利用粘土絮凝网处理钼矿尾液技术探索(王兆印,王旭昭,胡世雄)

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利用粘土絮凝网处理钼矿尾液技术探索

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王兆印1,3王旭昭2胡世雄3水利论文,JP1whs*QI#oUBI
1.清华大学;2.北京矿产地质研究所;3.国际泥沙研究培训中心)

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摘要:钼矿选矿过程中使用了较高浓度的水玻璃,使得尾矿液中的细岩粉颗粒保持悬浮不沉,造成排放污染环境和回水浮训低精矿回收率的问题。在采用各种絮凝剂不能奏效的情况下,本文通过实验研究了利用粘土悬浮液絮凝网络处理尾矿液的方法。粘土矿物及其絮凝网络捕获悬浮岩粉颗粒并挟带它们一起沉降,脱去岩粉的尾矿液可循环用于浮选。对比处理前后尾矿水和清水浮厌果表明,处理后的精矿回收率有明显提高。此项技术使选矿水循环使用,解决尾矿液排放污染问题。

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关键词:尾矿液;污染;粘土;絮凝

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基金项目:本文得到香港研究资助局(RGC)和国家自然科学基金委(NSFC)联合支持(No.59890200)。
+w `2w'u*wGr M0作者简介:王兆印(1951-),男,清华大学教授,国际泥沙研究培训中心副秘书长。
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1 问题背景水利论文 l+_.Dj [2D v J PL4e

新华钼矿位于辽宁省喀喇沁左翼蒙古族自治县,具有每天1000t以上的采选钼矿能力。该矿为矽卡岩矿床,产品主要为钼精矿,铜精矿,采用阶段磨矿,混合浮选工艺。辉钼矿多呈细小叶片状,粒状均匀地浸染于脉石中,呈浸染状结构,以细粒嵌布为主,与脉石关系极为密切。辉钼矿与透辉石,碳酸盐,硅酸盐等脉石矿物形成复杂的包裹体胶结在一起,这部分矿石松软易碎,含原生泥较多,对于浮选不利;另外,还有蛇纹石,绿泥石,滑石等易泥化矿物,在磨矿浮选中和辉钼矿颗粒相粘附而有碍矿物浮选。表1给出了该矿原矿石和浮选后的精矿和尾矿的全分析结果。水利论文z]^ i_!d

1 新华钼矿选矿厂原矿、精矿和尾矿全分析结果水利论文$S9XD np z3S9l4oS

Table 1 Mineral composition of molybdenite ore and suspended gangue particles

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矿种SiO(2%)MgO(%)CaO(%)Al2O3(%)Au(g/t)Ag(g/t)Mo(%)Fe(%)S(%)

原矿43.166.3220.9411.180.0180.340.33.420.48
精矿4.330.581.891.630.125.7546.545.1238.39
尾矿40.096.2120.6211.250.0140.440.0483.460.61

  注:北京矿冶研究院分析

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新华钼矿选矿厂采用水玻璃作为脉石分散剂和抑制剂,在透辉石等易泥化脉石矿物含量较少时(10%以下),采用清水浮选每吨矿石水玻璃用量在8 kg时可以达到80%~90%的回收率,在上述易泥化矿物和透辉石含量较多时(20%以上),回收率只有70%左右,严重时可达30%以下,经济效益受到严重损害。选矿厂每天用水4 000t,选矿后的尾矿液直接排入一个库容约200万方的尾矿库。由于尾矿液中含有较高浓度的水玻璃(SiO2·nH2O),尾矿液中较细的岩粉在水玻璃的作用下始终保持悬浮不沉,使尾矿库呈银灰色,即使稀释排放仍造成污染。尾水库愈蓄愈满,随时有溢满垮坝的危险。为了减缓尾水库蓄满,选矿过程中初选用水采用了尾水库上层低浓度浑水循环使用,仅在精选时每天加入1000方清水。但是,漂浮在尾水液中的细岩粉再次进入浮训低了回收率。清水浮选精矿回收率80%以上,而用尾水液加清水浮选回收率只有70%~75%,仅此一项每年损失300万元以上。为了解决尾矿液排放污染和提高浮选回收率这两个问题,不少研究单位介入探讨了许多处理方案。例如加入各种絮凝剂促使悬浮岩粉下沉,采用过滤法滤掉岩粉等,但都没有成功。为解决这些问题,本文探讨用粘土絮凝网络处理尾矿液的新技术。

