鋁土礦尾礦水懸浮物磁絮凝處理研究

郭沛音，楊 亞

（1.信陽師范學(xué)院分析測(cè)試中心，河南 信陽 464000；2.信陽師范學(xué)院物理電子工程學(xué)院，河南 信陽 464000）

我國的鋁土礦資源含量較為豐富，多為一水硬鋁石型（硬水鋁礦），具有高鋁、高硅及低鐵的特點(diǎn)，且礦石的鋁硅比相對(duì)較低[1]。我國鋁業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝，易在選礦作業(yè)中產(chǎn)生大量的尾礦。就生產(chǎn)的實(shí)際而言，尾礦漿的構(gòu)成是較為復(fù)雜的，由尾礦漿、洗礦廢水、破碎球磨廢水等構(gòu)成。這些尾礦漿若未進(jìn)行科學(xué)處理將給周邊環(huán)境帶來極大的危害[2]。隨著我國環(huán)保監(jiān)管的日益嚴(yán)格，對(duì)工業(yè)廢棄物的處理標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，在這一背景下，選礦廠需甄選出科學(xué)、高效的尾礦水處理技術(shù)，推動(dòng)企業(yè)的良性發(fā)展。

1 尾礦處理與磁絮凝技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)前，多數(shù)鋁土礦的生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)選礦廢水的處理采用的是回收再利用方式。這一技術(shù)對(duì)于提高水資源的利用率，減少廢水排放的環(huán)境隱患具有積極的意義。然而，若回用水質(zhì)量出現(xiàn)問題，可能會(huì)對(duì)選礦的指標(biāo)帶來一定的影響，進(jìn)而導(dǎo)致高品位礦的質(zhì)量波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)對(duì)鋁礦石的回收率產(chǎn)生影響。

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，影響回用水質(zhì)量的主要因素是水中的有機(jī)物和無機(jī)物雜質(zhì)。因此，能否清除回用水中有機(jī)物和無機(jī)物的雜質(zhì)也就成為了回用水質(zhì)量高低的重要因素[3]。當(dāng)前，選礦生產(chǎn)中對(duì)回用水懸浮物的控制為≤1 g/L，各氧化鋁廠也將此作為通用標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際生產(chǎn)中，要達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)存在一定的難度。懸浮顆粒物是尾礦中的最大污染物，同時(shí)也是有機(jī)物和無機(jī)物的附著所在，特殊的分散體系導(dǎo)致懸浮物較難實(shí)現(xiàn)自然沉降和吸附處理。磁絮凝技術(shù)作為一種全新的尾礦水懸浮物處理技術(shù)，將絮凝沉淀法和磁分離法進(jìn)行了有效的結(jié)合，主要在傳統(tǒng)絮凝處理工藝的基礎(chǔ)上，加入強(qiáng)磁粉并置于磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)的作用下完成凈化過程。這一過程與傳統(tǒng)的絮凝沉淀法相比，絮凝沉淀、吸附效果及萃取過程得以充分地加強(qiáng)，具有效果好、能耗低、易操作等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在處理成本上也具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2 磁絮凝反應(yīng)器的設(shè)計(jì)原理及處理功能

2.1 磁絮凝反應(yīng)器的設(shè)計(jì)原理

磁絮凝反應(yīng)器在設(shè)計(jì)中，充分地利用了磁場(chǎng)作用、重力作用、固液密度差等原理來實(shí)現(xiàn)對(duì)尾礦水中懸浮顆粒物的分離。工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

待尾礦漿與絮凝劑、磁粉在反應(yīng)器中攪拌后，得使三者進(jìn)行充分地混合。在隨后的慢攪拌環(huán)節(jié)中，分子鏈被絮凝劑打開，同時(shí)以磁粉為核心的絮團(tuán)在磁場(chǎng)的作用下被加速捕獲。最后在反應(yīng)器的底部形成了沉降，并最終形成底流。

2.2 磁絮凝反應(yīng)器的處理功能

基于磁絮凝反應(yīng)器的應(yīng)用原理，這一裝置需要能夠?qū)崿F(xiàn)攪拌、磁場(chǎng)安裝等功能。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般需要涵蓋出水口、沉淀區(qū)、磁鐵承載臺(tái)、壓縮區(qū)、底泥出口等。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的磁吸作用主要由強(qiáng)磁性磁鐵產(chǎn)生，可根據(jù)處理器的大小來確定強(qiáng)磁性磁鐵數(shù)量。

3 結(jié)果分析

在進(jìn)行磁絮凝處理中，影響到處理效果的主要有磁粉投注量、磁場(chǎng)強(qiáng)度及藥劑投加三個(gè)因素。

3.1 磁粉投注量的單因素分析

本次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)磁粉投注量不斷增加時(shí)，澄清液的占比明顯地上升，同時(shí)底泥的含水量也不斷的下降。這一作用的產(chǎn)生主要源于三個(gè)方面。首先，在磁粉投注后，污水中的懸浮顆粒物總體數(shù)量得以增加，這樣就有效地加大了懸浮顆粒物的碰撞效率。其次，所投入的磁粉相對(duì)于污水中的絮團(tuán)而言比重更大，這將在一定程度上對(duì)絮團(tuán)產(chǎn)生壓縮作用，從而是絮團(tuán)更加的緊實(shí)。再次，磁粉微粒所產(chǎn)生的微弱磁場(chǎng)對(duì)荷電膠粒具有較強(qiáng)的吸引力，有利于復(fù)合磁絮凝體的形成。

3.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度的單因素分析

在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷增大時(shí)，澄清液的占比也明顯地上升，同時(shí)底泥的含水量也在不斷的下降。這是由于在磁粉的加入下，形成了以磁粉為核心的復(fù)合磁絮凝體。這些帶有磁性的復(fù)合磁絮凝體在磁場(chǎng)引力的作用下，使得懸浮物的沉降速度得以提升。

3.3 藥劑投加的單因素分析

就實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而言，發(fā)現(xiàn)采用磁粉→助凝劑→絮凝劑及助凝劑→磁粉→絮凝劑的組合順序進(jìn)行絮凝沉降時(shí)，能夠收到較好的效果，澄清液的占比也明顯地上升且水中懸浮物的去除率得以較好的提升。在對(duì)這一問題的深入研究中發(fā)現(xiàn)，其主要是與磁粉和助凝劑的作用原理有關(guān)。磁粉及助凝劑的加入時(shí)機(jī)，直接決定了絮凝處理的效果。磁粉加入過晚，則會(huì)導(dǎo)致其融入絮團(tuán)受阻，不利于絮團(tuán)的沉降。鋁鐵鹽的助凝劑可以發(fā)生金屬離子水解和聚合反應(yīng)，易于絮凝劑的長鏈起到搭橋作用，也會(huì)對(duì)沉降效果產(chǎn)生影響。

4 小結(jié)

磁絮凝處理技術(shù)與傳統(tǒng)的絮凝沉淀法相比，其絮凝沉淀、吸附效果及萃取過程得以充分地加強(qiáng)，具有效果好、能耗低、易操作、成本低等優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際生產(chǎn)中合理控制磁粉投注量及磁場(chǎng)強(qiáng)度，以助凝劑→磁粉→絮凝劑的組合順序進(jìn)行絮凝沉降。而磁絮凝處理技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)提升是一系統(tǒng)化問題，需在多效渠道的共同促成中才可有效實(shí)現(xiàn)，應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不斷提高磁絮凝裝置的處理能力，實(shí)現(xiàn)新技術(shù)應(yīng)用下處理效率和企業(yè)效益的雙提升。