拜什塔木铜矿高含泥全尾砂絮凝剂选型研究*

邢　鹏　杨锡祥　王洪江　周发陆　王少勇　初玉山

(1.北京科技大学土木与环境工程学院；2.伽师县铜辉矿业有限责任公司)



拜什塔木铜矿高含泥全尾砂絮凝剂选型研究*

邢鹏1杨锡祥2王洪江1周发陆2王少勇1初玉山2

(1.北京科技大学土木与环境工程学院；2.伽师县铜辉矿业有限责任公司)

摘要针对拜什塔木铜矿尾砂易泥化，导致深锥浓密机溢流跑浑，严重影响矿山充填系统正常运行的情况，为改善浓密机底流浓度，在对絮凝剂絮凝机理分析的基础上，提出了更换絮凝剂的方案。通过对N123、MF5250、XJTH 3种絮凝剂的初步选型试验及对比试验结果表明：相同絮凝剂单耗条件下，MF5250能够显著缩短沉降时间，有效加快沉降速率；同时在室内试验结果的基础上进行了工业试验，得出了絮凝剂单耗和最佳流量等主要参数。

关键词高含泥尾砂絮凝沉降选型深锥浓密机膏体充填

拜什塔木铜矿年生产能力为70万t，年产生尾矿90万m3，尾矿库服务年限为25 a。矿山原采矿方法为中深孔留矿法，不对空区进行充填，因此出现地表塌陷、井下地压显现明显、巷道变形大的情况，如不进行充填，深部资源将无法开采。同时，依照矿山现尾砂排放速度，尾矿库库容将不能满足需要。因此，为确保矿山长期稳定高效运营，必须改进采矿技术。经相关的技术论证，拟采用VCR法嗣后膏体充填技术。尾矿浓密系统是充填系统的一个关键环节，该矿充填系统应用的深锥浓密机是近年来快速发展的一种尾矿浓密技术[1-3]，具有流程简单，系统稳定，底流浓度高等优点[4]。拜什塔木铜矿为高含泥尾砂，沉降速度慢，在该矿浓密过程中出现溢流跑浑现象，对浓密机处理能力及效果产生了不利影响。

影响浓密机处理效果的因素主要有浓密机性能，如高径比、耙架和导水杆等[5-6]；尾砂性质，如尾砂粒级组成、入料浓度等；以及絮凝剂种类、单耗及其性能等[7-8]。在浓密机性能已定条件下，对尾砂性质和絮凝剂这两种因素进行分析。该浓密系统所用尾砂中高岭石族、伊利石族、蒙脱石族、蛭石族以及海泡石族等控制黏性土物理特性的矿物含量高，因此尾砂表现出易泥化的特点。而超细高泥尾矿颗粒由于质量比较小，表面电位比较高[9-10]，因此沉降难度较大。另外拜什塔木铜矿原使用的XJTH属于聚丙烯酰胺絮凝剂，是一种有机高分子絮凝剂，其特性黏数高、絮凝速度快，对于含泥量小的尾砂具有良好的处理效果[11-13]。但对于含泥量高的尾矿，由于絮凝剂分子量小，絮凝剂与尾矿颗粒形成的链状结构重量较轻，因此沉降比较缓慢。有时不能有效的形成沉降絮团，因而达不到处理要求，在矿山应用过程中也出现了跑浑现象。

故针对拜什塔木铜矿尾砂含泥量高、表面能较强、沉降速度慢的特点，提出了更换为分子量比较大的絮凝剂的方案，并进行了试验对比。

1絮凝沉降试验

1.1试验材料

(1)全尾砂。全尾砂容重相对较小，孔隙率相对较大。物理性质见表1，全尾砂粒级分析与XRD分析见图1、图2。

表1　全尾砂物理参数

图1　拜什塔木铜矿全尾砂粒级分析

图2　拜什塔木铜矿全尾砂XRD矿物组成分析

由图1、图2可知，全尾砂中含有一定量的细颗粒，其中-74 μm粒级含量为64.32%；同时尾矿中有一定量的含铝、镁等为主的含水硅酸盐矿物，而这些矿物控制着黏性土物理特性，是构成黏土矿物的主要成分；黏土矿物颗粒细小，具有胶体特性，与水发生活跃的物理化学作用致使黏土矿物具有较高的屈服应力及黏度，因此尾矿沉降性能差。

(2)絮凝剂。试验共选取3种絮凝剂进行效果对比。试验中用到的絮凝剂有原使用的絮凝剂，型号为XJTH；巴斯夫絮凝剂，型号为MF5250；天润絮凝剂，型号为N123，絮凝剂性能参数见表2。

