钨钼细粒级浮选尾矿沉降实验研究.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶 工 程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 钨钼细粒级浮选尾矿沉降实验研究① 丛日鹏，仝克闻，张刚，全 源 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要钨钼浮选尾矿浆体中含有大量分散剂且微细粒含量较高，该类尾矿浆体浓缩脱水已成为矿山发展的瓶颈。本文针对某选 厂尾矿浆体浓缩试验的研究，探索出助凝剂和絮凝剂组合使用的方法，可压缩微细粒的双电层、减弱颗粒之间静电力，通过絮凝桥 联作用促使微细粒凝聚形成大粒径颗粒，改善尾矿的沉降性能，提高尾矿沉降速度，降低上清液固体含量。 关键词浮选尾矿；固液分离；双电层；凝聚；絮凝 中图分类号T D 9 2 6文献标识码A 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 2 1 8 0 4 钨钼矿中主要有价矿物为辉钼矿和白钨矿，辉钼 矿和白钨矿主要呈细脉状及浸染态分布，嵌布粒度细， 因此为实现有用矿物的单体解离需要对原矿石进行细 磨，而细磨则使透辉石和滑石等矿物泥化，导致矿浆中 微细粒含量高；钨钼的浮选为了减轻矿泥对浮选指标 的影响，以及抑制含钙脉石矿物而大量使用水玻璃等 分散剂。上述原因导致了钨钼细粒级浮选尾矿很难依 靠沉降浓缩脱水。 浓缩脱水利用重力实现固液分离，它是固液分离 中最常用的方法之一，其优点是成本低、工艺设备简 单、处理能力大、应用范围广。重力沉降脱水的难点是 微细粒的沉降，微细颗粒物料本身比表面积大、质量 小、表面能高，属于热力学不稳定体系。微细粒表面带 电是矿物晶体解离或吸附，表面常带有正电荷或负电 荷，这些带有同种电荷的粒子之间相互排斥，使悬浮液 长期处于分散状态，不易沉降。 为了加快钨钼细粒级浮选尾矿的沉降速度，并尽 量降低溢流水中固体悬浮物的含量，根据斯托克斯 S t o k e s 关系式，集合沉降速度 V o 与粒径平方 d 2 成正比，行之有效的方法就是改变细粒级尾矿的聚集 状态，使得细粒级固体颗粒团聚，进而增大沉降粒径， 加速尾砂的沉降。 根据聚集状态作用机理的不同，可以用两种方法 改变细粒级矿物固体颗粒的聚集状态，分别是凝聚和 絮凝。凝聚是在某些无机盐 如酸、石灰、明矾等 的 作用下，悬浮液中微细粒子形成凝块，主要机理是外加 电解质消除了表面电荷、压缩了双电层。絮凝主要是 用高分子絮凝剂通过桥联作用。絮凝剂的分子相当 长，如常用的聚丙烯酰胺，其分子长度超过粒子问范德 华力和双电层静电作用距离，这样高分子絮凝剂就会 像架桥一样，搭在多个粒子上，并以自己的活性基团与 粒子起作用，从而将粒子联结成絮凝团2 | 。 本文针对某选厂钨钼浮选尾矿特征，采用助凝剂 和絮凝剂组合使用的方法，改善了尾矿的沉降性能，提 高了尾矿沉降速度，降低了上清液固体含量。 1 钨钼细粒级浮选尾矿物化性质 化学多元素分析结果见表1 。 表1 尾矿化学多元素分析结果 质量分数 ／％ M o W 0 3A 1 2 0 3 C a O M g O S i O z F eS 0 ．0 2 10 ．0 2 91 ．4 03 2 ．3 31 3 ．8 94 6 ．8 22 ．8 40 ．0 4 5 试验过程中采用筛析测得矿样粒度组成，如表2 所示。 表2 矿样粒度分析结果 由表2 可知，该矿样一0 ．0 3 8m m 粒级占6 2 ．6 3 ％， 0 ．0 7 4m m 粒级仅占1 2 ．8 ％。