罗茨铁尾矿沉降与固化的研究实验论文

1、 昆明理工大学 化工学院 罗茨铁尾矿沉降与固化的研究报告人： 精细084班 朱大雄 200810801326小组成员：朱大雄 许克艳 指导老师：张召述摘要：通过实验对罗茨铁尾矿的沉降和固化进行研究，探索其性能，为工艺生产中对尾矿库堆存尾矿提供理论依据及技术参数。关键词：罗茨铁尾矿 固化剂 絮凝剂 沉降 固化1.研究目的与意义1.1 我国铁尾矿的堆存情况随着钢铁工业的迅速发展，铁矿石尾矿在工业固体废弃物中占的比例也越来越大。据不完全统计，目前我国发现的矿产有150多种，开发建立了8000多座矿山，累计生产尾矿59.7亿t,其中堆存的铁尾矿量占全部尾矿堆存总量的近1/3。长期积累的大量尾矿，侵占土

2、地，挤压河道，遇刮风季节尘土飞扬，污染大气；有时大量沉淀囤积的尾矿会造成溃坝，发生安全事故。对铁尾矿开发利用，变废为宝，不但减少环境污染，又能缓解筑路材料紧张的压力。大量尾矿不仅占用了土地和造成了资源的浪费，而且也给人类生活环境带来了严重污染和危害，破坏生态平衡等问题，现已受到了全社会的广泛关注。1.2水在尾矿堆存过程中的破坏作用在尾矿静置过程中，相对密度较大的尾矿下沉，相对密度较小的毛细水和自由水上浮，最终从料浆中分泌出来，这个过程即为泌水。泌水特性综合反映了尾矿均匀、离析、沉淀等性能，是影响尾矿浓密的重要因素，对尾矿膏体处置与应用研究具有指导意义。 泌水过程中在尾矿内部留下了泌水通道，促进

3、离析，因此它是尾矿表现出的一种离析现象。由于微细泌水通道的收缩作用，尾矿会发生不均匀沉降收缩。即若尾矿细颗粒含量较高，则泌水性较差。水在尾矿堆存的过程中的破坏作用很大，主要表现为尾矿中水的含量直接影响了尾矿的流动度，使尾矿在堆积的过程中流动开来，占用大量面积，不容易堆存。与此同时含大量水的尾矿在堆存过程中的流动容易破坏尾矿库引发不安全事故，污染环境。因此，对尾矿的泌水（沉降）是非常重要的。 1.3固化原理简介与显著效果 在尾矿固化的过程中需要加入固化剂促进和调节固化过程，使固化效果更加显著。固化剂里面通常含有水泥、矿渣、粉煤灰、石灰等主要成分,这些成分在固化中可以起到促进水化、填充效应、产生胶

4、结作用等，提高固化之后的板结效果以及强度。由水泥、矿渣、粉煤灰、石灰等组成的固化剂里面的主要有效化学成分有c3s、c2s、c3a、c4af以及3cao2sionh2o(钙矾石)等，主要水化基理如下： c3sh2oc-s-h（凝胶）ca（oh）2 c2sh2oc-s-h（凝胶）ca（oh）2 c3ah2oc-a-h（凝胶）ca（oh）2 c4afh2oc-s-h（凝胶）c-a-h（凝胶）在上述水化反应里面产生的oh破坏alo、sio表现为激发作用，促使胶体的生成，提高凝聚和吸附效果，c-s-h和c-a-h则表现为胶结作用，在宏观上变现为强度。在固化剂里面ca/si比高的水化速度较快。另外，固化剂

5、里面还含有减水剂，能在达到同样流动性的情况下减少用水量，强度增加。2.研究方法与条件 2.1实验原材料 罗茨铁尾矿浆、固化剂、钢渣、矿渣、石灰、粉煤灰、絮凝剂(2%聚丙烯酰胺)。 2.2实验设备及仪器 电子称、卷尺、搅拌机、塑料桶（盛实验用的原浆）、玻璃棒、烧杯、量筒（200ml、250ml）数支、蒸发皿3个、流动度测试管、研钵、固化槽2个。 2.3试验步骤 原浆溶液沉降。 往原浆溶液中分别加入质量为原浆干基质量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的固化剂，经均化后沉降。 往原浆溶液中分别加入质量为原浆干基质量的0.5%、1.0%、2.0%的钢渣，经均化后沉降 往原浆溶液中分别加入质量为原

6、浆干基质量的0.5%、1.0%、2.0%的粉煤灰，经均化后沉降。 往原浆溶液中分别加入质量为原浆干基质量的0.5%、1.0%、2.0%的矿渣，经均化后沉降。 往原浆溶液中分别加入质量为原浆干基质量的0.5%、1.0%、2.0%的石灰，经均化后沉降。 往原浆溶液中分别加入质量为原浆干基质量的0.5%、1.0%、2.0%的絮凝剂，经均化后沉降。 往原浆溶液中分别加入质量为原浆干基质量的4%、6%的固化剂，经均化后进行固化。3. 研究过程与分析讨论 3.1实验准备 1将从工厂运送来的罗茨铁尾矿溶液搅匀，充分均化，再用塑料桶盛半桶待用。 2将实验室里面250ml、200ml量筒清洗干净并沥干里面水分待

