硫酸铝/聚丙烯酰胺联合调质对铜坑矿矿井泥浆脱水性能的影响

D0L:10.13374.issn1001-053x2013.11.019 第35卷第11期 北京科技大学学报 Vol.35 No.11 2013年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Nov.2013 硫酸铝/聚丙烯酰胺联合调质对铜坑矿矿井泥浆脱 水性能的影响 黄国忠)凶，李登琨)，罗先伟)，杨伟忠2)，王俊峰)，苗学敏)，包丽洁) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 2)广西华锡集团公司，广西545006 ☒通信作者，E-mail:huangguozhonghgz_001@sina.com 摘要通过对泥浆毛细吸水时间(CST)的测定，分析了硫酸铝/聚丙烯酰胺(PAM)联合调质对泥浆脱水性能的影响， 同时考察了加药时间间隔、搅拌时间、搅拌强度、总药剂投加量以及药剂配比对泥浆脱水效果的影响.当PAM进行单 独投加时，PAM投加量为3mgg1时，泥浆的CST值最小，为17.4s.当混凝剂硫酸铝和PAM进行联合投加时，硫 酸铝投加量为1.5mgg1,PAM投加量为3mgg1时，泥浆的CST值降低到16.9s.实验确定适宜的加药时间间隔为 45s,搅拌时间为120s,搅拌强度为40r~mi-1.通过正交试验得到总药剂投加量和药剂配比对泥浆脱水效果影响的顺 序为总药剂投加量>药剂配比，且总药剂的最佳投加量为4mgg,药剂质量比PAM:Al2(S04)3为1：3 关键词金属矿山：泥浆：脱水：硫酸铝：聚丙烯酰胺：废弃物处理 分类号X705 Effect of polyacrylamide conditioning combined with aluminum sulfate on Tongkeng mine slurry dewatering behavior HUANG Guo-zhong)LI Deng-kun),LUO Xian-wei2),YANG Wei-zhong2),WANG Jun-feng), MIAO Xue-min1),BAO Li-jie) 1)School of Civil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)China Tin Group Co.Ltd.,Guangxi 545006,China Corresponding author,E-mail:huangguozhonghgz.001@sina.com ABSTRACT The influence of polyacrylamide(PAM)conditioning combined with Al2(SO4)s coagulant on Tongkeng mine slurry dewatering behavior was investigated by capillary water absorption time(CST)measurements.The depen- dence of the slurry dewatering behavior on interval time of adding chemicals,stirring time,stir intensity,total dosage of chemicals,and chemicals ratio were analyzed in detail.When adding PAM alone in the slurry,the CST reaches its minimum value of 17.4 s at the PAM dosage of 3 mg-g.But when simultaneously adding Al2(SO)3 coagulant and 3 mg.g PAM in the slurry,the CST decreases to 16.9 s at the Al2(SO)3 dosage of 1.5 mg.g.The appropriate opreating conditions were experimentally determined as the interval time of adding chemicals of 45 s.the stirring time of 120s,and the stirring intensity of 40 r-min-1.By means of orthogonal experiment design,the significance of parameters influencing the slurry dewatering behavior is in the order of total dosage of chemicals>chemicals ratios,and the optimal total dosage of chemicals is 4 mg.g,with the mass ratio of PAM and Al2(SO4)s of 1:3. KEY WORDS metal mines;slurries;dewatering;aluminum sulfate;polyacrylamides;waste disposal 收稿日期：2012-08-20

