全尾砂絮凝沉降试验研究

杨 宁 ，尹贤刚 ，钟 勇 ，肖木恩

（1.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012；2.国家金属采矿工程技术研究中心，湖南 长沙 410012；3.洛阳坤宇矿业有限公司，河南 洛阳 471700）

全尾砂絮凝沉降试验研究

杨 宁1，2，尹贤刚1，2，钟 勇3，肖木恩1，2

（1.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012；2.国家金属采矿工程技术研究中心，湖南 长沙 410012；3.洛阳坤宇矿业有限公司，河南 洛阳 471700）

选矿厂直接出来的全尾砂，大多含粒径小的细颗粒，这就造成了全尾砂自然沉降速度慢的现象，因此需要将絮凝剂添加到全尾砂浆中进行沉降。研究以某矿山的全尾砂为例，选择4个不同厂家，共计12个类别的絮凝剂开展了絮凝剂选型试验研究，对絮凝剂沉降过程的原理进行了分析，优选出与该矿山全尾砂匹配度最佳的絮凝剂，然后深入研究了该絮凝剂添加量不同对沉降过程的影响，得出适合某矿山的絮凝剂是Ⅺ，最佳添加量为25 g/t。该全尾砂絮凝沉降试验方法可供类似矿山参考运用。

全尾砂；絮凝沉降；絮凝剂；沉降速率；底流浓度

0 引言

国内某些矿山矿石品位较低，为增大矿石回收率，需将矿石磨的更细碎，因此增加了细粒级尾矿产量[1-3]。目前，矿山主要通过地表堆存和井下充填两种方式处理尾矿，若尾矿浓度低，堆存或者充填皆会渗出大量水，既污染环境，又对堆积体和充填体的强度产生威胁，可能会引发工程灾害等问题，因此对全尾砂进行沉降处理显得势在必行[4-7]。

而今，很多矿山用分级尾砂充填，该工艺较成熟，但分级后的尾砂细颗粒和泥质尾砂被筛选排除，进入尾矿库后会影响尾矿库的堆存稳定性，不但污染了环境还增加了尾矿库的维护费。为改变这一现状出现了全尾砂充填技术，使用全尾砂进行充填的关键点在于如何实现砂仓中的尾砂加速沉降以使底流浓度变得更高。全尾砂进行沉降时，其沉降速度和粒径呈正相关增长，即粒径越大，沉降速度越大。将适量的絮凝剂添加到细粒级的尾砂浆中，细颗粒之间会形成体积较大的絮凝团，加快沉降速度[8]。

尾砂絮凝沉降是一个复杂的过程，沉降速度和底流浓度受多因素影响，分自身因素和外界因素两种。自身因素有给砂浓度、尾砂粒径的大小，外界因素为絮凝剂的种类、添加浓度以及添加量[9-10]。目前市面上流通的絮凝剂类别非常多，有天然的高分子絮凝剂、低分子无机盐絮凝剂以及通过合成产生的高分子絮凝剂，可将其分为阴离子、阳离子和非离子3类。添加适量与尾砂匹配的絮凝剂可以使其沉降速度增加，有效地增加料浆的底流浓度[11]。因此，研究以某使用充填法开采矿山的尾砂为絮凝沉降对象，进行适合该全尾砂的最优絮凝剂种类、添加量等参数试验研究，以便更好地指导生产。

1 全尾砂的特性

全尾砂的成分含量及其物化特性严重地影响絮凝沉降的情况，特别是絮凝剂有时会和全尾砂中的有害物产生化学反应，造成絮凝剂失效的不良后果。因此，进行絮凝沉降试验之前必须要对全尾砂进行定性分析，即首先要无误地测量全尾砂的成分及其物化性质。本试验所用的全尾砂取自某使用充填法采矿的矿山，经测量可得出全尾砂的物理性质（见表1）。接着使用实验室内引进的国外先进设备对尾砂的粒度进行了测量分析，表2为测量结果。

表1 全尾砂物理性质分析Tab.1 Analysis results of total tailings physical property

全尾砂的粒度分布统计见表2，分布曲线如图1中所示。尾砂分布粒径如下：d10=5.43μm；d50=87.3μm；d60=144 μm；d90=453 μm。

颗粒均匀度系数计算结果如式（1）所示。

Cu不小于5，意味着尾砂的粒级组成不均匀，这对后期充填体的强度来说是有利的，体积小的尾砂可以进入大体积尾砂颗粒间的缝隙，使充填体中的尾砂颗粒接触变得更加密实，直径在20 μm之下尾砂含量≥15%，即该尾砂具有良好的粒级分布情况。

