剛果（金）某氧化銅礦908 V絮凝劑實驗室及工業試驗研究

田全寶，蘭 川，王桂樓，鄭 偉，李 旭，楊思敏，劉仡豐

（北方礦業有限責任公司，北京 100053）

剛果（金）銅鈷礦資源豐富，地下埋藏著品位較高的氧化銅鈷礦，其鈷產量占世界首位，剛果（金）-贊比亞銅鈷礦帶為世界第三大銅鈷礦帶，兩國銅產量之和僅次于美國和智利，位居世界第三［1-2］。隨著銅鈷礦資源的逐漸開采，入選礦石品位也越來越低，為進一步降低企業生產成本，以剛果（金）某氧化銅礦為原料，開展實驗室絮凝沉降試驗和工業應用試驗，并對其影響力進行了初步的探究。

1 絮凝理論

1.1 絮凝劑

絮凝劑按化學成分可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑，有機絮凝劑主要產品為聚丙烯酰胺（PAM）系列［3］。聚丙烯酰胺，其由丙烯酰胺均聚而成，是一種水溶性線性高分子聚合物，分子式-［CH2-CH（CONH2）］n-，無毒、無腐蝕性的白色細小顆粒，具有良好的絮凝性，一般分為陽離子型、陰離子型、兩性型和非離子型［4］。銅濕法冶金行業一般選用非離子或陰離子聚丙烯酰胺，要求分子量≥1 200萬，其分子鏈中含有一定量極性基因，能吸附溶液中懸浮的礦物顆粒，使離子間架橋形成大顆粒絮凝物［5］。

1.2 絮凝沉降機理

礦漿固液分離過程中，一般通過凝聚作用和絮凝作用來破壞分散體系的穩定性。凝聚作用是加入無機電解質通過電性中和作用來解除布朗運動，使微粒能夠接觸而聚集在一起。絮凝作用是加入帶有許多能吸附微粒的有效官能團的鏈狀高分子聚合物，在靜電引力、范德華力和氫鍵力等作用下，通過活性基團與微細礦物顆粒發生吸附橋連的過程，從而將礦物微粒通過吸附架橋作用連接形成大顆粒絮團，增加絮團自身的重力，并在重力作用下加速懸浮液中粒子的沉降速度，提高溶液的澄清效果［6］。

2 實驗室絮凝沉降試驗

以剛果（金）某氧化銅鈷礦礦漿為原料，使用625 V和908 V絮凝劑開展實驗室絮凝沉降試驗，探究絮凝劑種類、礦漿濃度、絮凝劑用量等對礦漿沉降速度和上清液澄清度的影響，為工業試驗提供參考。

2.1 絮凝劑種類

本次試驗選用625 V和908 V兩種同類型絮凝劑產品進行試驗，625 V應用于實際生產，908 V為試驗產品，其參數見表1。

表1 絮凝劑產品特性

2.2 試驗器材及原料

電子天平、濃度壺、取樣桶、pH計、數顯恒速攪拌器、1 L量筒、2 L燒杯、移液管、5 mL注射器、50 mL量筒、玻璃棒、計時器等。

625 V和908 V絮凝劑配制濃度2.0‰；原礦礦漿濃度15%，編號ML-1-1；浸出礦漿濃度17%，終點pH 1.50，編號ML-2-1；濃度8%的浸出礦漿，終點pH 1.50，編號ML-2-2；908 V絮凝劑用量試驗，浸出礦漿濃度20%，終點pH 1.50，編號ML-2-3。

2.3 原礦礦漿絮凝沉降試驗

原礦礦漿濃度15%，終點pH 1.50，絮凝劑濃度2.0‰，絮凝劑用量80.0 g／t，探究625 V、908 V絮凝劑下礦漿沉降效果。試驗結果如圖1所示。

圖1 不同絮凝劑下原礦礦漿分層沉降界面變化

由圖1可知，908 V、625 V絮凝劑沉降速度分別為21.64 m／h、17.38 m／h，908 V沉降速度更快、分層界線更清晰、上清液更清澈，最先完成沉降。開始沉降瞬間，礦粒在重力作用下，625 V、908 V絮團以加速度沉降。沉降過程中，水的阻力逐漸增大，使絮凝沉降加速度逐漸減小，直到水的阻力與礦粒重力相等時，沉降加速度消失，沉降速度最慢［7］。

