安徽某铁矿山的絮凝沉降方案实验研究

安徽某铁矿山采用立式砂仓浓密沉降制备全尾砂原料膏体,制备过程出现了立式砂仓底流浓度低,溢流水跑浑等问题.为解决立式砂仓浓密存在的一系列问题,矿山拟采用深锥浓密机方案改造立式砂仓,需对全尾砂絮凝沉降方案开展实验研究.本次实验的絮凝沉降效果以上清液的澄清度、絮凝沉降底流浓度和沉降率三项指标综合考虑进行判断.实验第一步骤通过4种分子量的阴离子聚丙烯酰胺(APAM)沉降效果比较,优选出1 200万和1 600万的APAM最佳分子量方案;第二步骤实验确定最佳絮凝剂添加量,实验结果表明,分子量1 200万最佳添加量为10 g/t~20 g/t,分子量1 600万最佳添加量为20 g/t~30 g/t.本次絮凝沉降实验方法将全尾砂浆上清液的澄清度作为主要判断指标之一,满足了回水再利用的要求,对节约水资源和降低充填成本具有重要的意义.     

立式砂仓断面积和高度研究及应用

基于室内实验、集料供排平衡理论、流体动力学理论,提出立式砂仓断面积和高度的计算模型.断面积计算模型的核心是有效沉降速度,通过沉降规律分析,提出有效沉降速度为干涉沉降结束时液面下降高度与沉降时间之比.高度计算模型由压缩层、沉降层、溢流层、储砂空间和稳定放砂高度组成,核心是压缩层高度计算,应用流体动力学理论提出压缩层高度和砂浆浓度的关系式.以某矿立式砂仓为例,计算得到立式砂仓直径D为10 m,砂仓高度H为26.5 m.现场试运行结果表明:砂仓底流体积分数可达44%(质量分数69%),溢流水体积分数控制在3%以下,浓缩效果良好.     

全尾砂絮凝沉降参数预测模型研究

为了得到最佳的絮凝沉降参数,运用BP神经网络和遗传学算法建立了全尾砂絮凝沉降参数预测模型.以絮凝剂单耗和尾砂浓度作为输入因子,以沉降速度作为输出因子;通过正交试验,确定网络学习、训练样本,建立神经网路预测模型;采用遗传算法对全尾砂沉降参数预测模型进行全局寻优,得到最佳絮凝沉降参数.将预测模型运用到和睦山铁矿,在絮凝剂单耗12 g/t,尾砂浓度17%条件下,沉降速度达到1.31 m/h,满足生产需要,比原生产所需絮凝剂单耗减少20%.应用结果表明,该预测模型有较高的实用性,为沉降参数优选提供了一种崭新的思路.     

磁化水改善全尾砂絮凝沉降效果的试验研究

为降低全尾砂絮凝沉降成本,提高絮凝沉降效果,将磁化水引入某矿全尾砂絮凝沉降试验中,探讨磁化水在全尾砂絮凝沉降过程中的促凝作用;研究不同磁化条件下,全尾砂絮凝沉降速度和底流极限质量分数的变化规律。研究结果表明:在磁化水-全尾砂絮凝沉降过程中,絮凝剂单耗饱和点(沉降速度最大时)与普通水的单耗饱和点相比降低1/3,沉降速度提高1.4~2.1倍,底流质量分数最大增幅达3.2%;当磁感应强度B为150~200 m T,磁化时间t为20~25 min,水循环流速v为2.0~2.5 m/s时,沉降效果最理想;在适合的磁化条件下,磁化水在降低絮凝剂单耗、提高絮凝沉降速度和底流质量分数方面具有明显的优越性。     

全尾砂浆最佳絮凝沉降参数

为了得到最佳的絮凝沉降参数,研究使用BP神经网络进行优化选择。通过对比分析,将输入因子简化为絮凝剂单耗和尾砂质量分数2个因子,输出因子简化为沉降速度1个因子;通过正交试验,建立网络学习、训练样本,优选出最佳网络模型。扩大正交试验,增加输入因子水平,组合优选样本,搜索最佳絮凝沉降参数。以司家营铁矿全尾砂絮凝沉降为例,优选出絮凝剂单耗为10 g/t,尾砂质量分数为18%,预测沉降速度为1.38 m/h,满足生产要求,比原生产所需絮凝剂单耗节省50%。应用结果表明:该研究成果效果显著,为絮凝沉降参数优选提供一种新思路。     

全尾砂动态絮凝沉降试验研究

运用浓密机动态试验装置,通过连续进料和连续放砂,以沉降速度、底流质量分数、溢流水悬浮物质量浓度作为动态絮凝沉降效果的评价指标,研究不同条件下全尾砂动态絮凝沉降的变化规律。研究结果表明:沉降速度与絮凝剂单耗、供料速度、料浆质量分数均呈正相关;底流质量分数随絮凝剂单耗的增加先增加后基本保持不变,与供料速度呈负相关,与料浆质量分数呈正相关;溢流水悬浮物质量浓度与絮凝剂单耗呈正相关,与供料速度、料浆质量分数均呈负相关。确定该尾砂最佳动态絮凝沉降条件如下:絮凝剂单耗为10 g/t,供料速度为1.5L/min,全尾砂料浆质量分数为13%左右。     

