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某细粒铜尾矿沉降研究 ① 孙建军， 黄自力， 杨 蘖， 刘玉飞， 焦成鹏 （武汉科技大学 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北 武汉 ４３００８１） 摘 要 为了提高某铜选矿厂选矿水的循环利用率，研究了尾矿絮凝沉降特征。 用沉降速率及澄清液的浊度作为絮凝沉降的评价 指标，探讨了 ＣＰＡＭ、ＡＰＡＭ、ＮＰＡＭ 及 ｐＨ 值对沉降效果的影响。 结果表明，ＰＡＭ 与石灰联合使用可以加快沉降速度，降低澄清液浊 度，ＣＰＡＭ 较 ＡＰＡＭ、ＮＰＡＭ 沉降效果好。 ＣＰＡＭ 用量为 １５ ｇ／ ｔ，ｐＨ＝８，静置 ２ ｈ，澄清液的浊度为 ３０ ＮＴＵ。 关键词 选矿废水； 废水回用； 高分子絮凝剂； 铜尾矿； 沉降 中图分类号 ＴＤ９２６文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０５．０１１ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０５－００４１－０３ Ｓｅｔｔｌｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｆｉｎｅ⁃ｇｒａｉｎｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｔａｉｌｉｎｇｓ ＳＵＮ Ｊｉａｎ⁃ｊｕｎ， ＨＵＡＮＧ Ｚｉ⁃ｌｉ， ＹＡＮＧ Ｎｉｅ， ＬＩＵ Ｙｕ⁃ｆｅｉ， ＪＩＡＯ Ｃｈｅｎｇ⁃ｐｅｎｇ （Ｈｕｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００８１， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｉｎ ａ ｃｏｐｐｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ， ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｗｉｔｈ ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｃｌａｒｉｆｉｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ａｓ ｉｎｄｉｃｅｓ， ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｃａｔｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ （ＰＡＭ）， ａｎｉｏｎｉｃ ＰＡＭ， ｎｏｎ⁃ｉｏｎｉｃ ＰＡＭ ａｎｄ ｐｕｌｐ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｏｎ ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｌｉｍｅ， ＰＡＭ ｃａｎ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｉｎｇ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ， ａｎｄ ｃａｔｉｏｎｉｃ ＰＡＭ ｐｅｒｆｏｒｍｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ａｎｉｏｎｉｃ ａｎｄ ｎｏｎｉｏｎｉｃ ＰＡＭ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ｃａｔｉｏｎｉｃ ＰＡＭ ａｔ １５ ｇ／ ｔ， ｐｕｌｐ ｐＨ ｖａｌｕｅ ａｔ ８， ｔｈｅ ｃｌａｒｉｆｉｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ３０ ＮＴＵ ｉｎ ２ ｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｍｉｎｅｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ； ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ； ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ； ｃｏｐｐｅｒ ｔａｉｌｉｎｇｓ； ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ 选矿厂在浮选作业中通常会加入大量的浮选药 剂［１］，同时也会产生大量的选矿废水［２］。 选矿废水中 不但含有大量的重金属离子［３］，而且水中微细固体悬 浮物严重超过 ＧＢ８９７８－１９９６污水综合排放标准，因 此必须先将水中的固体悬浮物沉降，降低水的浊度。 普通的无机絮凝剂如聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫 酸铝等形成的絮体体积比较小，处理效果差［４］，有的 还会残留毒性和腐蚀性。 如果把选矿废水直接排出， 势必造成环境污染［５］，破坏生态平衡而且浪费水资 源，因此选矿废水的循环利用十分重要。 某铜选矿厂 技术改进后尾矿粒度变得更细，选矿用水增多，尾矿沉 降速度减缓，澄清液浊度值增大，而尾矿浓密池受土地 的限制无法扩建。 为了选矿厂的正常生产，拟采用加 快细粒尾矿沉降的方式解决问题。 高分子絮凝剂与石 灰联合使用不但用量小、絮凝能力强［６－７］，而且性质稳 定，因此采用高分子絮凝剂与石灰联合使用的方法提 高回水利用率。 １ 选矿废水的特点 试验选矿废水来自某铜选矿厂，选矿废水的主要 特点为含有多种有机无机选矿药剂，浓度较高含有 铜、钼、铁等金属离子；自由沉降缓慢，澄清液浊度大。 其真密度为 ４．０１２８ ｇ／ ｃｍ３，矿浆浓度约为 １０％，矿浆 ｐＨ 值为 ５～６。 Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ－２０００ 激光粒度分析仪测得 矿浆试样的累计粒度分布曲线如图 １ 所示。 由图 １ 可 知，颗粒主要集中在－１０ μｍ 粒级，含量约为 ９１％；大 颗粒含量较少，约为 １．０４％，主要集中在 １００ μｍ 左右。 微细颗粒含量较多，自然沉降缓慢。 ①收稿日期 ２０１６－０３－０５ 基金项目 国家自然科学基金（５１２７２１８８） 作者简介 孙建军（１９８９－），男，新疆奎屯人，硕士研究生，主要研究方向为二次资源综合利用。 通讯作者 黄自力（１９６５－），男，湖南祁阳人，博士，教授，主要从事矿物加工与资源综合利用研究工作。 第 ３６ 卷第 ５ 期 ２０１６ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１６ 万方数据 34,μm 100 80 60 40 20 0 10.110100100010000 30/4 图 １ 尾矿累计粒度分布曲线 ２ 试验药剂及仪器 药剂 质 量 浓 度 ０． ０５％ 的 阴 离 子 ＰＡＭ 溶 液 （ＡＰＡＭ，分子量 １ ２００ 万）、阳离子 ＰＡＭ 溶液（ＣＰＡＭ， 离子度 ８０）、非离子 ＰＡＭ 溶液（ＮＰＡＭ，分子量 ３００ 万）， 质量浓度 ２０％的石灰溶液。 