疆锋铁矿尾砂沉降性能试验研究

杨国永，彭 亮

(1.景洪市龙鑫矿业有限责任公司， 云南 景洪市 666100；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

景洪市龙鑫矿业有限责任公司疆锋铁矿地处云南省西南边陲，属西双版纳傣族自治州景洪市大勐龙镇管辖，矿区距离景洪市公路距离约75 km，距离大勐龙镇平距9 km。疆锋铁矿二期工程将采用充填采矿法开采，所以须建设充填系统以满足井下充填采矿法的需求。根据疆锋铁矿的实际需求，充填系统工艺为浓密机+砂仓泵送加自流输送工艺。

浓密机进砂时溢流浓度高，带走大量细颗粒，从而给生产带来一些问题：其一，溢流水不能直接回选厂循环使用、须由渣浆泵输送至尾矿库进一步沉降从而增加运营成本，并且降低尾矿库的服务年限；其二，溢流浓度过高使尾砂充填利用率降低、充填系统不能充分发挥其生产能力并导致采充失衡等。为提高尾砂充填利用率，溢流回水作为清水能被循环利用，尾砂料浆的沉降性能非常重要，决定了浓密机底流浓度能否达标，而且直接决定了溢流清水能否满足要求循环利用。所以进行尾砂的自然沉降实验和絮凝剂沉降实验，以便找出合适的絮凝剂及添加量，并得出其它重要参数。

1 尾砂性质及絮凝剂初选

1.1 尾砂特性

尾砂取自疆锋铁矿尾矿库排尾口，其基本物理性能见表 1。该尾砂的松散容重小、孔隙率大、泌水性能差。筛分尾砂粒级组成分析结果见表 2。尾砂浆液上部清液的 pH=9.2偏碱性，-200目达到31.28%，平均粒径195 μm，尾砂属于粗粒级尾砂。

根据尾砂物理化学性质（见表1～表3），初步选择了4种絮凝剂进行实验，力图通过实验选择出最合适的絮凝剂，并找到最佳的添加量。

表1 疆锋铁矿筛分尾砂物理性能指标测定结果

表2 疆锋铁矿尾砂粒度分析结果

表3 疆锋铁矿尾砂化学成份测定结果/%

1.2 絮凝剂的初步挑选

尾砂沉降性能试验包括自然沉降试验和絮凝沉降试验。尾砂在浓密机内进行脱水时，常常需要添加絮凝剂加速尾砂颗粒沉降，以提高尾砂沉砂效率，本试验目的就是研究疆锋铁矿尾砂对絮凝剂的适应性，选出最优的絮凝剂类型、最佳的絮凝剂添加量以及分析得出其它絮凝沉降参数。

经过实验室检测可知，矿浆呈碱性，所以絮凝剂必须优先选用阴离子絮凝剂。初步选择的4种絮凝剂都是阴离子高分子絮凝剂，所以4种絮凝剂都要通过进一步的实验来进行分析对比。

2 絮凝剂沉降对比实验

2.1 实验主要仪器设备

（1）1000 mL量筒，500 mL烧杯；

（2）絮凝剂搅拌器；

（3）秒表计时器；

（4）天平秤（精度0.01 g）；

（5）坐标纸；

（6）矿浆搅拌棒；

（7）注射器；

（8）记录本。

2.2 实验材料

（1）尾砂：对全尾砂采用标准网格筛进行筛分，剔除全尾砂1 mm以上粗砂，最后均匀采集筛下尾砂样。

（2）水样：长沙市自来水。

（3）絮凝剂：实验室选取4种絮凝剂，其中3种国产品牌絮凝剂（产地均为云南省），1种国外品牌絮凝剂。分别是：JB-164絮凝剂，JSL-DH-1絮凝剂，1#絮凝剂和法国产NT-694E絮凝剂。

2.3 实验步骤

沉降试验具体步骤如下：

第一步：将4种絮凝剂都调配成3‰的溶液，即在实验室采用500 mL的烧杯加水100 mL，再采用天平（精度0.01 g）称取絮凝剂颗粒0.3 g，将絮凝剂颗粒倒入烧杯中搅拌均匀即可。

第二步：把调配好的浓度 20%的尾砂浆倒入500 mL的量筒中，用矿浆搅拌棒在量筒中来回搅拌数次直至混合均匀，并测量其pH值。

第三步：进行自然沉降实验，每隔一定时间记录固液分离界面高度，并观察自然沉降1 h后料浆的最终沉降高度，最后计算最终沉降浓度 C（%）和容重 γ（t/m3）。

第四步：进行絮凝剂沉降实验，在量筒中用注射器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。

第五步：根据沉降试验，将每种絮凝剂各添加量中沉降速度最佳的一组放在一起进行对比，从中选取沉降效果最好的一种絮凝剂。

第六步：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一个最佳添加量的问题。所以须对第5步选取的絮凝剂的添加量进行更加细致的试验，以找到最佳添加量。