第 35 卷 第 11 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol. 35 No. 11 2013 年 11 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Nov. 2013 硫酸铝/聚丙烯酰胺联合调质对铜坑矿矿井泥浆脱 水性能的影响 黄国忠1) ，李登琨1)，罗先伟2)，杨伟忠2)，王俊峰1)，苗学敏1)，包丽洁1) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 2) 广西华锡集团公司，广西 545006 通信作者，E-mail: huangguozhonghgz 001@sina.com 摘 要 通过对泥浆毛细吸水时间 (CST) 的测定，分析了硫酸铝/聚丙烯酰胺 (PAM) 联合调质对泥浆脱水性能的影响， 同时考察了加药时间间隔、搅拌时间、搅拌强度、总药剂投加量以及药剂配比对泥浆脱水效果的影响. 当 PAM 进行单 独投加时，PAM 投加量为 3 mg·g –1 时，泥浆的 CST 值最小，为 17.4 s. 当混凝剂硫酸铝和 PAM 进行联合投加时，硫 酸铝投加量为 1.5 mg·g –1，PAM 投加量为 3 mg·g –1 时，泥浆的 CST 值降低到 16.9 s. 实验确定适宜的加药时间间隔为 45 s，搅拌时间为 120 s，搅拌强度为 40 r·min−1 . 通过正交试验得到总药剂投加量和药剂配比对泥浆脱水效果影响的顺 序为总药剂投加量＞药剂配比，且总药剂的最佳投加量为 4 mg·g –1，药剂质量比 PAM : Al2(SO4)3 为 1︰3. 关键词 金属矿山；泥浆；脱水；硫酸铝；聚丙烯酰胺；废弃物处理 分类号 X705 Effect of polyacrylamide conditioning combined with aluminum sulfate on Tongkeng mine slurry dewatering behavior HUANG Guo-zhong1) , LI Deng-kun1) , LUO Xian-wei 2) , YANG Wei-zhong2) , WANG Jun-feng1) , MIAO Xue-min1) , BAO Li-jie1) 1) School of Civil and Environmental Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) China Tin Group Co. Ltd., Guangxi 545006, China Corresponding author, E-mail: huangguozhonghgz 001@sina.com ABSTRACT The influence of polyacrylamide (PAM) conditioning combined with Al2(SO4)3 coagulant on Tongkeng mine slurry dewatering behavior was investigated by capillary water absorption time (CST) measurements. The depen￾dence of the slurry dewatering behavior on interval time of adding chemicals, stirring time, stir intensity, total dosage of chemicals, and chemicals ratio were analyzed in detail. When adding PAM alone in the slurry, the CST reaches its minimum value of 17.4 s at the PAM dosage of 3 mg·g –1 . But when simultaneously adding Al2(SO4)3 coagulant and 3 mg·g –1 PAM in the slurry, the CST decreases to 16.9 s at the Al2(SO4)3 dosage of 1.5 mg·g –1 . The appropriate opreating conditions were experimentally determined as the interval time of adding chemicals of 45 s, the stirring time of 120 s, and the stirring intensity of 40 r·min−1 . By means of orthogonal experiment design, the significance of parameters influencing the slurry dewatering behavior is in the order of total dosage of chemicals > chemicals ratios, and the optimal total dosage of chemicals is 4 mg·g –1 , with the mass ratio of PAM and Al2(SO4)3 of 1︰3. KEY WORDS metal mines; slurries; dewatering; aluminum sulfate; polyacrylamides; waste disposal 收稿日期：2012-08-20 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.11.019

