CN114632618B - 一种用于熟化细尾矿的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种用于熟化细尾矿的处理方法，包括(1)沉降：将熟化细尾矿原料加入230‑280g/t絮凝剂进行沉降处理，得沉降物；所述絮凝剂中含有聚丙烯酰胺、对氨基苯甲酸和聚酰亚胺至少一种；(2)分散：将沉降物进行剪切，得膨胀分散物；(3)聚集：剪切后立即在膨胀分散物中加入160‑200g/t水溶性共聚物进行轮碾，每次轮碾，共轮碾3‑4次，静置，得聚集物；所述水溶性共聚物为木质素和丙烯酰胺共聚反应而得；(4)反应：将聚集物进行搅拌，通入热空气，反应后，进行高压蒸汽反应，冷却，脱水，得浓缩熟化细尾矿。采用本发明的处理方法，可使熟化细尾矿泌水性能优异，1h可达到36％以上，获得的浓缩熟化细尾矿的浓缩浓度达到78.5％以上。
Description
技术领域
本发明涉及尾矿处理技术领域，特别涉及一种用于熟化细尾矿的处理方法。
背景技术
尾矿，是开采的矿石因品味低，经过选矿加工后剩下的工业固体废弃物，通常会置于矿上附近的地表尾矿库进行堆存。在堆存的过程中，尾矿中的工艺用水，存在未回收的烃，以及矿石在自然沉降时，形成不同的层，上层主要是水，下层则是自然沉降后的残留烃和矿物，主要是细粒，这一层通常称为熟化细尾矿。
随着开发贫矿资源的技术和速率的提升，磨矿的细粒程度则变得更细，由于尾矿含有大量的黏土矿物，又是一种非牛顿流体，采用持续性的脱水处理较为困难；同时，尾矿的沉降速率较缓慢，不容易形成干滩，加上熟化细尾矿像是类流体的胶状物质，极大地增加了尾矿库的安全隐患。由于熟化细尾矿的堆积体积较大，其固结能力和泌水能力均较差，因此，需要提高熟化细尾矿的泌水能力，并进行高效的脱水和浓缩，达到高浓度排放，对实现尾矿库坝体稳定性有重要的意义。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于熟化细尾矿的处理方法，解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于熟化细尾矿的处理方法，包括如下步骤：
(1)沉降：在熟化细尾矿原料中加入絮凝剂进行沉降处理，得沉降物；所述絮凝剂中含有聚丙烯酰胺、对氨基苯甲酸和聚酰亚胺，絮凝剂加入量为230-280g/t；
(2)分散：将沉降物进行1500-2700r/min剪切50-60min，剪切能够使熟化细尾矿原料中的沉降物均匀分散，并促进沉降物形成膨胀效应，得膨胀分散物；
(3)聚集：剪切后立即在膨胀分散物中加入水溶性共聚物进行轮碾，每次轮碾15-20min，共轮碾3-4次，静置，轮碾静置后有利于促进膨胀分散物聚集，静置后得聚集物；所述水溶性共聚物为木质素和丙烯酰胺共聚反应而得，水溶性共聚物加入量为160-200g/t；
(4)反应：将聚集物进行搅拌，通入热空气，60-70℃反应4-8h后，进行高压蒸汽反应，1.5-1.8MPa、150-160℃反应1-2h，冷却，脱水，得浓缩的熟化细尾矿。
进一步说明，所述水溶性共聚物的制备方法为：在木质素中加入80-90℃水浸泡30-50min，加入丙烯酰胺，超声混合，加入引发剂，采用伽马射线辐射引发共聚反应，反应后，加入无水乙醇，搅拌至析出沉淀，过滤，烘干，得水溶性共聚物；酰胺基属于亲水官能团，木质素和丙烯酰胺发生的共聚反应，过氧化二苯甲酰为引发剂，再采用伽马射线辐射进行复合改性，使木质素的羟基更易发生水合效应，可改善共聚物的水合能力，同时，形成的新的化学键和化学结构，使共聚物出现孔隙结构，并提高其表面粗糙度，有利于与颗粒物发生聚集反应。
进一步说明，所述木质素10-13份、丙烯酰胺7-9份、引发剂2-3份和无水乙醇32-38份。
优选地，按重量份计，所述木质素11份、丙烯酰胺8份、引发剂2份和无水乙醇35份。
优选地，所述引发剂为过氧化二苯甲酰。
进一步说明，步骤(1)中，所述絮凝剂的加入量为260g/t。
进一步说明，步骤(2)中，所述沉降物进行2100r/min剪切55min。
进一步说明，步骤(3)中，所述水溶性共聚物的加入量为180g/t。
