第３３卷第５期 ２０１３年１Ｏ月 矿 冶 工 程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖ０ｌＩ３３№５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１３
某铜渣选矿厂尾矿回水处理的研究①
孙凯，黄自力，詹保峰，王小凤
（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：为了提高尾矿回水质量，研究了某铜渣选矿厂尾矿的沉降性能。考察了不同粒度尾矿的沉降性能，探讨了高分子絮凝剂 种类及用量对尾矿沉降效果的影响。结果表明，使用高分子絮凝剂可以大幅度提高细粒尾矿沉降速度，同时降低澄清水的浊度，其 中阳离子型聚丙烯酰胺比非离子型聚丙烯酰胺及阴离子型聚丙烯酰胺效果好，阳离子型聚丙烯酰胺的较佳用量为６ ｇ／ｍ 。 关键词：尾矿；回水处理；沉降；高分子絮凝剂；聚丙烯酰胺 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３—６０９９．２０１３．０５．０１３ 文章编号：０２５３—６０９９（２０１３）０５—００５３—０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｔａｉｌｉｎｇｓ
ｆｒｏｍ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｌａｇ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ
ＳＵＮ Ｋａｉ，ＨＵＡＮＧ Ｚｉ—ｌｉ，ＺＨＡＮ Ｂａｏ－ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｆｅｎｇ （Ｈｕｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００８１，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ ｔａｉｌｉｎｇｓ，ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｆｒｏｍ ａ ｃｏｐｐｅｒ ｓｌａｇ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｉｎｆｕｅｎｃｅ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｄｏｓａｇｅ Ｏｉｌ ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｆｉｎｅ—ｇｒａｉｎｅｄ ｔａｉｌｉｎｇｓ ｉｓ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒｎａｔａｎｔ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓ，ａｍｏｎｇ ｗｈｉｃｈ ｃａｔｉｏｎｉｃ—ｔｙｐｅ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅｓ ｐｅｒｆｏｒｍｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｂｏｔｈ ｎｏｎ—ｉｏｎｉｃ ａｎｄ ａｎｉｏｎｉｃ ｏｎｅｓ， ｗｉｔｈ ａｎ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｄｏｓａｇｅ ｏｆ ６ ｇ／ｍ。． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔａｉｌｉｎｇｓ；ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓ；ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ
选矿过程中需要大量的水，也会产生大量的废水， 废水中含有悬浮物、浮选药剂和重金属离子，这些污染 物如果直接排放，势必造成环境污染，因此回水利用是
选矿工艺流程中必不可少的内容，尾矿水的质量是对 选矿经济技术指标有重要影响的因素之一＿１ Ｊ。某铜
渣选矿厂技术改造后，尾矿粒度变得更细，沉降效果变 差，而尾矿浓密池由于受场地的限制无法扩容改造。
为了确保回用水质量，研究采用高效絮凝剂改善尾矿
的沉降ｌ生能。高分子絮凝剂具有用量少、沉降陕、性能 较稳定等特点 ｊ，因此采用添加高分子絮凝剂的方式
提高尾矿的沉降效果，从而提高回用水质量和利用率。 浆，ｐＨ值为７～８。由于选矿厂技术改造前后，尾矿粒
度发生了变化，因此研究对象为目前的尾矿（粗粒尾
矿）和模拟技改后的尾矿（细粒尾矿）。两种尾矿的特
征粒度见表１。
表１尾矿特征粒度
１ 实验材料与方法 １ ２实验所用高分子絮凝剂包括阳离子型聚丙烯酰胺 ． 实验药剂
１．１尾矿试样 （ＣＰＡＭ）、非离子型聚丙烯酰胺（ＮＰＡＭ）与阴离子型
实验所用尾矿试样为目前某铜渣选矿厂回收铜、 聚丙烯酰胺（ＡＰＡＭ），分子质量均为１ ２００万。使用时
铁后的尾矿，真密度３．７３３４ ｇ／ｃｍ。，尾矿配成２０％的矿 配制成１％ｖ的溶液待用。