一0 ．0 3 8m m 尾矿激光 粒度分析结果表明，固体颗粒粒度主要分布在5 1 0 m 之问。由于选别工艺添加各种药剂，尾矿在残留药 剂的影响下，自然放置浆体处于悬浮分散状态。 ①收稿日期2 0 1 2 _ 0 5 1 4 作者简介丛日鹏 1 9 8 8 一 ，男，内蒙古赤峰人，硕士研究生，主要研究方向为选矿工艺。 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月丛日鹏等钨钼细粒级浮选尾矿沉降实验研究2 1 9 2 沉降实验 针对钨钼尾矿矿浆的固体颗粒粒度细、沉降速度 缓慢、沉降上层液体固体悬浮物超标等问题，分别进行 了自曲沉降实验、絮凝沉降实验、助凝剂与絮凝剂组合 沉降实验，通过上述实验的对比，观察分析实验现象， 总结实验结论，最终得到最佳实验方案。实验样品是 选矿连选实验尾矿矿浆，其矿浆浓度在1 0 ％～1 5 ％范 围内波动。 2 ．1 自然沉降 自然沉降矿浆浓度为1 1 ．6 ％，自然沉降实验结果 见表3 。 表3 自由沉降终点实验结果 观察实验现象和实验结果分析可知，矿浆沉降缓 慢，初始泥浆界面模糊。当泥浆界面出现后，泥浆界面 下移速度缓慢，沉降1 ．5h 检测溢流水中固体悬浮物含 量大于10 0 0 1 0 ～，自然沉降难以达到工艺的要求。 2 ．2 絮凝沉降 矿浆浓度为1 1 ．6 ％时，不同絮凝剂用量条件下沉 降试验结果见图1 ，溢流水质结果见图2 。 1 0 ∞ 9 5 0 9 ∞ 68 5 0 喜咖 ∞ 。7 5 0 7 0 0 6 5 0 执降时间／m m 图1不同絮凝剂用量实验结果 ～。＼ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼ 。i 。 4 05 0砷7 0踟9 0l 帅 絮凝剂用量／Q f 1 图2 不同絮凝剂用量相同溢流水质结果 分析图1 和图2 数据可知，絮凝沉降较自然沉降， 尾砂沉降速度明显加快，溢流水质相对有所降低。改 变絮凝剂用量分别为4 0g ／t 、6 0g ／t 、8 0g ／t 、1 0 0g ／t ，溢 流水中固体悬浮物仍然大于6 0 0 1 0 ～。由此可知， 单一使用有机絮凝剂分离出的溢流水中固含量偏高， 达不到选厂回用的要求。 溢流水中的悬浮物绝大多数是固体微细粒，粒径 为1 ～1 0 斗m ，微细粒在矿浆体系中受合力作用保持悬 浮状态。固体微细粒在水中解离吸附电子带电形成双 电层，颗粒之间的电场力作用使得颗粒间距离增大，颗 粒受电场斥力作用很难通过布朗运动碰撞凝聚。有机 絮凝剂也不能很好的在带电的微细粒表面吸附，絮凝 效率也因此降低。因此，颗粒群在单一有机絮凝剂作 用下不能让微细粒之间快速有效的凝聚形成大颗粒。 为了提高絮凝剂效率，改善溢流水质，必须加入电解质 压缩微细粒的双电层，降低动电位，使其脱稳而沉降下 来5 I 。 2 ．3 助凝剂与絮凝剂组合沉降 鉴于此类尾矿矿浆的微细粒含量高、沉降脱水速 度慢、溢流水中固含量高的特点，采用无机凝聚剂和有 机絮凝剂联合使用改善尾矿矿浆的沉降性能，提高沉 降速度降低溢流水中固含量。 由表1 分析，钨钼浮选后的尾砂主要是氧化物和 硅酸盐矿物，由斯特恩 S t e r n 双电层起源可知，尾矿 浆中微细颗粒的定位离子应是H 或O H 一。碱或酸电 解质加入到尾矿浆中可以削弱微细粒表面离子强度进 而压缩其双电层。通常，工业上沉降浓缩略无机碱性 电解质是石灰，酸性电解质是硫酸旧。4J 。因此，实验中 无机助凝剂与有机絮凝剂组合为C a O 絮凝剂； H 2 s 0 4 絮凝剂。 2 ．3 ．1 C a O 絮凝剂矿浆浓度为1 1 ．