表2　3种絮凝剂性能参数

1.2试验方案

试验分为两部分进行，初步选型试验和絮凝效果对比试验。初步选型试验中选取3种絮凝剂进行沉降速度对比以选取沉降速率最佳的絮凝剂。根据初步选型试验结果，絮凝效果对比试验将选出的絮凝剂与原絮凝剂以及空白对照组进行絮凝效果对比，作为是否更换絮凝剂的依据。

1.2.1初步选型试验

配置料浆浓度为20%，絮凝剂浓度为0.3%，絮凝剂单耗为20 g/t。采用巴斯夫MF5250、铜矿正在使用的絮凝剂XJTH、天润N123共3种絮凝剂与空白对照组进行对比试验。

(1)配置絮凝剂溶液。各取水9.97 g，絮凝剂0.03 g，配制浓度为0.3%的絮凝剂溶液，再用标有刻度的注射器称取1 g该絮凝剂溶液加入到9g水中，稀释成浓度为0.03%的絮凝剂溶液。

(2)配置全尾砂浆。称取4份50 g尾砂，分别加入到贴有坐标纸的250 mL量筒中，然后加入200 g水，缓慢搅拌30～45 min，配制成浓度为20%的全尾砂浆。

(3)根据絮凝剂单耗20 g/t，分别向量筒中加入16.7 g不同的絮凝剂溶液，记录尾砂沉降液面在不同时刻所在的位置。沉降面记录结果见图3。

图3　絮凝剂初步选型试验结果

由图3可见，MF5250絮凝剂沉降高度到100 mm的时间为5 min，而其他三者下降到同一高度的时间分别为7，12，22 min，因此其沉降效果明显优于其他三者，故选定MF5250絮凝剂与原絮凝剂进行沉降效果对比试验。

1.2.2沉降效果对比

为了综合分析巴斯夫絮凝剂的沉降性能，对巴斯夫MF5250和XJTH絮凝剂进行沉降性能对比试验研究。目前，选厂尾砂料浆浓度为25%～30%，浓密机稀释后的料浆浓度在15%左右。因此配置料浆浓度为15%，絮凝剂浓度为0.025%，絮凝剂单耗为20，35 g/t进行对比试验。

(1)取水9.975 g，絮凝剂0.025 g，配制浓度为0.25%的絮凝剂溶液，再用标有刻度的注射器称取1 g该絮凝剂溶液加入到9 g水中，稀释成浓度为0.025%的絮凝剂溶液。

(2)称取尾砂75 g，加入到贴有坐标纸的500 mL量筒中，然后加入425 g水，充分混合均匀，配制成浓度为15%的全尾砂浆。

(3)设定絮凝剂单耗20 g/t，向量筒中加入6 g絮凝剂溶液；设定絮凝剂单耗35 g/t，向量筒中加入9 g絮凝剂溶液，缓慢搅拌30～45 min。

记录尾砂沉降液面450～350 mL 所用时间，2 min后压缩高度，用澄清度检测仪测量上清液透光率以获得其澄清度并记录结果。

2试验结果与探讨

对沉降效果相关数据进行记录，记录结果见表3。

表3　不同絮凝剂沉降效果记录

由表3可知，MF5250的各项絮凝效果均明显优于XJTH，沉降时间与沉降速率存在一定的相关性，而压缩层高度决定了澄清度，故只针对沉降速率与澄清度展开讨论。

(1)沉降速率。如图4所示，在絮凝剂单耗较低时(20 g/t)，XJTH絮凝剂只能产生极少量的絮团，沉降速率极慢(0.12 m/h)，而MF5250则会产生明显絮团，且仍然具有较大(12.89 m/h)的沉降速率；当絮凝剂单耗增加时(35 g/t)，虽然XJTH絮凝剂有少量絮团产生，但其沉降速率慢；而MF5250的沉降速率为27.77 m/h，是XJTH的13.9倍，其性能更优越。

图4　絮凝剂速率对比

(2)压缩区高度。如图5所示，絮凝剂单耗为20 g/t时，XJTH用时约30 min产生了很高的压缩层(420 mm)，而MF5250用时很短(101 s)，且压缩区状态良好；单耗增加至35 g/t时，XJTH其压缩高度依然较高(325 mm)，而MF5250压缩区高度依然保持原状态。