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1 粘土矿物絮凝网络捕获岩粉颗粒示意图水利论文9Nr'sY(M6a8\2kv#Z F
Fig.1 Schematically view of the flocculent net structure capturing particles
2 片状粘土矿物颗粒联接成空间网络(液氮冷冻真空干燥电子显微照片,2000 ×)水利论文@(sk*^W5Y g
Fig.2 Flake-shape clay particles build a flocculent structure (The photo was taken with electronic microscope by quickly freezing the suspension with liquid nitrogen, 200×)

2 粘土絮凝网络处理尾矿液的实验研究

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当粘土悬液浓度较高时,粘土矿物颗粒絮凝团相互联接成空间网络,浓度愈高,网络密度愈大,网眼愈小。片状粘土矿物颗粒表面带有剩余电荷,片面上带负电荷,边缘上带正电荷,对于水中的离子和微小悬浮颗粒有一定的吸附性[1]。常见粘土矿物如蒙脱石的阳离子吸附量为1.26mMol/g, 伊利石的阳离子吸附量为0.2~0.4mMol/g, 高岭石的阳离子吸附量为0.08mMol/g[2]。构成絮凝网络的粘土颗粒能把细岩粉颗粒吸附,使这些不沉的颗粒从水玻璃溶液中脱离。尾矿液中较粗的岩粉颗粒可被粘土矿物絮凝网络捕获,粘土絮凝网沉降脱水时上面留下不含岩粉的清液,如图1所示。水利论文j"M:p YO

为了能够直观的看到粘土絮凝网络的结构,对粘土悬液进行了显微照相。先把搅拌均匀的悬液静置,然后采用液氮技术迅速冷冻,制成样品再在真空中干燥,放在电子显微镜下观测照相。图2为放大2 000倍的粘土泥浆结构,可见片状的粘土矿物颗粒已联接成空间网络。水利论文!Is)x;C#XC(Ql

实验采用直接从尾矿库取来的尾矿液,其岩粉含量为4.7kg/m3,中径约0.01mm,粘土为从北京郊区一个水库取来的沉积物,其中径为4μm,主要矿物成分为蒙脱石、方解石、高岭石、石英和云母。实验时将粘土与尾矿液搅拌成悬浮液,测得粘土浓度并观察其沉降。此时整个絮凝网络挟带岩粉颗粒脱水下沉,可以观测到清晰的上层晰出清液与下层粘土泥浆的界面,观测界面沉降可测得其沉速。如果泥浆浓度高,絮凝网络密度高,界面沉降得慢,但上层晰出的清液不含残留岩粉颗粒。如果泥浆浓度低,界面沉降快但上层清液中仍含有少量细岩粉颗粒。图3中S为粘土泥浆浓度,ω为清浑水界面沉降速度,R为上层析出液中的残存岩粉含量。当S超过200kg/m3时,上层晰出的清液完全不含岩粉,低于100kg/m3时,界面沉降快但上层清液中岩粉含量随粘土浓度降低而提高。当S为80kg/m3时,界面沉降快,但处理后上层清液仍有14%的岩粉颗粒。

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由于处理尾矿液需用泥浆较多,通过实验研究了处理过后的泥浆重复使用的处理效果,如表2所示。由于粘土颗粒在使用过一次后表面吸附了一些细岩粉颗粒,其吸附作用因而降低,再次使用时效果较差。第三次使用时细岩粉颗粒基本上不能从悬液中清除,只有较粗的岩粉可被絮凝网络拦下。水利论文Zvu`p5dC

3 (a)清浑水界面沉速与粘土泥浆浓度的关系;(b)上层清液中残存细岩粉含量与粘土泥浆浓度的关系
Z*E8h9Ux9l0Fig.3 (a)Settling velocity of the suspension-water interface as a function of the clay concentration;