6 ％，絮凝剂用 量为4 0g ／t ，改变石灰用量试验，沉降试验结果见图3 ， 溢流水质见图4 。 吕 昌 ＼ 赵 褪 世 避 沉降时间／m 如 图3 石灰用量试验结果 。加钟∞舯枷m m 瑚瑚抛拗 万方数据 矿冶工程第3 2 卷 1 0 ∞ 9 0 0 8 ∞ f7 ∞ o 夏6 0 0 访5 0 0 ∞ ’4 0 0 3 0 0 2 0 0 ∑ ＼ 弋j ＼ ～，。＼ “＼＼ 1 ～- 0246 3 石灰用量／ k g f 1 图4 溢流水质试验结果 矿浆浓度为1 1 ．5 ％，絮凝剂用量为8 0g ／t ，改变石 灰用量试验，沉降试验结果见图5 ，溢流水质见图6 。 暑 暑 ＼ 越 楗 世 蜉 踟0 7 0 0 f6 0 0 5 0 0 缓4 0 0 3 0 0 2 ∞ 沉降时间／m i n 图5 石灰用量试验结果 ～ ＼ ＼ ＼ ＼ ＼、 ＼～。 024 68 石灰用量／o , g | i 图6 溢流水质试验结果 絮凝剂用量为8 0g ／t ，石灰用量为6k g ／t ，矿浆浓 度沉降试验结果见图7 ，溢流水质见图8 。 由图3 8 可知，絮凝剂用量4 0g ／t 时，加入石灰 可以有效改善上层溢流水质，随着石灰用量的加大，上 层溢流水中固含量降低，添加石灰较单一添加絮凝剂 尾砂沉降速度变慢。絮凝剂用量8 0g ／t 时，改变石灰 用量，尾砂的沉降速度加快。当絮凝剂用量8 0g ／t 、石 灰用量6k g ／t 时，尾砂沉降速度最快、溢流水中固含量 低，沉降效果最佳。尾砂沉降速度随着矿浆浓度升高 而降低，溢流水中固含量随矿浆浓度的升高而升高。 E 暑 ＼ 越 超 世 赌 3 5 0 3 ∞ 一2 鄹 o 2 0 0 ∞l 印 l 帅 l f 凝∞1 1 ．6 ％| ％Y _ i l l 慕I 凝。，％ I 。 “度“” I 一蠢 。一拭 一 i K 、‘ I＼、‘’。 ． ． t 、’．． 。 ＼L 、．一 0 51 0 l S2 0 2 5 3 0 3 54 0 钙鲫翳6 0 沉降时间／．1 I h - 图7 矿浆浓度试验结果 ／ ／ 一 - 一 681 01 21 41 61 8 矿浆浓度／％ 图8 溢流水质试验结果 2 ．3 ．2 H 2 s 0 4 絮凝剂矿浆浓度为1 1 ．6 ％，不同絮 凝剂用量沉降试验结果见图9 ，溢流水质结果见图1 0 。 昌 暑 ＼ 越 挺 避 蜓 枷 5 5 0 5 ∞ f 4 5 0 4 帅 3 5 0 。3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 沉降时间／s 图9 絮凝剂用■试验结果 ‘、 I 絮凝剂用量8 0 驴f ＼ I 一絮凝剂用量1 而班I ＼＼ ＼＼ ＼＼ ＼＼ ＼＼ ＼ 3 ．03 ．54 ．04 ．55 ．0 硫酸用量／ k g ．t 1 图1 0 溢流水质试验结果 。加柏∞踟m m m m 瑚瑚瑚瑚姗 。加∞砷舯瑚啪m姗啪枷拗 。加∞砷舯啪啪m瑚啪枷瑚 万方数据 丛日鹏等钨钼细粒级浮选尾矿沉降实验研究 矿浆浓度为1 5 ．9 ％，H S O 。用量为3k g ／t 时，絮凝 剂用量沉降试验结果见图1 1 ，溢流水质结果见图1 2 。 置卜 昌 ＼ 赵 褪 世 蜉 8 ∞ 7 ∞ 宝6 0 0 叠5 0 0 4 0 0 3 ∞ 3 0 0 2 舯 2 6 0 ．2 4 0 22 2 0 苎2 0 0 甥1 8 0 l 砷 1 4 0 1 2 0 1 ． i ＼ i l I 一 一＼＼ ＼ 加5 0砷7 0舯9 01 0 0 絮凝剂用量／ g f 1 图1 4 溢流水质试验结果 沉降时间／s 图1 l 絮凝剂用量试验结果 3 结语 。