仪器 Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ－２０００ 激光粒度分析仪，ＴＤＴ 系 列台式浊度仪，分析天平，数显恒温水浴锅，ＪＪ－１ 大功 率电动搅拌器。 ３ 试验原理及方法 ３．１ 试验原理 涉及絮凝的因素很多，如矿浆温度、ｐＨ 值、矿浆浓 度等，但可归纳为 ４ 种机理在废水处理中同时或者交 叉发挥作用压缩双电层原理，吸附表面中和机理，吸 附架桥机理，沉淀物网捕机理。 ＰＡＭ 是一种水溶性聚合物，由单体聚丙烯酰胺聚 合而成，其分子链上含有大量的酰胺基。 聚丙烯酰胺 活性很大，可以通过静电力、范德华力和氢键等作用力 使分散在溶液中的悬浮物发生吸附和架桥作用，因此 ＰＡＭ 具有较强的絮凝作用。 但如果 ＰＡＭ 使用过量， 胶粒表面一开始就被大量聚丙烯酰胺高分子链包围， 而没有其它空白部位去吸附其它的高分子链，就会造 成胶粒表面饱和产生再稳定现象。 ３．２ 试验方法 将浓度 １０％的矿浆试样加入到 ２５０ ｍＬ 的量筒 中，分别加入不同量的石灰溶液和絮凝剂溶液，充分震 荡使矿浆与药剂充分混匀；立刻将量筒放在实验台上 并计时，记录每个时刻所对应的澄清液高度，测定澄清 液浊度。 ４ 试验结果及分析 ４．１ ＰＡＭ 种类试验 探讨了单独添加不同种类不同添加量的 ＰＡＭ 溶 液对矿浆试样沉降效果的影响，以矿浆自然沉降作为 对照试验，沉降曲线见图 ２。 不同种类不同用量的 ＰＡＭ 溶液加入矿浆试样沉降 ２ ｈ 后澄清液的浊度见 表 １。 不同自然沉降时间下澄清液的浊度见表 ２。 1;0min 225 200 175 150 125 100 75 50 25 0 0135710 20 30 40 50 60 120 9A-,mm NPAM 5 g/t NPAM 10 g/t NPAM 15 g/t CPAM 5 g/t CPAM 10 g/t CPAM 15 g/t APAM 5 g/t APAM 10 g/t APAM 15 g/t D 91         图 ２ 单独添加 ＰＡＭ 和自然沉降试验结果 表 １ 添加 ＰＡＭ 后澄清液浊度 絮凝剂 种类 不同种类絮凝剂添加量（ｇ／ ｔ）下澄清液浊度／ ＮＴＵ ５１０１５ ＡＰＡＭ１４０１１２９８ ＮＰＡＭ１２８８８５８ ＣＰＡＭ１０８７８４９ 表 ２ 自然沉降澄清液浊度 自然沉降时间／ ｍｉｎ澄清液浊度／ ＮＴＵ ３０３６０ ６０２４０ １２０１９６ 从图 ２ 看出，不管加入哪种 ＰＡＭ，矿浆试样沉降 速度比不添加 ＰＡＭ 沉降速度均大幅度提高，即达到沉 降平衡的时间大幅度缩短。 在 ＰＡＭ 添加量相同的条 件下，ＣＰＡＭ 沉降速度最快，ＮＰＡＭ 次之，而 ＡＰＡＭ 沉 降速度比前两种稍差。 根据斯托克斯理论 ｖ ＝ ２ｇ（ρ － ρ０）ｒ２ ９η 式中 ｖ 为粒子的沉降速度；ρ 和 ρ０分别为球形粒子与 介质的密度；ｒ 为粒子的半径；η 为介质的黏度；ｇ 为重 力加速度。 由斯托克斯公式可得沉降速度与粒子半 径、体系粘度、两相体系密度差有关。 即随着粒子半径 逐渐增大，颗粒沉降速度逐渐增加。 聚丙烯酰胺是一 种高分子合成聚合体，具有长链结构，形成了固体之间 的桥梁，使它们凝结成大颗粒［７］，并快速沉淀。 由表 １ 及表 ２ 可得，不管添加哪种 ＰＡＭ，澄清液 的浊度值比不添加 ＰＡＭ 时均大幅度减小。 