絮凝剂在包钢巴润矿业分公司尾矿浓缩的实际应用
中图分类号：TU74文献标识码： A
尾矿浓缩是任何选矿厂生产中不可缺少的一道工序。尾矿浓缩的主要目的有两方面：一是为了得到比较纯净的溢流水，以便在生产中重复利用以节省生产新水的消耗；二是提高排矿底流浓度，便于输送同时节省运输过程中的动力消耗降低电耗。由于尾矿的粒度颗粒形状、亲水性能和其它各种理化性质以及水力学因素的影响，单靠常规的浓缩工艺很难达到上述目的，这就有必要借助于向尾矿浆体中添加絮凝剂以改变尾矿颗粒的表面性质使之彼此间结成较大的团聚颗粒加大沉降速度，无机絮凝剂虽然价格低廉，但从而获得比较优质的循环复用水和浓度较高的尾矿底流，降低选矿成本，增加经济效益。
1、尾矿概论
尾矿，就是选矿厂在特定经济技术条件下，将矿石磨细、选取“有用组分”后所排放的废弃物，也就是矿石经选别出精矿后剩余的固体废料。一般是由选矿厂排放的尾矿矿浆经自然脱水后所形成的固体矿业废料，是固体工业废料的主要组成部分，其中含有一定数量的有用金属和矿物，可视为一种“复合”的硅酸盐、碳酸盐等矿物材料，并具有粒度细、数量大、成本低、可利用性大的特点。通常尾矿作为固体废料排入河沟或抛置于矿山附近筑有堤坝的尾矿库中，因此，尾矿是矿业开发、特别是金属矿业开发造成环境污染的重要来源；同时，因受选矿技术水平、生产设备的制约，也是矿业开发造成资源损失的常见途径。尾矿的成分包括化学成分与矿物成分，无论何种类型的尾矿，其主要组成元素，不外乎Si、Mg、Ca、Na、K、P等。
2、巴润矿业公司尾矿处理工艺流程
尾矿高浓度堆存系统由一次浓缩、二次浓缩及尾矿库三个部分组成。从磨选系统产生浓度约9.5%的矿浆经分矿箱进入φ48m高效浓缩机，浓缩后浓度为45%―50%的底流尾矿矿浆渣浆泵输送至二次浓缩。溢流水进行回水再利用。此浓缩过程加入絮凝剂作为加速矿浆沉降的有效措施，从而保证溢流水水量。底流矿浆进入二次浓缩的矿浆经分矿箱分配至φ20*18m深锥膏体浓缩机，在此浓缩过程中也加入了絮凝剂药剂，以实现更好的沉降与良好的溢流澄清度。经深锥膏体浓缩机浓缩后，矿浆浓度可达到70%以上，通过喂料泵送至尾矿库区。
3、絮凝剂的分类及聚丙烯酰胺絮凝剂的作用机理
目前，国内外使用的絮凝剂多种多样，根据其化学成分不同，可以分为无机、有机和微生物絮凝剂三大类。无机絮凝剂虽然价格低廉，但效果较差，特别是在某些冶炼过程中添加，实质上是加入了杂质，因此应用较少。有机高分子絮凝剂较无机絮凝剂产品稳定性好、吸附架桥能力强、絮凝效果好、投料量少、产生的污泥量少、形成的絮凝体过滤性好等优点，而得到越来越广泛的应用[1]。
絮凝剂聚丙烯酰胺是一种高分子絮凝剂，添加于尾矿浆体后能改变矿物颗粒表面性质如疏水性增强、静电引力增大，大大增强了彼此间的亲合力。由于这种高分絮凝剂的聚合作用，而使尾矿颗粒间产生一种桥联结构或是网状结构也就是形成一种体积和质量几倍甚至几十倍于单个颗粒的絮团，从而可加速固体尾矿在矿浆中的沉降速度，使得浓缩效率大大提高[2]。
4、絮凝剂溶解规律
絮凝剂溶解过程不是瞬间完成的，而是一个复杂而缓慢的过程。絮凝剂在水中溶解要克服分子间的相互作用力，又要移动大分子链的重心。溶解时，絮凝剂分子链自身带有的酸胺基团能相互结合为氢键，氢键在水中有很强的吸附性，氢键不断结合且逐渐变大，然后慢慢分解。
溶解可分为2个过程。第一过程是浸润，在这一过程中，絮凝剂分子中的酰胺基吸附大量的进入絮团内部的水分子，絮团因吸水体积膨胀，而膨胀力可以克服分子间的相互作用力，使絮凝剂分子彼此分开，从而吸入更多的水分子以继续分离更多的絮凝剂分子；第二过程为熟化过程，大量溶剂分子通过布朗运动在中和溶剂的流动过程中被分开并已脱离絮凝剂絮团的絮凝剂分子慢慢舒展，使其酸胺基充分暴露在外面。
