羊拉銅礦高濃度膏體—尾砂充填料漿絮凝沉降性能試驗研究

馬紅興

摘 要：為了研究影響羊拉銅膏體-尾砂充填料漿絮凝沉降的相關(guān)因素，找到最適的絮凝劑，探索絮凝效果的持續(xù)時間，本研究建立了四因素六水平均勻設(shè)計試驗方案，對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的分析和對比，發(fā)現(xiàn)添加絮凝劑的砂漿的沉降速度明顯高于沒有添加絮凝劑的砂漿；添加SNF絮凝劑的砂漿要優(yōu)于其它的。絮凝沉降速度與砂漿濃度呈負(fù)相關(guān)，與絮凝劑單耗呈周期性相關(guān)，與絮凝劑濃度負(fù)相關(guān)，與尾砂配比負(fù)相關(guān)；極限濃度與砂漿濃度呈正相關(guān)，與絮凝劑單耗正相關(guān)，與絮凝劑濃度負(fù)相關(guān)，與尾砂配比負(fù)相關(guān)。影響因素最佳組合為：尾砂配比（大選廠：中試廠）為7：3，絮凝劑濃度0.3%，絮凝劑單耗20g/t，尾砂濃度20%。研究結(jié)果為全尾的快速經(jīng)濟沉降提供合理依據(jù)。

關(guān)鍵詞：羊拉銅礦；全尾砂；膏體；絮凝劑；絮凝劑濃度；沉降；尾砂配比

羊拉銅礦區(qū)位于滇西北，滇、川、藏三省交界處，處于金沙江河谷西岸，雪域青藏高原南緣，橫斷山脈北段。由于常年受雨雪影響，采空區(qū)體積大，填充難度較大。采用全尾砂充填充，將采選工程產(chǎn)生的廢棄物—尾礦作為充填原料回填井下采空區(qū)，可以減少地表堆存量，減輕尾礦庫容壓力，具有較大的經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益。實現(xiàn)全尾砂膏體尾砂充填，充填體對采空區(qū)形成有效支撐，增加采礦回收率，提高采礦作業(yè)的安全性。在全尾濃縮過程中，通過添加化學(xué)絮凝劑進(jìn)行液固分離是一項主要的技術(shù)措施。然而，絮凝劑種類繁多，除無機鹽和天然高分子絮凝劑外，合成高分子絮凝劑又分為陽離子、陰離子和非離子型三大類。同時絮凝劑作用機理復(fù)雜，絮凝效果受尾砂級配、砂漿濃度，絮凝劑添加量等多方面的影響，單純地靠工程類比法選擇絮凝劑和添加量，具有很大的盲目性，不科學(xué)經(jīng)濟。

絮凝沉降的沉降速度和極限濃度影響著膏體制備的時間消耗和最終濃度，進(jìn)而影響到膏體的性能（流動性、穩(wěn)定性、可塑性）和充填體的力學(xué)性能。選擇合適的絮凝劑，能更好的加速全尾沉降速度，減小濃密機的尺寸，降低膏體制備的時間消耗，同時具有很好的經(jīng)濟效益。本試驗就是要通過不同絮凝劑間的比較來尋求合適的絮凝劑；通過均勻設(shè)計試驗，考察絮凝沉降的影響因素，比較各因素的影響程度，尋求合理的因素組合；探索絮凝效果的持續(xù)時間。最終為全尾的快速經(jīng)濟沉降提供合理依據(jù)。

一、實驗材料

大選廠、二選廠的全尾砂。

二、實驗內(nèi)容和方法

（一）尋求合適絮凝劑

方法：在燒杯中加水500g，加入1.5g絮凝劑SNF（型號AN934SH陰離子型），配制濃度0.3%的絮凝劑溶液。稱取大選廠尾砂150g，加入到貼有坐標(biāo)紙的1000ml量筒中，然后加入600g水，配制成濃度20%的全尾砂漿。設(shè)定絮凝劑單耗20g/t，向量筒中加入1g絮凝劑溶液。混合均勻。靜置砂漿，觀察固液分離面，在規(guī)定時間點上讀取液固分離面的高度位置。按著上述步驟，做絮凝劑ASG陰離子、FDAM陽離子、FDM陽離子-E型的絮凝沉降實驗，記錄數(shù)據(jù)。計算添加不同絮凝劑的砂漿的平均沉降速度。以5min時的平均沉降速度為例：5min時的平均沉降速度=（5min時的坐標(biāo)紙數(shù)值-初時的坐標(biāo)紙數(shù)值）/5min。