由表 １ 发 现单独添加 ＣＰＡＭ 澄清液浊度值减小较大，其次是 ２４矿 冶 工 程第 ３６ 卷 万方数据 ＮＰＡＭ，ＡＰＡＭ 较前两种效果较差。 通过图 ２、表 １、表 ２ 可得，添加 ＰＡＭ 不但能大幅 度加快尾矿沉降速度，而且能降低澄清液浊度。 但添 加 ＣＰＡＭ 时矿浆试样沉降速度和澄清液浊度都优于 添加 ＡＰＡＭ 和 ＮＰＡＭ。 因 此 最 佳 的 ＰＡＭ 种 类 为 ＣＰＡＭ。 ＣＰＡＭ 沉降效果比 ＮＰＡＭ 和 ＡＰＡＭ 沉降效果好， 可以通过 Ｚｅｔａ 电位解释说明。 Ｚｅｔａ 电位是表征胶体 分散体系稳定性的重要指标，是对颗粒之间相互排斥 或相互吸引力强度的度量。 Ｚｅｔａ 电位与 ｐＨ 值关系密 切，图 ３ 为尾矿颗粒 Ｚｅｔａ 电位与 ｐＨ 值的关系。 pHD         10 5 0 -5 -10 -15 -20 204681012 Zeta mV 图 ３ 矿浆颗粒 Ｚｅｔａ 电位与 ｐＨ 值的关系 尾矿的等电点 ５．１５，当 ｐＨ＞５．１５ 时，矿浆颗粒表 面带负电荷；当 ｐＨ＜５．１５ 时，矿浆颗粒表面带正电荷。 尾矿矿浆 ｐＨ 为 ５～６，因此矿浆颗粒表面带有较多的 负电荷。 加入阳离子、阴离子、非离子 ＰＡＭ 后，聚丙酰 酰胺分子主链上带有大量的活性化学基团 酰胺 基。 酰胺基的活性较大，能与矿物颗粒表面某些部位 在静电力、范德华力和氢键的作用下相互吸附。 聚丙 烯酰胺是一种大分子长链结构，具有吸附和桥架作用， 把溶液中的微细颗粒网捕在一起，因此加入 ３ 种聚丙 烯酰胺大幅度加快了细粒沉降的效果。 另一方面由于 矿浆试样中颗粒带负电，加入带有正电荷的阳离子聚 丙烯酰胺后，会在溶液中发生剧烈的吸附作用，减少了 矿浆试样中的静电斥力作用，使展开的聚丙烯酰胺长 链结构更容易吸附矿浆试样中的微细颗粒。 因此 ＣＰＡＭ 沉降效果比 ＮＰＡＭ 和 ＡＰＡＭ 效果好。 ４．２ 矿浆 ｐＨ 值试验 由 Ｚｅｔａ 电位与 ｐＨ 值关系图可知，随着 ｐＨ 值增 大，Ｚｅｔａ 电位逐渐减小，即带负电荷的离子逐渐增多。 加入石灰溶液调节 ｐＨ 值（石灰不但有调节 ｐＨ 值的作 用，其本身也是一种凝聚剂，对颗粒沉降具有促进作 用）。 ｐＨ＝５～１０，加入 ＣＰＡＭ １５ ｇ／ ｔ，观察 ｐＨ 值对沉 降效果的影响，结果见图 ４。 1;0min 225 200 175 150 125 100 75 50 25 0 0135710 20 30 40 50 60 120 9A-,mm pH 5 pH 6 pH 7 pH 8 pH 9 pH 10       图 ４ ｐＨ 值与沉降速率的关系 由图 ４ 可知，由 ｐＨ＝５ 提高到 ｐＨ＝８，矿浆试样沉 降速度不断增加；由 ｐＨ＝８ 提高到 ｐＨ＝１０，矿浆试样沉 降速度不但不增加反而逐渐减小。 可知最佳 ｐＨ 值为８。 由 ｐＨ＝５ 提高到 ｐＨ＝８ 时，矿浆试样中带负电荷 的颗粒逐渐增多，ＣＰＡＭ 线性结构上大量的酰胺基对 其吸附能力逐渐增加，通过架桥连接的作用，沉降速度 逐渐加快。 由 ｐＨ＝８ 提高到 ｐＨ＝１０，矿浆试样中带负 电的颗粒很多，一方面同种电荷之间的静电斥力增大， 另一方面 ｐＨ 值较大不利于聚丙烯酰胺长链结构展 开，从而使有效的酰胺基数目减少。 因此沉降速度逐渐 减缓。 ４．３ ＣＰＡＭ 用量试验 由于 ＣＰＡＭ 对矿浆试样的沉降效果较好，因此探 讨了 ｐＨ＝８ 时 ＣＰＡＭ 用量对沉降效果的影响，结果见 图 ５。 