工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 王洪江彭青松杨莹郭佳宾 Research status and prospect of thickening technology for metal tailings WANG Hong-jiang.PENG Qing-song,YANG Ying.GUO Jia-bin 引用本文： 王洪江，彭青松，杨莹，郭佳宾.金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望.工程科学学报，优先发表.doi:10.13374iss2095- 9389.2021.01.11.001 WANG Hong-jiang,PENG Qing-song,YANG Ying.GUO Jia-bin.Research status and prospect of thickening technology for metal tailings[J].Chinese Journal of Engineering,In press.doi:10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.001 在线阅读View online::htps:/doi.org/10.13374.issn2095-9389.2021.01.11.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in
金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 王洪江 彭青松 杨莹 郭佳宾 Research status and prospect of thickening technology for metal tailings WANG Hong-jiang, PENG Qing-song, YANG Ying, GUO Jia-bin 引用本文: 王洪江, 彭青松, 杨莹, 郭佳宾. 金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望[J]. 工程科学学报, 优先发表. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2021.01.11.001 WANG Hong-jiang, PENG Qing-song, YANG Ying, GUO Jia-bin. Research status and prospect of thickening technology for metal tailings[J]. Chinese Journal of Engineering, In press. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.001 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in
工程科学学报.第44卷，第X期：1-10.2021年X月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.X:1-10,X 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.001;http://cje.ustb.edu.cn 金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 王洪江，2，彭青松)，杨莹)区，郭佳宾) 1)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000832)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 ☒通信作者，E-mail:monicayang1129@hotmail.com 摘要作为金属矿山膏体充填技术的首要环节，尾砂浓密技术能够显著提高尾砂脱水效率和尾砂利用率，是矿山绿色发展 的重要组成部分，在概述了尾砂浓密脱水技术发展历程的基础上，将浓密机发展阶段分为普通浓密机阶段、高效浓密机阶段 和膏体浓密机阶段，阐述了尾砂浓密工艺的应用现状和国内外几个典型的应用案例.介绍了对尾砂起捕捉作用的单一絮凝 理论和多重絮凝理论，静态动态压缩条件下的床层压缩理论与重力浓密理论，并阐述了各理论的最新研究进展.阐述了现阶 段尾砂浓密静态沉降实验、小型浓密实验和半工业浓密实验等主要研究方法，介绍了聚焦光束反射测量技术、颗粒录影显微 镜技术等先进的观测手段和尾砂浓密技术数值模拟研究现状.现阶段，尾砂浓密脱水技术仍处于发展阶段，存在尾砂浓密的 关键参数不稳定、尾砂浓密的生产调控不及时和尾砂浓密的信息平台不健全等问题，尾砂浓密技术的发展仍面临诸多挑战 最后提出了尾砂浓密技术个性化、自动化和智能化的发展方向. 关键词金属矿：尾砂：浓密设备：脱水工艺：浓密理论：数值模拟 分类号TD853 Research status and prospect of thickening technology for metal tailings WANG Hong-jiang2,PENG Qing-song,YANG Ying,GUO Jia-bin 1)School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Key Laboratory of High Efficient Mining and Safety of Metal Mines(Ministry of Education),University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:monicayang1129@hotmail.com ABSTRACT In recent years,paste technology has been rapidly promoted in domestic mines.It is a key technology for realizing green mining because it can effectively solve environmental and safety problems caused by mining.With the progress in science and technology,the research level of paste technology is constantly improving.Thickening technology of tailings is the primary procedure of paste backfill technology in metal mines,which can significantly improve the efficiency of tailings dewatering and utilization rate of tailings.Tailings thickening technology is an important part of the green development of mines.This paper presented a summary of the development process of tailings thickening and dewatering technology,dividing the development stage of the thickener into three:(1) ordinary thickener stage,(2)high-efficiency thickener stage,and (3)paste thickener stage.The application status of the thickening process of tailings and several typical application cases at home and abroad were also described.In addition,this paper explored different theories,including the single flocculation theory,multiple flocculation theory,bed compression theory under static/dynamic compression,and gravity thickening theory,along with the corresponding latest research progress of each theory.This paper also presented the main research methods of thickening of tailings,namely the static settlement experiment,small-scale thickening experiment,and semi-industrial thickening experiment.Advanced observational methods such as focused beam reflection measurement technology (FBRM)and particle video microscope technology (PVM)were also introduced.Moreover,the paper expounded on the 收稿日期：2021-01-11 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(51834001)：中国博士后科学基金资助项目(2021M701516)
金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 王洪江1,2)，彭青松1)，杨 莹1) 苣，郭佳宾1) 1) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083 2) 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 苣通信作者， E-mail: monicayang1129@hotmail.com 摘 要 作为金属矿山膏体充填技术的首要环节，尾砂浓密技术能够显著提高尾砂脱水效率和尾砂利用率，是矿山绿色发展 的重要组成部分. 在概述了尾砂浓密脱水技术发展历程的基础上，将浓密机发展阶段分为普通浓密机阶段、高效浓密机阶段 和膏体浓密机阶段，阐述了尾砂浓密工艺的应用现状和国内外几个典型的应用案例. 介绍了对尾砂起捕捉作用的单一絮凝 理论和多重絮凝理论，静态/动态压缩条件下的床层压缩理论与重力浓密理论，并阐述了各理论的最新研究进展. 阐述了现阶 段尾砂浓密静态沉降实验、小型浓密实验和半工业浓密实验等主要研究方法，介绍了聚焦光束反射测量技术、颗粒录影显微 镜技术等先进的观测手段和尾砂浓密技术数值模拟研究现状. 现阶段，尾砂浓密脱水技术仍处于发展阶段，存在尾砂浓密的 关键参数不稳定、尾砂浓密的生产调控不及时和尾砂浓密的信息平台不健全等问题，尾砂浓密技术的发展仍面临诸多挑战. 最后提出了尾砂浓密技术个性化、自动化和智能化的发展方向. 