全尾砂絮凝沉降工艺研究

全尾砂絮凝沉降工艺研究＊彭乃兵１，２，吴爱祥１，２，王洪江１，２，孙伟１，２，陈辉１，２（１．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京１０００８３；２．北京科技大学土木与环境工程学院，北京１０００８３）摘要：在膏体充填料浆制备过程中，全尾砂的絮凝沉降是关键技术。在分析某矿山全尾砂性质的基础上，对该全尾砂的絮凝沉降规律进行了研究，确定了最佳絮凝剂单耗为２５ｇ／ｔ，最佳入料浓度为１５％，最佳絮凝剂浓度为０．３％。根据沉降过程的单位面积处理能力，确定该矿浓密机的直径应为１６ｍ，为矿山全尾砂膏体制备创造了基础条件。关键词：絮凝沉降；全尾砂；膏体充填；深锥浓密机中图分类号：ＴＤ９２６．４文献标识码：Ａ文章编号：１００５－２７６３（２０１５）０７－０１１０－０４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎＳｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＵｎｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ－ｔａｉｌｉｎｇｓＰＥＮＧＮａｉｂｉｎｇ１，２，ＷＵＡｉｘｉａｎｇ１，２，ＷＡＮＧＨｏｎｇｊｉａｎｇ１，２，ＳＵＮＷｅｉ１，２，ＣＨＥＮＨｕｉ１，２（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔＭｉｎｉｎｇａｎｄＳａｆｅｔｙｏｆＭｅｔａｌＭｉｎｅｓ（ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ），ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｕｎｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ－ｔａｉｌｉｎｇｓｉｓａｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｐｒｅｐａｒｉｎｇｐａｓｔｅｆｉｌｌｉｎｇｓｌｕｒｒｙ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｕｎｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ－ｔａｉｌｉｎｇｓｉｎａｍｉｎｅ，ｔｈｅｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎｒｕｌｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔｏｂ－ｔａｉｎｅｄｔｈａｔｔｈｅｂｅｓｔｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｐｅｒｕｎｉｔｗａｓ２５ｇ／ｔ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｆｅｅｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓ１５％ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉ－ｍｕｍｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓ０．３％．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒａｒｅａｄｕｒｉｎｇｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｉｃｋｅｎｅｒｓｈｏｕｌｄｂｅ１６ｍ，ｗｈｉｃｈｃｒｅａｔｅｄｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｕｎｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ－ｔａｉｌｉｎｇｓｐａｓｔｅｓｌｕｒｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ－ｔａｉｌｉｎｇｓ，Ｐａｓｔｅｆｉｌｌｉｎｇ，Ｄｅｅｐ－ｃｏｎｅｔｈｉｃｋｅｎｅｒ膏体充填采矿具有“绿色、安全、高效”的显著特点，已成为全球矿业领域的技术热点和发展新动向。全尾砂在膏体充填采矿中的应用，不仅提高了尾砂利用率，解决矿山充填材料来源不足的问题，还可以解决矿山工业废料排放造成的环境污染和占用耕地问题［１］。全尾砂的浓密脱水是利用全尾砂进行膏体充填的前提，深锥浓密机是一种新型的固液分离设备，具有工艺流程简单、底流浓度高、溢流浊度小等特点，能够高效地制备出具有良好稳定性、流动性和可塑性的膏体［２－５］。全尾砂的絮凝沉降是深锥浓密机实现高效浓密、高浓度底流排放的重要前提，是制备膏体充填料浆的关键技术之一。研究全尾砂的絮凝沉降，可以指导深锥浓密机的选型及其工艺参数设计，并对揭示深锥浓密机中尾砂颗粒的絮凝沉降规律，具有重要的理论意义。１絮凝剂作用机理悬浮于流体中的固体颗粒在重力作用下与流体分离的过程称为沉降［６］。布朗运动是影响固体颗粒沉降过程的一个重要因素，布朗运动所引起的扩散阻碍着分散体系中颗粒的沉降，而颗粒的粒度越大，其布朗作用就越不明显，因此增大颗粒粒径是提高沉降速度的有效途径。根据斯托克斯沉降定律［７］，分散体系中固体颗粒沉降速度与其粒径的平方成正比；与固体和液体的密度差成正比；而与液体的粘度成反比。也就是说固体颗粒的直径越大，固体与液体的密度差越大，液体的粘度越小，其沉降速度越快，计算公式为：ｖ＝ｇｄ２（δ１－δ２）１８η（１）式中，ｖ为沉降速度，ｍ／ｓ；ｇ为重力加速度，９．８ｍ／ｓ２；ｄ为颗粒粒径，ｍ；δ１为颗粒的密度，ｋｇ／ｍ３；δ２为液体的密度，ｋｇ／ｍ３；η为液体的粘度系数，ＩＳＳＮ１００