图5　压缩层高度对比

由图4、图5可知，絮凝剂单耗对XJTH的沉降效果影响比较明显，XJTH絮凝剂单耗为20 g/t时，只产生极少量的絮团，絮团沉降速率很小(0.12 m/h)，压缩层高度很高(420 mm)；单耗增加到35 g/t时，则产生较多絮团，有一定的沉降速率(2 m/h)，压缩层高度也明显减小(325 mm)。对于MF5250，单耗从20 g/t增加到35 g/t时，沉降速率明显加快，从12.89 m/h增加到27.77 m/h，但在压缩层高度和澄清度方面，单耗的增加对其效果并不明显。

3工业试验研究

在室内试验的基础上，展开了工业试验研究，以验证更换絮凝剂方案的可行性。

3.1固定入料流量絮凝剂单耗试验

设定入料流量为120 m3/h，首先将絮凝剂单耗设为40 g/t，此时入料井中絮团形成迅速且尺寸较大，絮凝效果非常好。但虑及迅速形成的絮团可能导致压耙事故，因此将絮凝剂单耗依次设为35，30，25，20，15 g/t查看其试验效果。试验期间耙架扭矩在10%以下，处于正常范围，试验结果见表4。

由表4可知，絮凝剂单耗从35 g/t降低到20 g/t的过程中，絮团形态良好，溢流水较为澄清；单耗为15 g/t时，絮团形成速度明显减慢，溢流水澄清度也明显降低。絮凝剂单耗越低，絮团形成速度越慢且絮团形成溢流水澄清度也降低；单耗小于20 g/t时，絮团形成速度较慢，导致溢流水澄清度不符合要求。

表4　工业试验絮凝效果

3.2不同入料流量絮凝剂单耗试验

为确保浓密机在不同尾砂入料流量时能保持工况，设定入料流量为110～130 m3/h、135～ 165 m3/h、170～190 m3/h，展开不同流量条件下絮凝剂单耗试验。工业试验效果见图6，絮团形成较为迅速且澄清区未见浑浊，溢流水含砂量小。不同流量絮凝剂试验结果见表5。

图6　工业试验效果图

进料流量/(m3/h)絮凝剂单耗/(g/t)溢流澄清度110～13020～2535135～16525～2835170～19028～3033

由表5可知，入料流量为110～130 m3/h时，絮凝剂单耗量为20～25 g/t，絮团形成速度较快，溢流水澄清度为35，絮凝效果良好；入料流量为135～165 m3/h时，絮凝剂单耗为25～28 g/t，此时絮团形成速度与溢流水澄清度均能满足要求；入料流量为170～190 m3/h时，由于流量的增加，导致尾砂浓度降低，絮凝剂被稀释，因此其单耗也需增加，最佳絮凝剂单耗量为28～30 g/t，相应澄清度为33。

4结论

(1)针对拜什塔木铜矿絮凝剂选型问题，建议采用巴斯夫MF5250絮凝剂，相较于现场使用的XJTH型絮凝剂，其絮凝沉降快，压密效果好，絮凝效果好，溢流水澄清度高，综合比较下，大大降低了生产成本。

(2)MF5250絮凝剂工业试验后，对于低流量(120 m3/h)絮凝效果较好，所用絮凝剂单耗为 25 g/t，当流量调高到180 m3/h左右时，所用絮凝剂单耗30 g/t，此时絮凝效果较好，基本保证溢流水较澄清，经过前期室内试验发现，尾砂稀释后的絮凝效果要比稀释前的效果好。

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Research on Flocs Selection of Tailings with High Sliming in Baishitamu Copper Mine

Xing Peng1Yang Xixiang2Wang Hongjiang1Zhou Falu2Wang Shaoyong1Chu Yushan2

(1.School of Civil and Environment Engineering, University of Science & Technology Beijing；2. Kashi County Tonghui Mining Co.,Ltd.)

AbstractAiming at the problems of tailings easy to sliming in Baishitamu Copper Mine, result in deep cone thickener overflow is easily muddy, seriously affect the normal operation of mine filling system. In order to improve the thickener underflow concentration, on the basis of the flocculant flocculation mechanism analysis, the replacement of flocculant was put forward. By preliminary selection of 3 kinds of flocculants N123, MF5250, and XJTH test and contrast test results show that with the same flocculant dosage, MF5250 can significantly shorten the settling time, effectively accelerate the sedimentation rate; At the same time, the industrial experiment was conducted on the basis of the laboratory test results, main parameters like the flocculating agent and the best flow quantity and so on is obtained.

KeywordsTailings of high mud content, Flocculants sediments, Selection, Deep cone thicker, Paste backfilling

(收稿日期2016-01-18)

*国家“十二五”科技支撑计划课题(编号：2012BAB08B02)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(编号：FRF-TP-15-044A2)。

邢鹏(1990—)，男，硕士研究生，100083 北京市海淀区学院路20号。

·矿物加工工程·