7、用。 3将固化槽清洗干净待用。 4将固化剂、钢渣、石灰、粉煤灰、矿渣充分研磨至粉末状待用。 3.2沉降 1 原浆溶液的沉降 原浆溶液浓度的测定将塑料桶里面的原浆溶液充分搅拌使其均化，用三个蒸发皿分别称取100g原浆溶液（称量前先称取蒸发皿的质量并记录数据），放入烘烤箱（100）进行烘干。经2小时候后取出蒸发皿进行观察，若无明显水分，则将蒸发皿进行称量并记录数据，然后放入烤箱继续烘干。每隔15min取出蒸发皿称量其重量并与上次称量进行对比，直到重量不在变化，记录下此时的重量。三个蒸发皿均如此操作，并求出三个蒸发皿中最终干基的平均质量m干基以及原浆浓度w原浆。 干基质量=最终称量质量蒸发皿质量 经

8、计算求得三个蒸发皿中的干基平均质量为m干基 =22.33g 原浆溶液浓度（干基浓度）w原浆=m干基100=22.33100 =22.33% 原浆溶液流动度的测定 将容积为50ml的流动度测试管倒置在水平铁皮上，使测试管的下端口与铁皮贴紧。往测试管里面注满充分均化过后的原浆溶液后迅速垂直提起测试管。此时原浆溶液由于重力及微小范德华力的作用而在铁皮上流动开来，形成一个圆形的溶液面。 用卷尺测量圆形溶液面互相垂直的两个直径，并求出直径平均值即为原浆溶液的流动度（一定体积的溶液由于重力及较小的范德华力的作用在干燥的水平面上的流动程度）。经测量，原浆溶液的流动度为430mm。 原浆溶液的沉降 选取250

9、ml量筒用电子称称取其质量，再按电子称上“去皮”按钮进行去皮操作。 向量筒中缓缓注入充分均化过后的原浆溶液至250ml,记录此时溶液去皮质量m原浆=286g。 将量筒移至水平桌面静置沉降，每隔10min记录浆体体积v浆体。 开始沉降经10min后： 泌水体积v泌水=250v浆体 =250234 =16ml 泌水比=v泌水250 =16250 =6.4% 泌水速率沉降=v泌水t =16/10 =1.6ml/min 沉降浓度w沉降=m原浆w原浆(m原浆v泌水水) =2860.2233/(286161) =23.65% 沉降密度沉降=（m原浆v泌水水）250 =（286-161）250 =1.15g

10、/ml 依次记录不同时间t的浆体体积v浆体进行计算，数据处理结果如下表： 2.掺入固化剂的沉降 溶液配制 用电子称经去皮操作后称取m=600g充分均化的原浆溶液，并用搅拌机进行搅拌。按干基质量的0.5%比例称取固化剂的质量m固（m固=mw原浆0.005=6000.22330.005=0.67g），经研钵研磨成粉末状后缓慢加入正在搅拌中的原浆溶液，使其充分均化。 溶液流动度的测定 将容积为50ml的流动度测试管倒置在水平铁皮上，使测试管的下端口与铁皮贴紧。往塑料管里面注满充分均化过后的溶液后迅速垂直提起测试管。此时溶液由于重力及微小范德华力的作用而在铁皮上流动开来，形成一个圆形的溶液面。 用卷尺

11、测量圆形溶液面互相垂直的两个直径，并求出直径平均值即为0.5溶液的流动度。经测量，加入0.5%固化剂溶液的流动度为380mm。 掺入0.5%固化剂的沉降 选取200ml量筒用电子称去皮后向量筒中缓缓加入充分均化过后的0.5%固化剂+浆体溶液至200ml,记录此时溶液去皮质量m浆体=228.8g。 将量筒移至水平桌面静置沉降，每隔10min记录浆体体积v浆体。 开始沉降经10min后： 泌水体积v泌水=200v浆体 =200184 =16ml 泌水比=v泌水200 =16200 =8% 泌水速率=v泌水t =1610 =1.6ml/min 沉降浓度w沉降=m浆体w原浆/(m浆体v泌水水) =22

12、8.80.2233(228.8161) =24.01% 沉降密度沉降=（m浆体v泌水水）200 =（228.8-161）200 =1.16g/ml 依次记录不同时间t的浆体体积v浆体进行计算，数据处理结果如下表： 重复步骤依次沉降加入1.0%、1.5%、2.0%固化剂的沉降并记录数据，数据处理结果如下表： 3 掺入钢渣、粉煤灰、矿渣、石灰、絮凝剂的沉降掺入钢渣、粉煤灰、矿渣、石灰、絮凝剂（2%聚丙烯酰胺）的沉降操作步骤与2加入固化剂的沉降一样，经试验记录并处理数据如下表： 3.3 固化 1掺入4%固化剂的固化 用电子称经去皮以后准确称量充分均化好的原浆溶液m原浆=2500g，并用搅拌机搅拌。