絮凝剂溶解规律曲线如图1所示。由图1可知，絮凝剂在水面上的撒放厚度与溶解时间不呈线性关系，絮凝剂撒放厚度越大，溶解时间越长。当絮凝剂厚度为10mm时，絮凝剂基本上不溶解。考虑絮凝剂的实用性和生产工艺的可行性，确定絮凝剂溶解液制备装置药剂分散厚度应不大于3mm。
图1 絮凝剂溶解规律曲线
5、絮凝剂在实际生产中的运用
1） 控制药剂添加稳定
控制药剂添加稳定目的在于形成连续稳定的泥床压实度，使得泥床内部沉积矿浆的沉降速度一致，矿浆颗粒絮团大小一致，在泥床的各个层面具有均匀的压实系数，实现矿浆沉降稳定，实现底流浓度稳定提升。实践中得知，合适的药剂量添加为21g/t干矿，根据浓缩机的进料浓度及进料流量计算干矿量，通过调整絮凝剂添加流量，使得絮凝剂的添加量始终维持在21g/t干矿，从而实现矿浆沉降层的稳定形成。
2）调整絮凝剂加药点流量
絮凝剂的加药点分布在浓缩机进料井上部不同的四个位置，从进料方向依次为1#、2#、3#、4#加药点，每个加药点均设置有阀门对下药量进行调整。不同位置下药量的大小直接影响絮凝剂的絮凝效果，进而影响浑浊层的高度，较低的浑浊层体现出较好的沉降效果，更加有利于高浓度底流的形成。不同加药点的絮凝剂流量调整可有效降低浑浊层高度，调整流量可通过调整每个加药点的阀门开度进行，调整幅度为3度，调整周期为0.5小时，调整时重设初始条件为阀门开度均为45度，1#、2#加药点为增大阀门开度调整，开度为60度，3#、4#加药点为减小阀门开度调整，开度为30度。最终以浑浊层高度控制在1m以内为调整目标。
3）调整絮凝剂稀释水流量
絮凝剂添加过程中，稀释水合理比例的添加对絮凝效果起着关键作用。稀释水量的合理添加对尾矿颗粒的絮团形成和泥床的压实，以及对浑浊层的良好控制均有积极作用。稀释水流量的调整配合絮凝剂添加点流量的调整，是实现低浑浊层高度和良好泥床形成的有效手段。稀释水流量的调整通过清水泵的变频调整进行，以将絮凝剂最终稀释至万分之二至万分之三添加为宜，稀释水量必须随絮凝剂添加量的变化同时进行调整，以保证添加至浓缩机内部的絮凝剂浓度为恒定。
4）调整絮凝剂配比浓度
絮凝剂的配比浓度调整为1.9-2.3为宜，较低的配比浓度不能满足矿浆的沉降，而较高的配比浓度则影响絮凝剂的溶解，容易造成结块，进入浓缩机后，不能溶解的絮团悬浮于液面表面，影响正常的絮凝作用。根据不同类型的药剂，有着不同的最佳配比浓度，一般应在1.9-2.3范围内调整。调整方法为将絮凝剂进行比重测量，与给定比重数值进行对比，得出相应数据，从制药设备界面介入该数据，制药过程中根据絮凝剂溶解情况对配比浓度进行微调整，调整幅度为万分之一，直至配置溶液满足要求。
6、经济效益
巴润矿业公司采用添加絮凝剂尾矿浓缩技术后浓缩溢流水可以代替生产新水使用。每年大概溢流回水400多万立方米，如按每立方米新水7元计算，则每年直接经济效益2800多万元。尾矿浓缩加药措施使得浓缩机底流度提高至排矿浓度为70%以上。这不但减少了水的流失，更有利于节省尾矿输送过程中的动力消耗，并且为实现尾矿高浓度输送奠定了基础。
结语：
巴润矿业公司尾矿浓缩采取添加聚丙烯酰胺类絮凝剂的生产工艺将浓度为9.5%的尾矿矿浆经过两次浓缩最终浓缩到浓度为70%以上，同时明显改善溢流水水质，降低溢流水浊度提高了溢流水的复用率，以净化溢流水代替生产新水可以满足选矿生产工艺要求，有效的利用了引黄入白的珍贵水源，大大地缓解了公司水资源紧张的局面。