第七步：絮凝剂选型试验及最佳添加量试验均采用尾砂样，选择好最佳的絮凝剂类型及添加量，并计算出最终沉降浓度C（%）和容重γ（t/m3）。

2.4 试验结果

2.4.1 自然沉降试验

自然沉降试验将配置好的20%浓度料浆，倒入500 mL量筒中，搅拌均匀后，记录单位时间内液面下降高度（见表4）。注：上清液浑浊，V0=445 mL；1 h后最终沉降浆体体积分别为73，65，65 mL。

表4 尾砂自然沉降试验结果

2.4.2 自然沉降试验分析

通过以上自然沉降数据分析可知：

（1）尾砂自然沉降中，粗颗粒尾砂迅速沉降，上部细颗粒形成了难以沉降的悬浮层，造成了上清液比较浑浊，分层现象不明显。

（2）通过观察，尾砂300 s后进入压缩沉降阶段，那是因为尾砂粗颗粒较多，沉降速度相对较快。

（3）尾砂自然沉降过程中上清液都比较浑浊，所以为加速尾砂沉降且保证上清液清澈，须添加絮凝剂。

（4）1 h后尾砂最终沉降平均高度分别为23.5，23.7 cm，对应最终压缩浓度及容重分别为：76.9%，2.06 t/m3。

2.4.3 絮凝沉降试验

2.4.3.1 絮凝剂选型试验

在500 mL的量筒中配制浓度20%的尾砂浆，搅拌均匀后加入絮凝剂溶液，絮凝剂溶液添加量按每吨干尾砂添加10，30，50 g进行计算，将4种絮凝剂各添加量中沉降速度最快（匀速沉降阶段）的一组放在一起进行对比，并计算出它们的最终压缩浓度（%），相关沉降参数如表5、图1所示，由表5、图1可知：

（1）各絮凝剂沉降速度快慢顺序依次是：NT-694E絮凝剂＞1#絮凝剂＞JB-164絮凝剂＞JSL-DH-1絮凝剂；

（2）各絮凝剂沉降最终压缩浓度从高到低依次为：NT-694E絮凝剂＞1#絮凝剂＝JSL-DH-1絮凝剂＞JB-164絮凝剂。

综合考虑絮凝沉降的速度、最终压缩浓度以及上清液是否清澈等综合因素，决定选用1#絮凝剂进行进一步的试验研究。

表5 尾砂絮凝沉降统计结果

2.4.3.2 絮凝剂添加量选择试验

根据以上试验数据可知，1#絮凝剂沉降效果相对较好，针对该种絮凝剂进行进一步的添加量选择试验。絮凝剂添加量选择10，15，20，25，30，40 g/t，测试时间 600 s，并与自然沉降进行比较，观察其最终沉降高度，并计算它的最终沉降浓度与容重。试验结果如表6，图2所示。

图1 多种絮凝剂沉降效果对比

表6 1#絮凝剂各添加量（尾砂）沉降

图2 1#絮凝剂不同添加量絮凝（尾砂）沉降曲线

根据絮凝剂的选型试验和添加量试验，可以选择1#絮凝剂，絮凝剂添加量控制在10～20 g/t为宜。自然沉降与 1#絮凝剂最佳添加量的沉降对比见照片1～照片2。

2.4.4 絮凝沉降试验分析

通过以上絮凝沉降数据及相关沉降曲线分析，可以得出：

照片1 沉降30 s

照片2 沉降60 s

（1）絮凝剂选型：选择的4种絮凝剂中，NT-694E絮凝剂虽然沉降速度较快，压缩浓度较高，但少量极细颗粒无法沉降，造成上清液比较浑浊，1#絮凝剂相对综合沉降效果均最好，所以可选择1#絮凝剂进行进一步的最佳添加量试验研究。

（2）絮凝剂添加量：絮凝剂添加量在一定范围内与沉降速度并不呈正相关，有一个最佳添加量。1#絮凝剂，20%浓度料浆最佳添加量均在10～20 g/t，全尾砂最终压缩浓度为69%～71.4%。

（3）最终压缩浓度：絮凝剂添加量越大最终压缩浓度就越低，这是因为添加絮凝剂后，料浆溶液中形成的絮团较大，水份被包裹在絮团中，无法排出，絮凝剂添加量越大，压缩层的密实程度越低。

3 结 论

（1）该矿尾砂自然沉降速度相对较快，部分细颗粒难以沉降导致上清液浑浊，必须添加絮凝剂以加速细颗粒尾砂沉降。

（2）尾砂自然沉降最终压缩浓度分别为75.5%、76.9%，相对应容重分别为2.02，2.06 t/m3。

（3）1#絮凝剂，20%浓度料浆最佳添加量均在15 g/t左右，尾砂最终压缩浓度平均为72%，容重为1.96 t/m3。具体添加量的最终确定，可以在工业试验时从低到高依次进行，满足溢流水不跑浑即可。