廖曄頡，朱永貴，陳 陽，馬建新，胡衡彥

（湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南長沙 410014）

尾礦庫尾砂揚塵治理試驗研究

廖曄頡，朱永貴，陳 陽，馬建新，胡衡彥

（湖南有色冶金勞動保護研究院，湖南長沙 410014）

研究旨在通過實驗室綜合分析，選擇出具有針對性并且方案最優(yōu)的結殼試劑，采用噴灑結殼試劑使尾砂結殼的方法來進行尾砂揚塵的治理。將不同方案的結殼劑噴灑在尾砂表面，分析各試驗樣塊的抑塵性、抗凍性、水浸性和滲透性。2%＋100 g／L木質素混合溶液的配比方案是最合理的選擇方案。該方法穩(wěn)定可靠，試驗前處理簡單，得出的最優(yōu)配比方案不僅可滿足實驗室理論研究，同時可為實際尾礦庫的尾砂揚塵治理提供有力借鑒。

尾砂；結殼劑；抑塵；滲透

尾礦庫尾砂揚塵污染大氣環(huán)境，危及礦區(qū)及周邊城區(qū)居民的健康，已成為當今急需解決的污染問題。而湖南省是著名的有色金屬之鄉(xiāng)，礦山尾礦庫約300座，并且省內有色金屬礦以多金屬共生伴生礦居多，具有嵌布粒度細、量大、無粘性、易風化與易流動等特點，造成尾砂的啟動風速較低，加上近年來氣候干燥，降雨驟減常態(tài)化，極易形成大規(guī)模揚塵，是礦區(qū)周邊城區(qū)PM2.5和霧霾形成的主要來源［1～3］。

目前運行庫干灘的尾砂揚塵治理方法大多是采取灑水噴淋的方式降塵，此方法抑塵效率低，保濕性不強，運行維護成本較高，難以達到理想的效果，并且運行干灘無法采用土地復墾方式進行整治［4，5］。因此開展尾礦庫尾砂揚塵治理新技術的研究不僅能從源頭遏制尾砂揚塵，阻斷霧霾，也能為尾礦庫揚塵治理開辟新的技術途徑。尾礦庫尾砂結殼抑塵新技術就是在尾礦庫干灘表面噴灑結殼型抑塵劑，使得尾礦庫干灘表面形成一層1～2 cm的結殼層，從而達到抑制揚塵的目的。結殼劑是由新型多功能高分子聚合物組合而成。聚合物分子間的交聯(lián)度會形成網狀結構，同時分子間存在各種離子基團，能與離子之間產生較強的親合力。結殼劑具有良好的成膜特性，可以有效地固定塵埃并在物料表面形成防護膜。它的作用機理是通過捕捉、吸附、團聚粉塵微粒，將其緊鎖于網狀結構之內，起到濕潤、粘接、凝結、吸濕、防塵、防浸蝕和抗沖刷等作用［6，7］。

本研究旨在通過實驗室綜合分析，選擇出具有針對性并且方案最優(yōu)的結殼試劑，采用噴灑結殼試劑使尾砂結殼的方法來進行尾砂揚塵的治理。

1 材料與方法

1.1 材 料

主要儀器：風洞成套裝置、熱球式風速儀、秒表、燒杯、量筒、電子天平、恒溫冰箱、培養(yǎng)皿、測壓裝置、小型噴霧設備。

主要試劑：湖南省寶山礦尾礦庫尾砂（真密度：2.57 g／cm3、堆密度：1.47 g／cm3、平均粒徑：120～180μm、Fe：7.02%、S：1.51%、SiO2：39.45%、Al2O3：12.38%、CaO：29.63%）、結殼劑（壬基酚聚氧乙烯醚、月桂酸鈉、乙二醇、水、添加劑）、硅酸鈉、氯化鈣、水、木質素、紗網。

1.2 方 法

1.2.1 標準溶液配制

采用梯度稀釋法分別配制成濃度為1.5%、2%、2.5%、3%的結殼劑水溶液和2%＋紗網、2%＋100 g／L硅酸鈉、2%＋100 g／L氯化鈣、2%＋100 g／L木質素的混合水溶液。各配比溶液成本分析見表1。

1.2.2 結殼劑的配比對試驗樣塊抑塵性影響

取一定量的尾砂裝入培養(yǎng)皿中，將預先配制好的不同濃度和種類的結殼劑均勻噴灑在尾砂表面，并設置一組空白對照。噴灑完畢后在常溫下自然養(yǎng)護一周，等試樣完全干透。一周后將自然養(yǎng)護好的試樣稱重后放入風洞中，在風洞中按不同風速做吹風試驗［8］，每種風速吹風1 min，之后稱量記錄，求出損失量。通過試樣的吹風風速與損失量的關系選擇出最優(yōu)的配比濃度。