.1414 北京科技大学学报 第35卷 金属矿山井下排水排泥系统是重要的安全生产 剂Al2(SO4)3投加量、原水水质及操作条件等对废 设施.长期以来，铜坑矿井下的排水与排泥是分开 水色度去除效果的影响.Zhou等同研究了混凝剂 的，即先排水，再把沉淀下来的泥浆用人工清浆方 A12(SO4)3投加量、原水水质及操作条件等对溶解 式进行清理装车，再转运至采空区或地面废石厂进 性有机物去除效果的影响.Duan和Gregorylo同考察 行处理.因采用的人工清浆方式，清浆时间长且工 了混凝过程中A12(SO4)3对可溶性硅的去除效果的 效低，再加上泥浆存储点分散，很大程度上影响到 影响.Lee和Westerhoffl)通过添加阳离子聚合电解 其他生产环节的顺利进行，同时巷道中水流经之处 质研究其对A12(SO4)3混凝效果的影响，结果发现 均有泥浆存在，水沟经常被泥浆堵塞，致使泥水浸 当Al2(S04)3投加量达到5mgg1时，阳离子聚合 入有轨运输系统的轨道线路，给生产和运输带来极 电解质的投加使水中可溶性有机氮的去除率提高了 大的不便叫，因此铜坑矿井下泥浆的脱水工作刻不 15%~20%.Chang等s通过阳离子PAM对高岭土 容缓. 泥浆脱水性能影响的研究发现，泥浆的脱水性能随 泥浆脱水是铜坑矿矿井泥浆减量化的重要操作 着阳离子PAM的相对分子质量、电荷密度以及投 过程，目前泥浆脱水普遍采用机械脱水法如带式 加量的增加而逐渐改善 压滤、真空过滤及离心脱水法等，其机械脱水的效 目前关于Al2(S04)3和高分子聚合电解质联合 率主要取决于泥浆的性质回.泥浆毛细吸水时间 调质对泥浆脱水性能影响的研究报道还很少，因此 (CST)是衡量泥浆脱水性能的指标，当CST值小于 20s时，泥浆脱水后的含水率可以降到40%以下.由 本文通过选用A12(SO4)3混凝剂和阳离子聚丙烯酰 于矿井泥浆颗粒的特殊絮体结构及高度亲水性，直 胺PAM絮凝剂来研究两者联合调质对铜坑矿泥浆 接进行脱水处理有较大的难度，所以需要对泥浆投 脱水性能的影响，同时对调质前后泥浆的微观絮体 加调理剂进行化学调质以改变其特性，增强泥浆脱 结构进行分析，其中脱水性能的评价是通过测定泥 水效果.其中调理剂对泥浆絮体的作用主要包括两 浆的毛细吸水时间来衡量 种：一是混凝，主要加速絮凝过程，加大絮凝颗粒 1实验材料与方法 的密度，加强吸附架桥以及充分发挥网捕作用：二 是絮凝，主要是对泥浆胶体粒子起静电中和及网捕 1.1实验材料 卷扫作用周.由于处理效果好、生产成本和价格低， 实验所用材料来自广西华锡集团铜坑矿矿井水 铝盐和阳离子聚丙烯酰胺(PAM)分别是目前使用 仓的泥浆（表1）.泥浆初始含水率为95%，使用前 最广泛的混凝剂和絮凝剂.Cow等4研究了混凝 将其搅拌均匀. 表1铜坑矿矿井泥浆特性 Table 1 Slurry characteristics of Tongkeng mine 含水率/% 毛细吸水时间/s 污泥沉降比/% 泥浆质量浓度/八gL-1) pH值 95 3046 7~10 5070 7.58.5 1.2 实验方法 时，扩散到外圈电极时计时结束.将泥浆毛细水扩 污泥取样体积为200L,用盐酸或氢氧化钠 散1cm的时间记录下来即为泥浆的CST值. 将其pH值调至7左右，药剂投加量分别以泥浆的 2结果与讨论 干重计，单位为mgg1.当Al2(SO4)3和PAM联合 调质时，先投加混凝剂Al2(SO4)3,一定时间间隔之 2.1单因素试验结果分析 后，再投加絮凝剂聚丙烯酰胺PAM,150rmin-1 图1显示泥浆CST值随聚丙烯酰胺PAM投 下先快速搅拌30s,之后60rmin1下慢速搅拌 加量的变化.由图可知，随着PAM投加量的增加， 2 min. 泥浆的CST值呈先下降后上升的趋势.当PAM的 1.3分析项目 投加量为3mgg1时，泥浆的CST值较小且为17.4s. 泥浆机械脱水性能是通过测定泥浆的毛细吸 这主要是因为当PAM投加量较少时泥浆不能完全 水时间(CST)来评价的.具体测定方法为：用注 与PAM结合形成絮体：而当PAM投加量较大时， 射器取混匀的泥浆56mL,注入到CST测定仪 药品本身黏度较大，导致自由水的流动性较差，因 的泥样容器中，当毛细水扩散到内圈电极时开始计 而泥浆的CST值呈增加趋势

· 1414 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 金属矿山井下排水排泥系统是重要的安全生产 设施. 长期以来，铜坑矿井下的排水与排泥是分开 的，即先排水，再把沉淀下来的泥浆用人工清浆方 式进行清理装车，再转运至采空区或地面废石厂进 行处理. 因采用的人工清浆方式，清浆时间长且工 效低，再加上泥浆存储点分散，很大程度上影响到 其他生产环节的顺利进行，同时巷道中水流经之处 均有泥浆存在，水沟经常被泥浆堵塞，致使泥水浸 入有轨运输系统的轨道线路，给生产和运输带来极 大的不便 [1]，因此铜坑矿井下泥浆的脱水工作刻不 容缓. 泥浆脱水是铜坑矿矿井泥浆减量化的重要操作 过程，目前泥浆脱水普遍采用机械脱水法如带式 压滤、真空过滤及离心脱水法等，其机械脱水的效 率主要取决于泥浆的性质 [2] . 泥浆毛细吸水时间 (CST) 是衡量泥浆脱水性能的指标，当 CST 值小于 20 s 时，泥浆脱水后的含水率可以降到 40%以下. 由 于矿井泥浆颗粒的特殊絮体结构及高度亲水性，直 接进行脱水处理有较大的难度，所以需要对泥浆投 加调理剂进行化学调质以改变其特性，增强泥浆脱 水效果. 其中调理剂对泥浆絮体的作用主要包括两 种：一是混凝，主要加速絮凝过程，加大絮凝颗粒 的密度，加强吸附架桥以及充分发挥网捕作用；二 是絮凝，主要是对泥浆胶体粒子起静电中和及网捕 卷扫作用 [3] . 