絮凝沉降对全尾砂料浆流变特性的影响

通过研究沉降后料浆流变参数变化规律,探索基于料浆流变特性作为全尾砂絮凝沉降参数优化的可行性。以某铜锌矿全尾砂为实验材料,通过考察絮凝剂种类、入料体积分数、絮凝剂单耗这3个因素,进行静态絮凝沉降及料浆流变测试实验。实验结果表明:在絮凝剂种类筛选实验中,所选4种絮凝剂沉降效果区别较小,不同絮凝沉降后料浆屈服应力相差不大,添加N123作为絮凝剂时料浆黏度最小,絮团内部水分容易被挤出,絮凝沉降效果最佳;在入料体积分数及单耗实验中,当入料体积分数为10%~15%、絮凝剂单耗为25 g/t时,单位面积固体处理量和底流体积分数均较高,并且屈服应力及黏度达到极小值,有利于料浆进一步压密脱水及耙架运行。     

尾矿浓密中泥层沉降速度变化及颗粒沉降特性

通过开展全尾矿絮凝沉降宏观实验,研究不同料浆质量分数、絮凝剂单耗下的尾矿静态絮凝沉降特征,分析泥层沉降速度变化趋势;基于沉降阶段与泥层沉降速度的对应关系,得到全尾砂絮凝沉降速度规律曲线;开展不同沉降区域尾矿颗粒微观实验,使用环境扫描电子显微镜(ESEM)观测尾矿絮凝沉降样品,分析不同沉降区域的尾矿颗粒粒径分布状况,探究不同粒径尾矿颗粒的沉降特性。研究结果表明:不同区域沉降颗粒分布存在差异,伴随不同沉降区域的形成、过渡和消失,全尾砂絮凝沉降速度规律曲线分为5个阶段,分别是自由沉降前段、自由沉降末段、干涉沉降前段、干涉沉降末段和压密段;沉降速度与颗粒粒径密切相关,粒径82.0μm以上颗粒不发生絮凝,以颗粒形式沉降到底部,粒径26.5～82.0μm颗粒难以发生絮凝,粒径10.0～26.5μm颗粒不易絮凝,粒径10.0μm以下颗粒易絮凝并以絮团形式沉降。     

超声波作用下尾砂浆浓密沉降及放砂

为了提高砂仓中尾砂浓密效率,实现高浓度的放砂,引入声场作为研究手段,创新性的利用声场辐射方式传播的特性,将声场非接触性地作用于尾砂浆介质中.通过设计试验,配制质量分数为40%的尾砂砂浆,在尾砂浆分别沉降15,20,25,30,35和40 min后,施加频率20 kHz,功率50 W的超声波,探究不同沉降时间后施加超声波作用对最终沉降时间和浓度的影响,同时将超声波作用在砂仓放砂阶段,并对超声波作用后不同浓度的砂浆进行流变参数测定.试验结果表明:在沉降20 min后施加超声波,砂浆沉降浓密时间最短为80 min,尾砂浆最终质量分数可达77.5%,与此同时超声波作用下可以实现砂仓稳定高浓度的放砂,放出砂浆质量分数为74.04%.对比超声波处理前后砂浆黏度与屈服应力可知,超声波可有效降低砂浆黏度22.3%,具有良好的降黏效果.超声波的振动作用,空化作用以及声流效应是使得砂浆快速浓密沉降以及放出的原因.     

全尾砂浓密特性研究及其在浓密机设计中的应用

在实验装置中添加了转子导流系统,使模型装置更接近于现场高效浓密机.采用均匀设计方法,以单位面积固体处理量和底流体积分数作为尾砂浓密效果的评价指标,考察各因素对尾砂浓密效果的影响.结果表明:单位面积固体处理量与絮凝剂单耗正相关,最佳入料体积分数为6·56%;底流体积分数与入料体积分数、停留时间和絮凝剂单耗均正相关.最后通过凯奇沉降模型对沉降曲线进行分析,速度限制层一般为过渡区与压缩区的交界处,根据实验结果和尾砂日处理量计算得出浓密机的最小直径为14m.     

超细全尾砂似膏体长距离自流输送的时变特性

基于H-B流变模型和絮网结构理论,构建了考虑时变性的超细全尾砂似膏体流变模型,探究超细全尾砂似膏体长距离管道自流输送过程中的时变特性,推导了相应的管输阻力计算公式.以某深井铁矿质量分数为68%的超细全尾砂似膏体为例,进行了室内剪切试验和管输阻力计算.结果表明:不同剪切速率下的超细全尾砂似膏体表现出剪切稀化的时变特性,且剪切速率越大,达到平衡状态的时间越短,黏度值越低.在流量为80 m3/h时,管输阻力经225 s降至稳定状态的5.03 M Pa/km,为初始阻力的50.6%.超细全尾砂似膏体长距离自流输送过程中,以稳定状态的阻力损失进行计算更为经济合理.     