1;0min 225 200 175 150 125 100 75 50 25 0 0135710 20 30 40 50 60 120 9A-,mm 5 g/t 10 g/t 15 g/t 20 g/t 25 g/t      图 ５ ＣＰＡＭ 用量对沉降效果的影响 从图 ５ 可得，在 ｐＨ ＝ ８ 的条件下，ＣＰＡＭ 用量从 ５ ｇ／ ｔ 增加到 １５ ｇ／ ｔ，矿浆试样沉降速度逐渐加快，达 到沉降平衡的时间逐渐减小，澄清水达到选矿厂循环 利用标准。 但当添加量从 １５ ｇ／ ｔ 增加到 ２５ ｇ／ ｔ 时，矿 浆试样沉降速度并没有明显增大，反而澄清液浊度值 逐渐增大，澄清水不能循环利用。当矿浆试样中添加 （下转第 ４８ 页） ３４第 ５ 期孙建军等 某细粒铜尾矿沉降研究 万方数据 选择性抑制铁闪锌矿。 ４ 结 论 １） 铅锌多金属硫化矿混合精矿经加温预处理后 更有利于铅、锌、硫的浮选分离。 推测加温预处理混合 精矿的机理是加温能脱掉矿物表面的疏水性捕收剂薄 膜，有利于后续的浮选分离。 ２） 铅锌多金属硫化矿混合精矿经加温加入抑制 剂亚硫酸钠与硫酸锌预处理后铅锑精矿中铅回收率比 混合精矿经加温不加药搅拌处理高 ７．６１ 个百分点，锌 含量也有明显下降。 加温预处理混合精矿的过程中加 入抑制剂（亚硫酸钠与硫酸锌）可以对加温脱药过程 起到强化作用，更易于实现混合精矿的浮选分离。 ３） 混合精矿经加温加抑制剂预处理后再进行浮 选开路试验，铅锑精矿中铅品位为 ３９．９７％，铅锑精矿 中锌含量仅为 １．１７％，铅回收率达到了 ６９．９５％。 参考文献 ［１］ 黎 全． 大厂 １００（１０５）号锡石多金属矿选矿关键技术研究及应 用［Ｄ］． 长沙中南大学资源加工与生物工程学院， ２００７． ［２］ 张俞明，杨奕旗． 大厂锡石多金属硫化矿浮选分离的实践与探讨 ［Ｊ］． 矿产保护与利用， １９９９（４）３１－３４． ［３］ 马 晶，任金菊，原连肖． 某难选多金属硫化矿浮选分离试验研究 ［Ｊ］． 有色金属（选矿部分）， ２００８（３）８－１１． ［４］ Ｈｕａｎｇ Ｐ， Ｃａｏ Ｍ， Ｌｉｕ Ｑ． Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｓｐｈａｌｅｒｉｔｅ ｂｙ ｃｈｉｔｏｓａｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｂ Ｚｎ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， ２０１３，１２２２９－３５． ［５］ 李正勤． 铅锌硫化矿无氰浮选分离生产实践［Ｊ］． 有色金属（选矿 部分）， １９８６（６）１４－１６． ［６］ 王彦令，刘逸超，徐 靖，等． 河南某银铅多金属矿浮选工艺［Ｊ］． 有色金属， ２００４，５５（４）１０５－１０９． ［７］ 魏宗武，陈建华，马少健，等． 某难选氧化铅锌矿无氰工艺研究 ［Ｊ］． 矿冶， ２００７，１５（４）２１－２３． ［８］ 陈建明． 车河选矿厂硫化矿铅锑锌硫无氰分离研究［Ｄ］． 长沙中 南大学资源加工与生物工程学院， ２００４． ［９］ 洪家薇，周 强． 云南某复杂多金属硫化矿选矿工艺研究［Ｊ］． 有 色金属（选矿部分）， ２０１０（２）２６－３０． ［１０］ 王 勇，朱及天，廖 力． 某低品位铅锌矿无氰分离工艺研究 ［Ｊ］． 有色金属（选矿部分），２０１０（２）１７－２１． ［１１］ 姜亚雄，谢海云，刘 畅，等． 铜铅硫化矿混合精矿浮选分离研究 现状［Ｊ］． 矿冶， ２０１２，２１（２）３７－４１． ［１２］ 李亚斐． 片麻岩型白钨矿浮选试验研究［Ｄ］． 昆明昆明理工大 学国土资源工程学院， ２０１０． ［１３］ 刘子帅，郭业东，毛佐国． 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