文摘

尾矿沙是尾矿坝的筑坝材料的积累sub-dam,及其力学性能直接影响到整个尾矿坝的安全与稳定。随着矿物分选技术的提高,内容尾矿细和超细粒子的逐渐增加,这将影响尾矿堆积sub-dam的机械强度。改善尾矿的沉降影响积累Chengchao铁矿(中国),铁尾矿的影响絮凝和沉降法尾矿沙的力学性能进行了研究。聚合硫酸铁(PFS)作为一种无机高分子絮凝剂,与传统絮凝剂相比,具有更强的絮凝和吸附能力,广泛应用于饮用水、工业废水和生活污水处理,是一种阴离子聚丙烯酰胺(apam - 800)为高分子化合物,主要分为非离子、阳离子、阴离子三,是我常用的国内外絮凝剂。通过不同的絮凝剂、PFS和apam - 800复合絮凝和沉降实验,flocculant-dosing方案对沉降速度的影响和浊度的澄清液体决心,和尾矿固结剪切强度的变化测量的最佳剂量方案。实验结果表明,铁尾矿的沉降速度是最快的PFS与apam结合使用时在1.2 g L - 800⁻¹和0.20 g·L⁻¹分别剂量。直接剪切试验结果表明,尾矿砂的内摩擦角增加了2.18°,凝聚力增加了5.814 kPa,和絮凝的解决尾矿的剪切阻力增加,可有效提高尾矿沙堆的安全系数sub-dam。

1。介绍

细磨在矿物分类过程可以提高矿物的选矿,但它也会导致一些问题,如生产尾矿细大小以及这些尾矿选矿后的沉降速度缓慢。尾矿是一种研磨和完成后的固体废物。尾矿坝的坝材料积累,尾矿的机械特性直接影响整个尾矿坝的稳定性。尾矿沙的岩土性质取决于渗透率和罚款的内容,进而影响不排水强度、排水率(1,2尾矿沙的]。与砂细粒含量的增加,尾矿砂的抗剪强度将会降低,这将影响积累强度(3,4尾矿坝的]。

细粒度的尾矿渗透率较低,难以直接用于大坝建设,因为他们还没有渗透到巩固和获得必要的在短时间内岩土稳定性。预处理的细粒度的尾矿和絮凝剂注入他们管或土工布脱水袋是一种很有前途的技术5,6)来解决这个问题。企业如大红山超细粒铁尾矿(7)和全面的铁矿山的尾矿马钢(8]研究了絮凝和沉降测试,取得了更好的沉淀的结果。肖et al。9),钱等。10陈,et al。11)研究了不同絮凝剂对细粒度的沉降影响铜氧化浸出浆,ultrafine-grained锰矿浸出浆,和湿法锌炼油浆。肖et al。9)复合絮凝剂用于解决精密铜氧化浸出浆。絮凝剂类型和用量的影响和泥浆浓度在沉降特性研究。钱等。10]使用不同絮凝剂进行了絮凝沉降测试电解锰矿的浸出渣和电气性能的影响研究,离子度,分子量,额外大量的絮凝剂的絮凝沉降效果。陈等人。11)进行了絮凝沉降测试各种纸浆湿法炼锌过程中中性leaching-weak酸leaching-reductive leaching-copper-hematite除铁。根据纸浆的性质,选择不同种类的絮凝剂的絮凝沉降效果优化纸浆,以达到良好的固液分离效果和经济效益。提高絮凝效果,肖et al。12]研究了铁尾矿的沉降特点的复合无机和有机絮凝剂。无机和有机絮凝剂组合协同,可以显著提高尾矿的沉降效果,并提供一个参考的解决尾矿,特别是细粒度的尾矿。高et al。13]研究了尾矿的絮凝和沉淀法律细节,提高了技术和paste-filling增厚的过程。结果表明,尾矿泥浆的浓度为15%时,XT9020的用量为26.67 g·t⁻¹,XT9020溶液的浓度是0.22%,单位面积上的最大处理能力为3.26 t·h·m²)⁻¹。实验值与预测值良好的协议。

