充填站絮凝剂添加实施方案研究

彭 亮 ，姚中亮，尹贤刚

(1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012；2.金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012)

充填站絮凝剂添加实施方案研究

彭 亮1，2，姚中亮1，2，尹贤刚1，2

(1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012；2.金属矿山安全技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012)

用立式砂仓进行充填时，普遍存在砂仓顶部溢流浓度高的问题，溢流水带走大量尾砂颗粒，降低了尾砂利用效率，且降低了尾矿库服务年限。为了提高充填尾砂利用率，通常需要在砂仓顶部添加絮凝剂，以加速尾砂沉降速度。对絮凝剂添加的必要性、添加方案、添加设备及成本分析等进行了分析。

尾砂充填；溢流；絮凝剂；沉降率；加药机

1 絮凝剂添加的必要性

某公司目前两个充填站的进砂流量均为350 m3/h，均大大超过实际所需进砂量，其中一充填站进砂量是实际需要量的2.33～2.74倍，另一个充填站为1.3～1.52倍。

充填站进砂量过大导致砂仓溢流浓度过高，当进砂浓度为40%～45%、进砂流量为350 m3/h 时，一充填站溢流浓度达到20%左右，最高为24%，另一个充填站溢流浓度达到23%左右，最高为27%。溢流浓度过高一方面使大量尾砂进入尾矿库，另一方面使尾砂充填利用率降低，充填能力不能充分发挥，从而给采充平衡造成不利影响。由于溢流浓度过高导致尾矿库服务年限大大降低。若尾矿库满库后，充填站溢流需另找排放地点，根据目前整体生产设施布置，需另设浓密、输送等设施，无论从技术经济角度还是基建进度安排等方面看，均不是最佳选择。

解决该难题的途径有两个方面，一方面为调节向两个充填站的尾砂输送量，使之与所需尾砂量相匹配；另一方面则为降低溢流浓度，减少尾砂入库量，以延长尾矿库服务年限，同时提高尾砂充填利用率。

通过对已建尾砂浓密、输送设施调整，现已可实现两充填站尾砂输入量的调节，即可将向一充填站的尾砂输送量调节至150 m3/h左右，向另一个充填站的尾砂输送量调节至150～200 m3/h，而多余尾砂输送至永久尾矿库。

但生产实际表明，两个充填站尾砂输送流量调低后，砂仓溢流浓度仍然过高，充填站溢流浓度仍达15%以上，最高溢流浓度达18%以上。

导致溢流浓度过高的根本原因是尾砂中的细颗粒沉降速度小，特别是镜铁矿在选矿过程中添加悬浮剂，从而使细颗粒更难于沉降。

解决该技术难题的有效途径是添加絮凝剂，絮凝剂可将尾砂中的细颗粒絮凝成团状，从而加快沉降，以达到降低溢流浓度的目的。

2 絮凝实验室试验结果

为了解决该技术难题，在实验室进行了多种絮凝剂试验，絮凝剂品种包括无机絮凝剂和有机絮凝剂。无机絮凝剂为国产聚合硫酸铁，现750万t/a联合选厂回水净化处理系统即采用该絮凝剂。有机絮凝剂为聚丙烯酰胺。有机絮凝剂选用品种有山东德州、北方化工、河南亿生及德国巴斯夫等多个厂家生产的多品种聚丙烯酰胺(PAN)。

试验表明，在无机絮凝剂添加量达每吨干尾砂500～800 g的条件下，絮凝沉降效果不如有机絮凝剂添加量每吨干尾砂20～40 g的效果好，因而无论从技术上还是经济方面考虑，无机絮凝剂不适宜于生产上采用。

而各品牌有机絮凝剂效果差异较大，根据等成本原则，北方化工生产的阴离子絮凝剂及德国巴斯夫生产的尾矿专用絮凝剂Pheomax9010性价比较优。

对上述两种品牌絮凝剂做了进一步的试验，结果表明：

(1) 对镜铁矿尾砂而言，当采用巴斯夫絮凝剂，其添加量为每吨干尾砂15 g时，5 min沉降浓度可达57.47%(初始浓度40%)，10 min沉降浓度为63.69%，而自然沉降时，10 min沉降浓度为45.05%，20 min沉降浓度为49.41%;

(2) 对磁铁矿尾砂而言，当采用巴斯夫絮凝剂,其添加量为每吨干尾砂15 g时，5 min沉降浓度可达59.52%，10 min钟沉降浓度可达62.5%，而自然沉降时，10 min沉降浓度为43.48%，20 min沉降浓度为46.73%；

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(3) 对镜铁矿尾砂而言，当采用北方化工絮凝剂，其添加量为每吨干尾砂40 g时，10 min沉降浓度可达58.14%，20 min沉降浓度为62.89%;

(4) 对磁铁矿尾砂而言，当采用北方化工絮凝剂，其添加量为每吨干尾砂40 g时，10 min沉降浓度45.87%，20 min沉降浓度为60.24%。

由上述试验结果可知，添加有机絮凝剂后，可显著加速尾砂细颗粒沉降速度，从而降低溢流浓度，提高尾砂充填利用率。同时通过对比试验可知，无论是镜铁矿还是磁铁矿，巴斯夫尾矿专用絮凝剂添加量为每吨干尾砂15 g，其同等时间尾砂沉降浓度均高于添加量为每吨干尾砂40 g的北方化工絮凝剂，特别是沉降早期即添加絮凝剂后短时间内，其絮凝沉降效果优于北方化工产的絮凝剂，所以推荐采用德国巴斯夫生产的尾矿专用絮凝剂Pheomax9010，镜铁矿尾砂及磁铁矿尾砂添加量均为每吨干尾砂15 g。