进一步说明，步骤(4)中，所述通入热空气，65℃反应6h后，进行高压蒸汽反应，1.7MPa、155℃反应1.5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过依次设置采用絮凝剂沉降、剪切分散、水溶性共聚物聚集和两次热反应，统筹调控分散剪切和二次热反应条件，并优选絮凝剂和水溶性共聚物的加入量，可使处理原料1h的泌水性能达到36％以上，获得的浓缩熟化细尾矿的浓缩浓度达到78.5％以上；本发明利用絮凝剂和水溶性共聚物先后相互协同效应，有利于使颗粒间产生斥力，使得细颗粒中的自由水可快速析出，能够改善和提高熟化细尾矿的泌水性能，同时，通过控制絮凝剂和水溶性共聚物的加入量，有效避免形成多重的颗粒物-共聚物分子-絮凝分子的稳固结构，也避免絮网结构包裹析出的水分，保证了脱水浓缩的效率；且本发明沉降、分散、聚集和二次热反应的条件温和、可控，絮凝剂和水溶性共聚物的加入量较少，对熟化细尾矿的处理方法较为环保安全。
此外，本发明采用木质素和丙烯酰胺发生共聚反应，过氧化二苯甲酰为引发剂，可提高共聚物的水合能力和多孔隙结构，并增加其表面粗糙度，为改善熟化细尾矿的泌水能力奠定基础，也有利于后续热反应中对水分的去除。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。
本发明实施例所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
本发明实施例所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
一种用于熟化细尾矿的处理方法，包括如下步骤：
(1)沉降：在熟化细尾矿原料中加入絮凝剂280g/t进行沉降处理，得沉降物；所述絮凝剂为聚丙烯酰胺；
(2)分散：将沉降物进行2700r/min剪切50min，得膨胀分散物；
(3)聚集：剪切后立即在膨胀分散物中加入水溶性共聚物200g/t进行轮碾，每次轮碾15-20min，共轮碾3-4次，静置，得聚集物；
该水溶性共聚物的制备方法为：按重量计，取木质素13g、丙烯酰胺9g、引发剂过氧化二苯甲酰3g和无水乙醇38g，在木质素中加入80℃水浸泡50min，加入丙烯酰胺，超声混合，加入引发剂过氧化二苯甲酰，采用伽马射线辐射引发共聚反应，反应后，加入无水乙醇，搅拌至析出沉淀，过滤，烘干，得水溶性共聚物；
(4)反应：将聚集物进行搅拌，通入热空气，60℃反应8h后，进行高压蒸汽反应，1.8MPa、160℃反应1h，冷却，脱水，得浓缩熟化细尾矿。
实施例2
一种用于熟化细尾矿的处理方法，包括如下步骤：
(1)沉降：在熟化细尾矿原料泵中加入絮凝剂230g/t进行沉降处理，得沉降物；所述絮凝剂为质量比1：1的聚丙烯酰胺和对氨基苯甲酸；
(2)分散：将沉降物进行1500r/min剪切60min，得膨胀分散物；
(3)聚集：剪切后立即在膨胀分散物中加入水溶性共聚物160g/t进行轮碾，每次轮碾15min，共轮碾4次，静置，得聚集物；
该水溶性共聚物的制备方法为：按重量计，取木质素13g、丙烯酰胺9g、引发剂过氧化二苯甲酰3g和无水乙醇38g，在木质素中加入80℃水浸泡50min，加入丙烯酰胺，超声混合，加入引发剂过氧化二苯甲酰，采用伽马射线辐射引发共聚反应，反应后，加入无水乙醇，搅拌至析出沉淀，过滤，烘干，得水溶性共聚物；
(4)反应：将聚集物进行搅拌，通入热空气，70℃反应4h后，进行高压蒸汽反应，1.5MPa、150℃反应2h，冷却，脱水，得浓缩熟化细尾矿。
实施例3
一种用于熟化细尾矿的处理方法，包括如下步骤：
(1)沉降：在熟化细尾矿原料中加入絮凝剂260g/t进行沉降处理，得沉降物；所述絮凝剂为质量比1：1：1的聚丙烯酰胺、对氨基苯甲酸和聚酰亚胺；
(2)分散：将沉降物进行2100r/min剪切55min，得膨胀分散物；
(3)聚集：剪切后立即在膨胀分散物中加入水溶性共聚物180g/t进行轮碾，每次轮碾18min，共轮碾4次，静置，得聚集物；
该水溶性共聚物的制备方法为：按重量计，取木质素13g、丙烯酰胺9g、引发剂过氧化二苯甲酰3g和无水乙醇38g，在木质素中加入80℃水浸泡50min，加入丙烯酰胺，超声混合，加入引发剂过氧化二苯甲酰，采用伽马射线辐射引发共聚反应，反应后，加入无水乙醇，搅拌至析出沉淀，过滤，烘干，得水溶性共聚物；