由于处理效果好、生产成本和价格低， 铝盐和阳离子聚丙烯酰胺 (PAM) 分别是目前使用 最广泛的混凝剂和絮凝剂. Chow 等 [4] 研究了混凝 剂 Al2(SO4)3 投加量、原水水质及操作条件等对废 水色度去除效果的影响. Zhou 等 [5] 研究了混凝剂 Al2(SO4)3 投加量、原水水质及操作条件等对溶解 性有机物去除效果的影响. Duan 和 Gregory[6] 考察 了混凝过程中 Al2(SO4)3 对可溶性硅的去除效果的 影响. Lee 和 Westerhoff[7] 通过添加阳离子聚合电解 质研究其对 Al2(SO4)3 混凝效果的影响，结果发现 当 Al2(SO4)3 投加量达到 5 mg·g –1 时，阳离子聚合 电解质的投加使水中可溶性有机氮的去除率提高了 15%∼20%. Chang 等 [8] 通过阳离子 PAM 对高岭土 泥浆脱水性能影响的研究发现，泥浆的脱水性能随 着阳离子 PAM 的相对分子质量、电荷密度以及投 加量的增加而逐渐改善. 目前关于 Al2(SO4)3 和高分子聚合电解质联合 调质对泥浆脱水性能影响的研究报道还很少，因此 本文通过选用 Al2(SO4)3 混凝剂和阳离子聚丙烯酰 胺 PAM 絮凝剂来研究两者联合调质对铜坑矿泥浆 脱水性能的影响，同时对调质前后泥浆的微观絮体 结构进行分析，其中脱水性 能的评价是通过测定泥 浆的毛细吸水时间来衡量. 1 实验材料与方法 1.1 实验材料 实验所用材料来自广西华锡集团铜坑矿矿井水 仓的泥浆(表 1). 泥浆初始含水率为 95%，使用前 将其搅拌均匀. 表 1 铜坑矿矿井泥浆特性 Table 1 Slurry characteristics of Tongkeng mine 含水率/% 毛细吸水时间/s 污泥沉降比/% 泥浆质量浓度/(g·L –1 ) pH 值 95 30∼46 7∼10 50∼70 7.5∼8.5 1.2 实验方法 污泥取样体积为 200 mL，用盐酸或氢氧化钠 将其 pH 值调至 7 左右，药剂投加量分别以泥浆的 干重计，单位为 mg·g –1 . 当 Al2(SO4)3 和 PAM 联合 调质时，先投加混凝剂 Al2(SO4)3，一定时间间隔之 后，再投加絮凝剂聚丙烯酰胺 PAM，150 r·min–1 下先快速搅拌30 s，之后 60 r·min–1 下慢速搅拌 2 min. 1.3 分析项目 泥浆机械脱水性能是通过测定泥浆的毛细吸 水时间 (CST) 来评价的. 具体测定方法为：用注 射器取混匀的泥浆 5∼6 mL，注入到 CST 测定仪 的泥样容器中，当毛细水扩散到内圈电极时开始计 时，扩散到外圈电极时计时结束. 将泥浆毛细水扩 散 1 cm 的时间记录下来即为泥浆的 CST 值. 2 结果与讨论 2.1 单因素试验结果分析 图 1 显示泥浆 CST 值随聚丙烯酰胺 PAM 投 加量的变化. 由图可知，随着 PAM 投加量的增加， 泥浆的 CST 值呈先下降后上升的趋势. 当 PAM 的 投加量为 3 mg·g –1 时，泥浆的CST值较小且为17.4 s. 这主要是因为当 PAM 投加量较少时泥浆不能完全 与 PAM 结合形成絮体；而当 PAM 投加量较大时， 药品本身黏度较大，导致自由水的流动性较差，因 而泥浆的 CST 值呈增加趋势

第11期 黄国忠等：硫酸铝/聚丙烯酰胺联合调质对铜坑矿矿井泥浆脱水性能的影响 .1415· 25 18.0 23 17.5 21 19 17.0 17 16.5 15 2 3 4 投药量/(mgg) 16.0 15 3045 60 投药时间间隔/s 图1PAM投加量对泥浆CST的影响 图3 投药时间间隔对泥浆CST的影响 Fig.1 Effect of PAM dosage on the slurry's CST Fig.3 Effect of the interval time of adding chemicals on the 图2显示当Al2(SO4)3和PAM联合投加时 slurry's CST Al2(SO4)3投加量对泥浆CST的影响，其中PAM 图4显示泥浆的CST值随搅拌时间的变化.由 投加量为3mgg1.由图可知，随着A2(SO4)3投 图可知，随着搅拌时间的延长，泥浆的CST值逐渐 加量的增加，泥浆CST值呈下降趋势.这是因为 降低：当搅拌时间为60~120s时，其CST值基本趋 铜坑矿矿井的泥浆呈胶体颗粒，加入A2(SO4)3混 于稳定：但是当搅拌时间延长到150s时，其CST 凝剂时压缩泥浆的双电层结构，使胶体脱稳形成絮 值反而略微有所升高.这可能由于过分的延长搅拌 体：当投加高分子絮凝剂PAM时，依靠分子间的吸 时间，使已形成的泥浆絮体打碎，从而导致泥浆的 附架桥作用，使已脱稳的胶体颗粒迅速凝聚成大的 脱水性能下降.因此，搅拌时间应控制为60~120s 较合适. 絮体，从而提高泥浆的脱水性能，实现固液分离.当 图5显示泥浆的CST值随搅拌强度的变化.由 A1l2(S04)3投加量达到1.5mgg1时，泥浆的CST 图可知：随着搅拌强度的提高，泥浆的CST值呈先 值下降为16.9s,继续增加Al2(S04)3投加量，泥浆 降低后升高的趋势.这可能是由于当搅拌强度较低 的CST值下降较缓慢. 时，泥浆颗粒间的碰撞吸附不够，不足以引起充分 图3显示当Al2(SO4)3和PAM联合投加时投 混凝：当搅拌强度过高时，使已形成的絮体打碎，造 药时间间隔对泥浆CST值的影响，其中A2(SO4)3 成泥浆的脱水性能恶化.当搅拌强度为4080rmim1 投加量为1.5mgg1,PAM投加量为3mgg1.由图 时，其CST值变化较小，当搅拌强度为60rmin1, 可知，随着投药时间间隔的延长，泥浆的CST值逐 且此时泥浆的CST值最小，为17.5s. 渐降低，当时间间隔延长到30s时泥浆的CST值下 2.2正交试验结果分析 降不再明显.