表1 不同溶液成本分析表

1.2.3 結殼劑的配比對試驗樣塊抗凍性影響

取一定量的尾砂裝入培養(yǎng)皿中，將預先配制好的不同濃度和種類的結殼劑均勻噴灑在尾砂表面，并設置一組空白對照。噴灑完畢后在常溫下自然養(yǎng)護一周，等試樣完全干透。一周后將自然養(yǎng)護好的試塊浸入水溫為10～20℃的水槽中，浸泡4 h后取出試塊，放入預先降溫至－15～－20℃的冰箱中，當冰箱溫度再次降至－15～－20℃時，開始計時，恒溫4 h，取出放入10～20℃的水槽中融4 h，作為一個循環(huán)。觀察凍融5次循環(huán)后，有無分層、開裂裂紋等凍壞現象。

1.2.4 結殼劑的配比對試驗樣塊水浸性影響

取一定量的尾砂裝入培養(yǎng)皿中，將預先配制好的不同濃度和種類的結殼劑均勻噴灑在尾砂表面，并設置一組空白對照。噴灑完畢后在常溫下自然養(yǎng)護一周，等試樣完全干透。一周后將自然養(yǎng)護好的試塊在水中浸泡30 d，觀察試塊是否變形。

1.2.5 結殼劑的配比對試驗樣塊滲透性影響

取一定量的尾砂裝入燒杯中，將預先配制好的不同濃度和種類的結殼劑均勻噴灑在尾砂表面，并設置一組空白對照。噴灑完畢后在常溫下自然養(yǎng)護一周，等試樣完全干透。一周后在自然養(yǎng)護好的試塊上灑同樣質量的水，并開始計時，量取下滲高度。

2 結果與分析

2.1 抑塵性試驗結果

不同配比方案結殼劑的試驗樣塊在風洞試驗中吹風風速與尾砂損失量的關系見表2，對比圖如圖1所示。

表2 不同試驗樣塊在風洞吹風試驗中的尾砂損失量表

試樣編號試樣面積／m2配比濃度風洞風速／m·s－1試樣初重／g試后樣重／g損失重量／g吹風時間／min流失量／g·（m2·min）－13 0.019 6 2.50% 2.79 4.62 6.52 8.22 10.64 13.94 909.20 909.20 0.00 1 0.00 909.20 0.00 1 0.00 909.20 0.00 1 0.00 909.00 0.20 1 10.20 908.90 0.30 1 15.31 908.70 0.50 1 25.51 4 0.019 6 3% 5 0.019 6 2%＋紗網6 0.019 6 2%＋100 g／L CaCl27 0.019 6 2%＋100 g／L木質素8 0.019 6 2%＋100 g／L NaSiO32.82 4.60 6.51 8.22 13.58 13.92 2.84 4.39 6.54 8.22 10.94 14.03 2.86 4.62 6.65 8.34 10.92 14.35 2.73 4.53 6.54 8.36 10.72 14.06 2.86 4.62 6.53 8.46 11.53 14.02 835.40 820.60 935.30 855.10 880.20 835.40 0.00 1 0.00 835.40 0.00 1 0.00 835.20 0.20 1 10.20 835.00 0.40 1 20.41 834.50 0.90 1 45.92 834.40 1.00 1 51.02 820.50 0.10 1 5.10 820.30 0.30 1 15.31 819.60 1.00 1 51.02 815.10 5.50 1 280.61 807.10 13.50 1 688.78 782.10 38.50 1 1 964.29 935.30 0.00 1 0.00 935.20 0.10 1 5.10 934.70 0.60 1 30.61 934.00 1.30 1 66.33 932.80 2.50 1 127.55 930.80 4.50 1 229.59 855.10 0.00 1 0.00 855.10 0.00 1 0.00 855.10 0.00 1 0.00 855.00 0.10 1 5.10 854.90 0.20 1 10.20 854.60 0.50 1 25.51 880.20 0.00 1 0.00 880.00 0.20 1 10.20 878.80 1.40 1 71.43 876.30 3.90 1 198.98 863.40 16.80 1 857.14 849.50 30.70 1 1 566.33 9 0.017 7未噴灑結殼劑2.82 4.67 6.55 8.44 10.20 14.12 856.50 856.40 0.10 1 5.65 851.80 4.70 1 265.54 772.20 84.30 1 4 762.71 591.20 265.30 1 14 988.70 303.70 552.80 1 31 231.64 33.20 823.30 1 46 514.12

圖1 不同試驗樣塊風洞吹風試驗對比圖

經風洞試驗數據分析得出，結殼劑配比方案為2.5%、3%以及2%＋100 g／L木質素時的抑塵效果最佳，可達99%（結殼表面未人為破壞）?？紤]到使用成本經濟性，2%＋100 g／L木質素混合溶液的配比是最合理的選擇方案。