尾矿的排放尾矿泥浆排放在磁选过程中沉淀后,和Chengchao铁矿石尾矿的成分用于实验如表所示1。Chengchao铁矿的尾矿属于低钙,镁,铝,硅型、SiO₂尾矿含量37.73%,与SiO截然不同₂内容的黄沙中常用建筑材料。然而,石英的硬度较高与其他矿物成分相比,这进一步表明,微粒含量不利于改善尾矿的力量。在这项研究中,研究了铁尾矿絮凝和沉降法对尾矿沙的力学性能,在现场采集的样本的Chengchao铁矿石尾矿池。不同絮凝剂絮凝和沉降实验进行,和整合直接剪切试验进行了尾矿沙后絮凝和沉降研究尾矿沙的力学性能,进而引导sub-dams尾矿坝的建设积累。

2。实验材料和方法

2.1。实验材料

实验尾矿混合浆的罚款和粗Chengchao铁矿的尾矿。指的是土工试验方法标准(GB / T 50123 - 2019) (14),粒子分析测试进行尾矿沙,因为小粒径的尾矿沙,下面的粒径0.075毫米被激光粒度分析仪测试,和上面的粒径0.075毫米被筛选测试方法。粗粒尾矿达655 t d⁻¹11.52%的浓度和颗粒大小(0)∼0.5毫米。与此同时,细粒尾矿达2695.98 t d⁻¹27.69%的浓度和粒径小于0.074毫米的占60%。混合浆的浓度为21.73%,尾矿的比重为2.65 t / m³。组成如表所示2。从结果表2,可以看出尾矿细大小,收益率为66.18%的粒径小于0.076毫米,细粒尾矿渗透性差,排水固结时间长,不利于尾矿坝的稳定性。

2.2。实验人员

六种絮凝剂用于絮凝和解决尾矿泥浆,并通过实验筛选得出结论,当PFS, PAM, PAC, ppf,锌聚硅酸盐和apam - 800仅作为絮凝剂,絮凝效果在铁矿石尾矿矿浆一般。当使用聚丙烯酰胺絮凝和解决尾矿,大,产生的絮体沉降速度快。然而,澄清层较高的浊度15]。当使用一个铁聚合物絮凝剂,澄清液体的浊度低,但沉降速度略低于聚丙烯酰胺(16]。因此,絮凝剂apam - 800和PFS被选为尾矿沉降实验,达到一个更好的解决效果。PFS的分子式是铁₂(哦)_n(所以₄)_{3−n/ 2}]_米。PFS具有良好的絮凝性能和广泛的适用性,近年来广泛应用于城市污水净化。apam (CH - 800分子式₂CH (CONH₂)]_米(CH₂CH (COONa)]_n。它是由阴离子单体与丙烯酰胺的聚合。目前,常用的阴离子单体磺酸羧酸。这些单体活性高,高产聚合后,和良好的热稳定性。

2.3。实验方法

PFS准备到0.6,0.9,1.2和1.5 g·L⁻¹解决方案,然后0.10,0.15,0.20和0.25 g·L⁻¹apam - 800解决方案补充道,总共16组。每一次,同样数量的尾矿泥浆(200毫升)放入500毫升烧杯和相同数量(10毫升)的絮凝剂添加先后吸管。每次等量的尾矿泥浆在烧杯中,使用凝固实验机(上海日本岛津公司ZR4-6)添加絮凝剂时,首先快速搅拌,然后缓慢搅拌使用。搅拌后,尾矿泥浆倒立即到量筒。澄清层的体积在不同沉降时间记录。音量可以反映后尾矿添加絮凝剂的沉降速度。结算后,取上层清液浊度。分析仪器是哈希2100 q浊度计产生的哈希公司。仪器使用钨丝灯泡作为光源,范围是0∼1000南大,分辨率是0.01南大,符合要求的仪器参数标准。根据一系列的自动读数,没有额外的测量和评估17]。