关键词 金属矿；尾砂；浓密设备；脱水工艺；浓密理论；数值模拟 分类号 TD853 Research status and prospect of thickening technology for metal tailings WANG Hong-jiang1,2) ，PENG Qing-song1) ，YANG Ying1) 苣 ，GUO Jia-bin1) 1) School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Key Laboratory of High Efficient Mining and Safety of Metal Mines (Ministry of Education), University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: monicayang1129@hotmail.com ABSTRACT In recent years, paste technology has been rapidly promoted in domestic mines. It is a key technology for realizing green mining because it can effectively solve environmental and safety problems caused by mining. With the progress in science and technology, the research level of paste technology is constantly improving. Thickening technology of tailings is the primary procedure of paste backfill technology in metal mines, which can significantly improve the efficiency of tailings dewatering and utilization rate of tailings. Tailings thickening technology is an important part of the green development of mines. This paper presented a summary of the development process of tailings thickening and dewatering technology, dividing the development stage of the thickener into three: (1) ordinary thickener stage, (2) high-efficiency thickener stage, and (3) paste thickener stage. The application status of the thickening process of tailings and several typical application cases at home and abroad were also described. In addition, this paper explored different theories, including the single flocculation theory, multiple flocculation theory, bed compression theory under static/dynamic compression, and gravity thickening theory, along with the corresponding latest research progress of each theory. This paper also presented the main research methods of thickening of tailings, namely the static settlement experiment, small-scale thickening experiment, and semi-industrial thickening experiment. Advanced observational methods such as focused beam reflection measurement technology (FBRM) and particle video microscope technology (PVM) were also introduced. Moreover, the paper expounded on the 收稿日期: 2021−01−11 基金项目: 国家自然科学基金重点资助项目（51834001）；中国博士后科学基金资助项目（2021M701516） 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期：1−10，2021 年 X 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. X: 1−10, X 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.01.11.001; http://cje.ustb.edu.cn
工程科学学报，第44卷，第X期 research status of numerical simulation of tailings thickening technology and highlighted that the tailings thickening and dewatering technology is still in the development stage with some underlying problems,such as the instability of the key parameters of tailings thickening,the untimely production control of tailings thickening,and the imperfect information platform of tailings thickening.Overall, the development of tailings thickening technology is still facing numerous challenges.Finally,the direction of the development of tailing thickening technology is proposed in terms of personalization,automation,and intelligence. KEY WORDS metal ore;tailings;thickening equipment;dehydration process;thickening theory:numerical simulation 随着我国经济的不断发展，对矿产资源的需 发展，与此同时，设备也得到不断改进.笔者将尾 求量仍大幅攀升.作为国民经济的支柱产业，矿业 砂浓密设备发展分为三个阶段：普通浓密机阶段、 对我国经济的发展起到了不可替代的作用凹.据不 高效浓密机阶段和膏体浓密机阶段，随着设备的 完全统计，我国矿山开发规模居世界第三位，年采 发展，尾砂浓密效率和底流浓度不断提高 掘量达50亿吨.地下和露天开采中，每年产生的 (1)普通浓密机阶段 尾砂量达到6亿吨以上口金属矿尾砂浓密技术通 现代浓密机的起点可以追溯到1905年Dorm 过高效固液分离的方法，使尾砂浆达到高浓度或 浓密机的发明阿它使稀释尾砂浆的连续脱水成为 膏体状态，用于地表堆存或地下充填.尾砂膏体处 可能.普通浓密机是重力浓密设备的典型代表，它 置不仅能够显著提高尾砂利用率，还能保障地下 的理论基础是颗粒自由沉降，可实现颗粒的沉降 采空区安全作业，减轻重金属离子对环境的污染， 分层并在池底进一步压实.浓密机的处理量及溢 成为绿色矿山建设的重要手段 流中的固体含量主要取决于颗粒的沉降速度.根 经过多年的探索与实践，在浓密工艺、浓密设 据Stokes定律，固体颗粒的沉降速度与颗粒直径 备和浓密理论等方面，尾砂浓密技术均取得重大 的平方成正比，与固体颗粒和其周围介质的密度 突破.本文概述了金属矿尾砂浓密脱水技术的发 差成正比，同时不同浓度的尾砂浆固体沉降速率 展历程，总结了尾砂絮凝沉降、床层压缩和重力浓 不同7 密理论的最新研究进展，指出了现阶段尾砂浓密 (2)高效浓密机阶段 的主要研究方法和观测手段.最后，提出了尾砂浓 随着矿石回收率提高，磨矿粒度更细，尾砂颗 密技术个性化、自动化和智能化的发展方向. 粒的重力作用更弱.此时，单纯依靠尾砂颗粒的重 1尾砂浓密技术历史与现状 力难以自由沉降，导致上清液浑浊，难以获得较高 浓度的底流物.由此，人们引入絮凝技术，从而加 尾砂的原始状态是选矿厂排出的低浓度尾砂 快尾砂颗粒沉降]，并由此发展出与之匹配的高效 浆，质量分数仅为20%~30%.尾砂主要处置手段 浓密机.为了满足较高底流浓度和较高处理量的 为井下充填和地表堆存，低浓度尾砂浆易造成尾 要求，国外于20世纪60年代，开始推广高效浓密 砂地表堆存和井下充填效果较差.传统的地表湿 机.我国于1984年成功研制了GX-3.6高效浓密 式直排技术容易造成溃坝间、重金属污染)和扬尘 机，现已用于工业生产中例.高效浓密机结构与普 等危害；低浓度尾砂充填也存在沉缩率大、充填体 通浓密机相似，主要区别在于：①增加了絮凝剂稀 强度低等问题阿因此，将尾砂从低浓度浓缩到高 释和添加装置，使尾砂与絮凝剂得到有效地混合； 浓度以满足高浓度充填或堆存的需要，尤其重要. ②增加进料井的深度：③设有自动控制系统，主要 尾砂浓缩主要分为过滤与浓密两种方式，然 是控制絮凝剂添加量和泥层高度等参数o 而，前者的能力小、能耗高，限制了其在金属矿的 (3)膏体浓密机阶段 大规模应用.而后者克服了上述缺陷，成为尾砂脱 为了进一步提高底流浓度、降低溢流水浊度， 水的主要技术.尾砂浓密技术就是将选矿产生的 在高效浓密机基础上，国外研发出专供尾砂浓密 低浓度尾砂料浆浓缩制备成高浓度料浆的技术， 使用的膏体浓密机.它适用于微细粒物料的处理， 主要采用浓密机等设备，结合絮凝沉降等手段， 能够将低浓度尾砂浆直接浓缩成膏状底流.与高 使尾砂浓密效率和脱水效果得到了极大程度的 效浓密机相比，膏体浓密机提高了浓密机高度以 改善 增大浓密机底部压力，开发了不同原理的自稀释 1.1尾砂浓密设备的发展历程 系统以改善絮凝效果，增设了浓密机体外循环系 尾砂浓密技术的发展得益于尾砂浓密理论的 统以控制底流浓度过高的问题
