梅山降磷超細(xì)粒尾礦沉降試驗(yàn)

歐張文 勾金玲

(梅山鋼鐵公司礦業(yè)分公司)

?

梅山降磷超細(xì)粒尾礦沉降試驗(yàn)

歐張文 勾金玲

(梅山鋼鐵公司礦業(yè)分公司)

梅山鐵礦為改善降磷再選尾礦超細(xì)粒級(jí)尾礦的沉降性能，在對(duì)超細(xì)顆粒尾礦性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，以梅山降磷超細(xì)粒尾礦為原料進(jìn)行了靜態(tài)沉降試驗(yàn)，對(duì)絮凝劑的種類(lèi)、分子量、用量、加入方式等因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，通過(guò)合理的添加絮凝劑改善了超細(xì)粒級(jí)尾礦的沉降性能，提高了超細(xì)粒級(jí)尾礦的沉降速度，同時(shí)為探索其后續(xù)的綜合利用途徑奠定了理論基礎(chǔ)。

超細(xì)粒鐵尾礦 沉降速度 壓縮區(qū)濃度 絮凝劑

梅山鐵礦是國(guó)內(nèi)大型地下礦山，采、選綜合能力為450萬(wàn)t/a，尾礦量達(dá)到125萬(wàn)t/a。目前投產(chǎn)運(yùn)行的尾礦再選在一定程度上緩解了尾礦處理問(wèn)題，尾礦再選系統(tǒng)采用高頻細(xì)篩篩分—旋流器分級(jí)—陶瓷過(guò)濾機(jī)脫水生產(chǎn)工藝流程，旋流器溢流經(jīng)25 m大井濃縮后用隔膜泵送到尾礦庫(kù)，旋流器沉砂經(jīng)陶瓷過(guò)濾機(jī)脫水后和高頻細(xì)篩篩上產(chǎn)品合并作為建材外銷(xiāo)[1]。

近年來(lái)，梅山鐵礦濕尾礦量逐年增加，雖然經(jīng)過(guò)再選回收有效地減少了尾礦排放，緩解了尾礦庫(kù)的堆存壓力，但再選后仍有大量的細(xì)粒級(jí)尾礦需要遠(yuǎn)距離輸送至尾礦庫(kù)，尾礦輸送成本居高不下。同時(shí)由于梅山鐵礦地處南京，尾礦庫(kù)征地難度極大，尾礦堆存成為制約礦山可持續(xù)發(fā)展的難題。為此，試驗(yàn)對(duì)尾礦再選旋流器溢流的細(xì)顆粒進(jìn)行試驗(yàn)室沉降試驗(yàn)，為生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 尾礦性質(zhì)

現(xiàn)梅山鐵礦尾礦再選生產(chǎn)工藝流程主要是對(duì)浮選降磷尾礦進(jìn)行處理，通過(guò)多年的生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)整，目前尾礦再選生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

浮選降磷尾礦通過(guò)大井濃縮、脫水篩分、水力分級(jí)、陶瓷過(guò)濾工序處理，按照廠家對(duì)鐵尾砂產(chǎn)品質(zhì)量的要求，綜合粗砂和細(xì)砂的混拌進(jìn)行銷(xiāo)售。其中旋流器的溢流經(jīng)過(guò)濃縮后輸送到尾礦庫(kù)。

試驗(yàn)所用物料直接從旋流器溢流口取得，尾礦密度為3.21 g/cm3，主要鐵礦物為菱鐵礦、赤鐵礦，少量黃鐵礦和磁鐵礦，微量褐鐵礦、黃銅礦和磁黃鐵礦。主要脈石礦物為碳酸鹽(白云石、方解石)、石英、長(zhǎng)石、透輝石、磷灰石等。尾礦鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表1，尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表2，尾礦粒度組成見(jiàn)表3。

圖1 尾礦再選生產(chǎn)工藝流程

表1 尾礦鐵物相分析 %

由表1可知，降磷尾礦中有用礦物主要為FeCO3，其鐵分布率為49.74%，其次為Fe2O3，其鐵分布率為43.69%，兩種鐵礦物鐵分布率合計(jì)為93.43%。

