全尾砂充填絮凝沉降药剂最佳添量试验范文

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《黄金杂志》2016年第12期

摘要:

以金山金矿全尾砂和聚丙烯酰胺(PAM)为试验原料进行静态絮凝沉降试验。通过全尾砂自然沉降试验以及多次单因素絮凝沉降试验，探究了砂浆给料浓度及絮凝剂添量对全尾砂沉降速度和沉降浓度的影响，并且寻求到一种简易直观的尾液检测方法，据此探讨了最佳絮凝沉降效果所需添量与最佳絮凝剂添量之间的关系。综合多方面因素，给出了矿山最佳砂浆给料浓度为25%，最佳絮凝沉降效果所需添量为25g/t，最佳絮凝剂添量为20g/t。

关键词:

充填;全尾砂;絮凝沉降;添量;固液分离

0引言

中国黄金集团江西金山矿业有限公司(下称“金山金矿”)位于江西省德兴市花桥镇，是中国黄金集团公司2008年新收购并控股的矿业有限公司。金山金矿于1986年建成投产，前后经过4次改扩建工程，目前生产能力为2000t/d。矿山主要采用上向水平分层充填采矿法开采湾家坞V1矿体，该矿体属缓倾斜中厚矿体。添加絮凝剂加速全尾砂浆沉降是矿山充填工作的重要环节。通常情况下，通过室内絮凝沉降试验方法来确定絮凝剂添量［1］。然而，传统试验方法确定的添量值是否为最佳添量值尚且值得商榷。同时，伴随“绿色矿山”建设，矿山水资源循环利用与其他生产系统的协调匹配也要求矿山用水中尽量不含类似絮凝剂等杂质。在此背景之下，笔者对絮凝沉降理论［2］与传统试验方法［3］进行了科学分析，设计试验观察分析，以金山金矿全尾砂充填料浆为研究对象，以沉降速度(前期加速沉降阶段速度均值)和沉降浓度(沉降结束砂浆饱和浓度)为试验考察指标，探究了全尾砂充填絮凝沉降药剂最佳添量，为金山金矿“绿色矿山”建设提供技术支撑。

1试验材料与方法

1．1试验材料

1)絮凝剂。本次试验采用聚丙烯酰胺(PAM)阴离子型有机高分子絮凝剂。该絮凝剂为白色粉末状，无臭、无毒、无腐蚀性，水解体有轻微氨味，能以任何比例溶于水，相对分子质量为(6～8)×106。

2)尾砂。试验所用全尾砂粒级组成见表1，密度2．74t/m3，容重11．66kN/m3，孔隙率57%;干尾砂pH值为7．24，尾砂浆pH值为7．06，呈弱碱性。由表1可知:尾砂加权平均粒径为0．11mm，全尾砂粒级不均匀系数为14．57，尾砂级配不合理，所形成的充填体密度大，压缩性小，但透水性差，充填脱水难度较大。

1．2试验方法

1)操作方法。将配置好的质量分数为0．1%的絮凝剂溶液添加到配置好的全尾砂浆中，利用橡胶网孔搅拌棒搅拌均匀，静置观察并记录不同时间点尾砂沉降高度。

2)设计多次单因素优选试验，变量选取2个主要影响因素:絮凝剂添量和尾砂浆体浓度，探究此条件下最佳絮凝剂添量和最佳尾砂浆体浓度。絮凝剂添量变化区间为5g/t、10g/t、15g/t、20g/t、25g/t、30g/t、35g/t、40g/t(单位g/t指每吨干尾砂加入絮凝剂干粉的质量)。尾砂浆体浓度变化区间为15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%。试验时增加1组全尾砂浆自然沉降用以对比。

3)尾液检测及参数优化。收集上述试验沉降完成后上层尾液(清液)，用以配置最佳质量浓度尾砂浆体，上层尾液添加量为新配置浆体总质量的50%为宜，搅拌均匀，静置观察并记录不同时间点尾砂沉降高度。

2试验结果与分析

2．1全尾砂自然沉降规律对不同浓度全尾砂浆体进行自然沉降试验，发现全尾砂自然沉降速度与沉降浓度呈负相关，同时全尾砂自然沉降速度随着砂浆浓度的增加而降低(见图1、表2)。从试验结果可知，为了获得较高的沉降速度和较大的沉降浓度，应该根据工程实际情况选取合适的全尾砂给料浓度。从而为全尾砂的输送、立式砂仓的储存提供依据。

2．2全尾砂絮凝沉降规律

1)絮凝剂添量对沉降效果的影响。根据絮凝机理，絮凝剂添量过少或过多都会影响絮凝效果。添量过少，絮凝结合不充分;添量过多，尾液中絮凝剂残留，浆体黏度上升，水的运动阻力增加，沉降速度减缓。不仅如此，浆体中絮凝剂残留引起黏度的上升使水的运动阻力增加［4］，水与颗粒间的静力平衡更加难打破，被封闭的水更难排出，从而造成沉降浓度的降低。金山金矿实际生产过程中，选厂排放全尾砂浆的浓度为20%～30%，对浓度为25%的全尾砂料浆进行的试验较有代表性。试验结果见图2、表3。从图2、表3中看出:①在砂浆给料浓度为25%时，添加絮凝剂后全尾砂浆沉降速度大幅增加，最大增幅约为9．6倍;②絮凝剂添量超过25g/t后，沉降速度变化较小，随添量逐渐增大，沉降速度反而减缓，说明对于该浓度浆体其絮凝剂添量的临界值为25g/t左右;③沉降浓度随絮凝剂添量的上升，呈下降趋势。