这说明投药时间间隔越长，A2(SO4)3 表2为Lg(33)正交试验因素水平表.对搅拌强 发挥的吸附架桥和网捕作用越充分：当时间间隔增 度、搅拌时间和pH值三因素进行正交试验设计， 加到45s时，Al2(SO)3的这种作用趋于饱和，泥 根据单因素轮换优选试验，各因素的适宜范围：搅 浆的CST值也趋于稳定.因此，混凝剂Al2(SO4)3 拌强度为40~80r-min1,搅拌时间为60120s,pH 和絮凝剂PAM投加的时间间隔宜选为45s. 值为79. 20 26 和 22 18 17 18 ● 14 15 0.5 1.01.52.02.5 10 A1,(S0,)投加量/(mgg) 30 60 90120150 搅拌时间/s 图2PAM和Al2(SO4)3联合投加对泥浆CST的影响 Fig.2 Effect of PAM conditioning combined with Al2(SO4)3 图4搅拌时间对泥浆CST的影响 on the slurry's CST Fig.4 Effect of stirring time on the slurry's CST

第 11 期 黄国忠等：硫酸铝/聚丙烯酰胺联合调质对铜坑矿矿井泥浆脱水性能的影响 1415 ·· 图 1 PAM 投加量对泥浆 CST 的影响 Fig.1 Effect of PAM dosage on the slurry’s CST 图 2 显示当 Al2(SO4)3 和 PAM 联合投加时 Al2(SO4)3 投加量对泥浆 CST 的影响，其中 PAM 投加量为 3 mg·g –1 . 由图可知，随着 Al2(SO4)3 投 加量的增加，泥浆 CST 值呈下降趋势. 这是因为 铜坑矿矿井的泥浆呈胶体颗粒，加入 Al2(SO4)3 混 凝剂时压缩泥浆的双电层结构，使胶体脱稳形成絮 体；当投加高分子絮凝剂 PAM 时，依靠分子间的吸 附架桥作用，使已脱稳的胶体颗粒迅速凝聚成大的 絮体，从而提高泥浆的脱水性能，实现固液分离. 当 Al2(SO4)3 投加量达到 1.5 mg·g –1 时，泥浆的 CST 值下降为 16.9 s，继续增加 Al2(SO4)3 投加量，泥浆 的 CST 值下降较缓慢. 图 3 显示当 Al2(SO4)3 和 PAM 联合投加时投 药时间间隔对泥浆 CST 值的影响，其中 Al2(SO4)3 投加量为 1.5 mg·g –1，PAM 投加量为 3 mg·g –1 . 由图 可知，随着投药时间间隔的延长，泥浆的 CST 值逐 渐降低，当时间间隔延长到 30 s 时泥浆的 CST 值下 降不再明显. 这说明投药时间间隔越长，Al2(SO4)3 发挥的吸附架桥和网捕作用越充分；当时间间隔增 加到 45 s 时，Al2(SO4)3 的这种作用趋于饱和，泥 浆的 CST 值也趋于稳定. 因此，混凝剂 Al2(SO4)3 和絮凝剂 PAM 投加的时间间隔宜选为 45 s. 图 2 PAM 和 Al2(SO4)3 联合投加对泥浆 CST 的影响 Fig.2 Effect of PAM conditioning combined with Al2(SO4)3 on the slurry’s CST 图 3 投药时间间隔对泥浆 CST 的影响 Fig.3 Effect of the interval time of adding chemicals on the slurry’s CST 图 4 显示泥浆的CST 值随搅拌时间的变化. 由 图可知，随着搅拌时间的延长，泥浆的 CST 值逐渐 降低；当搅拌时间为 60∼120 s 时，其 CST 值基本趋 于稳定；但是当搅拌时间延长到 150 s 时，其 CST 值反而略微有所升高. 这可能由于过分的延长搅拌 时间，使已形成的泥浆絮体打碎，从而导致泥浆的 脱水性能下降. 因此，搅拌时间应控制为 60∼120 s 较合适. 图 5 显示泥浆的CST 值随搅拌强度的变化. 由 图可知：随着搅拌强度的提高，泥浆的 CST 值呈先 降低后升高的趋势. 这可能是由于当搅拌强度较低 时，泥浆颗粒间的碰撞吸附不够，不足以引起充分 混凝；当搅拌强度过高时，使已形成的絮体打碎，造 成泥浆的脱水性能恶化. 当搅拌强度为 40∼80 r·min–1 时，其 CST 值变化较小，当搅拌强度为 60 r·min–1， 且此时泥浆的 CST 值最小，为 17.5 s. 2.2 正交试验结果分析 表 2 为 L9(33 ) 正交试验因素水平表. 对搅拌强 度、搅拌时间和 pH 值三因素进行正交试验设计， 根据单因素轮换优选试验，各因素的适宜范围：搅 拌强度为 40∼80 r·min–1，搅拌时间为 60∼120 s，pH 值为 7∼9. 图 4 搅拌时间对泥浆 CST 的影响 Fig.4 Effect of stirring time on the slurry’s CST