表2 尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

由表2可知，降磷尾礦中主要雜質(zhì)為SiO2和CaO，其含量分別為23.12%和13.60%，降磷尾礦中的有害雜質(zhì)S、P含量分別為0.991%和1.34%，降磷尾礦(w(MgO+ CaO)/w(Al2O3+SiO2)=0.593)屬于半自熔性礦石。

表3 尾礦粒度組成

由表3可知，尾礦再選旋流器溢流以-20 μm超細(xì)顆粒為主，其中d95為26 μm，d50為5 μm；-2 μm含量為24.46%，屬于超細(xì)粒尾礦。

2 試驗(yàn)研究

針對(duì)尾礦再選旋流器溢流礦漿尾礦礦漿粒度細(xì)、沉降速度緩慢等問(wèn)題，分別進(jìn)行了自由沉降試驗(yàn)和絮凝沉降試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)的對(duì)比，觀察分析試驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)試驗(yàn)結(jié)論，得到提高梅山尾礦再選超細(xì)粒尾礦快速沉降最佳試驗(yàn)方案，為后續(xù)探索超細(xì)粒級(jí)尾礦綜合利用提供基礎(chǔ)支撐。試驗(yàn)樣品礦漿濃度在11%左右。

2.1 自然沉降試驗(yàn)

試驗(yàn)樣品取自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)尾礦再選的旋流器溢流礦漿，礦漿濃度為11%，攪拌均勻后，定容至滿(mǎn)刻度自然沉降試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，自然沉降曲線見(jiàn)圖2。

表4 自然沉降性能指標(biāo)

圖2 自然沉降曲線

由試驗(yàn)現(xiàn)象和表4、圖2可知，礦漿沉降緩慢，初始泥漿界面模糊；當(dāng)泥漿界面出現(xiàn)后，泥漿界面下移速度緩慢，由于細(xì)顆粒受重力作用影響有限，礦漿自然沉降非常緩慢，沉降100 min接近沉降臨界點(diǎn)；礦漿的沉降速度為0.24 cm/min，壓縮區(qū)濃度為46.51%。

2.2 絮凝劑沉降試驗(yàn)

絮凝是用高分子絮凝劑通過(guò)橋聯(lián)作用，把微細(xì)顆粒聯(lián)結(jié)成一種松散的、網(wǎng)絡(luò)狀的聚集狀態(tài)[2]。絮凝劑主要是帶有正(負(fù))電性的基團(tuán)中和一些水中帶有負(fù)(正)電性難于分離的一些粒子或顆粒，降低其電勢(shì)，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并利用其聚合性質(zhì)使得這些顆粒集中，并通過(guò)物理或化學(xué)方法分離出來(lái)。絮凝劑在尾礦處理中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，添加絮凝劑可以降低溢流水的濁度。同時(shí)可以加速礦漿的沉降速度，提高生產(chǎn)效率[3]。

2.2.1 絮凝劑種類(lèi)選擇

通過(guò)分別添加非離子型、陽(yáng)離子型、陰離子型絮凝劑，研究梅山尾礦再選超細(xì)粒級(jí)尾礦的沉降效果。采用11%濃度礦漿考察不同絮凝劑種類(lèi)對(duì)尾礦沉降性能的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3，不同類(lèi)型絮凝劑絮凝沉降性能指標(biāo)見(jiàn)表5。

圖3 絮凝劑種類(lèi)對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

絮凝劑類(lèi)型沉降速度/(cm/min)壓縮區(qū)濃度/%陰離子型0.2845.32非離子型1.3243.11陽(yáng)離子型3.5140.88

由表5可知，加入絮凝劑后尾礦沉降速度較自由沉降速度明顯提高，添加絮凝劑后礦漿在沉降30 min后均慢慢趨于變緩；通過(guò)試驗(yàn)可知，超細(xì)粒尾礦粒子帶有電荷，通過(guò)添加絮凝劑，使礦漿系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，使超細(xì)顆粒礦物變得容易聚集，然后再發(fā)揮吸附架橋網(wǎng)捕作用使雜質(zhì)沉淀下來(lái);在相同的絮凝劑用量條件下，沉降效果按陽(yáng)離子型>非離子型>陰離子型的順序降低，陽(yáng)離子絮凝劑沉降速度為3.51 cm/min，沉降速度最快；綜合考慮，選用陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2.2 絮凝劑分子量