尾砂中对充填体强度影响作用较大的主要化学成分有 Ca、Mg、Al、Si、S 等，其中以硫化物含量对胶结充填体性能影响最为显著。该全尾砂化学成分分析结果如表3所示，含硫量为1.33%（＜6%），对充填体的影响不大；Si含量较高，有利于提高充填体强度。

图1 尾砂粒度分布曲线Fig.1 Particle size distribution curve of tailings

表2 全尾砂粒度分布统计Tab.2 Distribution statistics of tailing particle size

从表2中可得知，该矿山的全尾砂粒级分布较好，但若直接进行充填，在充填体的脱水和快速硬化方面还稍有欠缺，不够理想。因此，为了使沉降效果达到预期的情况，则要选择添加合适的絮凝剂种类、单耗和浓度。

表3 全尾砂化学成分分析表 w/%Tab.3 Analysis results of total tailings chemical composition

2 絮凝剂的沉降机理及优选

在进行絮凝剂沉降试验之前先进行了全尾砂的自然沉降试验，沉降速度比较缓慢。为了选择与该矿山全尾砂相匹配的絮凝剂，根据尾砂物理化学性质，选取了以下12种絮凝剂作为此次试验的添加药剂，具体如表4所示。

表4 不同絮凝剂的技术指标Tab.4 Technical indexes of different flocculants

2.1 试验步骤

将絮凝剂调配成3‰的溶液，用实验室絮凝剂搅拌器进行搅拌，搅拌时间不少于30 min，转速太快容易打断絮凝剂分子链，太慢絮凝剂溶液搅拌不均匀，所以转速一般控制在100～300 r/min。絮凝剂溶液的配制过程如图2、图3所示。

把调配好的浓度30%的尾砂浆倒入1000mL的量筒中，搅拌均匀。

进行絮凝剂沉降试验，在量筒中用移液管加入一定量的絮凝剂溶液，絮凝剂溶液的添加量根据倒入量筒中的干尾砂量确定，根据絮凝剂性质，每吨尾砂浆按25 g进行添加，每隔一定时间记录浆体沉降高度，记录下60 min内的数据及最大沉降高度。

根据沉降试验，将每种絮凝剂进行对比，从中选取沉降效果最好的絮凝剂。

由于添加量与絮凝沉降速度并不成正比，每种絮凝剂针对不同的尾砂都有最佳添加量。所以通过第四步选取的絮凝剂，再对其添加量进行更加细致的试验，每吨尾砂按 5 g、10 g、15 g、20 g、25 g、30 g进行添加，以找到最佳添加量，最后选出最佳的絮凝剂和絮凝沉降参数。

图2 絮凝剂搅拌器Fig.2 Flocculant stirrer

图3 絮凝剂调制完成Fig.3 Flocculant preparation

2.2 絮凝沉降机理

常见的高分子絮凝剂都是化合物组成的，大致可分为三种类型：非离子、阴离子以及阳离子。除此之外一些是天然的高分子和低分子无机盐絮凝剂。絮凝剂内高分子的链网将砂浆中粒径较小的尾砂使用静电中合以及吸附的作用进行架桥，慢慢地会变成体积较小的絮团，再经过不停的作用后变大，变成体积较大的絮团，如此一来质量也会增加，在重力的作用下相比于自然沉降而言加速下沉[11]，如图4所示。

图4 絮凝团形成图Fig.4 Flocculation diagram

把絮凝剂加入全尾砂浆中首先受湍流影响，接着加速下沉，经过一段时间后进入沉降末速。开始沉降时，砂仓中的充填料浆被搅拌，导致尾砂受到紊流干扰，产生相同方向的絮凝。在阻力的影响下，该现象慢慢减弱，尾砂因其重力而下沉，此时其重力大于阻力，为加速阶段，随着下沉速度的增加，相应的阻力也在随着增加，当重力等于阻力时，加速度为零。尾砂持续下沉时会和在之前进入减速阶段的仓底尾砂相结合，受到这些影响后尾砂依然沉降，底流浓度越发增加，絮团之间的水慢慢排除，后来絮团内的水被排除，这是压密沉降。直到后来尾砂的下沉速度减小至零，絮凝沉降的工艺流程也就结束了[12]。

2.3 絮凝剂选型

将30%的尾砂浆倒入1 000 mL的量筒中，用搅拌棒进行搅拌直至浆体充分混合均匀；然后用移液管将配置好的絮凝剂溶液按每吨尾砂浆添加25 g的絮凝剂量加入量筒中，充分搅拌均匀，最后用秒表按规定时间记录浆体沉降高度，如表5中所示。根据尾砂特性，试验选择了4个厂家共12种絮凝剂进行沉降试验，沉降曲线如图5中所示。