(4)反应：将聚集物进行搅拌，通入热空气，65℃反应6h后，进行高压蒸汽反应，1.7MPa、155℃反应1.5h，冷却，脱水，得浓缩熟化细尾矿。
实施例4
一种用于熟化细尾矿的处理方法，包括如下步骤：
(1)沉降：在熟化细尾矿原料中加入絮凝剂260g/t进行沉降处理，得沉降物；所述絮凝剂为质量比1：1：1的聚丙烯酰胺、对氨基苯甲酸和聚酰亚胺；
(2)分散：将沉降物进行2100r/min剪切55min，得膨胀分散物；
(3)聚集：剪切后立即在膨胀分散物中加入水溶性共聚物180g/t进行轮碾，每次轮碾18min，共轮碾4次，静置，得聚集物；
该水溶性共聚物的制备方法为：按重量计，取木质素11g、丙烯酰胺8g、引发剂过氧化二苯甲酰2g和无水乙醇35g，在木质素中加入90℃水浸泡40min，加入丙烯酰胺，超声混合，加入引发剂过氧化二苯甲酰，采用伽马射线辐射引发共聚反应，反应后，加入无水乙醇，搅拌至析出沉淀，过滤，烘干，得水溶性共聚物；
(4)反应：将聚集物进行搅拌，通入热空气，65℃反应6h后，进行高压蒸汽反应，1.7MPa、155℃反应1.5h，冷却，脱水，得浓缩熟化细尾矿。
对比例1
根据实施例4的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其区别在于，步骤顺序不同，具体步骤如下：
(1)聚集：在熟化细尾矿原料中加入水溶性共聚物180g/t进行轮碾，每次轮碾18min，共轮碾4次，静置，得聚集物；
该水溶性共聚物的制备方法为：按重量计，取木质素11g、丙烯酰胺8g、引发剂过氧化二苯甲酰2g和无水乙醇35g，在木质素中加入90℃水浸泡40min，加入丙烯酰胺，超声混合，加入引发剂过氧化二苯甲酰，采用伽马射线辐射引发共聚反应，反应后，加入无水乙醇，搅拌至析出沉淀，过滤，烘干，得水溶性共聚物；
(2)分散：将聚集物进行2100r/min剪切55min，得膨胀分散物；
(3)沉降：在膨胀分散物中加入絮凝剂260g/t进行沉降处理，得沉降物；所述絮凝剂为质量比1：1：1的聚丙烯酰胺、对氨基苯甲酸和聚酰亚胺；
(4)反应：将沉降物进行搅拌，通入热空气，65℃反应6h后，进行高压蒸汽反应，1.7MPa、155℃反应1.5h，冷却，脱水，得浓缩熟化细尾矿。
对比例2
根据实施例4的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其区别在于，水溶性共聚物采用淀粉替换木质素，具体步骤：
按重量计，取淀粉11g、丙烯酰胺8g、引发剂过氧化二苯甲酰2g和无水乙醇35g，在木质素中加入90℃水浸泡40min，加入丙烯酰胺，超声混合，加入引发剂过氧化二苯甲酰，采用伽马射线辐射引发共聚反应，反应后，加入无水乙醇，搅拌至析出沉淀，过滤，烘干，得水溶性共聚物。
对比例3
根据实施例4的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其区别在于，步骤(3)水溶性共聚物的加入量为300g/t。
对比例4
根据实施例4的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其区别在于，步骤(4)进行低压高温反应，具体步骤：将聚集物进行搅拌，通入热空气，65℃反应6h后，进行低压高温反应，0.2MPa、120℃反应1.5h，冷却，脱水，得浓缩熟化细尾矿。
采用泌水率评价处理方法对熟化细尾矿的泌水能力，选用步骤(3)所得的聚集物/沉降物作为研究对象，在玻璃容器中加入浓缩熟化细尾矿，震动，使表面平整，密封，分别置放1h和3h后，取出泌出的水分，测量重量，计算公式：泌水率＝m/M×100％，式中，m为泌出的水分重量(g)，M为浓缩熟化细尾矿的重量(g)，以处理前的熟化细尾矿原料作为对照品，经浓密机脱水浓缩后，对浓缩熟化细尾矿的浓缩浓度情况如下表，熟化细尾矿原料的最初浓度为42％。
表1
由上表可知，由实施例1-4处理得到的聚集物，泌水性能优异，1h可达到36％以上，泌水时间快速缩短，经浓密脱水处理后，获得的浓缩熟化细尾矿的浓缩浓度达到78.5％以上，表明本发明依次采用絮凝剂和水溶性共聚物相互协同，并依次经过絮凝剂沉降、剪切分散、水溶性共聚物聚集和两次热反应的步骤，统筹调控分散剪切和二次热反应条件，能够改善和提高熟化细尾矿的泌水性能，使得细颗粒中的自由水可快速析出，保证了脱水浓缩的效率；且本发明沉降、分散、聚集和二次热反应的条件温和、可控，絮凝剂和水溶性共聚物的加入量较少，对熟化细尾矿的处理方法较为环保安全。
