鋁土礦洗礦泥絮凝沉降試驗研究

陳 斌，祝怡斌，翟文龍

(礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

鋁土礦洗礦泥礦物成分主要為高嶺石、一(三)水硬鋁石、赤鐵礦等，主要化學成分是Al2O3和SiO2，礦泥分散性大，粒度極細，小于0.02 mm的粒子約占65%，泥漿顯負電性，現狀鋁土礦企業(yè)洗礦工序形成的泥漿水固含量10%左右，濃密后底流(固含量30%左右)用泵輸送到排泥庫存放，最終尾礦含水率高、流動性強，排泥庫堆存環(huán)保風險高，水循環(huán)利用率低。根據現有排泥庫經驗，洗礦泥排入排泥庫后，顆粒的沉積非常緩慢，且在沉積時形成“超架空結構”，即使礦泥沉積時間達10～20年，其下層礦泥仍為流塑狀態(tài)[1-2]。

馬俊偉等[3-6]對鋁土礦礦泥進行了絮凝試驗研究，結果表明，pH中性條件有利于洗礦泥的沉降，陰離子型PAM對洗礦泥的絮凝效果明顯優(yōu)于陽離子型PAM、PAC、PFC、PAFC，原因為陰離子有機絮凝劑絮凝原理為化學吸附，對洗礦泥，這種化學吸附作用力強于靜電作用。對有機、無機絮凝劑復合使用對洗礦泥沉降效果的相關研究較少，本文考察了陰離子型PAM、PAFC及二者復合使用對某鋁土礦洗礦泥沉降試驗效果，探求鋁土礦洗礦泥最佳絮凝沉降方案。

1 試驗部分

1.1 試樣、試劑及儀器

洗礦泥樣品來自平果鋁業(yè)公司。對洗礦泥樣品采用激光粒度分析儀進行了粒度分析，分析結果見表1，洗礦泥的平均粒度為16.69 μm。

表1 洗礦泥粒度組成

對洗礦泥樣品進行了X 射線衍射分析，分析結果見圖1。

圖1 洗礦泥樣品的 X 射線衍射圖Fig.1 X-ray diffraction pattern of washing mud

由圖1可見，洗礦泥礦物成分主要為三水硬鋁石(Al(OH)3)、高嶺土(Al2Si2O5(OH)4)。

試驗采用的無機絮凝劑為聚合氯化鋁鐵(PAFC)，為工業(yè)級，使用配制濃度為10%，采用的有機絮凝劑為陰離子PAM(化學純)，分子量14 000，使用配制濃度為0.1%。

1.2 試驗方法

配制質量濃度為10%的洗礦泥漿，每次取體積相同的洗礦泥漿，裝入250 mL的燒杯中，用電子恒速六聯攪拌機在轉速150 r/min下攪拌均勻，然后添加絮凝劑，用電子恒速六聯攪拌機，先快速攪拌，速度300 r/min，攪拌時間2 min，再慢速攪拌，速度80 r/min，攪拌時間5 min，然后將洗礦泥漿移入100 mL量筒中，靜置，并按照一定時間間隔記錄固液分界面刻度值，并于30 min時抽取液面下1 cm處上清液10 mL進行濁度測試，以考查洗礦泥在不同條件下的沉降效果。

根據研究目的，進行試驗安排：第一，進行投加陰離子型PAM的洗礦泥沉降試驗；第二，進行投加PAFC的洗礦泥沉降試驗；第三，進行復配投加PAM和PAFC的洗礦泥沉降試驗。

2 試驗結果與討論

2.1 不同陰離子型PAM用量試驗

陰離子型PAM配制濃度1‰，投加量分別為0、2、5、10、20 mg/L時，考察它們對洗礦泥沉降的影響。試驗結果見圖2和表2、表3。

圖2 不同PAM投加量洗礦泥沉降曲線Fig.2 Washing mud settlement curves at different PAM dosages

表2 上清液pH

表3 30 min時上清液濁度

可見，洗礦泥本身呈中性，投加陰離子型PAM后，上清液pH稍有增加，但變化不大，仍維持在7左右，隨著陰離子型PAM投加量增加，洗礦泥沉降速度明顯加快，但當PAM投加量超過10 mg/L時，沉降速度不再明顯變化，且投加PAM后上清液濁度較大，原因為PAM不能捕獲較小顆粒，導致出水渾濁。綜合確定陰離子型PAM最佳投加量5 mg/L，10 min內即迅速完成沉降。