为了研究尾矿沙不同压力条件下的抗剪强度,ZJ轴应变直剪仪和TSZ-3轴应变三轴仪用于剪切测试。根据岩土测试代码的要求,轴向负载分别为100、200、300和400 kPa应用直接剪切试验,和剪切的剪切速率进行了0.8毫米·分钟⁻¹直到失败。强度指标如C凝聚力和内摩擦角φ计算。

絮凝剂的筛选和确定最佳给药方案。根据最佳絮凝剂服用剂量方案,解决尾矿排水凝固,直剪实验分析絮凝和沉降的影响稳定的细粒度的尾矿池。

3所示。尾矿絮凝和沉降实验

当不添加絮凝剂,尾矿泥浆会自然解决。在显微镜下观察到的絮体如图1。整体颜色是光,絮体是用泥和水混合,絮体是模糊,几乎没有形成絮体颗粒。仅当PFS絮凝剂添加,如图2,矾花通常密集。相比之下,仅apam——800年,如图3,矾花apam - 800絮凝剂就像小的雪花,和絮体大,彼此集群。

为了达到一个更好的絮凝沉降效果,两种絮凝剂,PFS和apam - 800,被用于实验。PFS是量化的剂量(0.6,0.9,1.2,和1.5 g L⁻¹),0.10,0.15,0.20和0.25 g·L⁻¹分别添加apam - 800。澄清层的体积和澄清液的浊度测量。尾矿的沉降曲线两种絮凝剂结合使用时在不同组合率如图4- - - - - -7的浊度,并澄清层表所示3。

实验结果表明,PFS和apam - 800在一起有一个更大的沉降速度和澄清层中的浊度低于单独使用时,将发挥各自的优势。从表可以看出3各种肤色,主要原因是PFS形式通过电离和水解,而这些离子可以进入固液界面通过胶体粒子的外围和微粒和中和潜力确定离子,这样总潜力φ减少。因此,ζ潜在的减少,因此胶体粒子之间的静电斥力减少导致胶体粒子不稳定和凝结。然而,如果用量继续增加,胶粒的表面电性质将逆转,相反的电荷将应用使胶体粒子静电排斥和restabilize色散(18]。

尾矿沉降速度的增加明显当apam - 800增加的数量从0.10 g·L⁻¹0.20 g L⁻¹。时最大沉降速度的apam - 800是0.2 g L⁻¹。最大速度为8.87毫升·分钟⁻¹。沉降速度减少当apam - 800的数量超过0.2 g L⁻¹。最低速度是6.89毫升·分钟⁻¹。apam - 800是一种大型线性和长链聚合物分子链。分子式(CH₂CH (CONH₂)]_米(CH₂CH (COONa)]_n(19]。apam - 800的分子结构如图8,通过静电引力的作用,范德华力、氢键力活跃的部分,它有一个遮蔽作用胶体粒子和微粒。当它吸附一定的胶体的一端,另一端吸附另一种胶体,使胶体凝结逐渐变大,形成了一个粗糙的絮状物,从而快速解决。剂量过大时,分子链可能出现在胶体粒子和微粒,使它们再次稳定,导致细絮体,沉降速度慢,高浊度。

根据实验尾矿絮凝沉降实验和浊度测定,澄清层体积与PFS 157毫升剂量的1.2 g L⁻¹和apam - 800剂量的0.20 g L⁻¹、最大沉降速率和浊度17.8南大;澄清层的体积与PFS 142毫升剂量0.9 g L⁻¹和apam - 800剂量0.20 g L⁻¹南大,澄清最低层浊度15.05。生成的肤色PFS将结块的微粒通过electro-neutralization成较大的颗粒,然后apam - 800聚合物链遮蔽作用将导致粒子迅速形成大的絮体,这将加速微粒的沉降速度和减少澄清层的浊度,从而提高尾矿的沉降效果。此外,结果表明,澄清水的体积层后尾矿絮凝沉降与尾矿自然沉降相比要高得多。上层清液积累后约33毫升自然沉降。PFS和apam - 800组合后,可以获得约140 - 150毫升,也就是30%的澄清液体可以获得了18分钟。在实践中,延长结算时间将获得更多的澄清液体,所以的重用率可以大大提高澄清液体。