research status of numerical simulation of tailings thickening technology and highlighted that the tailings thickening and dewatering technology is still in the development stage with some underlying problems, such as the instability of the key parameters of tailings thickening, the untimely production control of tailings thickening, and the imperfect information platform of tailings thickening. Overall, the development of tailings thickening technology is still facing numerous challenges. Finally, the direction of the development of tailing thickening technology is proposed in terms of personalization, automation, and intelligence. KEY WORDS metal ore；tailings；thickening equipment；dehydration process；thickening theory；numerical simulation 随着我国经济的不断发展，对矿产资源的需 求量仍大幅攀升. 作为国民经济的支柱产业，矿业 对我国经济的发展起到了不可替代的作用[1] . 据不 完全统计，我国矿山开发规模居世界第三位，年采 掘量达 50 亿吨. 地下和露天开采中，每年产生的 尾砂量达到 6 亿吨以上[2] . 金属矿尾砂浓密技术通 过高效固液分离的方法，使尾砂浆达到高浓度或 膏体状态，用于地表堆存或地下充填. 尾砂膏体处 置不仅能够显著提高尾砂利用率，还能保障地下 采空区安全作业，减轻重金属离子对环境的污染， 成为绿色矿山建设的重要手段. 经过多年的探索与实践，在浓密工艺、浓密设 备和浓密理论等方面，尾砂浓密技术均取得重大 突破. 本文概述了金属矿尾砂浓密脱水技术的发 展历程，总结了尾砂絮凝沉降、床层压缩和重力浓 密理论的最新研究进展，指出了现阶段尾砂浓密 的主要研究方法和观测手段. 最后，提出了尾砂浓 密技术个性化、自动化和智能化的发展方向. 1 尾砂浓密技术历史与现状 尾砂的原始状态是选矿厂排出的低浓度尾砂 浆，质量分数仅为 20%～30%. 尾砂主要处置手段 为井下充填和地表堆存，低浓度尾砂浆易造成尾 砂地表堆存和井下充填效果较差. 传统的地表湿 式直排技术容易造成溃坝[3]、重金属污染[4] 和扬尘 等危害；低浓度尾砂充填也存在沉缩率大、充填体 强度低等问题[5] . 因此，将尾砂从低浓度浓缩到高 浓度以满足高浓度充填或堆存的需要，尤其重要. 尾砂浓缩主要分为过滤与浓密两种方式，然 而，前者的能力小、能耗高，限制了其在金属矿的 大规模应用. 而后者克服了上述缺陷，成为尾砂脱 水的主要技术. 尾砂浓密技术就是将选矿产生的 低浓度尾砂料浆浓缩制备成高浓度料浆的技术， 主要采用浓密机等设备，结合絮凝沉降等手段， 使尾砂浓密效率和脱水效果得到了极大程度的 改善. 1.1 尾砂浓密设备的发展历程 尾砂浓密技术的发展得益于尾砂浓密理论的 发展，与此同时，设备也得到不断改进. 笔者将尾 砂浓密设备发展分为三个阶段：普通浓密机阶段、 高效浓密机阶段和膏体浓密机阶段，随着设备的 发展，尾砂浓密效率和底流浓度不断提高. （1）普通浓密机阶段. 现代浓密机的起点可以追溯到 1905 年 Dorr 浓密机的发明[6] . 它使稀释尾砂浆的连续脱水成为 可能. 普通浓密机是重力浓密设备的典型代表，它 的理论基础是颗粒自由沉降，可实现颗粒的沉降 分层并在池底进一步压实. 浓密机的处理量及溢 流中的固体含量主要取决于颗粒的沉降速度. 根 据 Stokes 定律，固体颗粒的沉降速度与颗粒直径 的平方成正比，与固体颗粒和其周围介质的密度 差成正比，同时不同浓度的尾砂浆固体沉降速率 不同[7] . （2）高效浓密机阶段. 随着矿石回收率提高，磨矿粒度更细，尾砂颗 粒的重力作用更弱. 此时，单纯依靠尾砂颗粒的重 力难以自由沉降，导致上清液浑浊，难以获得较高 浓度的底流物. 由此，人们引入絮凝技术，从而加 快尾砂颗粒沉降[8] ，并由此发展出与之匹配的高效 浓密机. 为了满足较高底流浓度和较高处理量的 要求，国外于 20 世纪 60 年代，开始推广高效浓密 机. 我国于 1984 年成功研制了 GX−3.6 高效浓密 机，现已用于工业生产中[9] . 高效浓密机结构与普 通浓密机相似，主要区别在于：①增加了絮凝剂稀 释和添加装置，使尾砂与絮凝剂得到有效地混合； ②增加进料井的深度；③设有自动控制系统，主要 是控制絮凝剂添加量和泥层高度等参数[10] . （3）膏体浓密机阶段. 为了进一步提高底流浓度、降低溢流水浊度， 在高效浓密机基础上，国外研发出专供尾砂浓密 使用的膏体浓密机. 它适用于微细粒物料的处理， 能够将低浓度尾砂浆直接浓缩成膏状底流. 与高 效浓密机相比，膏体浓密机提高了浓密机高度以 增大浓密机底部压力，开发了不同原理的自稀释 系统以改善絮凝效果，增设了浓密机体外循环系 统以控制底流浓度过高的问题. · 2 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期
王洪江等：金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 3 1.2尾砂浓密工艺应用现状 新疆滴水铜矿由于当地气候干燥，水资源宝 以浓密机为核心的重力脱水工艺四具有流程 贵，同时地势开阔，蒸发量大等因素，膏体堆存成 短、成本低、底流浓度适中、处理能力大的优点， 为其尾砂首选的处置方式该矿尾砂粒度小，含 得到国内外矿山充填领域的广泛应用 泥量高，沉降脱水困难，因此采用膏体浓密机作为 (1)浓密机与其他设备联合脱水工艺 浓密设备，其直径为18m,侧壁深为18m.音体堆 为实现尾砂高效脱水，常将不同固液分离技 存工艺系统投产后，日处理干矿量约4000t:尾砂 术联合使用以提高脱水效率.常见的联合脱水工 浆底流质量分数为61%左右：溢流基本为清水，回 艺有多段联合脱水工艺和两段联合脱水工艺两种 水利用率接近80%. 常见的多段联合脱水工艺，是运用多种设备， Khumani铁矿位于南非北开普省6矿山所处 将尾砂制备成滤饼.首先，将尾砂浆送至水力旋流 地区为半干旱气候，蒸发量大，水资源匮乏，用水 器，其沉砂经过带式真空过滤或高频振动脱水筛， 受到严格的限制.该矿为提高水资源的利用效率， 脱水后得到高浓度滤饼，水力旋流器溢流排往浓 同时因地制宜，采用膏体堆存作为尾矿处置方式 密机；浓密机进行一定脱水后提高尾砂浓度，再同 矿山选用两台浓密机，主浓密机直径为90m,膏体 尾砂浆一同进入水力旋流器，构成一个闭合循环 浓密机直径为18m.主浓密机可回收大部分的水， 处理后得到的尾砂含水量小于20%，但处理能力 主浓密机底流泵送至膏体浓密机进一步浓密，得 小，适用于小型选矿厂) 到的膏体泵送至堆存地点.其采用的膏体浓密机 两段联合脱水工艺则分为“旋流器+浓密机” 侧壁高度为12m,底部锥角为30°，处理能力在 联合工艺以及“浓密机+过滤”联合工艺两种.前 147th到300th1之间，尾砂浆底流质量分数最 者将尾砂浆送至旋流器，底流形成浓缩尾砂，构成 高能达到70% 最终产品：溢流则送入浓密机中进行脱水后，再同 2尾砂浓密理论研究现状 尾砂浆一同进入水力旋流器，构成一个闭合循环 后者则是先将尾砂送入浓密机中脱水，浓密机底 尾砂浓密理论是尾砂浓密技术的理论基础， 流再进入压滤机进一步脱水，尾砂最终以滤饼的 主要包含尾砂絮凝理论、床层压缩理论和重力浓 形式排出 密理论三个方面. 在上述的联合脱水工艺中，浓密机主要采用 2.1尾砂絮凝理论 高效浓密机，用于处理细颗粒尾砂，发挥澄清溢流 絮凝理论是尾砂浓密的理论基础，主要考察 水的作用.联合脱水工艺主要应用在传统的分级 絮凝剂分子对尾砂颗粒的捕捉作用.根据絮凝剂 尾砂充填、干式排尾等尾砂处置技术中 种类和数量，絮凝理论可以分为单一絮凝理论和 (2)浓密机一段脱水工艺. 多重絮凝理论， 膏体浓密机可直接处理超细颗粒含量多的全 (1)单一絮凝理论 尾砂，具有占地面积小、连续作业处理能力大、底 尾砂絮凝是向分散的悬浮胶体溶液中加入絮 流浓度高等优点.由此可见，仅采用膏体浓密机单 凝剂，通过电荷中和、吸附、架桥和交联等作用， 一设备即可处理全尾砂，能达到膏体堆存和膏体 促使水中胶体微粒聚集.尾砂絮凝影响因素众多， 充填的浓度要求，大大简化了全尾砂浓密脱水工 除絮凝剂和尾砂的自身属性外，尾砂入料浓度、入 艺，是尾砂浓密技术的重大进展，在膏体充填领域 料流量、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度、pH值及 得到普遍应用， 剪切作用等均对尾砂絮凝沉降有影响四.目前在尾 1.3尾砂浓密机技术应用案例 砂浓密方面应用较多的主要为有机高分子絮凝 会泽铅锌矿膏体充填系统于2006年建成， 剂，其絮团生成快、颗粒大，沉降速度快刚 尾砂浓密脱水采用一段脱水工艺，这是我国第一 (2)多重絮凝理论 次采用膏体浓密机进行全尾砂浓密.该膏体浓密 多重絮凝是指采用两种或两种以上的絮凝剂/ 机直径为11m,高度为16m,有效容积为1110m3, 混凝剂对尾砂进行固液分离的过程.国内外研究 满足550m3d的平均充填量需要.尾砂浆从选厂 学者认为，相比于单聚合物，双聚合物系统在细颗 泵送而来的入料的质量分数为20%~25%，经絮凝 粒捕获和形成更大的絮团方面有显著优势，获得 沉降、浓密脱水后的尾砂浆底流质量分数可达 的上清液浊度低、絮团沉降速度快9 71%75%. 对于多重絮凝机理，目前较为流行的观点认
1.2 尾砂浓密工艺应用现状 以浓密机为核心的重力脱水工艺[11] 具有流程 短、成本低、底流浓度适中、处理能力大的优点， 得到国内外矿山充填领域的广泛应用[12] . （1） 浓密机与其他设备联合脱水工艺. 为实现尾砂高效脱水，常将不同固液分离技 术联合使用以提高脱水效率. 常见的联合脱水工 艺有多段联合脱水工艺和两段联合脱水工艺两种. 常见的多段联合脱水工艺，是运用多种设备， 将尾砂制备成滤饼. 首先，将尾砂浆送至水力旋流 器，其沉砂经过带式真空过滤或高频振动脱水筛， 脱水后得到高浓度滤饼，水力旋流器溢流排往浓 密机；浓密机进行一定脱水后提高尾砂浓度，再同 尾砂浆一同进入水力旋流器，构成一个闭合循环. 处理后得到的尾砂含水量小于 20%，但处理能力 小，适用于小型选矿厂[13] . 两段联合脱水工艺则分为“旋流器+浓密机” 联合工艺以及“浓密机+过滤”联合工艺两种. 前 者将尾砂浆送至旋流器，底流形成浓缩尾砂，构成 最终产品；溢流则送入浓密机中进行脱水后，再同 尾砂浆一同进入水力旋流器，构成一个闭合循环. 后者则是先将尾砂送入浓密机中脱水，浓密机底 流再进入压滤机进一步脱水，尾砂最终以滤饼的 形式排出. 在上述的联合脱水工艺中，浓密机主要采用 高效浓密机，用于处理细颗粒尾砂，发挥澄清溢流 水的作用. 联合脱水工艺主要应用在传统的分级 尾砂充填、干式排尾等尾砂处置技术中. （2） 浓密机一段脱水工艺. 膏体浓密机可直接处理超细颗粒含量多的全 尾砂，具有占地面积小、连续作业处理能力大、底 流浓度高等优点. 由此可见，仅采用膏体浓密机单 一设备即可处理全尾砂，能达到膏体堆存和膏体 充填的浓度要求，大大简化了全尾砂浓密脱水工 艺，是尾砂浓密技术的重大进展，在膏体充填领域 得到普遍应用. 1.3 尾砂浓密机技术应用案例 会泽铅锌矿膏体充填系统[14] 于 2006 年建成， 尾砂浓密脱水采用一段脱水工艺，这是我国第一 次采用膏体浓密机进行全尾砂浓密. 该膏体浓密 机直径为 11 m，高度为 16 m，有效容积为 1110 m 3 ， 满足 550 m3 ·d−1 的平均充填量需要. 尾砂浆从选厂 泵送而来的入料的质量分数为 20%～25%，经絮凝 沉降、浓密脱水后的尾砂浆底流质量分数可达 71%～75%. 新疆滴水铜矿由于当地气候干燥，水资源宝 贵，同时地势开阔，蒸发量大等因素，膏体堆存成 为其尾砂首选的处置方式[15] . 该矿尾砂粒度小，含 泥量高，沉降脱水困难，因此采用膏体浓密机作为 浓密设备，其直径为 18 m，侧壁深为 18 m. 膏体堆 存工艺系统投产后，日处理干矿量约 4000 t；尾砂 浆底流质量分数为 61% 左右；溢流基本为清水，回 水利用率接近 80%. Khumani 铁矿位于南非北开普省[16] . 矿山所处 地区为半干旱气候，蒸发量大，水资源匮乏，用水 受到严格的限制. 该矿为提高水资源的利用效率， 同时因地制宜，采用膏体堆存作为尾矿处置方式. 矿山选用两台浓密机，主浓密机直径为 90 m，膏体 浓密机直径为 18 m. 主浓密机可回收大部分的水， 主浓密机底流泵送至膏体浓密机进一步浓密，得 到的膏体泵送至堆存地点. 其采用的膏体浓密机 侧壁高度为 12 m，底部锥角为 30°，处理能力在 147 t·h−1 到 300 t·h−1 之间，尾砂浆底流质量分数最 高能达到 70%. 2 尾砂浓密理论研究现状 尾砂浓密理论是尾砂浓密技术的理论基础， 主要包含尾砂絮凝理论、床层压缩理论和重力浓 密理论三个方面. 2.1 尾砂絮凝理论 絮凝理论是尾砂浓密的理论基础，主要考察 絮凝剂分子对尾砂颗粒的捕捉作用. 根据絮凝剂 种类和数量，絮凝理论可以分为单一絮凝理论和 多重絮凝理论. （1）单一絮凝理论. 尾砂絮凝是向分散的悬浮胶体溶液中加入絮 凝剂，通过电荷中和、吸附、架桥和交联等作用[17] ， 促使水中胶体微粒聚集. 尾砂絮凝影响因素众多， 除絮凝剂和尾砂的自身属性外，尾砂入料浓度、入 料流量、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度、pH 值及 剪切作用等均对尾砂絮凝沉降有影响[2] . 目前在尾 砂浓密方面应用较多的主要为有机高分子絮凝 剂，其絮团生成快、颗粒大，沉降速度快[18] . （2）多重絮凝理论. 多重絮凝是指采用两种或两种以上的絮凝剂/ 混凝剂对尾砂进行固液分离的过程. 国内外研究 学者认为，相比于单聚合物，双聚合物系统在细颗 粒捕获和形成更大的絮团方面有显著优势，获得 的上清液浊度低、絮团沉降速度快[19−21] . 对于多重絮凝机理，目前较为流行的观点认 王洪江等： 金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 · 3 ·