.1416 北京科技大学学报 第35卷 25m 表4A12(SO4)3/PAM药剂配比试验水平表 23 Table 4 Experiment levels of the ratio of Al2(SO4)3 to PAM 水平 A,总药剂量/ B,药剂质量比， 21 (mgg-1) w(Al2(SO4)3):w(PAM) 2 1:1 3 1:2 17 3 ￥ 1:3 15 表5L9(32)正交试验设计 20 40 60 80 100 搅拌强度/(r-min) Table 5 L9(32)orthogonal experiment design 序号 A,总投药量 B,药剂质量比 CST/s 图5搅拌强度对泥浆CST的影响 1 1 1 22.3 Fig.5 The effect of stirring intensity on the slurry's CST 2 21.7 3 3 19.6 表2试验因素水平表 ￥ 2 1 18.7 Table 2 Levels of experiment factors 5 2 2 17.8 水平A,搅拌时间/sB,搅拌强度/(rmin-1)C,pH 6 2 3 17.5 1 60 40 7 3 1 17.2 2 90 60 8 出 2 17.6 9 3 120 80 9 3 3 18.1 均值1 21.20 19.4 由表3中极差可知，影响调质效果的各因素的 均值2 18.00 19.0 均值3 17.63 18.4 主次顺序是搅拌时间>pH值>搅拌强度.对正交试 极差 3.57 1 验结果进行分析可知各因素最佳组合是A3B2C3或 A3B3C2,搅拌时间120s,搅拌强度60或80r~mim1,pH 验中效果最好的为7号试验，CST值为17.2，但根 值为9. 据均值分析结果可以看出正交试验所获得最佳组合 表4为A12(SO4)3/PAM药剂配比试验水平表. A3B3,即当Al2(SO4)3和PAM总药剂的投加量为 根据单因素优选试验确定Al2(SO4)3和PAM联合 4mgg1且药剂质量比Al2(S04)3:PAM为1：3 总投药量为24mgg1,改变Al2(S04)3/PAM联 时，泥浆的CST值较低，泥浆的机械脱水性能较好. 合药剂质量配比进行正交试验. 2.3调质后泥浆絮体分析 表5显示Al2(SO4)3和PAM联合投加时药剂 图6显示经A2(SO4)3和PAM调质后通过微 投加量、药剂配比对泥浆CST的影响.由表5中 生物显微镜观察到的泥浆絮体结构.由图可知：加 极差可知，药剂投加量和药剂配比对泥浆的脱水效 入阳离子型PAM后，细小的泥浆颗粒通过架桥、 果有较为重要的影响，且影响顺序依次为总药剂投 静电吸附等作用形成较大且松散的网状絮体：通过 加量>药剂配比.对正交试验分析可知，9组试 A12(SO4)3混凝剂的联合作用，絮状物聚集成更大 的团状絮体（结构较密实且边界清晰可见），絮体间 表3L9(33)正交设计试验设计 孔隙增大，释放出更多的自由水. Table 3 L9(33)orthogonal experiment design 试验号A,搅拌时间B,搅拌强度C,PH CST/s 3结论 1 1 1 1 19.1 2 1 2 18.4 (1)随着聚丙烯酰胺PAM投加量的增加，泥浆 3 1 3 3 18.1 的毛细吸水时间CST值逐渐降低.当PAM投加量 4 2 1 17.8 为3mgg1时，泥浆CST降低到最小，为17.4s: 5 2 2 17.6 继续增加PAM投加量CST值反而开始有所升高 6 2 3 2 17.4 7 3 1 2 16.9 混凝剂A12(SO4)3的混入，使泥浆的脱水性能得到 8 3 2 3 17.3 改善，即泥浆CST与单独投加PAM时相比有所降 9 3 3 17.8 低.当Al2(SO4)3投加量达到1.5mgg1,PAM投 均值1 18.53 17.93 18.17 加量为3mgg1时，泥浆的CST值下降为16.9s: 均值2 17.60 17.77 17.57 均值3 17.33 17.77 17.73 继续增加Al2(SO4)3投加量，泥浆的CST值下降却 极差 1.20 0.16 0.60 较缓慢

· 1416 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 图 5 搅拌强度对泥浆 CST 的影响 Fig.5 The effect of stirring intensity on the slurry’s CST 表 2 试验因素水平表 Table 2 Levels of experiment factors 水平 A, 搅拌时间/s B, 搅拌强度/(r·min–1 ) C, pH 1 60 40 7 2 90 60 8 3 120 80 9 由表 3 中极差可知，影响调质效果的各因素的 主次顺序是搅拌时间 >pH 值 > 搅拌强度. 对正交试 验结果进行分析可知各因素最佳组合是 A3B2C3 或 A3B3C2，搅拌时间120 s，搅拌强度60或80 r·min–1，pH 值为 9. 表 4 为 Al2(SO4)3/PAM 药剂配比试验水平表. 根据单因素优选试验确定 Al2(SO4)3 和 PAM 联合 总投药量为 2∼4 mg·g –1，改变 Al2(SO4)3/PAM 联 合药剂质量配比进行正交试验. 表 5 显示 Al2(SO4)3 和 PAM 联合投加时药剂 投加量、药剂配比对泥浆 CST 的影响. 由表 5 中 极差可知，药剂投加量和药剂配比对泥浆的脱水效 果有较为重要的影响，且影响顺序依次为总药剂投 加量 > 药剂配比. 对正交试验分析可知，9 组试 表 3 L 9 (33 ) 正交设计试验设计 Table 3 L 9 (33 ) orthogonal experiment design 试验号 A, 搅拌时间 B, 搅拌强度 C, pH CST/s 1 1 1 1 19.1 2 1 2 2 18.4 3 1 3 3 18.1 4 2 1 3 17.8 5 2 2 1 17.6 6 2 3 2 17.4 7 3 1 2 16.9 8 3 2 3 17.3 9 3 3 1 17.8 均值 1 18.53 17.93 18.17 — 均值 2 17.60 17.77 17.57 — 均值 3 17.33 17.77 17.73 — 极差 1.20 0.16 0.60 — 表 4 Al2(SO4)3/PAM 药剂配比试验水平表 Table 4 Experiment levels of the ratio of Al2(SO4)3 to PAM 水平 