絮凝劑添加量試驗研究

冉維貞， 康瑞海，彭 亮

(1.酒鋼集團鏡鐵山鐵礦， 甘肅 嘉峪關(guān)市 735100；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

甘肅某鐵礦采用的臥式砂池進行沉砂，然后造漿充填，其尾砂顆粒粒徑很細，-200目的顆粒累計含量達到了77.42%，平均粒徑68.83 μm。通過在砂池中添加絮凝劑可以有效的控制溢流濃度過高的問題，進而提高尾砂利用率和充填效率。

影響尾砂絮凝沉降效果的因素有很多，并且因素影響機理比較復雜。通過實驗室的試驗，分析影響尾砂絮凝沉降的主要影響因素及影響程度，為了提高試驗效率,采用均勻設(shè)計試驗法。由試驗結(jié)果可以建立數(shù)學模型，最后對數(shù)學模型進行回歸分析，從而可以得到各個影響因子與絮凝沉降速度的關(guān)系，并由數(shù)學模型計算出最佳的絮凝劑添加量。

1 均勻試驗方案

1.1 試驗目的

通過試驗找到各主要影響因素與沉降效果的數(shù)學關(guān)系，該數(shù)學模型可以反映出各影響因素對沉降效果的影響程度。并由數(shù)學模型及生產(chǎn)實際中的進砂濃度等參數(shù)計算出最佳的絮凝劑添加量。

1.2 試驗方案

影響絮凝沉降效果的因素有絮凝劑添加量、絮凝劑溶液濃度、料漿濃度、料漿pH值、溫度、絮凝劑類型等。通過測定知道該全尾砂漿pH值在9左右，屬于堿性，所以應(yīng)該選擇陰離子高分子絮凝劑。為了提高試驗效率，本次試驗主要采用均勻設(shè)計試驗法。具體步驟如下。

(1) 主要選取的試驗組合因素是絮凝劑添加量,g/t;絮凝劑溶液濃度,%;尾砂漿濃度,%。

(2) 通過均勻設(shè)計方法，建立一個3因素8水平混合均勻設(shè)計表U8(82×4)，見表1。

(3) 按照建立的均勻設(shè)計表格進行實驗室試驗。為了數(shù)據(jù)的正確性，每一個組合反復進行3次試驗，最終結(jié)果取其3次試驗值的平均值。

(4) 對試驗結(jié)果進行回歸模型分析，建立數(shù)學模型，回歸模型分析可以借助相關(guān)的分析軟件。

(5) 對數(shù)學模型求得絮凝劑最佳添加量。

(6) 對絮凝劑的最佳添加量進行實驗室的驗證性試驗。

表1 均勻設(shè)計表U8(82*4)

1.3 試驗結(jié)果

試驗采用500 mL量筒，將配有相應(yīng)濃度的料漿倒入量筒中，并攪拌均勻。在量筒中加入一定濃度的絮凝劑溶液后，再次攪拌直到混合均勻。最后用秒表記錄下渾濁液面單位時間內(nèi)下降高度。

3個試驗因素的取值范圍分別是：料漿濃度15%～50%。絮凝劑添加量10～50 g/t。絮凝劑溶液濃度0.1%～0.5%。試驗結(jié)果如表2所示。

1.4 回歸分析

用相關(guān)分析軟件對試驗結(jié)果進行多元回歸分析。

表2 均勻設(shè)計結(jié)果表

回歸分析采用后退法，顯著性水平α=0.05。擬建立回歸方程：

式中：Y—平均沉降速度，cm/min；

x1—尾砂尾砂漿濃度，%；

x2—絮凝劑添加量，g/t；

x3—絮凝劑溶液濃度，%。

標準回歸系數(shù) ：B(1)=-0.774，B(2)=-0.323，B(3)=5.27e-2，B(4)=-0.127。復相關(guān)系數(shù)R=0.9847，決定系數(shù)R2=0.9696，修正的決定系數(shù)R2a=0.9468?；貧w方程顯著性檢驗：