工程科学学报，第44卷，第X期 为四，初次絮凝剂通过电中和/架桥作用与尾砂浆 用使得絮团之间的相互位置不断发生改变，当上 中的细颗粒结合形成初始絮团，初始絮团再与二 下部孔隙连通时，便形成导水通道.絮团之间的水 次絮凝剂结合形成最终絮团.因此，适当添加带相 分在静压力作用下，沿着导水通道上排 反电荷的聚合物，以增强絮凝效果)除了影响单 Jeldres等B7研究了颗粒物料静态沉降过程， 一絮凝剂使用效果的因素外，多重絮凝效果的主 发现了导水通道在床层表面形成的“火山口现 要影响因素还包括絮凝剂组合类型、絮凝剂添 象”，如图l所示；O'Donnell和Bayrak ta8发现了 加方式2和絮凝剂的添加顺序2等 静态浓密过程中的区域通道、主通道、交叉通道 2.2床层压缩理论 等导水通道；Du等B9在对搅拌前后絮团细观结构 床层压缩理论是尾砂浓密的重要依据，主要 变化的研究中，发现了“蜂房结构”和搅拌产生的 考察静态/动态压缩条件下，絮团变形过程中的固 瞬时导水通道.对于导水通道的尺寸、存在时间、 液分离.床层压缩理论主要包括静态/动态絮团压 连通度与絮网结构的关系等还需要进一步探索 缩变形理论、剪切导水理论等 (1)静态/动态絮团压缩变形理论 Volcano 絮团压缩变形是指在重力作用下，一定厚度 的絮团得到压缩，并释放其内部水分，实现尾砂与 水进一步分离.絮团压缩方式主要分为静态压缩 Crater 和动态压缩两种，静态压缩主要研究形成网状结 构的絮团，进入压密区域后，因重力作用发生尾砂 脱水的现象.静态压缩研究中，絮团结构强度和内 部含水量是影响脱水效果的重要因素27-2刘动态 压缩研究，除了借助絮团本身的重力作用外，还通 国1某颗粒物料静态沉降导水通道与火山口现象 过浓密机耙架的剪切作用，进一步改善压密区床 Fig.1 Water channel and the volcanic phenomenon of static 层的脱水效果.此时，剪切作用比重力作用的影响 sedimentation of a granular material 更大、耙架结构、转速]等也是影响尾砂脱水 2.3重力浓密理论 效果的主要因素 重力浓密理论是尾砂浓密的根本原因.重力 为了进一步探讨絮团压缩变形的内在规律， 浓密理论主要包括C-C沉降理论、Kytch沉降理 国内外学者针对浓密机内不同阶段絮团的形成和 论、B-W沉降理论及不同理论的扩展研究等O 演化展开研究.Gladman等B自制尾砂浓密物理 2.3.1C-C沉降理论 模拟实验平台，开展了剪切环境对压缩絮团影响 Coe-Clevenger沉降理论（简称C-C沉降理 的研究，剪切作用显著提高了高岭土底流浓度 论)是基于斯托克斯定律(Stokes law),对单个 Comings等B]研究表明，浓密机耙架能够改善压 颗粒行为进行研究而提出的.该理论认为，在整个 密区尾砂浓密效果，其主要影响因素是耙子转速 自由沉降期间，沉降速度是浓度的函数.将沉降模 和浓密机底部锥角.Usher和Scales!研究获得了 型分为四大区域，包括澄清区、干涉沉降区、过渡 类似的结论，耙架转速和锥角的提高能够获得更 区和压密区.澄清区的固体浓度非常低，尾砂絮团 高浓度的底流.Gladman等研究表明，机械搅拌 以最大的速率沉降，絮团之间互不干涉：干涉沉降 能够提高压密区尾砂脱水速度，扩大尾砂脱水区域 区的固体浓度较低，尾砂絮团快速沉降，沉降过程 (2)剪切导水理论 中絮团之间发生轻微干涉，但未形成连续网状结 剪切导水理论是絮团压缩变形理论的有力补 构；过渡区的固体浓度逐渐提高，尾砂絮团沉降速 充，主要分析压缩床层内部水分流出的通道.该理 度逐渐降低，絮团之间的干涉作用增强，絮网结构 论认为，在自然沉积状态下，床层下部水分均匀 介于沉降区和压密区之间：压密区的固体浓度很 分布，絮团之间水和絮团内部水均呈稳定状态.水 高，沉降速度变得非常小，尾砂絮团之间相互接 分相互无法连通，与絮团形成静力平衡.侧向搅拌 触、支撑，形成连续网状结构 时，搅拌产生压力作用和拉力作用，打破了絮团与 在一组沉降实验中，随着时间的延长，固体浓 水之间的静力平衡，破坏了絮团自身结构，絮团内 度由初始浓度逐步增加至底流浓度；沉降速度逐 部水分释放，并在局部集中.同时，搅拌的扰动作 步降低，造成固体通量呈升高-降低-升高的变化
为[22] ，初次絮凝剂通过电中和/架桥作用与尾砂浆 中的细颗粒结合形成初始絮团，初始絮团再与二 次絮凝剂结合形成最终絮团. 因此，适当添加带相 反电荷的聚合物，以增强絮凝效果[23] . 除了影响单 一絮凝剂使用效果的因素外，多重絮凝效果的主 要影响因素还包括絮凝剂组合类型[24]、絮凝剂添 加方式[25] 和絮凝剂的添加顺序[26] 等. 2.2 床层压缩理论 床层压缩理论是尾砂浓密的重要依据，主要 考察静态/动态压缩条件下，絮团变形过程中的固 液分离. 床层压缩理论主要包括静态/动态絮团压 缩变形理论、剪切导水理论等. （1）静态/动态絮团压缩变形理论. 絮团压缩变形是指在重力作用下，一定厚度 的絮团得到压缩，并释放其内部水分，实现尾砂与 水进一步分离. 絮团压缩方式主要分为静态压缩 和动态压缩两种. 静态压缩主要研究形成网状结 构的絮团，进入压密区域后，因重力作用发生尾砂 脱水的现象. 静态压缩研究中，絮团结构强度和内 部含水量是影响脱水效果的重要因素[27−29] . 动态 压缩研究，除了借助絮团本身的重力作用外，还通 过浓密机耙架的剪切作用，进一步改善压密区床 层的脱水效果. 此时，剪切作用比重力作用的影响 更大. 耙架结构[30]、转速[31] 等也是影响尾砂脱水 效果的主要因素. 为了进一步探讨絮团压缩变形的内在规律， 国内外学者针对浓密机内不同阶段絮团的形成和 演化展开研究. Gladman 等[32] 自制尾砂浓密物理 模拟实验平台，开展了剪切环境对压缩絮团影响 的研究，剪切作用显著提高了高岭土底流浓度. Comings 等[33] 研究表明，浓密机耙架能够改善压 密区尾砂浓密效果，其主要影响因素是耙子转速 和浓密机底部锥角. Usher 和 Scales[34] 研究获得了 类似的结论，耙架转速和锥角的提高能够获得更 高浓度的底流. Gladman 等[35] 研究表明，机械搅拌 能够提高压密区尾砂脱水速度，扩大尾砂脱水区域. （2）剪切导水理论. 剪切导水理论是絮团压缩变形理论的有力补 充，主要分析压缩床层内部水分流出的通道. 该理 论认为[36] ，在自然沉积状态下，床层下部水分均匀 分布，絮团之间水和絮团内部水均呈稳定状态. 水 分相互无法连通，与絮团形成静力平衡. 侧向搅拌 时，搅拌产生压力作用和拉力作用，打破了絮团与 水之间的静力平衡，破坏了絮团自身结构，絮团内 部水分释放，并在局部集中. 同时，搅拌的扰动作 用使得絮团之间的相互位置不断发生改变，当上 下部孔隙连通时，便形成导水通道. 絮团之间的水 分在静压力作用下，沿着导水通道上排. Jeldres 等[37] 研究了颗粒物料静态沉降过程， 发现了导水通道在床层表面形成的“火山口现 象”，如图 1 所示；O’Donnell 和 Bayrak [38] 发现了 静态浓密过程中的区域通道、主通道、交叉通道 等导水通道；Du 等[39] 在对搅拌前后絮团细观结构 变化的研究中，发现了“蜂房结构”和搅拌产生的 瞬时导水通道. 对于导水通道的尺寸、存在时间、 连通度与絮网结构的关系等还需要进一步探索. Volcano Crater 图 1 某颗粒物料静态沉降导水通道与火山口现象 Fig.1 Water channel and the volcanic phenomenon of static sedimentation of a granular material 2.3 重力浓密理论 重力浓密理论是尾砂浓密的根本原因. 重力 浓密理论主要包括 C−C 沉降理论、Kytch 沉降理 论、B−W 沉降理论及不同理论的扩展研究等[40] . 2.3.1 C−C 沉降理论 Coe−Clevenger 沉降理论 （简 称 C−C 沉降理 论 ）[41] 是基于斯托克斯定律（Stokes law），对单个 颗粒行为进行研究而提出的. 该理论认为，在整个 自由沉降期间，沉降速度是浓度的函数. 将沉降模 型分为四大区域，包括澄清区、干涉沉降区、过渡 区和压密区. 澄清区的固体浓度非常低，尾砂絮团 以最大的速率沉降，絮团之间互不干涉；干涉沉降 区的固体浓度较低，尾砂絮团快速沉降，沉降过程 中絮团之间发生轻微干涉，但未形成连续网状结 构；过渡区的固体浓度逐渐提高，尾砂絮团沉降速 度逐渐降低，絮团之间的干涉作用增强，絮网结构 介于沉降区和压密区之间；压密区的固体浓度很 高，沉降速度变得非常小，尾砂絮团之间相互接 触、支撑，形成连续网状结构. 在一组沉降实验中，随着时间的延长，固体浓 度由初始浓度逐步增加至底流浓度；沉降速度逐 步降低，造成固体通量呈升高−降低−升高的变化 · 4 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期
王洪江等：金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 5 趋势，如图2所示.图中为浓密机初始的固体颗 沉降柱的任一高度处的浓度可由H-1曲线计算得 粒体积分数，%；p.为浓密机底流中的固体颗粒体 到：二是仅需要开展一次低浓度静态沉降实验，减 积分数，%.在一般情况下，当固体浓度达到临界 少了实验次数；三是不仅考虑了层间浓度差所引 浓度o时，固体通量达到最小值，即qo.固体通量 起的向上扩散，而且考虑了速度限制层的影响，更 由式(1)计算： 加符合实际 q= (1) 9a= Hoo (2) H2 9% Hoo 9a= (3) o Solid particle volume fraction/ 图2Coe-Clevenger固体通量曲线 Time/s Fig.2 Coe-Clevenger solid flux curve 图3 Kynch沉降理论图解 其中，q为单位面积上单位时间通过的固体体积， Fig.3 Illustration of Kynch settlement theory 称为固体通量，m3sm2;o为固体颗粒体积分 其中，pa为a点处的固体颗粒体积分数，%；qa为 数，%：为对应于该浓度的固体颗粒沉降速度， a点处颗粒的固体通量，m3sm2;H2为a点处的 m's1 沉降高度，m;Ho为沉降液面初始高度，m;H2为沉 该方法通过若干组不同浓度的沉降实验，绘 降总高度，m:4z为总沉降时间，s 制沉降液面高度的变化曲线(H-1曲线)，求出沉 作为对Kynch理论的一个发展，Fitch指出 降液面初始速度，取其最小值用于设计浓密机直 在Kynch的所有假设都成立的情况下，当给定底 径.CC理论认为沉降速率取决于固体体积分数， 流排料浓度时，浓密机的最大处理能力可由间歇 侧重于考察沉降区的颗粒沉降情况，忽视了自沉 沉降实验确定 降开始就出现的位于最底部的高浓度层及其对整 2.3.3B-W沉降理论 个沉降过程的影响 Buscal和White!首次将凝胶浓度、压缩屈服 2.3.2 Kytch沉降理论 应力、干涉沉降系数作为脱水表征参数，提出了 为了进一步对C-C沉降理论进行修正，形成 B-W沉降理论，该理论被认为是现代脱水理论的 了Kynch沉降理论-4)该理论假设，在沉降初始 开端。压缩屈服应力表征絮团群的抗压缩能力，干 状态，砂浆浓度均匀分布：沉降开始后，沉降液面 涉沉降函数表征液体逆向渗流阻力.B-W沉降理 的下沉量是时间的函数.浓密机存在一个最小通 论认为，压密区域絮团形成连续网状结构，颗粒运 量值，限制其处理能力.理论上把具有最小通量值 移受重力和结构力双重影响，颗粒沉降速率不再 的砂浆所在区域称为速度限制层，沉降速度由 仅与浓度有关.因此，以凝胶浓度为界限，当浓度 -1曲线的斜率计算得出 小于凝胶浓度时采用C-C理论分析，当浓度大于 该方法可根据单个沉降实验计算得到固体通 凝胶浓度时采用B-W理论分析.将两种理论合 量.在间歇沉降实验中的任何时刻，位于沉降液面 并，可获得膏体浓密机全区域性能数学分析模型， 处的浆体浓度可由式(2)和图3确定.当时间为零 如图4所示. 时，该沉降液面以式(3)所示的恒定固体通量从沉 Landman等分析了滤饼压滤与尾砂絮团压 降柱底部向上传播.因而，具有三点优势，一是在 缩过程的力学特性，即液体通过颗粒间渗流阻力
