒高度，为了解沉降高度对提高压缩尾砂浓度的作用，室内试验采用有机玻璃管进行了高度2m、5m的沉降试验。

试验装置主要由数根长度为1m的有机玻璃管组成，为便于取样，在每根玻璃管距上/下口75mm处设置小孔和开关，同时便于试验结束后放空管中料浆。沉降试验进料浆浓度45%，不添加絮凝剂，测定结果见表3。

表3 不同沉降高度下的沉降尾砂浓度(单位：%)

备注：取样点号见图5。

图5 有机玻璃沉降试验取样点示意图

由表3可知，随着沉降柱高度的增加，沉降终了时尾砂浆柱与原浆柱高度比值降低，尾砂沉降平均浓度增加；并且，高浓度(>73%)的尾砂(压缩区)有一定幅度的上升：2m浆柱条件下，其压缩区高约为0.5m； 5m浆柱条件下，压缩区高度增加至接近0.9m，表明尾砂浆柱的增加对于提高沉降压缩区高度是非常有利的。

3 工业试验与应用

工业试验方案为：选厂尾砂通过一台渣浆泵直接输送至仓顶，尾砂浓度等于选厂尾砂浓度，约25%；由于输送泵采用的是非变频率电机，对于固定的输送管路，其泵送浆体流量基本不变，经试验实际测定约270～280m3/h，试验进行了不同絮凝剂添加量仓顶溢流澄清试验。

絮凝剂的添加方式分两种试验:①在渣浆泵前添加;②在立式砂仓仓顶添加。根据试验情况分析，在渣浆泵前添加絮凝剂效果较差，其原因可能在于渣浆泵在输送过程中破坏了絮凝剂的絮网结构。试验采用仓顶絮凝剂集中泵送至仓顶，多点分散添加的方式。

试验方案：①絮凝剂添加量从小到大；②絮凝剂添加量从大到小。

试验结果表明第二种方案要优于第一种方案，最终絮凝剂的添加量15g/t时可满足溢流水回水要求，即含固量小于3%。

仓底放砂参数为60m3/h，浓度大于72%。

4 结论

该矿山充填站的立式砂仓采用了重力与絮凝沉降的方式较好的解决了充填系统的连续进砂、放砂充填，它满足了矿山充填的技术要求。该项研究成果已成功运用于某深井大规模充填，设计平均充填能力3800m3/d，采用高浓度全尾砂料浆充填采空区，不仅解决某极细粒级全尾砂直接制备成高浓度砂浆，通过深井料浆自流管输充填采空区，保证回采区域开采的安全；而且还可解决矿山开采尾矿排放问题，提高矿山的资源利用率、保护远景资源、减少固体废料向地表排放，也是充分利用尾矿资源发展节地、节能、节材、环保利废的直接有效的途径。节约地表尾矿堆放土地资源，减少对环境的污染。保护环境，为建设无废排放矿山奠定基础。解决了深井高大采场倾斜底部结构带来的充填问题，为建设无废排放矿山奠定基础，为国内外矿山充填技术的发展作出了贡献。

[1] 王方汉，陈德标.立式砂仓絮凝浓缩泥浆技术研究与应用[J].金属矿山,2000(1):21-24.

[2] 杨守志.固液分离[M].北京：冶金工业出版社.2003.

[3] 周兴龙，张文彬.量筒内进行矿浆沉降试验的方法[J].有色金属:选矿部分,2005(5):30-32.