13、按干基质量的4%比例称取固化剂的质量m固（m固=m原浆w原浆0.04=25000.22330.04=22.33g），并将称取的固化剂缓慢加入正在搅拌的原浆溶液里面，使其充分均化。 加入固化剂溶液流动度的测定 将容积为100ml的流动度测试管倒置在水平铁皮上，使测试管的下端口与铁皮贴紧。往测试管里面注满充分均化过后的加入固化剂比例为4%的溶液后迅速垂直提起测试管。此时原浆溶液由于重力及微小范德华力的作用而在铁皮上流动开来，形成一个圆形的溶液面。 用卷尺测量圆形溶液面互相垂直的两个直径，并求出直径平均值即为加入固化剂比例为4%的溶液的流动度。经测量计算得其流动度为395mm。 将步骤充分均化的溶液

14、用玻璃棒边搅拌边缓慢加入固化槽至固化槽装满，并用纸条写明标签放入固化槽。 经一段时间以后倾斜固化槽将泌出的水分引出，然后将步骤未用完的溶液用玻璃棒边搅拌边缓慢加入固化槽至固化槽装满。 重复步骤直至溶液全部加进固化槽。 2掺入6%固化剂的固化 该步操作与掺入4%固化剂的固化相同，加入的固化剂按6%比例为m固=33.5g,测得加入固化剂比例为6%并充分均化过后的溶液流动度为380mm。 3.4研究讨论 根据上述研究过程及结果，将数据绘制成坐标图如下： 1 t-w图 原浆溶液沉降的 t-w图： 加固化剂沉降的t-w图： 加钢渣沉降的t-w图： 加粉煤灰沉降的t-w图： 加矿渣沉降的t-w图： 加石灰

15、沉降的t-w图： 加絮凝剂聚丙烯酰胺沉降的t-w图： 2 t-图 原浆溶液沉降的t-图： 加固化剂沉降的t-图： 加钢渣沉降的t-图： 加粉煤灰沉降的t-图： 加矿渣沉降的t-图： 加石灰沉降的t-图： 加絮凝剂聚丙烯酰胺沉降的t-图： 和固化现象 前期（1d内）主要为沉降过程，大量的水分泌出，在泌水的过程中发现浆体表面出现极细的通道，有水分冒出，后期（6d以后）则是固化过程，较少量的水析出，固化表面没发现因为收缩而产生的裂纹。 分析讨论 泌水速度 在罗茨铁尾矿沉降泌水过程中，上层泌出的水是澄清的。与原浆沉降比较，2h内加入固化剂、钢渣、粉煤灰、矿渣沉降的泌水体积比原浆沉降的少，泌水速度与原浆

16、基本相同，加入石灰、絮凝剂沉降的泌水体积比原浆沉降的多，加絮凝剂的泌水速度明显的比原浆溶液的高。加入一定量的同种物质比较，掺量不同泌水体积差不多，泌水速度也基本相同。 沉降浓度与原浆沉降比较，加入固化剂、钢渣、粉煤灰、矿渣、石灰、絮凝剂的沉降浓度均比原浆沉降浓度稍微偏低。加入一定量的同种物质比较，掺量不同沉降的沉降浓度基本相同。 沉降密度与原浆沉降比较，加入加入固化剂、钢渣、粉煤灰、矿渣、石灰、絮凝剂的沉降密度均比原浆沉降密度稍微偏低。加入一定量的同种物质比较，掺量不同沉降的沉降密度基本相同。 固化效果 经试验观察，掺入不同量的固化剂，掺入比例大的出水速率别比例下的快；硬度等性能方面也稍显优秀

17、。4研究结论与建议通过3研究过程与分析讨论，得到如下结论和建议：结论 分别在罗茨铁尾矿浆体中加入固化剂、钢渣、粉煤灰、矿渣、石灰对浆体的泌水体积和速率影响不大，加入絮凝剂可以增大浆体的泌水体积和泌水速率。分别加入固化剂、钢渣、粉煤灰、矿渣、石灰、絮凝剂的沉降浓度和密度均比原浆沉降浓度和密度稍微偏低。加入固化剂虽然对浆体的沉降参数影响不大，但是在固化过程中加入固化剂可以大大提高凝胶作用，增强板结效果和强度，提高固化过后的罗茨铁尾矿的硬度、弹性模量、凝固度等，对固化有很大的好处。建议由研究结论，建议在罗茨铁尾矿堆存之前加入一定量的絮凝剂和固化剂，这样可以提高泌水效果和固化效果。5参考文献 1 徐风平，周兴龙，等国内尾矿资源综合利用的现状及建议j矿业快报，2007(3)：4_6 2 周兴龙，张文彬，等量筒内进行矿浆沉降试验的方法j有色金属：选矿部分，2005(5)：30-32 3 张去非絮凝剂的种类及其在尾矿沉降中的应用j金属矿山，2008(6)：69-75 4 衣德强, 尤六亿, 范庆霞. 梅山