為探索絮凝劑分子量對(duì)梅山鐵礦尾礦再選超細(xì)粒級(jí)尾礦沉降效果的影響，分別選用分子量為300萬(wàn)、500萬(wàn)、800萬(wàn)、1 200萬(wàn)、1 500萬(wàn)的絮凝劑進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用11%濃度礦漿考察不同分子量絮凝劑對(duì)尾礦沉降性能的影響，沉降曲線見(jiàn)圖4，絮凝沉降性能指標(biāo)見(jiàn)表6。

圖4 不同分子量絮凝劑的絮凝沉降曲線

絮凝劑分子量/萬(wàn)沉降速度/(cm/min)壓縮區(qū)濃度/%3001.9642.185003.5140.888003.7139.1612003.7838.5515003.9136.97

由表6可知，增大絮凝劑分子量有利于提高尾礦沉降速度，但壓縮區(qū)濃度會(huì)有所降低，綜合考慮，采用500萬(wàn)分子量聚丙烯酰胺絮凝劑。

2.2.3 絮凝劑用量

絮凝劑在添加過(guò)程中，用量不足時(shí)，絮凝不徹底，用量過(guò)量時(shí)，則會(huì)造成膠體的再穩(wěn)定，降低絮凝效果。

分別選擇添加50、70、100、150、200 g/t絮凝劑進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用11%濃度礦漿考察絮凝劑用量對(duì)尾礦沉降性能的影響，絮凝沉降曲線見(jiàn)圖5,絮凝沉降指標(biāo)見(jiàn)表7。

圖5 不同絮凝劑用量的絮凝沉降曲線

由表7可知，增大絮凝劑用量有利于提高沉降速度，但會(huì)降低壓縮區(qū)濃度；綜合考慮，選擇絮凝劑用量為100 g/t。

表7 不同絮凝劑用量的絮凝沉降性能指標(biāo)

2.2.4 絮凝劑加入方式

探索絮凝劑加入方式對(duì)梅山鐵礦尾礦再選超細(xì)粒級(jí)尾礦沉降效果的影響，試驗(yàn)選擇一次集中添加和分兩次分段添加的方式，采用11%濃度礦漿考察不同加藥方式對(duì)尾礦絮凝沉降性能的影響，絮凝沉降曲線見(jiàn)圖6，絮凝沉降性能指標(biāo)見(jiàn)表8。

圖6 不同加藥方式的絮凝沉降曲線

加藥方式沉降速度/(cm/min)壓縮區(qū)濃度/%一次加藥3.5140.88分段加藥5.5840.39

由表8可知，集中加藥和分段加藥對(duì)尾礦沉降壓縮區(qū)濃度影響不大，但分段加藥更有利于尾礦的絮凝沉降;綜合考慮，采用分段加入絮凝劑。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)梅山尾礦再選旋流器溢流屬于超細(xì)粒級(jí)尾礦，在自然狀態(tài)下極難沉降。

(2)通過(guò)試驗(yàn)證明，采用陽(yáng)離子型分子量為500萬(wàn)的聚丙烯酰胺用量在100 g/t較為適宜，尾礦沉降速度在3～5 cm/min，壓縮區(qū)濃度在40.88%左右。在濃縮過(guò)程中分段加入，尾礦沉降效果更好。

[1] 勾金玲，劉 軍，袁風(fēng)香.梅山鐵礦降磷尾礦再選及脫水技術(shù)研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(2)：167-169.

[2] 王淀佐，邱冠周，胡岳華.資源加工學(xué)[M].北京：科學(xué)教育出版社，2005.

[3] 趙德貴，楊雪芳，張 丹.絮凝劑在膏體濃縮機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用[J].金屬材料與冶金工程，2012(4)：197-198.

2016-04-25)

歐張文(1985—)，男，助理工程師，210041 江蘇省南京市西善橋。