超细全尾砂絮凝沉降参数优化模型

 为了得到最优的絮凝沉降参数,以絮凝沉降正交试验数据为训练样本和检验样本建立BP 神经网络预测模型。絮凝剂单耗、料浆浓度及絮凝剂浓度作为输入因子,沉降速度和极限浓度作为输出因子。对比隐含层节点数对模型训练过程及预测精度的影响,选取最佳预测模型节点数为9。将絮凝沉降参数细化输入到预测模型中,从而搜索出优选样本,优选参数絮凝剂单耗为4.5 g/t,絮凝剂浓度为0.11%,料浆浓度为15%。经实验对比,该模型对絮凝沉降参数预测结果的相对误差能控制在5%左右,精确度较高,可以作为絮凝沉降参数优选的一种新思路。     

尾矿浆沉积室内模拟试验

尾矿浆的沉积特性对尾矿坝的坝体结构有重要影响.为了研究尾矿浆的沉积分层特征和时间演化规律,对黏性尾矿浆和砂性尾矿浆进行一维沉降柱试验,讨论了尾矿沉积物的细观结构特征和分层划分依据,分析了沉积物形态与时间的关系,并用双电层理论解释了絮凝作用对沉积特征的影响机理.结果表明:尾矿黏粒具有颗粒细小、黏土矿物成分比例高和吸附性强的特点,在液体环境下易形成高孔隙率的絮状结构体;根据细观结构的变化,尾矿沉积层从上到下依次分为澄清区、絮凝区、沉降区和固结区;按时间划分,可以将尾矿的沉积过程分为沉降阶段和固结阶段,黏性尾矿的沉积时间大约是砂性尾矿的2倍;砂性尾矿的沉积时间主要由单颗粒的自由沉降速度决定,黏性尾矿浆的沉积过程可用分界面高度-时间的函数关系来描述.研究结果揭示了尾矿浆的沉积过程和细观结构之间的联系,为尾矿浆沉积规律的预测提供了参考.     

基于沉积时间单元的单砂体研究

以尕斯库勒油田N₁—N₂¹油藏Ⅱ号断层上盘Ⅶ砂组辫状河三角洲前缘亚相为例,探讨了基于小层规模的沉积时间单元划分、单砂体的含义与识别标志及构型模式。研究表明,根据自然伽马半幅点可以将小层细分为储层沉积时间单元、隔层沉积时间单元,并在储层沉积时间单元中识别出区域夹层。区域夹层与隔层沉积时间单元为泥岩沉积,储层沉积时间单元在横向上为砂泥岩间互沉积。在此基础上,提出了单砂体的完整概念,认为单砂体就是在三维空间被周围非渗透性的封隔层所包围的独立砂体。并指出了单砂体受沉积、构造及成岩三大因素控制,明确了在这三大因素控制下单砂体的识别标志,同时总结出了单砂体的基本构型模式。笔者成功地将这套研究方法应用于尕斯库勒油田Ⅶ—5小层,把原来小层级别的两个单砂体划分为沉积时间单元级别的17个单砂体,大大提高了单砂体的研究精度。     

云南某铅锌矿全尾砂膏体室内实验研究

对云南某铅锌矿采用全尾砂膏体充填方案开展了室内实验研究,分析了全尾砂基本物理化学性质(粒级组成、化学成分),并进行了全尾砂自然沉降试验、坍落度试验、全尾砂试块单轴强度试验,获得了全尾砂及全尾砂胶结料的自然沉降特性、流动性能、析水性能及强度特性.试验结果显示:全尾砂自然沉降2~3 h后,重量浓度达到72%~76%,需要添加絮凝剂加快沉降;全尾砂胶结料的重量浓度为78%~79%时,坍落度为24~17 cm,基本无析水(1%~0.6%),充填料呈膏体状态,适合长距离输送;全尾砂膏体配合比在1∶4~1∶12时,28 d单轴抗压强度达到1~4 MPa.室内实验初步表明该矿山可以采用全尾砂膏体充填方案.     

外加剂作用下细粒浓缩尾矿二次脱水规律研究

尾矿在立式砂仓或深锥浓密机等脱水工艺条件下仍达不到预期质量分数,添加外加剂是实现二次快速脱水的有效手段。针对某铜尾矿较细、泌水能力差,经过深锥浓密机脱水后质量分数仍不达标的问题,通过添加A型外加剂、B型外加剂进行二次脱水实验,并以不添加外加剂作为对照。实验结果表明：添加外加剂的料浆1 h、2 h泌水量明显大于不添加外加剂的料浆,随着泌水时间的增加,4 h时添加与不添加外加剂的料浆泌水量基本持平。通过3种情况下脱水质量分数与脱水时间的回归方程,获得了浓缩尾矿二次脱水数学模型,即二次脱水质量分数与脱水时间呈指数函数关系。最后,分析了外加剂对尾矿快速脱水和结构强化机理,外加剂不仅可以快速提高尾矿脱水质量分数,同时可增加尾矿稳定性,具有潜在工程应用价值。