2.4 浸出礦漿絮凝沉降試驗

2.4.1 濃度17%浸出礦漿絮凝沉降試驗

浸出礦漿濃度17%，終點pH 1.50，絮凝劑濃度2.0‰，絮凝劑用量70.60 g／t，探究625 V、908 V絮凝劑下浸出礦漿沉降效果，結果如圖2所示。

圖2 不同絮凝劑下濃度17%浸出礦漿分層沉降界面變化

由圖2可知，在沉降過程中，908 V沉降速度更快、上清液更清澈、分層更清晰、礦粒絮團顆粒更大。在底層壓縮區，908 V礦粒絮團松散間隙大、泥層厚度高。625 V形成的絮團較小、礦粒均勻細小、礦粒之間裂隙較少。一般來說高分子絮凝劑分子量越大，其分子鏈越長，沉降速度越快，底層壓縮區礦粒包含水分越多，礦漿裂隙也較多，礦粒間更松散蓬松，特性粘度越大，絮凝效果也越明顯［8-9］。

2.4.2 濃度8%浸出礦漿絮凝沉降試驗

浸出礦漿濃度8%，終點pH 1.50，絮凝劑濃度2.0‰，絮凝劑用量70.60 g／t，

在相同條件下探究不同絮凝劑下浸出礦漿沉降效果。試驗結果如圖3所示。

圖3 不同絮凝劑下濃度8%浸出礦漿分層沉降界面變化

由圖3可知，在沉降過程中，908 V沉降速度快、分層清晰、上清液澄清度高，625 V沉降速度較慢、分層界線模糊，上清液澄清度較差。

綜上所述，908 V絮凝劑沉降速度快、分層清晰、上清液澄清度高。濃度8%浸出礦漿沉降速度快，17%濃度浸出礦漿沉降速度較慢，因礦漿濃度越小，礦粒沉降時可以減少相互間的碰撞和干擾，沉降以自由沉降為主。濃度越大，除水的阻力外，還有礦粒沉降時互相干擾、碰撞摩擦而產生相互間的機械阻力，致使濃度越大沉降速度越慢［10］。

2.5 908 V絮凝劑用量沉降試驗

浸出礦漿濃度20%，終點pH 1.50，908 V絮凝劑濃度2.0‰，在以上條件下，控制絮凝劑用量10、20、30、40 g／t時探究浸出礦漿絮凝沉降效果。試驗結果如圖4所示。

圖4 不同絮凝劑用量下浸出礦漿分層沉降界面變化

由圖4可知，在10～30 g／t范圍內，絮凝劑用量越大礦漿沉降速度越快，形成絮團顆粒越多。當絮凝劑用量在40 g／t時，浸出礦漿絮凝沉降速度最快，過量絮凝劑在上清液中形成懸浮液。因此，絮凝劑用量為30 g／t時上清液最清澈。

3 絮凝劑工業應用試驗

實驗室絮凝沉降試驗表明，從絮凝劑溶解性、礦漿沉降速度及上清液澄清度來看，908 V絮凝劑性能優于625 V絮凝劑?，F將908 V和625 V絮凝劑應用于磨浸系統工業試驗。

3.1 絮凝劑消耗

不同型號絮凝劑在工業應用試驗的單耗見表2，由表2可知，每噸礦絮凝劑用量908 V合計單耗較625 V降低34.21%。908 V絮凝劑生產單耗低、經濟性更好。在制備過程中908 V絮凝劑溶解性更好，在配制終點908 V絮凝劑溶液結塊少。

表2 不同型號絮凝劑在工業應用試驗的單耗

3.2 絮凝劑對原礦濃密機的影響

不同絮凝劑對原礦濃密機運行參數的影響見表3。

表3 不同絮凝劑對原礦濃密機運行參數的影響%

由表3可知，908 V絮凝劑造成原礦濃密機扭矩升高12.50%，泥層壓力升高3.44%，底流濃度升高11.81%。相對625 V絮凝劑，908 V絮凝劑可以使原礦濃密機運行扭矩、泥層壓力和底流濃度升高。