（二）考察絮凝劑的影響因素，比較各因素的影響程度

以不同尾砂配比（大選廠：二選廠）、絮凝劑濃度、絮凝劑單耗、尾砂濃度為四個影響因素，每個因素六個水平，建立四因素六水平均勻設(shè)計實驗方案。見表1。

選用均勻表U6 *（64），均勻性偏差系數(shù)為0.2990。

（三）絮凝效果持續(xù)時間

方法：在燒杯中加水500g，然后加入1.5gSNF絮凝劑，配制濃度0.3%的絮凝劑溶液。在量筒中加入大選廠尾砂105g，二選廠尾砂45g，水600g，配制尾砂配比7：3，濃度20%的全尾砂漿。向量筒中加入1g絮凝劑溶液，攪拌均勻。靜置沉降，記錄沉降時間、坐標(biāo)紙數(shù)值和上清液體積。在6h、24h、48h、96h時，重新攪拌砂漿，然后靜置沉降，記錄沉降時間、坐標(biāo)紙數(shù)值。

三、實驗數(shù)據(jù)及分析

（一）尋求合適的絮凝劑

在相同尾砂、相同砂漿濃度、相同絮凝劑濃度和相同絮凝劑單耗的條件下，做四種絮凝劑的沉降實驗，并做無絮凝劑的對照試驗。在不同時刻，讀取量筒坐標(biāo)紙上的數(shù)值。其實驗結(jié)果見表3，表4和圖1。

從沉降速度數(shù)據(jù)表和圖中可以看出，在相同尾砂級配、砂漿濃度、相同絮凝劑濃度和單耗的情況下，在前5分鐘內(nèi)，添加絮凝劑的砂漿的沉降速度明顯高于沒有添加絮凝劑的砂漿；添加SNF絮凝劑的砂漿要優(yōu)于其它的。考慮到加快尾砂沉降速度能夠減小濃密機的尺寸，降低全尾濃縮的時間消耗，建議使用SNF絮凝劑。

（二）絮凝沉降的影響因素

在不同絮凝沉降影響因素和影響水平下，做全尾砂漿的絮凝沉降實驗。在不同時刻，記錄量筒坐標(biāo)紙上的數(shù)值，根據(jù)數(shù)值計算各個砂漿不同沉降時刻的平均沉降速度，用origin軟件繪制不同影響因素下砂漿的平均沉降速度圖。其實驗結(jié)果見表5，表6和圖2。

以固液分離界面不再變化時底部砂漿的濃度為極限沉降濃度，計算不同影響因素下砂漿的極限沉降濃度。計算公式為：極限沉降濃度=尾砂質(zhì)量/（尾砂質(zhì)量+水的質(zhì)量-上清液水的質(zhì)量）。實驗結(jié)果為表7。

大選廠生產(chǎn)尾礦3000噸/天，二選廠1000噸/天，為了充分利用尾礦，選擇尾礦配比為7：3。絮凝劑濃度太小，在同樣的絮凝劑存儲容器下，所能配制的絮凝劑的量小。絮凝劑濃度大，粘度大，攪拌難度大，均勻分散到砂漿中的難度也大。所以選擇絮凝劑的濃度為0.3%。當(dāng)漿體含固量達(dá)25% 以上時，一般懸浮粒子含量越高，使絮凝劑溶液均勻分散到漿體中就越困難，常常會使部分絮凝劑包裹在局部絮凝團中，因此不僅絮凝劑耗量高，而且絮凝效果也不好。同時濃度越高，固體顆粒之間機械碰撞的機會就會越多，固體顆粒下沉的阻力也就越大，沉降速度就越慢?？紤]到羊拉銅礦浮選后的尾礦濃度為20%-30%，由表6可知砂漿濃度為30%時，沉降速度為13.25mm/min，而濃度為20%時，沉降速度可達(dá)到30.38mm/min，所以選擇濃度20%作為最佳濃度。

當(dāng)尾礦配比為7：3，絮凝劑濃度0.3%，尾礦濃度為20%時，將絮凝劑單耗代入沉降速度回歸方程，計算不同絮凝劑單耗下的沉降速度，見表10。由表10可得，絮凝劑單耗最佳為20g/t。

綜上，全尾砂漿絮凝沉降的影響因素最佳組合為：尾砂配比（大選廠：二選廠）為7：3，絮凝劑濃度0.3%，絮凝劑單耗20g/t，尾砂濃度20%。

四、結(jié)語

（1）通過絮凝劑對比試驗，可知添加絮凝劑的砂漿的沉降速度明顯高于沒有添加絮凝劑的砂漿；添加SNF絮凝劑的砂漿要優(yōu)于其它的。

（2）通過四因素六水平的均勻設(shè)計實驗，從回歸方程和實際物理意義綜合考慮可得最佳組合為：尾砂配比（大選廠：二選廠）為7：3，絮凝劑濃度0.3%，絮凝劑單耗20g/t，尾砂濃度20%。從而達(dá)到提高沉降速率、節(jié)約經(jīng)濟成本、提高經(jīng)濟效益的目的。

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