A, 总药剂量/ B, 药剂质量比， (mg·g−1 ) w(Al2(SO4)3) : w(PAM) 1 2 1︰1 2 3 1︰2 3 4 1︰3 表 5 L 9 (32 ) 正交试验设计 Table 5 L 9 (32 ) orthogonal experiment design 序号 A, 总投药量 B, 药剂质量比 CST/s 1 1 1 22.3 2 1 2 21.7 3 1 3 19.6 4 2 1 18.7 5 2 2 17.8 6 2 3 17.5 7 3 1 17.2 8 3 2 17.6 9 3 3 18.1 均值 1 21.20 19.4 — 均值 2 18.00 19.0 — 均值 3 17.63 18.4 — 极差 3.57 1 — 验中效果最好的为 7 号试验，CST 值为 17.2，但根 据均值分析结果可以看出正交试验所获得最佳组合 A3B3，即当 Al2(SO4)3 和 PAM 总药剂的投加量为 4 mg·g –1 且药剂质量比 Al2(SO4)3 ︰ PAM 为 1︰3 时，泥浆的 CST 值较低，泥浆的机械脱水性能较好. 2.3 调质后泥浆絮体分析 图 6 显示经 Al2(SO4)3 和 PAM 调质后通过微 生物显微镜观察到的泥浆絮体结构. 由图可知：加 入阳离子型 PAM 后，细小的泥浆颗粒通过架桥、 静电吸附等作用形成较大且松散的网状絮体；通过 Al2(SO4)3 混凝剂的联合作用，絮状物聚集成更大 的团状絮体 (结构较密实且边界清晰可见)，絮体间 孔隙增大，释放出更多的自由水. 3 结论 (1) 随着聚丙烯酰胺 PAM 投加量的增加，泥浆 的毛细吸水时间 CST 值逐渐降低. 当 PAM 投加量 为 3 mg·g –1 时，泥浆 CST 降低到最小，为 17.4 s； 继续增加 PAM 投加量 CST 值反而开始有所升高. 混凝剂 Al2(SO4)3 的混入，使泥浆的脱水性能得到 改善，即泥浆 CST 与单独投加 PAM 时相比有所降 低. 当 Al2(SO4)3 投加量达到 1.5 mg·g –1，PAM 投 加量为 3 mg·g –1 时，泥浆的 CST 值下降为 16.9 s； 继续增加 Al2(SO4)3 投加量，泥浆的 CST 值下降却 较缓慢

第11期 黄国忠等：硫酸铝/聚丙烯酰胺联合调质对铜坑矿矿井泥浆脱水性能的影响 ·1417· (a) ,25μm 10m 0 6 25μm 10m9 (c) 25m 10μm 图6泥浆调质前后絮体结构变化图.(a),(a)原泥浆：(b),(b)投加PAM:(c),(c)投Al2(SOa)3和PAM Fig.6 Microtructures of floc before and after slurry conditioning:(a),(a')original slurry;(b),(b')adding PAM;(c),(c')adding Al2(SO4)3 and PAM (2)随着加药时间间隔和搅拌时间的增加， 药剂质量比Al2(SO4)3:PAM为1：3 Al2(SO4)3和PAM联合化学调质时泥浆CST逐渐 (3)通过对泥浆调质前后絮体形态的观察，当 降低，但降低到一定程度时，其CST值却不再变 加入PAM/Al2(SO4)药剂后，产生了很大的絮体， 化：而随着搅拌强度的增加，泥浆CST呈先下降后 这种絮体比较密实，絮状物的边界很清晰，有更多 升高的趋势.优化后加药时间间隔、搅拌时间和搅 水分析出，因而更容易对其进行机械脱水. 拌强度分别选为45s、120s和40rmim-1较适宜. 同时通过正交试验，确定了总药剂投加量和药剂配 参考文献 比对泥浆脱水效果影响的大小顺序依次为总药剂投 [1]Zeng L S,Deng Y J.Reconstruction of drainage and mud 加量>药剂配比，且最佳总药剂投加量为4mgg1, system in Tongkeng mine.Hunan Nonferrous Met,2008

第 11 期 黄国忠等：硫酸铝/聚丙烯酰胺联合调质对铜坑矿矿井泥浆脱水性能的影响 1417 ·· 图 6 泥浆调质前后絮体结构变化图. (a), (a’) 原泥浆；(b), (b’) 投加 PAM；(c), (c’) 投 Al2(SO4)3 和 PAM Fig.6 Microtructures of floc before and after slurry conditioning: (a), (a’) original slurry; (b), (b’) adding PAM; (c), (c’) adding Al2(SO4)3 and PAM (2) 随着加药时间间隔和搅拌时间的增加， Al2 (SO4)3 和 PAM 联合化学调质时泥浆 CST 逐渐 降低，但降低到一定程度时，其 CST 值却不再变 化；而随着搅拌强度的增加，泥浆 CST 呈先下降后 升高的趋势. 优化后加药时间间隔、搅拌时间和搅 拌强度分别选为 45 s、120 s 和 40 r·min–1 较适宜. 同时通过正交试验，确定了总药剂投加量和药剂配 比对泥浆脱水效果影响的大小顺序依次为总药剂投 加 量 > 药剂配比，且最佳总药剂投加量为 4 mg·g –1， 药剂质量比 Al2(SO4)3 ︰ PAM 为 1︰3. (3) 通过对泥浆调质前后絮体形态的观察，当 加入 PAM/Al2(SO4) 药剂后，产生了很大的絮体， 这种絮体比较密实，絮状物的边界很清晰，有更多 水分析出，因而更容易对其进行机械脱水. 参 考 文 献 [1] Zeng L S, Deng Y J. Reconstruction of drainage and mud system in Tongkeng mine. Hunan Nonferrous Met, 2008