4所示。尾矿絮凝沉降剪切强度实验

微粒的沉降缓慢和困难的脱水尾矿的尾矿池的稳定性产生了极大的影响。通过添加絮凝剂,可以合并成大絮体微粒加速尾矿的沉降和上层清液的排放,这是一个有效的方法缓解尾矿的稳定性问题。最好的抗剪强度试验进行了flocculant-dosing比率,PFS 1.2 g L⁻¹和apam - 800 0.20 g L⁻¹。尾矿被卸货澄清液体凝固在低压力沉降后,标本制备和质量和密度测量,如表所示3。四个标本受到直接剪切试验在不同的正常压力(100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa)的剪切率0.8毫米·分钟⁻¹直到标本失败了。前后的试样剪切强度实验如图9。同样的方法被用于直剪实验原尾矿测量剪切应力τ_f在不同的正常压力σ。基于Moore-Coulomb破坏理论

图形的绘制σ和τ_f水平和垂直坐标,从摩擦角φ和凝聚力c可以确定,两个参数是重要的尾矿坝的设计和仿真。抗剪强度的结果相比,没有絮凝剂在图所示10和摩擦角φ和凝聚力c如表所示4。

从实验结果可以看出,尾矿的密度是显著降低添加絮凝剂之后,这表明孔隙度增加;它可以从直接剪切实验的结果得出结论,尾矿的程度添加絮凝剂后的剪切强度大大提高。在添加絮凝剂之后,尾矿的摩擦角增加约2.18°,这表明絮凝能够改善尾矿的摩擦特性,提高尾矿池的稳定性。凝聚力增加了5.814 kPa,表明絮凝剂增加矿物砂分子之间的吸引力,使化合物矿物的胶结砂更明显,并增强其终极抗剪切破坏。这些结果显示絮凝剂添加对尾矿泥浆参数的影响,这不仅提高了尾矿泥浆脱水,但剪切强度的程度,这是对尾矿池的稳定性具有重要意义。

5。结论

铁尾矿与细粒度,自然沉降速度慢,和高浊度的澄清层需要添加絮凝剂加快沉降速度,降低浊度在澄清层。通过实验筛选PFS、PAM、PAC, ppf,锌聚硅酸盐和apam - 800这六个传统絮凝剂;PFS和apam - 800效果显著。在实验中,絮凝的最佳解决方案和结算的铁尾矿决心,改变絮凝沉降尾矿固化抗剪强度的测定,以及絮凝沉降的影响脱水和固化性能的细粒度的尾矿和岩土强度进行了研究。(1)有机高分子絮凝剂可以显著提高铁尾矿的沉降速度,和无机絮凝剂可以显著降低浊度的澄清层。1.2 g L⁻¹PFS和0.20 g·L⁻¹apam - 800有一个协同效应改善的沉降速度和降低浊度澄清层,这是比单独使用一种絮凝剂。(2)不添加絮凝剂相比,尾矿絮凝剂治疗后内摩擦角的增加了2.18°凝聚力增加5.814 kPa,改善了摩擦阻力,尾矿沙和尾矿坝的稳定性可以获得更好的岩土性能。此外,在尾矿泥浆絮凝的和解决,澄清层浊度较低,和解决尾矿沙还可用于矿山充填浓度后,可有效解决两个主要的金属矿山尾矿坝的安全隐患和矿业领域。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本研究获得的资金支持安全生产专项资金项目的湖北省,中国([2020]12号)和专项基金的优势和特色学科(集团)湖北省。