,ONP _T,B [0(b)Relationship of the concentration of residual particles in water with clay concentration

2 粘土絮凝网络处理钼尾矿液实验结果

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Table 2 Experimental results of clearing gangue suspension with clay

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No泥浆来源泥浆浓度S(kg/m3)界面沉速ω(cm/h)处理后岩粉含量(kg/m3)除粉效果(%)

1水库淤泥2410.330100
2水库淤泥1561.180.1796
3水库淤泥803.60.6686
4水库淤泥1052.50.3892
5实验1用过的泥浆重复使用1700.90.4790
6实验5用后泥浆再重复使用1601.130.8781

  注:各次实验采用的尾矿液均为取自尾矿库的上层悬浮液,悬浮岩粉含量为4.7kg/m3

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3处理效果

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用粘土泥浆处理后的尾矿液能否代替清水重复用于浮选是解决减少排放污染问题的关键。将用浓度为105kg/m3粘土悬液处理后的尾矿液送至新华钼矿实验室进行了效果对比实验。采用3种浮选用水,即现行浮选用水(3/4尾矿库表层回水+1/4清水),完全采用清水和完全用泥浆处理后的尾矿液。每次实验取矿样300g,用实验室小设备磨细和浮选。浮选用药剂包括水玻璃,煤油和浮选油,剂量与生产中的剂量相同。采用与生产工艺相同的过程,经粗选、精选后得到精矿、尾矿并算出了回收率。表3给出了实验结果。水利论文Zf{dm

3 采用处理后尾矿液与未处理尾矿液及清水浮选钼矿的对比实验结果水利论文7bV9U3eRzsY)U

Table 3 Comparison between ore dressing efficiency usingthe treated and untreated水利论文Nr L }H7B6t
gangue suspensions

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实验用水精矿品位(%)尾矿品位(%)回收率(%)

目前生产选矿用水42.140.11674.6
完全清水43.750.07184.61
处理后的尾矿水43.420.06585.35

  由实验结果可见,用粘土絮凝网处理后的尾矿水选矿所得钼精矿回收率明显高于目前选矿用水,甚至略高于清水。这可能是由于处理后去掉了绝大部分悬浮岩粉,但仍然含有一定浓度的水玻璃,在选矿中起到提高浮选效果的作用。采用粘土泥浆絮网络处理尾矿液可以明显地提高生产率,同时可使生产用水循环使用。选矿用水循环使用解决了尾矿库蓄满垮坝的问题,更重要的是不必排放尾矿液,解决了污染环境问题。但是,目前实验采用的粘土含量大约100kg/m3,处理一百万方尾矿液需用十万吨水库淤泥,所涉及的运输费用、建造尾水处理池及处理后淤泥的排放等所需费用偏高。下一步的研究需要寻找低运费高效率粘土沉积物,并能在较低浓度下处理尾矿液可达到同样的效果,才能使这项技术真正用来解决生产问题。

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4 结论水利论文&G.Z(xP}j Jk

利用粘土矿物的吸附性及其絮凝网络,可以捕获钼矿选矿尾矿液中悬浮不沉的细岩粉颗粒,处理后的尾矿液可以循环用于选矿工艺。用于生产可以解决排污问题,排除尾矿库蓄满垮坝威胁和明显提高生产率。处理效果及成本依赖于粘土种类和浓度。要求进一步的研究降低粘土用量和处理成本。水利论文Z)o`uV

感谢:辽宁新华钼矿领导和技术人员,特别是选矿实验室的工作人员提供了热情帮助,特此致谢。

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参 考 文 献

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[1] 王兆印,钱宁。高浓度泥沙悬浮液物理特性的实验研究。水利学报,1984,(4).1-11页。水利论文Ix#T/~tG5L2lxt

[2] Wang ZhaoYin,Larsen Peter and Xiang Wei,1994,Rheological properties of sediment suspensions and their implications,Journal of Hydraulic Research, Vol. 32,No.4,pp.495-516.水利论文;~1X"d7h)v;z

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