实施例4与对比例1相比，对比例1的泌水率和浓缩浓度均较低，表明先加入絮凝剂进行沉降，再通过分散膨胀效应加入水溶性共聚物轮碾，有利于使颗粒间产生斥力，快速地释放熟化细尾矿中大量的自由水，使得浓缩产物浓度提升。
实施例4与对比例2相比，对比例2的浓缩浓度较低，在熟化细尾矿的颗粒间产生斥力，促使水分快速释放的过程中，但添加的絮凝剂和水溶性共聚物通常形成的絮网结构会包裹这些释放出的水分，进而影响浓缩浓度，而采用木质素形成的水溶性共聚物，具有多孔隙和粗糙度的结构，有利于在后续热反应中对水分的去除打开通道。
实施例4与对比例3相比，虽然提高水溶性共聚物的加入量能够在短时间内，起到快速脱离水分的作用，但易使熟化细尾矿的颗粒物表面覆满高分子量共聚物，过多的水溶性共聚物又与絮凝剂形成复配，形成多重的颗粒物-共聚物分子-絮凝分子的稳固结构，并不利于脱水浓缩，表明本发明不仅需要依次设置沉降、分散和聚集的步骤，通过控制合理的参数，还要考虑絮凝剂和水溶性共聚物的协同效应，分别控制絮凝剂和水溶性共聚物的加入量，这样才能在提升熟化细尾矿更高的泌水能力的同时，保证了脱水浓缩的效率，提高了熟化细尾矿的利用率。
实施例4与对比例4相比，设置高压蒸汽步骤，有助于破除过多高分子量物质形成的水分子膜，进而降低其形成的分子网络结构，提高脱水浓缩的效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于熟化细尾矿的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）沉降：在熟化细尾矿原料中加入絮凝剂进行沉降处理，得沉降物；所述絮凝剂中含有聚丙烯酰胺、对氨基苯甲酸和聚酰亚胺至少一种，絮凝剂加入量为230-280 g/t；
（2）分散：将沉降物进行1500-2700 r/min剪切50-60 min，得膨胀分散物；
（3）聚集：剪切后立即在膨胀分散物中加入水溶性共聚物进行轮碾，每次轮碾15-20min，共轮碾3-4次，静置，得聚集物；所述水溶性共聚物为木质素和丙烯酰胺共聚反应而得，水溶性共聚物加入量为160-200 g/t；
所述水溶性共聚物的制备方法为：在木质素中加入80-90℃水浸泡30-50 min，加入丙烯酰胺，超声混合，加入引发剂，采用伽马射线辐射引发共聚反应，反应后，加入无水乙醇，搅拌至析出沉淀，过滤，烘干，得水溶性共聚物；所述引发剂为过氧化二苯甲酰；
（4）反应：将聚集物进行搅拌，通入热空气，60-70℃反应4-8 h后，进行高压蒸汽反应，1.5-1.8 MPa、150-160℃反应1-2 h，冷却，脱水，得浓缩熟化细尾矿。
2.根据权利要求1的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其特征在于，按重量份计，所述木质素10-13份、丙烯酰胺7-9份、引发剂2-3份和无水乙醇32-38份。
3.根据权利要求2的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其特征在于，按重量份计，所述木质素11份、丙烯酰胺8份、引发剂2份和无水乙醇35份。
4. 根据权利要求1的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述絮凝剂的加入量为260 g/t。
5. 根据权利要求1的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其特征在于，步骤（2）中，所述沉降物进行2100 r/min剪切55 min。
6. 根据权利要求1的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其特征在于，步骤（3）中，所述水溶性共聚物的加入量为180 g/t。
7. 根据权利要求1的一种用于熟化细尾矿的处理方法，其特征在于，步骤（4）中，所述通入热空气，65℃反应6 h后，进行高压蒸汽反应，1.7 MPa、155℃反应1.5 h。
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