3 絮凝剂添加工艺及参数

有机絮凝剂为白色粉末，25 kg防潮袋装，添加时将之调制成0.1%～0.5%的溶液并与尾砂浆相混合，所以其添加工艺为溶液调制、储存、泵送、混合等环节。絮凝剂添加系统见图1。

图1 絮凝剂添加系统

根据现有充填设施布置，将絮凝剂添加系统布置于各充填站的厂房内，选用自动加药机调制、存储、输送絮凝剂。选用巴斯夫尾矿专用絮凝剂，絮凝剂添加量为每吨干尾砂15 g。

根据各充填站充填能力分配，3#充填站进砂流量为150 m3/h左右，相应浓度为0.1%絮凝剂溶液添加量为1.2～1.4 m3/h，2#充填站进砂流量为270 m3/h左右，相应浓度为0.1%絮凝剂溶液添加量为2.2～2.5 m3/h。

根据上述参数可选用淮北中芬矿山机器有限责任公司生产的ZJY4—00型自动加药机，其搅拌桶容积为4 m3，存储箱容积8 m3，泵流量10 m3/h(可调)，泵扬程H=50 m，电机功率3 kW。该加药机可根据设定的药剂配制浓度及添加量自动完成药剂配制、存储、泵送等作业。

絮凝剂溶液经泵加压后，通过DN30不锈钢管输送至各立式砂仓顶部分砂阀内侧，为了使絮凝剂与尾砂充分混合，每个砂仓设置一个DN250不锈钢在线混合器(管道混合器)，同时设置DN30不锈钢球阀及DN30不锈钢单向阀。

4 设备投资与絮凝剂添加成本

絮凝剂价格为3000元/t,按处理每吨干尾砂消耗15 g絮凝剂计算，加上水电消耗每吨干尾砂添加絮凝剂的总成本为0.5元。

3#充填站年充填50万m3，充填用磁铁矿尾砂总量63.7万t，按添加絮凝剂后平均溢流浓度5%计算，则尾砂沉降率为91.9%，每年需向3#充填站输送干尾砂总量为69.3万t，而溢流带走细颗粒5.6万t，则年絮凝剂添加运营成本34.65万元。

一充填站年充填86.5万m3，充填用镜铁矿尾砂总量116.2万t。由于镜铁矿尾砂沉降性能较磁铁矿尾砂差，按添加絮凝剂后平均溢流浓度8%计算，则尾砂沉降率为86.8%，每年需向2#充填站输送干尾砂总量为133.87万t，而溢流带走细颗粒17.67万t，则年絮凝剂添加直接成本66.935万元。

两个充填站达到其生产能力合计直接成本101.585万元，其中絮凝剂总用量30.48 t，成本91.43万元，占90%。

5 预期效果分析

通过采用调节向各充填站输送的尾砂量及添加絮凝剂两项措施，一方面可使排放至尾矿库的尾砂量大幅度减少，从而有效延长两尾矿库服务年限，另一方面则可增加充填站的尾砂利用率，充分发挥各充填站的生产能力，从而实现采充平衡。

3#充填站按年充填50万m3计算，年充填用磁铁矿尾砂63.7万t，按添加絮凝剂后平均溢流浓度5%计算，则年进砂总量为69.3万t。当进砂浓度为40%～45%时，进砂流量为163.42～139.11 m3/h，而溢流入尾矿库尾砂量为5.6万t，约占库容3.7万m3。

2#充填站按年充填86.5万m3计算，年充填用镜铁矿尾砂116.2万t，按添加絮凝剂后平均溢流浓度8%计算，则年进砂总量为133.87万t。当进砂浓度为40%～45%时，进砂流量为311.29～264.27 m3/h，而溢流入尾矿库尾砂量为17.67万t，约占库容11.78万m3。

由于溢流浓度的大大降低，从而提高了尾砂利用率，进而增加了尾矿的服务年限。

6 结 语

目前采用充填采矿的矿山越来越多，但采用立式砂仓进行充填时，很多矿山都会有溢流浓度过高的问题，溢流浓度过高会带来很多后续影响生产的问题。本文对矿山采用添加絮凝剂降低溢流浓度给出了较合理的解释，并在实验中也证实了这是有效的途径之一。絮凝剂类型的选择必须要经过一系列的实验才能找出最佳的一种类型；通过絮凝剂浓度、进砂浓度、充填量等参数可以选定合适的加药机，并作为加药机的设定参数；某矿山两个充填站达到其生产能力合计直接使用成本将会达到100万左右，但是这样的投入可以大大延长尾矿库的服务年限，从长远和可持续发展来看是非常有意义的。

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2013-10-25)

彭 亮(1983-)，贵州遵义人，在读研究生，主要从事采矿充填工艺研究，Email：Lpeng008@qq.com。