2.2 不同PAFC用量試驗

PAFC配制濃度為10%，投加量分別為100、200、500、1 000、2 000 mg/L時，考察它們對洗礦泥沉降的影響。沉降30 min時，試驗結果見圖3，對投加PAFC的洗礦泥漿上清液pH進行測試，結果見表4。

圖3 30 min時洗礦泥沉降試驗照片Fig.3 Photo of washing mud sedimentation at 30 min

表4 上清液pH

由圖3可見，隨著PAFC投加量的增加，當投加量超過200 mg/L時，洗礦泥顆粒沉降困難，上清液濁度明顯增大，其原因為加入PAFC后，洗礦泥漿體系pH降低所致，而根據大量研究，洗礦泥漿沉降最佳pH為7[4]，因此，在投加PAFC的同時，須調整洗礦泥漿體系pH至7，再進行絮凝沉降試驗，調整后試驗結果見圖4和表5。

表5 30 min時上清液濁度

圖4 不同PAFC投加量洗礦泥沉降曲線Fig.4 Washing mud settlement curves at different PAFC dosages

可見，投加PAFC后不能明顯提高沉降速率，但能提高上清液濁度，當PAFC投加量達到2 000 mg/L時，沉降速度反而降低，上清液濁度也相應增加。這是因為PAFC過量后，鐵、鋁離子在礦物顆粒表面大量吸附，導致礦物顆粒間的靜電排斥力增加，產生部分微細粒的“復穩(wěn)”現象。單一采用PAFC，不能實現鋁土礦洗礦泥漿的快速沉降。試驗確定PAFC最佳投加量為100 mg/L。

2.3 陰離子型PAM、PAFC復配使用試驗

由上述試驗結果可看出，陰離子型PAM雖然與洗礦泥漿帶相同電荷即負電荷，但由于其與洗礦泥之間極強的化學吸附作用，明顯提高了洗礦泥的沉降速率，且其效果不易受體系pH的影響，確定陰離子型PAM為洗礦泥沉降首選絮凝劑。但考慮到其價格較高，且絮凝沉降后上清液濁度相對較大，本研究將其與PAFC復配使用，一方面，基于雙電層理論，利用PAFC水解后形成金屬正電荷與洗礦泥顆粒發(fā)生電性中和，降低膠體間的電勢能，有助于PAM后續(xù)的吸附和網捕作用，降低PAM用量，另一方面，彌補了PAM不能捕獲較小顆粒，導致出水渾濁的缺陷。

按照表6方案將配置好的濃度為1‰PAM溶液、10%赤泥基脫水劑溶液，按照先加入陰離子型PAM，后加入PAFC的順序加入至3組制備好的洗礦泥溶液中。絮凝沉降試驗結果見圖5和表7。

表6 PAM、PAFC配比表

圖5 PAM、PAFC復配投加洗礦泥沉降曲線Fig.5 Washing mud settlement curves at different PAM and PAFC dosages

表7 30 min時上清液濁度

根據上述試驗結果，確定陰離子型PAM投加量2 mg/L、PAFC投加量50 mg/L時，絮凝沉降效果最好，沉降速率與PAM投加量5 mg/L時相當，且上清液濁度明顯優(yōu)于PAM投加量5 mg/L時。

3 結論

使用陰離子型PAM對鋁土礦洗礦泥進行絮凝，沉降速度快，但上清液較渾濁，使用PAFC對洗礦泥進行絮凝，沉降速度沒有明顯加快，但上清液較清，二者復配使用，沉降效果較好，且降低PAM用量。本試驗確定的最佳洗礦泥絮凝方案為：先投加PAFC，投加量50 mg/L，再投加陰離子PAM，投加量2 mg/L，沉降效果好，10 min即可完成沉降，上清液濁度小于30 NTU。