①收稿日期：２０１３－０４－０２ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９０４０４７） 作者简介：孙凯（１９８６一），男，陕西西安人，硕士研究生，主要研究方向为资源综合利用。 通讯作者：黄自力（１９６５一），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。
矿冶工程 第３３卷
１．３实验方法 先往２００ ｍＬ量筒中分别加入一定量１０％的尾矿浆，
再加入一定量的絮凝剂溶液（空白对比试验则不加），摇
匀，使药剂与矿浆充分混合；立即按动计时器，静置观察， 记录沉降区和澄清区界面在每个记时时刻的位置，也就
是每个记时时刻的澄清区的高度；测定上清液浊度。
２结果与讨论
２．１粒度对沉降效果的影响 在不添加絮凝剂的条件下，研究了２种不同粒度
尾矿的沉降效果，结果见图１及表２。
昌 暑 ＼ 恒 啮 魍
沉降时间／ｍｉｎ 图１粒度对沉降效果的影响
表２不同粒度尾矿澄清层浊度值 样品 至旦 隆 工 垫堕 ！ ２Ｉ ｍｉｎ ３４ｍｉｎ １２０ｍｉｎ
从图１可知，粗粒尾矿沉降约２０ ｍｉｎ接近平衡，
而细粒尾矿达到沉降平衡约需１ ｈ，而且从表２看出， 细粒尾矿澄清层浊度也明显要高，说明澄清层中有更 多的微细悬浮物。因此，如果用目前的尾矿浓密池处
理粒度变细的尾矿，不仅沉降时间不够，澄清水的水质 也会变差，势必影响选矿工艺指标，这是一个恶性循
环。只有使用高效絮凝剂，较大地提高细粒尾矿的沉 降ｌ生能，才能利用现有的尾矿浓密池设施，实现细粒尾
矿快速沉降并得到较好的回用水。 根据斯托克斯理论，随着矿浆颗粒粒度增大，颗粒
的沉降速度增加。高分子絮凝剂通过“桥连”作用使
微细颗粒聚集成团，小颗粒变成了大颗粒，沉降速度大 大提高，同时高分子“网捕”了澄清层中的微细颗粒，
使得澄清水浊度变低 。 ２．２不同絮凝剂对沉降效果的影响 研究了ＣＰＡＭ，ＮＰＡＭ，ＡＰＡＭ对细粒尾矿沉降效 果的影响，结果见图２。不同絮凝剂作用２ ｈ后澄清层
浊度值见表３。 瘩 基 ＼ 掘 噬 烘 潮
沉降时间／ｒａｉｎ 图２絮凝剂种类对细粒度尾矿沉降效果的影响
表３不同絮凝剂作用下澄清层浊度值 絮凝剂种类 不同絮凝剂用量下的浊度／ＮＴＵ ５ ｇ／ｍ １０ ｇ／ｍ
由图２看出，加入絮凝剂后，无论添加何种絮凝
剂，尾矿达到沉降平衡的时间大大缩短，即沉降速度均 大幅提高。而在同样投加量的条件下，ＣＰＡＭ的效果
最佳，ＮＰＡＭ效果次之，ＡＰＡＭ效果较前两者略差。 表３说明，同样的沉降时间条件下，投加ＣＰＡＭ
比ＮＰＡＭ及ＡＰＡＭ，澄清层的浊度值低；而阳离子絮凝 剂的投加量由５ ｇ／ｍ 增至１０ ｇ／ｍ 时，浊度值反而增 大，说明１０ ｇ／ｍ。的投加量可能已超过最优投加量。
ＣＰＡＭ絮凝效果好，可通过对尾矿Ｚｅｔａ电位分析
加以说明。 图３为尾矿颗粒的Ｚｅｔａ电位与ｐＨ值的关系。尾
矿的等电点为４．１４，当ｐＨ＞４．１４后，尾矿颗粒表面带 有负电荷，而尾矿矿浆的ｐＨ值为７～８，因此矿粒表面
带有较多的负电荷。
ｐＨ值 图３尾矿Ｚｅｔａ电位与ｐＨ值的关系
加入以上３种高分子絮凝剂后，一方面絮凝剂的 线性结构中的化学基团（酰胺基）和矿物颗粒表面某
些部位在离子键、氢键和范德华力的作用下相互吸附，
第５期 孙凯等：某铜渣选矿厂尾矿回水处理的研究 ５５
而絮凝剂的线性机构上具有大量的化学基团（酰胺
基），从而絮凝剂的线性结构与多个矿物颗粒相互吸 附，起到了架桥连接的作用，因此，３种絮凝剂都有效
地提升了尾矿的沉降效果；另一方面，由于尾矿矿浆带
有负电荷，加入ＣＰＡＭ后，带有负电荷的矿物颗粒对 带有正电荷的絮凝剂线性结构部分具有强烈的吸附作
用，在吸附作用下，矿物颗粒表面的部分负电荷被中 和，减少了静电斥力，更易于其他的颗粒接近从而吸
附，因此，ＣＰＡＭ作用效果较ＮＰＡＭ与ＡＰＡＭ更佳 。 ２．３ 阳离子型絮凝剂用量对沉降效果的影响
由于ＣＰＡＭ效果较好，因此考察了ＣＰＡＭ用量对 细粒尾矿沉降的影响，结果见图４。ＣＰＡＭ作用１ ｈ后
澄清层浊度值见表４。
Ｅ 量 ＼ ｛醚 嬗 Ｄ】ｌ｛ 蜒 龆 从图４及表４可以看出来，随着絮凝剂投加量增
加，沉降速度越快，当投加量由６ ｇ／ｍ增加到８ ｇ／ｍ
后，继续增加絮凝剂的投加量，沉降速度并未有明显增
加，反而澄清层浊度略有上升。
当投加量较低时，随着投加量增加，矿浆中的絮凝
剂线性结构也增加，有更多的基团（酰胺基）与矿物颗
粒作用，但是当絮凝剂量过高后，絮凝剂重新变成了稳
定的胶体，反而不利于沉降。从尾矿沉降速度、澄清水
浊度和药剂消耗量（即成本）综合考虑，较佳投放量为
６ ｇ／ｍ 。
３结 论
１）尽管尾矿粒度变细，沉降性能变差，但可通过
添加高分子絮凝剂改善沉降效果。
２）ＣＰＡＭ絮凝沉降效果较ＮＰＡＭ及ＡＰＡＭ更好，
其添加量以６ ｇ／ｍ 为宜。
３）絮凝剂的使用，一方面提高了尾矿沉降速度，
另一方面降低了澄清水的浊度值，这使得尾矿浓密池
不仅提高了处理能力，而且提高了回用水的质量，符合
“节能减排，循环经济”的产业政策。
沉降时间／ｍｉｎ 参考文献： 图４ ＣＰＡＭ用量对细粒尾矿沉降效果的影响
表４不同用量ＣＰＡＭ作用下澄清层浊度值
ＣＰＡＭ投加量／（ｇ－ｍ ） 浊度／ＮＴＵ ２ ４ ６ ８ １０ １３３ ６２ ２９ ３２ ３５ ［２］
［３］
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