趋势，如图 2 所示. 图中 φf 为浓密机初始的固体颗 粒体积分数，%；φu 为浓密机底流中的固体颗粒体 积分数，%. 在一般情况下，当固体浓度达到临界 浓度 φ0 时，固体通量达到最小值，即 q0 . 固体通量 由式（1）计算： q = u 1 φ − 1 φu （1） φf φ0 Solid particle volume fraction/% Solid flux/(kg·m−2·h−1 ) q0 0 φu 图 2 Coe−Clevenger 固体通量曲线 Fig.2 Coe−Clevenger solid flux curve 其中，q 为单位面积上单位时间通过的固体体积， 称为固体通量 ， m 3 ∙s−1∙m−2 ； φ 为固体颗粒体积分 数 ，%； u 为对应于该浓度的固体颗粒沉降速度， m∙s−1 . 该方法通过若干组不同浓度的沉降实验，绘 制沉降液面高度的变化曲线（H−t 曲线），求出沉 降液面初始速度，取其最小值用于设计浓密机直 径. C−C 理论认为沉降速率取决于固体体积分数， 侧重于考察沉降区的颗粒沉降情况，忽视了自沉 降开始就出现的位于最底部的高浓度层及其对整 个沉降过程的影响. 2.3.2 Kytch 沉降理论 为了进一步对 C−C 沉降理论进行修正，形成 了 Kynch 沉降理论[42−43] . 该理论假设，在沉降初始 状态，砂浆浓度均匀分布；沉降开始后，沉降液面 的下沉量是时间的函数. 浓密机存在一个最小通 量值，限制其处理能力. 理论上把具有最小通量值 的砂浆所在区域称为速度限制层 ，沉降速度由 H−t 曲线的斜率计算得出. 该方法可根据单个沉降实验计算得到固体通 量. 在间歇沉降实验中的任何时刻，位于沉降液面 处的浆体浓度可由式（2）和图 3 确定. 当时间为零 时，该沉降液面以式（3）所示的恒定固体通量从沉 降柱底部向上传播. 因而，具有三点优势，一是在 沉降柱的任一高度处的浓度可由 H−t 曲线计算得 到；二是仅需要开展一次低浓度静态沉降实验，减 少了实验次数；三是不仅考虑了层间浓度差所引 起的向上扩散，而且考虑了速度限制层的影响，更 加符合实际. φa = H0φ0 Hz （2） qa = H0φ0 tz （3） tz Time/s Interface height of suspended layer/m H0 Hz Ha a 0 图 3 Kynch 沉降理论图解 Fig.3 Illustration of Kynch settlement theory 其中，φa 为 a 点处的固体颗粒体积分数，%；qa 为 a 点处颗粒的固体通量，m −3∙s−1∙m−2 ；Ha 为 a 点处的 沉降高度，m；H0 为沉降液面初始高度，m；Hz 为沉 降总高度，m；tz 为总沉降时间，s. 作为对 Kynch 理论的一个发展，Fitch 指出[44] ， 在 Kynch 的所有假设都成立的情况下，当给定底 流排料浓度时，浓密机的最大处理能力可由间歇 沉降实验确定. 2.3.3 B−W 沉降理论 Buscal 和 White[45] 首次将凝胶浓度、压缩屈服 应力、干涉沉降系数作为脱水表征参数，提出了 B−W 沉降理论，该理论被认为是现代脱水理论的 开端. 压缩屈服应力表征絮团群的抗压缩能力，干 涉沉降函数表征液体逆向渗流阻力. B−W 沉降理 论认为，压密区域絮团形成连续网状结构，颗粒运 移受重力和结构力双重影响，颗粒沉降速率不再 仅与浓度有关. 因此，以凝胶浓度为界限，当浓度 小于凝胶浓度时采用 C−C 理论分析，当浓度大于 凝胶浓度时采用 B−W 理论分析. 将两种理论合 并，可获得膏体浓密机全区域性能数学分析模型， 如图 4 所示. Landman 等[46] 分析了滤饼压滤与尾砂絮团压 缩过程的力学特性，即液体通过颗粒间渗流阻力 王洪江等： 金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 · 5 ·
工程科学学报，第44卷，第X期 分考虑耙架剪切对浓密性能的影响，将絮团直径 变化程度和絮团直径变化速率引入现代脱水理论. Compaction area 3尾砂浓密研究手段 Settlement area ! 尾砂浓密过程主要采用物理模拟实验结合相 应观测手段进行研究.物理模拟实验以尾砂絮凝 P!OS 0 B-W mode 沉降为主线，不断完善物理模型的内部结构，力求 C-C model (0 Merger theory 对于浓密机结构的真实还原，伴随物理模型的不 Feed concentration ......Gel concentration 断发展，浓密过程的观测手段也不断更新，由取样 Solid particle volume fraction/% 观测发展为在线观测，由间断测量发展为连续测量 图4C-C理论与B-W理论合并曲线 此外，浓密机内部流场特性和尾砂颗粒的运 Fig.4 Combination curves of C-C and B-W theories 动规律对尾砂浓密效果也具有重要影响.但受到 的变化规律，提出了以传统水力曳力（干涉沉降系 测量手段的限制，浓密机内部流场和颗粒运动轨 数)为基础的高浓度床层流变力学表征理论 迹成为研究难点.数值模拟技术利用计算机实现 Betancourt等47刃、Parsapour等s】在数据处理的方法 对浓密机内部复杂流场和颗粒运动轨迹的可视 和数学模型的建立等方面进行探索，进一步完善 化，进行定性和定量分析，是研究尾砂浓密过程的 了沉降压缩特性的优化与控制理论.Landman等9 有效方法 和Usher等Bso1建立了稳态连续浓密模型，从而使 3.1物理试验及其观测手段 得对于浓密机行为的预测超出传统C-C理论和 尾砂浓密的物理模拟实验方法主要包括静态 Kynch理论的范畴，对高浓度区域的脱水也有了表 沉降实验、小型浓密实验、半工业浓密实验等，如 征方法.之后，Usher等so提出了剪切致密理论，充 图5所示 a) (c) Mixing tube Agitato Flocculant solution Flocculant feed pipe Mixing drum Feed Peristaltic pipe pump 图5尾砂浓密物理实验装置.(a)静态沉降实验：(b)小型浓密实验：(c)半工业浓密实验 Fig.5 Physical experimental device for tailings thickening:(a)static settlement experiment;(b)small dense experiment;(c)semi-industrial dense experiment 静态沉降实验一般采用量筒对絮凝尾砂浆进 和工艺参数的优化.例如，王勇等刚根据尾砂物 行静态沉降，得到沉降高度的变化曲线，计算絮凝 理特性计算出所需的深锥浓密机高径比，以此高 沉降速度.静态沉降实验作为尾砂浓密的一种基 径比为基准，建立一种基于高径比的深锥浓密机 础研究方法，与实际尾砂浓密的过程具有较大差异 底流浓度数学模型，指导浓密机高径比的确定.尹 小型浓密实验是根据相似原理，将工业浓密 升华和王勇通过动态沉降实验，发现不同压密 机进行缩小，建立具有入料口、耙架和锥形底部等 时间下，底流浓度随泥层高度的变化规律不同.吴 关键结构的小型浓密机模型.对浓密机内部的尾 爱祥等5)采用自制尾砂浓密装置，探究了导水杆 砂浓密过程进行模拟，能够实现浓密机结构参数 数量和排列方式对尾砂浓密的影响，研究结果对
的变化规律，提出了以传统水力曳力（干涉沉降系 数 ）为基础的高浓度床层流变力学表征理论 . Betancourt 等[47]、Parsapour 等[48] 在数据处理的方法 和数学模型的建立等方面进行探索，进一步完善 了沉降压缩特性的优化与控制理论. Landman 等[49] 和 Usher 等[50] 建立了稳态连续浓密模型，从而使 得对于浓密机行为的预测超出传统 C−C 理论和 Kynch 理论的范畴，对高浓度区域的脱水也有了表 征方法. 之后，Usher 等[50] 提出了剪切致密理论，充 分考虑耙架剪切对浓密性能的影响，将絮团直径 变化程度和絮团直径变化速率引入现代脱水理论. 3 尾砂浓密研究手段 尾砂浓密过程主要采用物理模拟实验结合相 应观测手段进行研究. 物理模拟实验以尾砂絮凝 沉降为主线，不断完善物理模型的内部结构，力求 对于浓密机结构的真实还原. 伴随物理模型的不 断发展，浓密过程的观测手段也不断更新，由取样 观测发展为在线观测，由间断测量发展为连续测量. 此外，浓密机内部流场特性和尾砂颗粒的运 动规律对尾砂浓密效果也具有重要影响. 但受到 测量手段的限制，浓密机内部流场和颗粒运动轨 迹成为研究难点. 数值模拟技术利用计算机实现 对浓密机内部复杂流场和颗粒运动轨迹的可视 化，进行定性和定量分析，是研究尾砂浓密过程的 有效方法. 3.1 物理试验及其观测手段 尾砂浓密的物理模拟实验方法主要包括静态 沉降实验、小型浓密实验、半工业浓密实验等，如 图 5 所示. (a) (b) Agitator Mixing tube Flocculant solution Feed Flocculant feed pipe slurry Mixing drum Feed pipe Peristaltic pump (c) 图 5 尾砂浓密物理实验装置. （a）静态沉降实验；（b）小型浓密实验；（c）半工业浓密实验 Fig.5 Physical experimental device for tailings thickening: (a) static settlement experiment; (b) small dense experiment; (c) semi-industrial dense experiment 静态沉降实验一般采用量筒对絮凝尾砂浆进 行静态沉降，得到沉降高度的变化曲线，计算絮凝 沉降速度. 静态沉降实验作为尾砂浓密的一种基 础研究方法，与实际尾砂浓密的过程具有较大差异. 小型浓密实验是根据相似原理，将工业浓密 机进行缩小，建立具有入料口、耙架和锥形底部等 关键结构的小型浓密机模型. 对浓密机内部的尾 砂浓密过程进行模拟，能够实现浓密机结构参数 和工艺参数的优化. 例如，王勇等[51] 根据尾砂物 理特性计算出所需的深锥浓密机高径比，以此高 径比为基准，建立一种基于高径比的深锥浓密机 底流浓度数学模型，指导浓密机高径比的确定. 尹 升华和王勇[52] 通过动态沉降实验，发现不同压密 时间下，底流浓度随泥层高度的变化规律不同. 吴 爱祥等[53] 采用自制尾砂浓密装置，探究了导水杆 数量和排列方式对尾砂浓密的影响，研究结果对 Compaction area Settlement area B−W model C−C model Merger theory Feed concentration Gel concentration Solid particle volume fraction/% Solid flux/(kg·m−2·h−1 ) 图 4 C−C 理论与 B−W 理论合并曲线 Fig.4 Combination curves of C−C and B−W theories · 6 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期