.1418. 北京科技大学学报 第35卷 24(1):5 removal of secondary yeast wastewater effluents by coag- (曾伦生，邓宇静。铜坑矿挂水排泥系统改造.湖南有色金 ulation using aluminum sulfate.Desalination,2008,225 属，2008,24(1：5) (1-3):301 [2]Lo I M C,Lai K C K,Chen G H.Salinity effect on me- [6]Duan J M,Gregory J.Influence of soluble silica on coagu- chanical dewatering of sludge with and without chemical lation by aluminium sulphate.Colloids Surf A,1996,107: conditioning.Environ Sci Technol,2001,35(23):4691 309 [3]Wu CC,Huang C,Lee D J.Effects of polymer dosage on alum sludge dewatering characteristics and physical prop- [7]Lee W,Westerhoff P.Dissolved organic nitrogen removal during water treatment by aluminum sulfate and cationic erties.Colloids Surf A,1997,122 (1-3):89 [4]Chow C WK,van Leeuwen J A,Fabris R,et al.Optimised polymer coagulation.Water Res,2006,40(20):3767 coagulation using aluminium sulfate for the removal of dis- [8]Chang MC,Lin H L,Huang CL,et al.Conditioning char- solved organic carbon.Desalination,2009,245(1-3):120 acteristics of kaolin sludge with different cationic polyelec- [5]Zhou Y,Liang Z,Wang Y X.Decolorization and COD trolytes.Colloids Surf A,1998,139 (1):75

· 1418 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 24(1): 5 (曾伦生, 邓宇静. 铜坑矿排水排泥系统改造. 湖南有色金 属, 2008, 24(1): 5) [2] Lo I M C, Lai K C K, Chen G H. Salinity effect on me￾chanical dewatering of sludge with and without chemical conditioning. Environ Sci Technol, 2001, 35(23)：4691 [3] Wu C C, Huang C, Lee D J. Effects of polymer dosage on alum sludge dewatering characteristics and physical prop￾erties. Colloids Surf A, 1997, 122 (1-3): 89 [4] Chow C W K, van Leeuwen J A, Fabris R, et al. Optimised coagulation using aluminium sulfate for the removal of dis￾solved organic carbon. Desalination, 2009, 245(1-3)：120 [5] Zhou Y, Liang Z, Wang Y X. Decolorization and COD removal of secondary yeast wastewater effluents by coag￾ulation using aluminum sulfate. Desalination, 2008, 225 (1-3): 301 [6] Duan J M, Gregory J. Influence of soluble silica on coagu￾lation by aluminium sulphate. Colloids Surf A, 1996, 107: 309 [7] Lee W, Westerhoff P. Dissolved organic nitrogen removal during water treatment by aluminum sulfate and cationic polymer coagulation. Water Res, 2006, 40 (20): 3767 [8] Chang M C, Lin H L, Huang C L, et al. Conditioning char￾acteristics of kaolin sludge with different cationic polyelec￾trolytes. Colloids Surf A, 1998, 139 (1): 75