2.2 抗凍性試驗結果

經過5次凍融試驗后，噴灑各種不同配比方案結殼劑的試樣外觀均沒有明顯損壞，但是表面會剝落一層1 mm左右的尾砂，剝落后的新表面仍具有結殼效果，可抑制絕大多數尾砂起塵，建議在實際尾礦庫工作中，如遇強冷凍天氣可在其表面繼續(xù)噴灑少量結殼劑以固化剝落的活動尾砂。

2.3 水浸性試驗結果

將噴灑各種不同配比方案結殼劑的試樣放入水槽中均會有小氣泡溢出，小氣泡溢出的地方會破壞結殼表面，主要原因是干燥尾砂間的空隙被水填充，使空氣上移，并且在水槽中浸泡一周后表面有微量尾砂脫離，但新表面仍具有結殼效果。

2.4 滲透性試驗結果

不同配比方案結殼劑的試驗樣塊對滲水能力的影響見表3。

表3 不同試驗樣塊滲水能力分析表

從表3可得出，不同配比方案結殼劑對滲透系數有較大影響?？偟膩碚f，結殼劑的濃度越大，尾砂結殼越緊密，滲水能力越?。唤Y殼劑的濃度越小，尾砂結殼疏松，滲水能力越大。但添加了木質素的試驗樣塊結殼強度明顯高于同結殼劑濃度未添加木質素的試驗樣塊，因此可得出木質素對結殼強度起促進作用。結殼劑濃度為2%～3%時，在尾砂表面形成1～2.5 cm厚的結殼層，在實際工作中不會影響尾礦庫的安全穩(wěn)定性。

3 結 論

本試驗采用單一變量對照法對噴灑不同配比方案結殼劑試驗樣塊的抑塵性、抗凍性、水浸性和滲透性作出分析論證。綜合可得：2%＋100 g／L木質素、2.5%、3%三種配比方案在2～7級風下尾砂流失量小，抑塵效果明顯；各配比方案的抗凍性、抗水浸性較強，滲透性能良好，不會影響水存積于尾砂表面；滲水性能隨著結殼劑濃度的增大逐漸減弱，但添加木質素能大幅增加結殼強度。故綜合考慮到成本經濟性與實際使用性，2%＋100 g／L木質素混合溶液（1.8元／m2）的配比方案是最合理的選擇方案。

本試驗方法穩(wěn)定可靠，試驗前處理簡單，得出的最優(yōu)配比方案不僅可滿足實驗室理論研究，同時可為實際尾礦庫的尾砂揚塵治理提供有力借鑒。

［1］ 盧穎.我國礦山尾礦生產現狀及綜合治理利用［J］.礦業(yè)工程，2007，5（2）：53－55.

［2］ 張鴻雁，王元，陳祥芬.鐵礦尾礦庫區(qū)粉塵污染源強研究［J］.西安建筑科技大學學報，1998，30（4）：396－398.

［3］ AQ 2006－2005，尾礦庫安全技術規(guī)程［S］.

［4］ 《尾礦設施設計參考資料》編寫組.尾礦設施設計參考資料［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1980.118－120.

［5］ 黃燕.金屬尾礦庫揚塵影響分析及污染防治措施建議［J］.化學工程與裝備，2009，（7）：218－219.

［6］ 彭興文，柳建龍.高效抑塵劑系列產品［J］.中國科技成果，2001，（10）：39.

［7］ 潘海軍.新型高效抑塵劑的研究與應用［J］.煤礦安全，2015，46（4）：134－136.

［8］ 楊佐濤.齊大山鐵礦尾礦礦砂對環(huán)境污染的風洞實驗［J］.中國沙漠，1992，12（2）：53－57.

Experimental Study on Treatm ent of Tailings Dust in Tailings

LIAO Ye-jie，ZHU Yong-gui，CHEN Yang，MA Jian-xin，HU Heng-yan
（Hunan Labour Protection Institute of NonferrousMetals，Changsha 410014，China）

This research was designed to select a specific and optimal crusts agent through laboratory comprehensive analysis.And the selected crusts agent will be used to tailings crust to manage the raising dust of tailings.The different kinds of crusts agentswere sprayed on the surface of tailings to analyze the dust resistance，frost resistance，water resistance and permeability of specimens.The most reasonable option is themixed solution containing 2%＋100 g／L Lignin.The method is stable，reliable，fast and easy.Optimal ratio scheme can not only fit the theoretical research of laboratory，but also provide a powerful reference for tailings dust control actually.

tailings；crusts agent；dust；penetration

X758

A

1003－5540（2016）05－0064－05

2016－06－28

廖曄頡（1988－），男，助理工程師，主要從事通風防塵技術研究與治理工作。