王洪江等：金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 7 指导浓密机参数优化具有指导作用.但小型浓密 的数值模拟方法，其研究结果在一定程度上为提 实验由于尺寸效应的影响，其物理模拟值与真实 高浓密机工作效率提供了理论指导和技术依据 浓密机实测值仍存在一定差距 半工业浓密试验是由半工业尺寸的浓密机、 絮凝剂制备系统、各类仪器仪表、自动化控制和 数据采集系统等部分组成的.半工业浓密试验一 12.00 般可作为工业、半工业级充填试验系统的一部分 1.75 焦华喆等根据相似模拟原理，研制深锥浓密半 1.50 工业实验平台，探究多种因素对尾砂浓密的影响， 阐释了剪切浓密导水机理，为深锥浓密机结构参 1.25 数设计提供理论参考 1.00 尾砂浓密实验最常用的观测手段是在小型浓 密实验和半工业浓密实验中，安设流量计、浓度 计、浊度计和高分辨率摄像机等设备5，来记录实 验数据和实验现象，但传统手段无法直接观察到 图6浓密过程颗粒的沉降运动和凝聚行为 Fig.6 Settling motion and agglomeration behavior of particles in the 尾砂浓密过程的微观变化.为了更加深入了解絮 thickening process 凝机理，应用聚焦光束反射测量技术(FBRM)和颗 粒形态测试技术(PVM)等能够实现对絮体成长变 4尾砂浓密技术存在的问题 化情况的直接测量.聚焦光束反射测量技术已广 泛用于监测溶液体系中颗粒的浓度、粒径分布等 近年来，尾砂浓密脱水技术在我国取得了示 参数的实时变化过程，有助于分析絮团分形维数， 范性成果，但仍处于发展阶段.随着选矿技术的精 可用于絮凝动力学的研究啊.在高浓度体系中，运 细化，极细尾砂含量逐渐增多，脱水难度增大.普 用颗粒录影显微镜技术，可实时在线监测固体或 通浓密机无法确保底流浓度达到膏体的要求，尾 液体颗粒的微观结构，获得尾砂浓密过程中絮团 砂脱水效率和底流浓度也受到严重限制.由于尾 形状和尺寸的变化从而得到絮团聚合和破碎 砂浓密技术的影响因素和配套设备较多，系统的 等现象的显微图像57 稳定性较差，主要表现在底流浓度、床层高度和液 3.2数值模拟 面高度等关键参数常发生较大波动.同时，浓密系 浓密机内部的尾砂絮凝沉降和压缩脱水过程 统可控性一直没有得到很好的解决，主要生产参 是基于颗粒在多相流场的复杂运动实现的.因而 数的调控明显滞后，此外，现有尾砂浓密技术数字 浓密机内部流场特性和尾砂颗粒的运动规律对尾 化和信息化的程度较低，领域内的信息交流不畅， 砂浓密效果具有重要影响.针对尾砂浓密过程，通 阻碍了尾砂浓密技术的更新与发展 常基于计算流体力学(CFD)技术对其进行数值模拟. (1)尾砂浓密的关键参数不稳定 Rudman等采用CFD对浓密机耙架处流场进 尾砂是一种特殊性质的材料，不同类型的矿 行了模拟，探究了浓密尾砂浆的屈服应力对耙架 山、不同的采选工艺都会导致尾砂具有不同的物 扭矩和颗粒停留时间的影响I5s-列.Tanguay等提出 化特性.其中，尾砂的给料浓度、给出料量、组成 了一种颗粒轨迹追踪方法，可用来描述浓密机给 成分和粒度分布等均能够显著影响尾砂的浓密效 料井内颗粒的停留时间，并考察了絮凝剂对给料 果.在实际生产应用过程中，上述尾砂的物化特性 井工作性能的影响6o.Qiu等应用CFD-DEM(离 很容易发生波动，导致浓密机的底流浓度、沉降速 散单元法)耦合方法，对二维方形腔内颗粒流和三 度和固体通量等关键参数发生波动，浓密效果不 维收缩式沉降管内颗粒凝聚和沉降进行了数值模 稳定，并进一步影响后续工艺 拟，对比了有无水平流对絮凝沉降行为的影响6) (2)尾砂浓密的生产调控不及时 如图6所示，Chaumeil和Crapper应用CFD-DEM 现阶段，尾砂浓密的生产调控可以通过安置 耦合方法，考察了颗粒尺度、浓度、给料流率等因 传感器，在线监测尾砂的给料浓度、给出料量、底 素对絮凝沉降特性的影响6.国内外研究者已建 流浓度和固体通量等技术参数.但由于给料尾砂 立了从实验室到半工业、工业型浓密机内部流场 和浓密尾砂的关键参数之间的数学关系仍不明
指导浓密机参数优化具有指导作用. 但小型浓密 实验由于尺寸效应的影响，其物理模拟值与真实 浓密机实测值仍存在一定差距. 半工业浓密试验是由半工业尺寸的浓密机、 絮凝剂制备系统、各类仪器仪表、自动化控制和 数据采集系统等部分组成的. 半工业浓密试验一 般可作为工业、半工业级充填试验系统的一部分. 焦华喆等[36] 根据相似模拟原理，研制深锥浓密半 工业实验平台，探究多种因素对尾砂浓密的影响， 阐释了剪切浓密导水机理，为深锥浓密机结构参 数设计提供理论参考. 尾砂浓密实验最常用的观测手段是在小型浓 密实验和半工业浓密实验中，安设流量计、浓度 计、浊度计和高分辨率摄像机等设备[54] ，来记录实 验数据和实验现象，但传统手段无法直接观察到 尾砂浓密过程的微观变化. 为了更加深入了解絮 凝机理，应用聚焦光束反射测量技术 (FBRM) 和颗 粒形态测试技术（PVM）等能够实现对絮体成长变 化情况的直接测量. 聚焦光束反射测量技术已广 泛用于监测溶液体系中颗粒的浓度、粒径分布等 参数的实时变化过程，有助于分析絮团分形维数， 可用于絮凝动力学的研究[55] . 在高浓度体系中，运 用颗粒录影显微镜技术，可实时在线监测固体或 液体颗粒的微观结构，获得尾砂浓密过程中絮团 形状和尺寸的变化[56] ，从而得到絮团聚合和破碎 等现象的显微图像[57] . 3.2 数值模拟 浓密机内部的尾砂絮凝沉降和压缩脱水过程 是基于颗粒在多相流场的复杂运动实现的. 因而， 浓密机内部流场特性和尾砂颗粒的运动规律对尾 砂浓密效果具有重要影响. 针对尾砂浓密过程，通 常基于计算流体力学（CFD）技术对其进行数值模拟. Rudman 等采用 CFD 对浓密机耙架处流场进 行了模拟，探究了浓密尾砂浆的屈服应力对耙架 扭矩和颗粒停留时间的影响[58−59] . Tanguay 等提出 了一种颗粒轨迹追踪方法，可用来描述浓密机给 料井内颗粒的停留时间，并考察了絮凝剂对给料 井工作性能的影响[60] . Qiu 等应用 CFD−DEM（离 散单元法） 耦合方法，对二维方形腔内颗粒流和三 维收缩式沉降管内颗粒凝聚和沉降进行了数值模 拟，对比了有无水平流对絮凝沉降行为的影响[61] . 如图 6 所示 ，Chaumeil 和 Crapper 应用 CFD−DEM 耦合方法，考察了颗粒尺度、浓度、给料流率等因 素对絮凝沉降特性的影响[62] . 国内外研究者已建 立了从实验室到半工业、工业型浓密机内部流场 的数值模拟方法，其研究结果在一定程度上为提 高浓密机工作效率提供了理论指导和技术依据. 2.00 1.75 1.50 1.25 Settling velocity/(cm·s−1 ) 1.00 Flocculated particles Flocculated particles Flocculated particles Flocculated particles 图 6 浓密过程颗粒的沉降运动和凝聚行为 Fig.6 Settling motion and agglomeration behavior of particles in the thickening process 4 尾砂浓密技术存在的问题 近年来，尾砂浓密脱水技术在我国取得了示 范性成果，但仍处于发展阶段. 随着选矿技术的精 细化，极细尾砂含量逐渐增多，脱水难度增大. 普 通浓密机无法确保底流浓度达到膏体的要求，尾 砂脱水效率和底流浓度也受到严重限制. 由于尾 砂浓密技术的影响因素和配套设备较多，系统的 稳定性较差，主要表现在底流浓度、床层高度和液 面高度等关键参数常发生较大波动. 同时，浓密系 统可控性一直没有得到很好的解决，主要生产参 数的调控明显滞后. 此外，现有尾砂浓密技术数字 化和信息化的程度较低，领域内的信息交流不畅， 阻碍了尾砂浓密技术的更新与发展. （1）尾砂浓密的关键参数不稳定. 尾砂是一种特殊性质的材料，不同类型的矿 山、不同的采选工艺都会导致尾砂具有不同的物 化特性. 其中，尾砂的给料浓度、给/出料量、组成 成分和粒度分布等均能够显著影响尾砂的浓密效 果. 在实际生产应用过程中，上述尾砂的物化特性 很容易发生波动，导致浓密机的底流浓度、沉降速 度和固体通量等关键参数发生波动，浓密效果不 稳定，并进一步影响后续工艺. （2）尾砂浓密的生产调控不及时. 现阶段，尾砂浓密的生产调控可以通过安置 传感器，在线监测尾砂的给料浓度、给/出料量、底 流浓度和固体通量等技术参数. 但由于给料尾砂 和浓密尾砂的关键参数之间的数学关系仍不明 王洪江等： 金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 · 7 ·
工程科学学报，第44卷，第X期 确，现阶段只能够实现在监测到浓密尾砂的底流 (马池香，秦华礼.基于渗透稳定性分析的尾矿库坝体稳定性研 浓度、沉降速度和固体通量等发生异常之后进行 究.工业安全与环保，2008,34(9)：32) 调控，反馈时间长，无法构建预警系统 [4]Jiangsu,Lu H,Cao R X,et al.Pollution evaluation of heavy metal in soils of an iron mine's tailing reservoir and its surrounding (3)尾砂浓密的信息平台不健全 region.Environ Sci Technol,2014,37(Suppl 1):274 现阶段，尾砂浓密技术的数字化和信息化程 (姜素，陆华，曹瑞祥，等.某铁矿尾矿库及周边土壤重金属污染 度较低；应用范围比较小，仅局限于某些先进矿山 评价.环境科学与技术，2014,37（增刊1少274） 自身阶段性的生产管理过程中；行业内尾砂浓密 [5] Wang X L,Yao W X,Wang H,et al.The directions of R&D on 信息交流不畅.亟待搭建尾砂浓密智能化信息平 backfill with waste rock and total tailings in underground mine. 台，为进一步实现尾砂浓密的智能化提供依据. China Min Mag,2011,20(9):76 (王贤来，姚维信，王虎，等.矿山废石全尾砂充填研究现状与发 5结语与展望 展趋势.中国矿业，2011,20(9)：76) [6] Concha F,Burger R.Thickening in the 20th century:A historical (1)将尾砂浓密设备发展分为普通浓密机阶 perspective.Min Metall Explor,2003,20(2):57 段、高效浓密机阶段和膏体浓密机阶段三个阶段， 71 Concha F,Burger R.A century of research in sedimentation and 分别分析了其技术特点，阐述了尾砂浓密的联合 thickening.KON4 Powder PartJ,2002,20:38 脱水工艺和浓密机一段脱水工艺，介绍了浓密技 [8] Zhan HH,Luo Y W.Research on flocculation setting of high 术在有色金属矿充填、黑色金属矿充填，以及尾砂 density fine particle coal slurry.Coal Sci Technol,2007,35(2):76 堆存等尾砂处置工艺中的应用案例. (湛含辉，罗彦伟.高浓度细粒煤泥水的絮凝沉降研究.煤炭科 学技术，2007,35(2)：76) (2)尾砂浓密脱水理论是尾砂浓密脱水技术 [9] Chen S W,Tong K W,Ma Z S,et al.High efficiency 的研究基础，现阶段主要集中在絮凝沉降理论和 thickener-Current status and application prospects.Met Mine Des 重力浓密理论两个方面.然而，尾砂浓密技术的基 Constr,1997(1):48 础理论还不够完善，全尾砂微细观絮凝机理、絮团 (陈述文，马振声，高效浓密机的应用现状及前景.