張莊鐵礦尾礦濃縮大井藥劑制度優(yōu)化工業(yè)試驗*

齊美超 王 瑩 胡冬林 石 剛 張 強 梅向陽

(1.安徽馬鋼張莊礦業(yè)有限責任公司；2.遼寧可立爾水工程技術有限公司)

張莊鐵礦正式投產階段，選礦廠尾礦濃縮系統(tǒng)存在一系列問題，現(xiàn)場采用1臺φ50 mm高效濃密機進行尾礦濃縮，盡管添加了絮凝劑，但絮凝沉降效果差，濃縮大井底流濃度難以達到設計要求的25%，溢流水懸浮物含量超過2 000 mg/L，大大超過設計要求的300 mg/L，對尾礦輸送系統(tǒng)以及循環(huán)水重復利用均產生了較大影響。為此，結合國內尾礦先進絮凝沉降技術以及現(xiàn)場實際情況，對現(xiàn)場絮凝藥劑制度進行了工業(yè)優(yōu)化試驗，試驗效果顯著，達到了設計要求。

1 現(xiàn)場物料分析及工況考察

1.1 物料分析

濃縮效率首先由物料的沉降特性決定，相關指標有粒度、粘度、動電位等，現(xiàn)場采用沉降法簡易分析其粒度分布情況。根據(jù)斯托克斯定律[1]：

物料的沉降速度與顆粒直徑有直接關系，物料沉降速度與顆粒直徑關系見表1。

表1 物料沉降速度與顆粒直徑關系

采用量筒自然沉降法進行試驗，尾礦自然沉降1 h后量筒上層仍然渾濁，總懸浮物含量(TSS)達2 400 mg/L，表明有部分顆粒沒有沉降，處于懸浮狀態(tài)，處于典型的泥化狀態(tài)，其粒徑范圍在≤10 μm，因此，該礦漿屬于細粒泥化難沉體系，應采用絮凝沉降工藝。

1.2 現(xiàn)場工況

對現(xiàn)場尾礦濃縮系統(tǒng)進行考察，濃縮大井給礦量為266.7 t/h，平均濃度為7.8%，濃度比設計值略低，溢流水懸浮物含量為2 200 mg/L，大井跑渾嚴重，底流平均濃度為22%，低于設計要求；現(xiàn)場絮凝劑為干粉聚丙烯酰胺，濃度為 0.1%～0.2%，采用循環(huán)水配置，藥劑溶解效果尚可，無魚眼、少量結塊，懸浮含量高，會影響藥劑利用率，采用中心井多點添加絮凝劑溶液，最大藥液流量為8 m3/h。濃縮大井工況數(shù)據(jù)見表2。

表2 濃縮大井工況數(shù)據(jù)

1.3 絮凝劑沉降效果試驗

在試驗室對現(xiàn)場絮凝劑沉降效果進行條件試驗，試驗采用兩種藥劑，藥劑1為現(xiàn)場生產用絮凝劑溶液，藥劑2為現(xiàn)場干粉聚丙烯酰胺配制濃度0.1%的絮凝劑溶液。試驗方法：用量筒取均勻的礦樣400 mL若干組，向量筒中投加不等量的藥劑，上下翻轉10次，靜置 4 min(即觀察到的壓縮點時間)后抽取上清液，采用美國哈希的TSS Portable便攜式懸浮物測定儀檢測上清液懸浮物含量。試驗結果見表3。

1.4 沉降速度試驗

采用塔爾梅季—菲奇法[2]，按照現(xiàn)場目前的藥劑投加量25 g/t，計算滿足底流濃度25%的礦漿沉降速度為3.33 t/(m2·h)。遠超過設計所需速度0.15 t/(m2·h)，濃縮速度可滿足要求。現(xiàn)場藥劑2投加25 g/t泥層高度與時間的關系見圖1。