2)砂浆给料浓度对沉降效果的影响。砂浆给料浓度对沉降效果有着重要影响，全尾砂自然沉降时，随砂浆浓度增大，沉降速度逐渐减小，究其原因是砂粒之间干涉沉降［5］引起的。砂浆浓度越大，砂粒干涉沉降越严重，相互之间的阻碍碰撞大大减缓了其沉降速度。絮凝沉降道理亦是如此，而且浆体浓度的增大会加重絮凝剂分子链结合砂粒的负担，与此同时，絮团的增加也使干涉沉降愈发明显，大大减缓沉降速度。根据以上试验情况，在25g/t絮凝剂添量条件下考察砂浆给料浓度对于沉降速度及沉降浓度的影响，试验结果见图3、表4。从图3、表4可以看出:①在相同絮凝剂单耗下，浓度越低，絮凝沉降速度越大，即沉降速度与砂浆给料浓度负相关;②当给料浓度由25%增加至35%时，沉降速度由21．88mm/min降低至10．75mm/min，降幅超过1倍，表明给料浓度对于沉降速度的影响是非常大的。在该絮凝剂添量下，砂浆给料浓度的转折点在25%左右;③相同絮凝剂添量情况下，沉降浓度随给料浓度变化差别不大。综合以上试验结果，当给料砂浆浓度为25%，絮凝剂添加量为25g/t时，全尾砂絮凝沉降速度与沉降浓度均处于较高水平，且与选厂实际全尾砂浆浓度较为接近，经济上较为合理。

2．3尾液检测及参数优化

过量的絮凝剂分子会残留在尾液中，不仅增大水体黏度，减缓沉降，增加成本，残留的絮凝剂分子在矿山水系统循环利用过程中，还会对陶瓷过滤机等设备造成堵塞。因此，不仅需要达到最佳的絮凝效果，还需要统筹考虑与矿山其他系统的匹配协调状况。本文所述尾液检测试验基于矿山生产现场艰苦环境，采用简易直观的方法探究全尾砂最佳絮凝沉降效果所需添量与最佳絮凝剂添量的关系(试验结果见图4、表5)，据此修正全尾砂絮凝沉降最佳添量值。通过图4、表5能够清晰看到:当絮凝剂添量超过20g/t时，其尾液检测时，能明显出现沉降速度增大的现象，絮凝剂添加量25g/t尾液沉降速度是添量20g/t尾液的2．1倍;不仅如此，仔细观察沉降现象(见图5)，肉眼可以明显看到添量25g/t尾液的浆体沉降出现了细小的絮团，带有较为明显的絮凝沉降特征(见图5－b))。为保证尾液中絮凝剂不残留，推荐在砂浆给料浓度25%时最佳絮凝剂添量值为20g/t。根据上述试验结果可知:最佳絮凝沉降效果所需添量与最佳絮凝剂添量有直接关系，但不可视为等同，最佳絮凝剂添量是在最佳絮凝沉降效果基础之上，综合考虑尾液残留等条件后给出的优化值。在此试验方法基础上，进一步选取多种不同型号絮凝剂进行絮凝沉降及尾液检测试验。试验结果表明:分子量越大，最佳絮凝沉降效果所需添量越少，最佳絮凝剂添量越小，尾液中絮凝剂残留越少。分子量大小主要影响药剂溶解速率与药剂溶液黏度。

3结论

1)全尾砂絮凝沉降浓度随料浆给料浓度变化差别不大。基于金山金矿生产实际，为保证较好的沉降速度，砂浆给料浓度维持在25%左右为宜。

2)当砂浆给料浓度为25%时，最佳絮凝沉降效果所需添量为25g/t，超过该值就会发生絮凝效果衰减。

3)经尾液检测试验，在最佳絮凝沉降效果基础之上，综合考虑尾液残留等条件后给出了最佳絮凝剂添量值为20g/t。进一步分析发现，絮凝剂分子量越大，最佳絮凝沉降效果所需添量越少，最佳絮凝剂添量越小，尾液中絮凝剂残留越少。

参考文献：

［2］董芳．絮凝机理及絮凝剂发展概况［J］．科技信息，2008(28):43－44．

［3］焦华喆，王洪江，吴爱祥，等．全尾砂絮凝沉降规律及其机理［J］．北京科技大学学报，2010，32(6):702－706．

［4］杨超，郭利杰，许文远，等．充填尾砂絮凝沉降规律试验研究［J］．黄金，2014，35(6):39－42．

［5］佟庆理．两相流动理论基础［M］．北京:冶金工业出版社，1982．

作者:陈小竹 汪少林 贾旭峰 单位:中国黄金集团江西金山矿业有限公司