治金矿山设 时空演化规律、导水通道演化等方面，均具有较大 计与建设，1997(1)：48) 的研究价值 [10]Ruan Z E,Wu A X,Wang Y M,et al.Effect of flocculation (3)现阶段，尾砂浓密脱水的研究手段主要集 sedimentation on the yield stress of thickened ultrafine tailings slurry.Chin J Eng,2021,43(10):1276 中在物理模拟、絮团观测和数模模拟等方面.由 (阮竹恩，吴爱祥，王始明，等.絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆屈 于物理实验观测手段的限制，未来采用数值模拟 服应力的影响.工程科学学报，2021,43(10)：1276) 手段研究絮团演变、泥层脱水等将成为重点内容 [11]Zhou X,Ruan Z E,Wu A X,et al.Aggregate evolution rule during (4)我国金属矿尾砂浓密技术的研究和应用 tailings thickening based on FBRM and PVM.Chin J Eng,2021, 任重而道远，未来发展中将会更多结合人工智能、 43(11):1425 工业物联网等计算机新技术，实现尾砂浓密脱水 (周旭，阮竹恩，吴爱样，等.基于FBRM和PVM技术的尾矿浓密 过程絮团演化规律.工程科学学报，2021,43(11)：1425) 的精准化和智能化 [12]Tao D,Parekh B K,Zhao Y M,et al.Pilot-scale demonstration of 参考文献 deep coneTM paste thickening process for phosphatic clay/sand disposal.Sep Sci Technol,2010,45(10):1418 [1]Cheng H Y.Characteristics of Rheological Parameters and Pipe [13]Chen H J,He Y M,Luan J L,et al.Comparison of tailings Resistance under the Time-Temperature Effect [Dissertation] stacking technologies and their applications.Yunnan Metall,2012. Beijing:University of Science and Technology Beijing,2018 41(4):68 (程海勇.时一温效应下膏体流变参数及管阻特性[学位论文] (陈华君，何艳明，栾景丽，等.尾矿堆存处理工艺比较及应用 北京：北京科技大学，2018) 云南冶金，2012,41(4)：68) [2]Li G C.Study on Size Change of Unclassified Tailings Flocs and [14]Guo L J,Yu B.Status and future of filling technology and Its Thickening Performance [Dissertation].Beijing:University of equipment in metal mines in China.Min Technol,2011,11(3):12 Science and Technology Beijing,2019 (郭利杰，余斌.中国金属矿山充填技术与装备的现状和未来 (李公成.全尾砂絮团尺寸变化及其浓密性能研究[学位论文] 采矿技术，2011,11(3)：12) 北京：北京科技大学，2019) [15]Li S L,Du YY.Application of paste technology in tailings [3]Ma C X,Qin H L.On the dam stability of the tailing pond based stacking of dishui chalcopyrite of Xinjiang.Nonferrous Met Eng on the analysis on the seepage stability.Ind Saf Environ Prot 2016,6(4):73 2008.34(9):32 (李仕亮，杜玉艳.膏体技术在新疆滴水铜矿尾矿堆存中的应用
确，现阶段只能够实现在监测到浓密尾砂的底流 浓度、沉降速度和固体通量等发生异常之后进行 调控，反馈时间长，无法构建预警系统. （3）尾砂浓密的信息平台不健全. 现阶段，尾砂浓密技术的数字化和信息化程 度较低；应用范围比较小，仅局限于某些先进矿山 自身阶段性的生产管理过程中；行业内尾砂浓密 信息交流不畅. 亟待搭建尾砂浓密智能化信息平 台，为进一步实现尾砂浓密的智能化提供依据. 5 结语与展望 （1）将尾砂浓密设备发展分为普通浓密机阶 段、高效浓密机阶段和膏体浓密机阶段三个阶段， 分别分析了其技术特点. 阐述了尾砂浓密的联合 脱水工艺和浓密机一段脱水工艺，介绍了浓密技 术在有色金属矿充填、黑色金属矿充填，以及尾砂 堆存等尾砂处置工艺中的应用案例. （2）尾砂浓密脱水理论是尾砂浓密脱水技术 的研究基础，现阶段主要集中在絮凝沉降理论和 重力浓密理论两个方面. 然而，尾砂浓密技术的基 础理论还不够完善，全尾砂微细观絮凝机理、絮团 时空演化规律、导水通道演化等方面，均具有较大 的研究价值. （3）现阶段，尾砂浓密脱水的研究手段主要集 中在物理模拟、絮团观测和数模模拟等方面. 由 于物理实验观测手段的限制，未来采用数值模拟 手段研究絮团演变、泥层脱水等将成为重点内容. （4）我国金属矿尾砂浓密技术的研究和应用 任重而道远，未来发展中将会更多结合人工智能、 工业物联网等计算机新技术，实现尾砂浓密脱水 的精准化和智能化. 参 考 文 献 Cheng H Y. Characteristics of Rheological Parameters and Pipe Resistance under the Time-Temperature Effect [Dissertation]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2018 （ 程海勇. 时—温效应下膏体流变参数及管阻特性[学位论文]. 北京: 北京科技大学, 2018） [1] Li G C. Study on Size Change of Unclassified Tailings Flocs and Its Thickening Performance [Dissertation]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2019 （ 李公成. 全尾砂絮团尺寸变化及其浓密性能研究[学位论文]. 北京: 北京科技大学, 2019） [2] Ma C X, Qin H L. On the dam stability of the tailing pond based on the analysis on the seepage stability. Ind Saf Environ Prot, 2008, 34（9）: 32 [3] （马池香, 秦华礼. 基于渗透稳定性分析的尾矿库坝体稳定性研 究. 工业安全与环保, 2008, 34（9）：32） Jiangsu, Lu H, Cao R X, et al. Pollution evaluation of heavy metal in soils of an iron mine's tailing reservoir and its surrounding region. Environ Sci Technol, 2014, 37(Suppl 1): 274 （ 姜素, 陆华, 曹瑞祥, 等. 某铁矿尾矿库及周边土壤重金属污染 评价. 环境科学与技术, 2014, 37(增刊1): 274） [4] Wang X L, Yao W X, Wang H, et al. The directions of R & D on backfill with waste rock and total tailings in underground mine. China Min Mag, 2011, 20（9）: 76 （王贤来, 姚维信, 王虎, 等. 矿山废石全尾砂充填研究现状与发 展趋势. 中国矿业, 2011, 20（9）：76） [5] Concha F, Bürger R. Thickening in the 20th century: A historical perspective. Min Metall Explor, 2003, 20（2）: 57 [6] Concha F, Bürger R. A century of research in sedimentation and thickening. KONA Powder Part J, 2002, 20: 38 [7] Zhan H H, Luo Y W. Research on flocculation setting of high density fine particle coal slurry. Coal Sci Technol, 2007, 35（2）: 76 （湛含辉, 罗彦伟. 高浓度细粒煤泥水的絮凝沉降研究. 煤炭科 学技术, 2007, 35（2）：76） [8] Chen S W, Tong K W, Ma Z S, et al. High efficiency thickener—Current status and application prospects. Met Mine Des Constr, 1997（1）: 48 （陈述文, 马振声. 高效浓密机的应用现状及前景. 冶金矿山设 计与建设, 1997（1）：48） [9] Ruan Z E, Wu A X, Wang Y M, et al. Effect of flocculation sedimentation on the yield stress of thickened ultrafine tailings slurry. Chin J Eng, 2021, 43（10）: 1276 （阮竹恩, 吴爱祥, 王贻明, 等. 絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆屈 服应力的影响. 工程科学学报, 2021, 43（10）：1276） [10] Zhou X, Ruan Z E, Wu A X, et al. Aggregate evolution rule during tailings thickening based on FBRM and PVM. Chin J Eng, 2021, 43（11）: 1425 （周旭, 阮竹恩, 吴爱祥, 等. 基于FBRM和PVM技术的尾矿浓密 过程絮团演化规律. 工程科学学报, 2021, 43（11）：1425） [11] Tao D, Parekh B K, Zhao Y M, et al. Pilot-scale demonstration of deep cone™ paste thickening process for phosphatic clay/sand disposal. Sep Sci Technol, 2010, 45（10）: 1418 [12] Chen H J, He Y M, Luan J L, et al. Comparison of tailings stacking technologies and their applications. Yunnan Metall, 2012, 41（4）: 68 （陈华君, 何艳明, 栾景丽, 等. 尾矿堆存处理工艺比较及应用. 云南冶金, 2012, 41（4）：68） [13] Guo L J, Yu B. Status and future of filling technology and equipment in metal mines in China. Min Technol, 2011, 11（3）: 12 （郭利杰, 余斌. 中国金属矿山充填技术与装备的现状和未来. 采矿技术, 2011, 11（3）：12） [14] Li S L, Du Y Y. Application of paste technology in tailings stacking of dishui chalcopyrite of Xinjiang. Nonferrous Met Eng, 2016, 6（4）: 73 （李仕亮, 杜玉艳. 膏体技术在新疆滴水铜矿尾矿堆存中的应用. [15] · 8 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期
