尾矿库尾砂扬尘治理试验研究

廖晔颉，朱永贵，陈 阳，马建新，胡衡彦

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014）

尾矿库尾砂扬尘治理试验研究

廖晔颉，朱永贵，陈 阳，马建新，胡衡彦

（湖南有色冶金劳动保护研究院，湖南长沙 410014）

研究旨在通过实验室综合分析，选择出具有针对性并且方案最优的结壳试剂，采用喷洒结壳试剂使尾砂结壳的方法来进行尾砂扬尘的治理。将不同方案的结壳剂喷洒在尾砂表面，分析各试验样块的抑尘性、抗冻性、水浸性和渗透性。2%＋100 g／L木质素混合溶液的配比方案是最合理的选择方案。该方法稳定可靠，试验前处理简单，得出的最优配比方案不仅可满足实验室理论研究，同时可为实际尾矿库的尾砂扬尘治理提供有力借鉴。

尾砂；结壳剂；抑尘；渗透

尾矿库尾砂扬尘污染大气环境，危及矿区及周边城区居民的健康，已成为当今急需解决的污染问题。而湖南省是著名的有色金属之乡，矿山尾矿库约300座，并且省内有色金属矿以多金属共生伴生矿居多，具有嵌布粒度细、量大、无粘性、易风化与易流动等特点，造成尾砂的启动风速较低，加上近年来气候干燥，降雨骤减常态化，极易形成大规模扬尘，是矿区周边城区PM2.5和雾霾形成的主要来源［1～3］。

目前运行库干滩的尾砂扬尘治理方法大多是采取洒水喷淋的方式降尘，此方法抑尘效率低，保湿性不强，运行维护成本较高，难以达到理想的效果，并且运行干滩无法采用土地复垦方式进行整治［4，5］。因此开展尾矿库尾砂扬尘治理新技术的研究不仅能从源头遏制尾砂扬尘，阻断雾霾，也能为尾矿库扬尘治理开辟新的技术途径。尾矿库尾砂结壳抑尘新技术就是在尾矿库干滩表面喷洒结壳型抑尘剂，使得尾矿库干滩表面形成一层1～2 cm的结壳层，从而达到抑制扬尘的目的。结壳剂是由新型多功能高分子聚合物组合而成。聚合物分子间的交联度会形成网状结构，同时分子间存在各种离子基团，能与离子之间产生较强的亲合力。结壳剂具有良好的成膜特性，可以有效地固定尘埃并在物料表面形成防护膜。它的作用机理是通过捕捉、吸附、团聚粉尘微粒，将其紧锁于网状结构之内，起到湿润、粘接、凝结、吸湿、防尘、防浸蚀和抗冲刷等作用［6，7］。

本研究旨在通过实验室综合分析，选择出具有针对性并且方案最优的结壳试剂，采用喷洒结壳试剂使尾砂结壳的方法来进行尾砂扬尘的治理。

1 材料与方法

1.1 材 料

主要仪器：风洞成套装置、热球式风速仪、秒表、烧杯、量筒、电子天平、恒温冰箱、培养皿、测压装置、小型喷雾设备。

主要试剂：湖南省宝山矿尾矿库尾砂（真密度：2.57 g／cm3、堆密度：1.47 g／cm3、平均粒径：120～180μm、Fe：7.02%、S：1.51%、SiO2：39.45%、Al2O3：12.38%、CaO：29.63%）、结壳剂（壬基酚聚氧乙烯醚、月桂酸钠、乙二醇、水、添加剂）、硅酸钠、氯化钙、水、木质素、纱网。

1.2 方 法

1.2.1 标准溶液配制

采用梯度稀释法分别配制成浓度为1.5%、2%、2.5%、3%的结壳剂水溶液和2%＋纱网、2%＋100 g／L硅酸钠、2%＋100 g／L氯化钙、2%＋100 g／L木质素的混合水溶液。各配比溶液成本分析见表1。

1.2.2 结壳剂的配比对试验样块抑尘性影响

取一定量的尾砂装入培养皿中，将预先配制好的不同浓度和种类的结壳剂均匀喷洒在尾砂表面，并设置一组空白对照。喷洒完毕后在常温下自然养护一周，等试样完全干透。一周后将自然养护好的试样称重后放入风洞中，在风洞中按不同风速做吹风试验［8］，每种风速吹风1 min，之后称量记录，求出损失量。通过试样的吹风风速与损失量的关系选择出最优的配比浓度。