图5 絮凝沉降曲线Fig.5 Flocculation settlement curve

由絮凝沉降曲线图可知，沉降曲线的斜率代表着料浆的沉降速度。当12种絮凝剂分别加入不同的沉降瓶之后，在前3 min时间内料浆的沉降速度处于加速状态，在3～10 min料浆依然下沉，但加速度越来越小，10 min后大部分料浆的沉降速度基本处于稳定状态，变化非常小，只有絮凝剂Ⅶ仍以相对较

为明显的速度进行着沉降。特别要说明Ⅴ、Ⅵ2种絮凝剂添加到全尾砂料浆中沉降的过程中，上清液是浑浊的，使用其他三个厂家的10种不同絮凝剂后，料浆沉降的上清液均为清澈，因此首先淘汰Ⅴ和Ⅵ。观察曲线斜率可得，越靠近坐标轴左下方的代表其沉降速度越快。因为在现场的实际应用当中，絮凝剂与全尾砂浆结合的时间比较短，它们始终处于流动状态，因此只看前10 min的絮凝沉降情况，通过分析试验数据得出结论也是如此，前10 min之内絮凝沉降的速度为：VⅠ=46.0mL/min、VⅡ=42.9mL/min、VⅢ=42.1 mL/min、VⅣ=44.3 mL/min、VⅦ=42.6 mL/min、VⅧ=41.5mL/min、VⅨ=42.9mL/min、VⅩ=45.0mL/min、VⅪ=49.0mL/min、VⅫ=44.5mL/min，即 Vmax=VⅪ=49.0mL/min，因此絮凝剂Ⅺ与该矿山的全尾砂更加匹配，使用效果最佳。

表5 添加不同絮凝剂后尾砂沉降记录表Tab.5 Thetailingssettlementrecordofdifferentflocculantisadded

2.4 絮凝剂的添加量

经上述絮凝剂选型试验分析得出，在所选取的12种絮凝剂中，最适合该矿山的为Ⅺ型。选定絮凝剂的种类之后，需要进行其添加量的优化试验。试验仍使用浓度为30%的全尾砂浆，浓度为3‰的Ⅺ型絮凝剂，添加量分别为 5 g/t、10 g/t、15 g/t、20 g/t、25 g/t（试验第三步骤已完成）以及30 g/t。相隔一定的时间记录沉降瓶中料浆总量，如表6和图6中所示为试验结果。

观察图6可得出，前10min之内絮凝沉降的速度为：V5=46.2 mL/min、V10=44.0 mL/min、V15=47.5 mL/min、V20=48.0 mL/min、V25=49.0 mL/min、V30=46.0 mL/min，絮凝剂的添加量和全尾砂浆的沉降性能之间不成比例关系，沉降效果比较好的添加量区间为20～25 g/t，这两种添加量相对应的絮凝沉降速度差别也很小，但与其他4种不同的添加量相比而言，其沉降速度都较高。由此可得出，料浆的沉降速度随着絮凝剂添加量的变化而变化，有一个最佳添加量，此时料浆的絮凝沉降速度达到峰值。分析数据得知，开始随着絮凝剂添加量的增加，料浆的沉降速度也随着增加，但是到了某一个值之后，即使絮凝剂的添加量再增加，料浆的沉降速度也不会增加，反而会减小，影响絮凝沉降效果。综上所述，絮凝剂的添加量太小会导致料浆沉降速度缓慢，效果不明显；添加量太大，反而影响其沉降速度，同时是一种资源和金钱上的浪费。通过试验发现，对于该矿山的全尾砂，采用Ⅺ型絮凝剂的最佳添加量为25 g/t，此时满足以最少的成本取得最大效益的原则。

表6 絮凝剂添加量不同的尾砂沉降记录表Tab.6 Different tailings settlement records of flocculent addition

图6 不同添加量的絮凝沉降曲线Fig.6 Flocculation settlement curve of different addition quantities

4 结语

试验对某矿山的尾砂进行了物理化学性质以及其粒径组成的检测分析，该尾砂粒级分布较为均匀，但单一利用自然沉降仍不能满足充填要求。剖析了全尾砂进行絮凝沉降的机理，说明了絮凝剂加入全尾砂中絮团是如何形成的和全尾砂沉降的六大进程等问题。

首先根据某矿山尾砂的特性初选出了4个不同厂家，共12种类型的絮凝剂，在添加量一样的情况下优选出Ⅺ与试验所用的全尾砂匹配度最高。之后进行了系列化试验，在另外不同添加量的情况下进行了絮凝沉降试验，最终优选出在该矿山使用时最优的絮凝剂添加量为25 g/t。为后续对絮凝剂的研究打下了扎实的铺垫。

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（编辑：游航英）

行业信息

D

刘良先秘书长一行赴莫斯科参加国际钨协第30届年会

2017年9月26日～29日，根据中国钨协年度工作计划，应国际钨协秘书长蔡轶乐先生的邀请，中国钨业协会秘书长刘良先和办公室主任方季云赴莫斯科参加国际钨协第30届年会。参加本次年会的代表共计188人，来自24个国家，89家企业。其中中国代表40人，来自18家企业。

