张庄铁矿尾矿浓缩大井药剂制度优化工业试验*

齐美超 王 莹 胡冬林 石 刚 张 强 梅向阳

(1.安徽马钢张庄矿业有限责任公司；2.辽宁可立尔水工程技术有限公司)

张庄铁矿正式投产阶段，选矿厂尾矿浓缩系统存在一系列问题，现场采用1台φ50 mm高效浓密机进行尾矿浓缩，尽管添加了絮凝剂，但絮凝沉降效果差，浓缩大井底流浓度难以达到设计要求的25%，溢流水悬浮物含量超过2 000 mg/L，大大超过设计要求的300 mg/L，对尾矿输送系统以及循环水重复利用均产生了较大影响。为此，结合国内尾矿先进絮凝沉降技术以及现场实际情况，对现场絮凝药剂制度进行了工业优化试验，试验效果显著，达到了设计要求。

1 现场物料分析及工况考察

1.1 物料分析

浓缩效率首先由物料的沉降特性决定，相关指标有粒度、粘度、动电位等，现场采用沉降法简易分析其粒度分布情况。根据斯托克斯定律[1]：

物料的沉降速度与颗粒直径有直接关系，物料沉降速度与颗粒直径关系见表1。

表1 物料沉降速度与颗粒直径关系

采用量筒自然沉降法进行试验，尾矿自然沉降1 h后量筒上层仍然浑浊，总悬浮物含量(TSS)达2 400 mg/L，表明有部分颗粒没有沉降，处于悬浮状态，处于典型的泥化状态，其粒径范围在≤10 μm，因此，该矿浆属于细粒泥化难沉体系，应采用絮凝沉降工艺。

1.2 现场工况

对现场尾矿浓缩系统进行考察，浓缩大井给矿量为266.7 t/h，平均浓度为7.8%，浓度比设计值略低，溢流水悬浮物含量为2 200 mg/L，大井跑浑严重，底流平均浓度为22%，低于设计要求；现场絮凝剂为干粉聚丙烯酰胺，浓度为 0.1%～0.2%，采用循环水配置，药剂溶解效果尚可，无鱼眼、少量结块，悬浮含量高，会影响药剂利用率，采用中心井多点添加絮凝剂溶液，最大药液流量为8 m3/h。浓缩大井工况数据见表2。

表2 浓缩大井工况数据

1.3 絮凝剂沉降效果试验

在试验室对现场絮凝剂沉降效果进行条件试验，试验采用两种药剂，药剂1为现场生产用絮凝剂溶液，药剂2为现场干粉聚丙烯酰胺配制浓度0.1%的絮凝剂溶液。试验方法：用量筒取均匀的矿样400 mL若干组，向量筒中投加不等量的药剂，上下翻转10次，静置 4 min(即观察到的压缩点时间)后抽取上清液，采用美国哈希的TSS Portable便携式悬浮物测定仪检测上清液悬浮物含量。试验结果见表3。

1.4 沉降速度试验

采用塔尔梅季—菲奇法[2]，按照现场目前的药剂投加量25 g/t，计算满足底流浓度25%的矿浆沉降速度为3.33 t/(m2·h)。远超过设计所需速度0.15 t/(m2·h)，浓缩速度可满足要求。现场药剂2投加25 g/t泥层高度与时间的关系见图1。

表3 不同药剂投加量对应的上清液悬浮物含量mg/L

图1 现场药剂2投加25 g/t泥层高度与时间的关系

通过现场物料分析及工况考察，表明现场药剂的最佳投加量在60 g/t左右，此时上清液悬浮物含量为535 mg/L，不能满足环水要求的小于300 mg/L，药剂选型不够恰当；对比药剂1、药剂2试验结果，在药剂1投加25 g/t时，处理的上清液效果相当于药剂2投加20 g/t时处理的上清液效果，现场配制药剂药效损失达到25%，表明配制用水选用不当；在药剂2投加量为25 g/t时，矿浆沉降速度为3.33 t/(m2·h)，沉降速度很快，但上清液不能满足要求，表明药剂细粒捕获功能差。因此，需要对现场絮凝剂制备系统及用水进行改造，并进行药剂选型、沉降速度等试验。

2 絮凝剂选型试验

选取全系列具有代表性的絮凝剂，包括阳离子型絮凝剂、非离子型絮凝剂、阴离子型絮凝剂及澄清型絮凝剂。絮凝剂主要包括：KC840、KN600、KA610、KA625、KA635、KL4043，配置浓度为0.1%的絮凝剂溶液，然后用量筒取400 mL矿浆，分别加入等量的不同类型的絮凝剂，上下翻转10次，静置4 min，检测上清液水质，比较絮团形成的状态，试验结果见表4。

由表4可知，单独添加一种阳离子型絮凝剂KC840或非离子型絮凝剂KN600 50 g/t都能得到小于200 mg/L的上清液和结实的絮团；此外，澄清型絮凝剂KL4043与阴离子型絮凝剂(助凝剂)KA635组合药剂[3]也可将上清液水质处理在200 mg/L以下；结合药剂用量及价格，选用组合药剂KL4043+KA635。

表4 絮凝剂种类条件试验数据结果

按照选型后药剂 KL4043配合KA635分别添加25、12.5 g/t进行沉降速度试验，试验结果见图2。通过计算，满足底流浓度25%的矿浆沉降速度为3.39 t/(m2·h)，与现场投加药剂25 g/t时的沉降速度 3.33 t/(m2·h)相差不大，满足设计要求。

图2 药剂KL4043和KA635分别投加25和

3 絮凝沉降工业试验

根据物料分析、工况考察以及絮凝剂选型试验结果，对现场絮凝剂制备系统进行改造，絮凝剂配制用水改为新水，新增KA635助凝剂制备系统。采用现场絮凝剂制备系统制备浓度为0.1%的KL4043絮凝剂，在浓缩大井中心井投加药剂；在浓缩大井给矿集矿箱前端尾矿溜槽部位添加稀释后浓度为25%的KA635助凝剂溶液。

经过现场调试，现场KL4043絮凝剂、KA635助凝剂分别添加28、16 g/t的情况下，浓缩大井溢流水悬浮物含量稳定在约180 mg/L，浓缩大井底流浓度为25%～30%，达到设计要求。

4 结 论

张庄铁矿选矿厂尾矿浓缩大井药剂制度优化后尾矿沉降取得了良好的效果。在KL4043絮凝剂、KA635助凝剂分别添加28、16 g/t的情况下，浓缩大井溢流水悬浮物含量稳定在180 mg/L左右，浓缩大井底流浓度为25%～30%，满足设计要求，大大降低了尾矿输送成本。同时，高效利用浓缩大井溢流循环水，节约水资源，对绿色矿山建设具有重大意义。