＼ ＼、 ＼＼＼ ＼ ＼ 4 05 0砷7 0舯9 0 1 0 0 絮凝剂用量／C g t ’ 图1 2 溢流水质试验结果 矿浆浓度为1 6 ．1 ％，H S O 。用量为5k t 时，絮凝 剂用量沉降试验结果见图1 3 ，溢流水质结果见图1 4 。 由图9 ～1 4 可知，沉降尾砂加入硫酸实验，在相同 絮凝剂用量的条件下，随着H S O 。用量的增大，上层 清液的水质不断改善，同时一定程度上加快尾砂的沉 降速度。在H S 0 。用量恒定的条件下，随着絮凝剂用 量的增大，沉降速度明显加快，水质也得到进一步提 高。当H 2 S O 。用量5k g ／t 阴离子絮凝剂用量6 0g ／t 时，沉降效果最好。尾矿沉降速度快且溢流水质好，悬 浮物含量为1 6 0X 1 0 ～。 量 暑 ＼ 赵 超 避 婕 - - g n - - H S O , 5 l 刚 絮凝剂4 0 矿 H 观5 嘞 絮凝剂6 0g ，t I 一乌s q5 k g a 絮凝剂8 0 鲋 l H S 0 45 k 砂 絮凝剂1 0 0 班 l 廷～一． ， T - 。。。。’‘。。‘’一 0 2 0 04 0 0 6 0 0 8 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 0 1 6 0 01 8 0 0 沉降时问／s 图1 3 絮凝剂用量试验结果 1 自由沉降时，尾砂沉降速度缓慢，难以观察泥 浆线，溢流水浑浊，溢流水中固体悬浮物含量大于 l0 0 0 1 0 ～；絮凝沉降时，尾矿沉降速度明显加快，溢 流水浑浊，提高絮凝剂用量时溢流水浊度基本没有变 化，水质固体悬浮物含量大于6 0 0 x1 0 ～。 2 当实验方案为C a O 絮凝剂时，絮凝剂用量8 0 g ／t 石灰用量6k g ／t 尾砂沉降效果好。C a O 絮凝剂 组合使用时，尾砂的沉降速度较自由沉降加快，并且比 单独加入絮凝剂时溢流水质变好，但是加入石灰后较 单独使用絮凝剂沉降速度变慢。 3 当实验方案为H s O 。 絮凝剂时，H S O 。用量 5k g ／t 阴离子用量6 0g ／t 尾砂沉降效果好，沉降速率 快，溢流水质好，效果明显好于C a O 絮凝剂所得实验 效果。考虑到硫酸使用的成本及安全问题，在实际应 用中可以利用工业废酸替代硫酸。 4 通过本次试验归纳总结，并制定了研究微细粒 浓缩沉降的方法。首先，测定沉降物料粒级组成，根据 尾砂物化性质来决定是否加入絮凝剂。其次，由微细 粒含量在沉降物料中所占比重来决定是否加入助凝剂 改善矿浆中尾砂沉降性能；再通过矿物多元素化学分 析，根据双电层理论得出定位离子种类，确定加入何种 助凝剂。最后，使用组合助凝剂和絮凝剂，加速尾砂沉 降速度，最终得到合格溢流水质和浓缩浓度。 5 重力沉降浓缩脱水的优势为适用范围广泛、成 本低、工艺及设备简便易操作、设备处理能力大、大规 模工矿业生产节能降耗优势明显。 参考文献 [ 1 ]王淀佐，邱冠周，胡岳华．资源加工学[ M ] ．北京科学教育出版 社，2 0 0 5 ． [ 2 ]刘焦萍，黄春成铝土矿正浮选尾矿浆沉降新工艺研究[ J ] ．轻 金属，2 0 0 5 5 ． [ 3 ]张祖刚．梅山铁矿尾矿高压浓缩T 艺研究[ D ] ．西安西安建筑 科技大学，2 0 0 5 ， [ 4 ]马青山，贾瑟，孙丽珉．絮凝化学与絮凝剂【M ] ．北京中国环 保科学出版社，1 9 8 8 ． [ 5 ]杨茂椿，李学智，廖佳，等．细粒物料的浓缩过滤[ J ] ．金属矿 山，2 0 0 4 9 ． o挑∞暑’釉螂m m 呦啪枷 。加∞砷舯姗m m 枷啪抛 万方数据