表3 不同藥劑投加量對應的上清液懸浮物含量mg/L

圖1 現(xiàn)場藥劑2投加25 g/t泥層高度與時間的關系

通過現(xiàn)場物料分析及工況考察，表明現(xiàn)場藥劑的最佳投加量在60 g/t左右，此時上清液懸浮物含量為535 mg/L，不能滿足環(huán)水要求的小于300 mg/L，藥劑選型不夠恰當；對比藥劑1、藥劑2試驗結果，在藥劑1投加25 g/t時，處理的上清液效果相當于藥劑2投加20 g/t時處理的上清液效果，現(xiàn)場配制藥劑藥效損失達到25%，表明配制用水選用不當；在藥劑2投加量為25 g/t時，礦漿沉降速度為3.33 t/(m2·h)，沉降速度很快，但上清液不能滿足要求，表明藥劑細粒捕獲功能差。因此，需要對現(xiàn)場絮凝劑制備系統(tǒng)及用水進行改造，并進行藥劑選型、沉降速度等試驗。

2 絮凝劑選型試驗

選取全系列具有代表性的絮凝劑，包括陽離子型絮凝劑、非離子型絮凝劑、陰離子型絮凝劑及澄清型絮凝劑。絮凝劑主要包括：KC840、KN600、KA610、KA625、KA635、KL4043，配置濃度為0.1%的絮凝劑溶液，然后用量筒取400 mL礦漿，分別加入等量的不同類型的絮凝劑，上下翻轉10次，靜置4 min，檢測上清液水質，比較絮團形成的狀態(tài)，試驗結果見表4。

由表4可知，單獨添加一種陽離子型絮凝劑KC840或非離子型絮凝劑KN600 50 g/t都能得到小于200 mg/L的上清液和結實的絮團；此外，澄清型絮凝劑KL4043與陰離子型絮凝劑(助凝劑)KA635組合藥劑[3]也可將上清液水質處理在200 mg/L以下；結合藥劑用量及價格，選用組合藥劑KL4043+KA635。

表4 絮凝劑種類條件試驗數(shù)據(jù)結果

按照選型后藥劑 KL4043配合KA635分別添加25、12.5 g/t進行沉降速度試驗，試驗結果見圖2。通過計算，滿足底流濃度25%的礦漿沉降速度為3.39 t/(m2·h)，與現(xiàn)場投加藥劑25 g/t時的沉降速度 3.33 t/(m2·h)相差不大，滿足設計要求。

圖2 藥劑KL4043和KA635分別投加25和

3 絮凝沉降工業(yè)試驗

根據(jù)物料分析、工況考察以及絮凝劑選型試驗結果，對現(xiàn)場絮凝劑制備系統(tǒng)進行改造，絮凝劑配制用水改為新水，新增KA635助凝劑制備系統(tǒng)。采用現(xiàn)場絮凝劑制備系統(tǒng)制備濃度為0.1%的KL4043絮凝劑，在濃縮大井中心井投加藥劑；在濃縮大井給礦集礦箱前端尾礦溜槽部位添加稀釋后濃度為25%的KA635助凝劑溶液。

經過現(xiàn)場調試，現(xiàn)場KL4043絮凝劑、KA635助凝劑分別添加28、16 g/t的情況下，濃縮大井溢流水懸浮物含量穩(wěn)定在約180 mg/L，濃縮大井底流濃度為25%～30%，達到設計要求。

4 結 論

張莊鐵礦選礦廠尾礦濃縮大井藥劑制度優(yōu)化后尾礦沉降取得了良好的效果。在KL4043絮凝劑、KA635助凝劑分別添加28、16 g/t的情況下，濃縮大井溢流水懸浮物含量穩(wěn)定在180 mg/L左右，濃縮大井底流濃度為25%～30%，滿足設計要求，大大降低了尾礦輸送成本。同時，高效利用濃縮大井溢流循環(huán)水，節(jié)約水資源，對綠色礦山建設具有重大意義。