王洪江等：金属矿尾砂浓密技术研究现状与展望 9 有色金属工程，2016,6(4)：73) Sci,2010,65(13):3937 [16]MeMahon J.Optimizing tailings disposal and water recovery. [33]Comings E W,Pruiss C E,DeBord C.Continuous settling and Pollut Eng,2014,46(8):20 thickening.Ind Eng Chem,1954,46(6):1164 [17]Gu C H.Research progress in coagulation mechanism of organic [34]Usher S P,Scales P J.Steady state thickener modelling from the macro-molecular coagulants.J Chongging Technol Bus Univ Nat compressive yield stress and hindered settling function.Chem Eng Sci,2007,24(6):573 J,2005,111(2-3):253 (古昌红有机高分子絮凝剂絮凝机理的研究进展.重庆工商大 [35]Gladman B,de Kretser R G,Rudman M,et al.Effect of shear on 学学报（自然科学版），2007,24(6)：573) particulate suspension dewatering.Chem Eng Res Des,2005, [18]Chang Q.Flocculation of Water Treatment.Beijing:Chemical 83(7):933 Industry Press,2003 [36]Jiao HZ,Jin X F,Chen X M,et al.Distribution of water channel (常青.水处理絮凝学.北京：化学工业出版社，2003) and law of meso seepage in gravity thickening of unclassified [19]Gregory J,Barany S.Adsorption and flocculation by polymers and tailings.Gold Sci Technol,2019,27(5):731 polymer mixtures.Ady Colloid Interface Sci,2011,169(1):1 (焦华枯，新翔飞，陈新明，等.全尾砂重力浓密导水通道分布与 [20]Lee C H,Liu J C.Sludge dewaterability and floc structure in dual 细观渗流规律.黄金科学技术，2019,27(5)：731) polymer conditioning.Ady Environ Res,2001,5(2):129 [37]Jeldres R I,Fawell P D,Florio B J.Population balance modelling [21]Petzold G,Mende M,Lunkwitz K,et al.Higher efficiency in the to describe the particle aggregation process:A review.Powder flocculation of clay suspensions by using combinations of Technol,2018,326:190 oppositely charged polyelectrolytes.Colloids Surfaces A [38]ODonnell J A,Bayrak N.Review of channelling in batch Physicochem Eng Aspects,2003,218(1-3):47 sedimentation /32nd Australasian Chemical Engineering [22]Lu Q Y,Yan B,Xie L,et al.A two-step flocculation process on oil Conference:Sustainable Processes.Sydney,2004:822 sands tailings treatment using oppositely charged polymer [39]Du J H,Pushkarova R A,Smart R S C.A cryo-SEM study of flocculants.Sci Total Emviron,2016,565:369 aggregate and floc structure changes during clay settling and [23]Lemanowicz M,Jach Z,Kilian E,et al.Ultra-fine coal flocculation raking processes.Int J Miner Process,2009,93(1):66 using dual-polymer systems of ultrasonically conditioned and [40]Eswaraiah C,Biswal S K,Mishra B K.Settling characteristics of unmodified flocculant.Chem Eng J,2011,168(1):159 ultrafine iron ore slimes.Int J Miner Metall Mater,2012,19(2): [24]Lee C H,Liu J C.Enhanced sludge dewatering by dual 95 polyelectrolytes conditioning.Water Res,2000,34(18):4430 [41]Wu A X,Wang H J.Theory and Technology of Paste Technology [25]Fan A X,Turro N J,Somasundaran P.A study of dual polymer in Metal Mines.Beijing:Science Press,2015 flocculation.Colloids Surfaces A Physicochem Eng Aspects,2000. (吴爱样，王洪江.金属矿膏体充填理论与技术.北京：科学出版 162(1-3:141 社，2015) [26]Sabah E,Yuzer H,Celik M S.Characterization and dewatering of [42]Kynch G J.A theory of sedimentation.Trans Faraday Soc,1952, fine coal tailings by dual-flocculant systems.Int J Miner Process. 48(0):166 2004,74(1-4上：303 [43]Batchelor G K.Sedimentation in a dilute dispersion of spheres.J [27]Nasser M S,James A E.The effect of polyacrylamide charge Fluid Mech,1972,52(2):245 density and molecular weight on the flocculation and [44]Fitch B.Current theory and thickener design.Ind Eng Chem,1966, sedimentation behaviour of kaolinite suspensions.Sep Purif 58(10:18 Technol,2006,52(2:241 [45]Buscall R,White L R.The consolidation of concentrated [28]Zbik M S,Smart R S C,Morris G E.Kaolinite flocculation suspensions.Part 1.-The theory of sedimentation.J Chem Soc, structure.J Colloid Interface Sci,2008,328(1):73 Faraday Trans 1,1987,83(3):873 [29]Mpofu P,Addai-Mensah J,Ralston J.Temperature influence of [46]Landman K A,White L R,Eberl M.Pressure filtration of nonionic polyethylene oxide and anionic polyacrylamide on flocculated suspensions.A/ChE J,1995,41(7):1687 flocculation and dewatering behavior of kaolinite dispersions.J [47]Betancourt F,Barger R,Diehl S,et al.Advanced methods of flux Colloid Interface Sci,2004,271(1):145 identification for clarifier-thickener simulation models.Miner Eng. [30]Johnson S B,Scales P J,Dixon D R,et al.Use of a superthickener 2014,63:2 device to concentrate potable water sludge.Water Res,2000, [48]Parsapour G A,Hossininasab M,Yahyaei M.et al.Effect of 34(1):288 settling test procedure on sizing thickeners.Sep Purif Technol, [31]Farrow J B,Johnston RR M,Simic K,et al.Consolidation and 2014,122:87 aggregate densification during gravity thickening Chem Eng [49]Landman K A,White L R,Buscall R.The continuous-flow gravity 2000,80(1-3:141 thickener:Steady state behavior.A/ChEJ,1988,34(2):239 [32]Gladman B R,Rudman M,Scales P J.Experimental validation of a [50]Usher S P,Spehar R,Scales P J.Theoretical analysis of aggregate 1-D continuous thickening model using a pilot column.Chem Eng densification:Impact on thickener performance.Chem Eng
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