表1 不同溶液成本分析表

1.2.3 结壳剂的配比对试验样块抗冻性影响

取一定量的尾砂装入培养皿中，将预先配制好的不同浓度和种类的结壳剂均匀喷洒在尾砂表面，并设置一组空白对照。喷洒完毕后在常温下自然养护一周，等试样完全干透。一周后将自然养护好的试块浸入水温为10～20℃的水槽中，浸泡4 h后取出试块，放入预先降温至－15～－20℃的冰箱中，当冰箱温度再次降至－15～－20℃时，开始计时，恒温4 h，取出放入10～20℃的水槽中融4 h，作为一个循环。观察冻融5次循环后，有无分层、开裂裂纹等冻坏现象。

1.2.4 结壳剂的配比对试验样块水浸性影响

取一定量的尾砂装入培养皿中，将预先配制好的不同浓度和种类的结壳剂均匀喷洒在尾砂表面，并设置一组空白对照。喷洒完毕后在常温下自然养护一周，等试样完全干透。一周后将自然养护好的试块在水中浸泡30 d，观察试块是否变形。

1.2.5 结壳剂的配比对试验样块渗透性影响

取一定量的尾砂装入烧杯中，将预先配制好的不同浓度和种类的结壳剂均匀喷洒在尾砂表面，并设置一组空白对照。喷洒完毕后在常温下自然养护一周，等试样完全干透。一周后在自然养护好的试块上洒同样质量的水，并开始计时，量取下渗高度。

2 结果与分析

2.1 抑尘性试验结果

不同配比方案结壳剂的试验样块在风洞试验中吹风风速与尾砂损失量的关系见表2，对比图如图1所示。

表2 不同试验样块在风洞吹风试验中的尾砂损失量表

试样编号试样面积／m2配比浓度风洞风速／m·s－1试样初重／g试后样重／g损失重量／g吹风时间／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%＋纱网6 0.019 6 2%＋100 g／L CaCl27 0.019 6 2%＋100 g／L木质素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未喷洒结壳剂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

图1 不同试验样块风洞吹风试验对比图

经风洞试验数据分析得出，结壳剂配比方案为2.5%、3%以及2%＋100 g／L木质素时的抑尘效果最佳，可达99%（结壳表面未人为破坏）。考虑到使用成本经济性，2%＋100 g／L木质素混合溶液的配比是最合理的选择方案。

2.2 抗冻性试验结果

经过5次冻融试验后，喷洒各种不同配比方案结壳剂的试样外观均没有明显损坏，但是表面会剥落一层1 mm左右的尾砂，剥落后的新表面仍具有结壳效果，可抑制绝大多数尾砂起尘，建议在实际尾矿库工作中，如遇强冷冻天气可在其表面继续喷洒少量结壳剂以固化剥落的活动尾砂。

2.3 水浸性试验结果

将喷洒各种不同配比方案结壳剂的试样放入水槽中均会有小气泡溢出，小气泡溢出的地方会破坏结壳表面，主要原因是干燥尾砂间的空隙被水填充，使空气上移，并且在水槽中浸泡一周后表面有微量尾砂脱离，但新表面仍具有结壳效果。

2.4 渗透性试验结果

不同配比方案结壳剂的试验样块对渗水能力的影响见表3。

表3 不同试验样块渗水能力分析表

从表3可得出，不同配比方案结壳剂对渗透系数有较大影响。总的来说，结壳剂的浓度越大，尾砂结壳越紧密，渗水能力越小；结壳剂的浓度越小，尾砂结壳疏松，渗水能力越大。但添加了木质素的试验样块结壳强度明显高于同结壳剂浓度未添加木质素的试验样块，因此可得出木质素对结壳强度起促进作用。结壳剂浓度为2%～3%时，在尾砂表面形成1～2.5 cm厚的结壳层，在实际工作中不会影响尾矿库的安全稳定性。

3 结 论

本试验采用单一变量对照法对喷洒不同配比方案结壳剂试验样块的抑尘性、抗冻性、水浸性和渗透性作出分析论证。综合可得：2%＋100 g／L木质素、2.5%、3%三种配比方案在2～7级风下尾砂流失量小，抑尘效果明显；各配比方案的抗冻性、抗水浸性较强，渗透性能良好，不会影响水存积于尾砂表面；渗水性能随着结壳剂浓度的增大逐渐减弱，但添加木质素能大幅增加结壳强度。故综合考虑到成本经济性与实际使用性，2%＋100 g／L木质素混合溶液（1.8元／m2）的配比方案是最合理的选择方案。

本试验方法稳定可靠，试验前处理简单，得出的最优配比方案不仅可满足实验室理论研究，同时可为实际尾矿库的尾砂扬尘治理提供有力借鉴。

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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

廖晔颉（1988－），男，助理工程师，主要从事通风防尘技术研究与治理工作。