罗茨铁尾矿沉降与固化的研究实验论文.doc
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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
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