3.3 絮凝劑對浸出及CCD濃密機的影響

3.3.1 絮凝劑對浸出CCD濃密機扭矩的影響

不同絮凝劑影響下浸出CCD濃密機運行扭矩見表4。

表4 不同絮凝劑影響下浸出CCD濃密機運行扭矩%

由表4可知，相對于625 V絮凝劑，908 V絮凝劑使浸出濃密機扭矩升高8.03%，CCD1扭矩升高2.43%，CCD2扭矩升高2.11%，CCD3扭矩升高4.23%，CCD4扭矩升高1.95%?？傮w來看，908 V絮凝劑工業應用可造成浸出及CCD濃密機扭矩升高。濃密機底部濃縮沉積層是一個多孔的絮凝體，有足夠的厚度和重量，起到濃縮和過濾的作用，908 V絮凝劑絮團間包裹的水分較多，礦粒間隙大、泥層厚度高，濃密機耙架刮板運行阻力大，影響濃密機運行扭矩［8］。

3.3.2 絮凝劑對浸出CCD濃密機底流濃度的影響

不同絮凝劑影響下浸出CCD濃密機底流濃度見表5。

表5 不同絮凝劑影響下浸出CCD濃密機底流濃度 %

由表5可知，相比625 V絮凝劑，908 V絮凝劑可以使浸出濃密機底流濃度降低5.09%，CCD1底流濃度降低6.49%，CCD2底流濃度降低3.40%，CCD3底流濃度降低4.32%，CCD4底流濃度降低6.47%。從總體來看，908 V絮凝劑可造成浸出及CCD濃密機底流濃度降低。908 V絮凝劑分子量較大，其分子鏈長，其通過吸附架橋作用形成的絮團重力和體積大，絮團間和絮團內包裹的水分多，因此底層壓縮區的礦漿濃度會降低。

3.3.3 絮凝劑對浸出CCD濃密機泥層壓力的影響

不同絮凝劑下浸出CCD濃密機泥層壓力見表6。

表6 不同絮凝劑下浸出CCD濃密機泥層壓力 %

由表6可知，相比于625 V絮凝劑，908 V絮凝劑使浸出濃密機泥層壓力上升1.99%，CCD1和CCD2濃密機泥層壓力分別上升0.80%和0.25%，CCD3無變化，CCD4濃密機壓力降低7.28%。從總體來看，625 V、908 V絮凝劑對浸出及CCD濃密機泥層壓力無明顯影響。

3.4 絮凝劑對浸出CCD金屬回收率的影響

不同絮凝劑下浸出CCD的洗滌效率見表7。

由表7可知，相比于625 V絮凝劑，908 V絮凝劑工業應用造成CCD濃密機Cu、Co洗滌效率分別降低2.59%、1.89%，Cu、Co金屬總回收率分別降低2.95%、12.21%，Cu、Co損失金屬量分別升高46.09%、5.81%。908 V絮凝劑可以使CCD濃密機Cu、Co洗滌效率降低，洗滌損失金屬量增加，磨浸系統Cu、Co金屬總回收率降低。

4 結 論

1.908 V絮凝劑具有溶解性好、結塊少、沉降速度快、澄清度高、分層清晰、絮團顆粒大，在沉降終點底層壓縮區礦粒松散、間隙大等特點。

2.礦漿濃度是影響絮凝沉降效果的重要因素之一。在絮凝劑用量相同的情況下，礦漿濃度越低沉降速度越快，濃度8%的礦漿沉降效果優于濃度17%的礦漿。

3.絮凝劑用量對絮凝沉降效果有重要的影響。在相同試驗條件下，絮凝劑用量越多沉降速度越快，用量達到40 g／t以上，在沉降終點過量的絮凝劑在上清液形成懸浮液，上清液澄清度不夠清亮。

4.工業試驗對濃密機的影響，相對于625 V絮凝劑，908 V 絮凝劑造成原礦濃密機扭矩升高12.5%，底流濃度升高11.81%，泥層壓力升高3.44%?？傮w來看，908 V絮凝劑可以使原礦濃密機運行扭矩、泥層壓力和底流濃度升高。908 V絮凝劑可造成浸出及CCD濃密機運行扭矩升高、底流濃度降低，對泥層壓力的影響不明顯。

5.工業試驗結果對金屬總回收率的影響，908 V絮凝劑具有單耗低，較625 V 絮凝劑單耗降低34.21%。908 V絮凝劑工業試驗期間發生濃密機扭矩偏高、濃密機底流礦漿濃度偏低現象，增加濃密機運行負荷，造成浸出及CCD濃密機底流通量被迫提高，影響選冶系統整體水平衡，CCD濃密機Cu、Co洗滌效率降低，洗滌損失金屬量增加，磨浸系統Cu、Co金屬總回收率降低。