樣本容量N=8，顯著性水平α=0.05，檢驗值Ft=23.93，臨界值F4，3(0.05)=9.117，F(xiàn)t>F4，3(0.05)，回歸方程顯著。剩余標準差S=3.70?；貧w系數(shù)檢驗值:

t檢驗值(df=3):t(1)=-4.506，t(2)= 2.413，t(3)= 0.4316，t(4)=-1.051。

F檢驗值(df1=1,df2=3):F(1)= 20.30，F(xiàn)(2)= 5.820，F(xiàn)(3)= 0.1863，F(xiàn)(4)= 1.105。

偏回歸平方和U(i):U(1)=277，U(2)=79.5，U(3)=2.55，U(4)=15.1。

偏相關(guān)系數(shù)ρ(i):ρ1,234=-0.9334，ρ2,134= 0.8123，ρ3,124= 0.2418，ρ4,123=-0.5188。

各方程項對回歸的貢獻(按偏回歸平方和降序排列):U(1)=277,U(1)/U=21.2%；U(2)=79.5,U(2)/U=6.08%；U(4)=15.1,U(4)/U=1.15%；U(3)=2.55,U(3)/U=0.195%。

回歸分析結(jié)果：

(1) 由上回歸貢獻表明對沉降速度影響程度從大到小依次是：料漿濃度 > 絮凝劑添加量 > 絮凝劑溶液濃度；

2 驗證試驗

2.1 試驗目的

為了對回歸模型進行檢驗，在實驗室進行絮凝劑沉降試驗，觀察絮凝沉降速度隨絮凝劑添加量的增加沉降速度的變化趨勢與模型計算所得出的沉降速度變化趨勢是否一致，并得出最佳添加量。

2.2 試驗方案

試驗同樣采用500 mL量筒，將配有濃度為40%的料漿倒入量筒中，并攪拌均勻。在量筒中加入濃度為0.3%的絮凝劑溶液，絮凝劑添加量從10 g/t至45 g/t逐次遞增。用秒表記錄下單位時間內(nèi)液面下降高度，進而可以計算出沉降速度。

2.3 試驗結(jié)果

2.4 試驗小結(jié)

從圖1可以發(fā)現(xiàn)隨著絮凝劑添加量的增加，沉降速度呈非線性變化，出現(xiàn)有波峰和波谷的曲線變化，所以選擇合適的絮凝劑添加量非常重要，其添加量并非越大越好，而是存在一個最佳添加量。模型計算的沉降速度變化和實驗室試驗的速度變化趨勢幾乎是一致的，說明實驗得出的計算模型在一定條件范圍內(nèi)是可靠的。

表3 不同絮凝劑添加量下的料漿沉降速度

圖1 不同絮凝劑添加量下的料漿沉降速度變化趨勢

從試驗可以看出，針對該種尾砂，絮凝劑添加量控制在25～30 g/t之間是比較合理的。

3 結(jié) 論

(1) 影響絮凝沉降效果最主要的因素依次是：料漿濃度，絮凝劑添加量，絮凝劑溶液濃度,并且料漿濃度呈負相關(guān)，絮凝劑添加量呈非線性相關(guān)，絮凝劑溶液濃度呈正相關(guān)。需要特別指出的時，如果絮凝劑濃度超過一定值時反而會大大減弱絮凝效果。所以絮凝劑溶液的濃度一般控制在0.1%～0.5%。

(2) 通過均勻設(shè)計試驗可以得出各主要影響因素與沉降速度的具體變化關(guān)系，并通過驗證性試驗驗證了模型的有效性。

(3) 該全尾砂漿絮凝沉降的絮凝劑最佳添加量在25～30 g/t之間。更加具體的值可以通過現(xiàn)場的工業(yè)試驗來確定。

(4) 因為模型是通過一定條件范圍內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)推導出的，所以模型的參數(shù)在一定條件范圍內(nèi)才有效。因為尾砂性質(zhì)的不同，所以本模型只能針對試驗的尾砂而言。

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