会议期间，刘良先秘书长一行与国际钨协和英国Hermerdon钨矿等多家钨企业代表进行了会谈，并参观了俄罗斯沃尔夫姆（Wolfram）公司乌涅恰难溶金属工厂（Unecha RefractoryMetals Plant）。

会议期间，中国钨协秘书长刘良先一行先后会见了国际钨协、越南马山集团、英国五金、奥地利WBH公司、英国Hermerdon钨矿、日本三活公司和新金属株式会社、奥地利SMR信息咨询公司、俄罗斯Wolfram公司等多家国际机构和钨企业代表，交流了钨矿开采管理政策、钨冶炼污染防治情况以及钨市场形势和钨产业发展等情况；与国际钨协秘书长就钨首要用途研究的合作等进行了探讨和交流，达成了许多共识，双方表示将继续加强相互的信息交流与合作。

报告会上，来自俄罗斯、欧洲、中国、美国和日本的5家企业代表分别就各自国家或地区的钨市场形势做了报告；中介机构Argus公司作了全球钴市场报告；奥地利SMR信息咨询公司作了钨终端应用研究报告；国际钨协秘书长作了俄罗斯钨工业历史的专题报告。

讨论会上，5个钨市场报告人与参会代表就钨市场形势进行了互动交流。与会代表对今年钨市场价格上涨给予了肯定，对未来钨市场前景持乐观态度。普遍认为：钨市场价格持续近3年的下滑，导致全球钨精矿产量下降，钨原料库存处于低位，市场供应趋紧；全球经济正在进入全面复苏，钨消费量均有不同程度的增长，全球钨市场供需矛盾改善；美国制造业复苏，钨市场需求恢复强劲；欧洲钨原料供应平稳，钨需求将继续保持平稳增长；奥运会临近，日本基础设施等投资增长，将继续拉动钨消费需求；美国和俄罗斯钨产品国家战略储备均处于低位，中国钨市场对全球钨市场发挥了关键性作用，预期钨市场形势将继续向好。

在本届年会上，中钨高新材料股份有限公司副总经理高勃当选下一届国际钨协轮值主席并发表了就职讲话。

会议确定第31届国际钨协年会于2018年9月26日～27日在中国成都召开，由株洲硬质合金集团有限公司和自贡硬质合金有限责任公司承办，2018年9月28日参观自硬公司。

本届年会是在钨市场连续近3年持续下跌后开始回升的情况下召开的，参加本次会议有利于加强与国际钨协和国外钨企业的联系与交流，促进中国钨企业的国际化发展，传递中国钨行业的声音，让世界了解中国钨业。

中钨高新副总经理高勃当选国际钨协主席

2017年9月28日，在莫斯科国际钨协第30届年会上，国际钨协执委、中钨高新材料股份有限公司副总经理高勃当选下一届国际钨协轮值主席并发表了就职讲话。这是中国钨企业领导第三次担任国际钨协轮值主席，将有利于增进中国钨企业的国际交流，提高中国钨业的国际地位和影响力。

余泽全

Experimental Study on the Flocculation Sedimentation of Whole Tailings

YANG Ning1,2,YIN Xiangang1,2,ZHONG Yong3,XIAO Muen1,2
(1.Changsha Institute of Mine Research Co.,Ltd.,Changsha 410012,Hunan,China;2.National Engineering Research Center for Metal Mining,Changsha 410012,Hunan,China;3.Luoyang Kunyu Mining Co.,Ltd.,Luoyang 471700,Henan,China)

The whole tailings from the concentrator are mostly fine particles with small particle size,which causes the phenomenon of slow sedimentation.It is necessary to add the flocculant to the all tailings mortar for sedimentation.Taking the all tailings of a mine as an example,four(two kinds of domestic and two kings of foreign)from total 12 kings of different flocculants were selected to study the flocculant selection test,the principle of the settlement of flocculant was analyzed,and the best marching degree of the flocculant was selected.After,the effect of different dose of flocculants on the sedimentation process was studied in detail.The flocculantⅪsuitable for the mine was obtained.The optimum dosage was 25 g/t.The method is reference to similar mines.

whole tailings;flocculation sedimentation;flocculants;sedimentation rate;bottom flow concentration

TD926.4

A

10.3969/j.issn.1009－0622.2017.05.004

2017-08-09

杨 宁（1992-），男，宁夏中卫人，助理工程师，主要从事采矿工程及充填技术研究。

尹贤刚（1971-），男，四川什邡人，研究员，主要从事采矿工程及充填技术的研究工作。