王志凯等：超声波作用下尾砂浆浓密沉降及放砂 ·1317· 尾砂沉降面高度的增大，这是因为超声波作用下，尾砂 2.2.2超声波作用下尾砂浓密现象过程 颗粒在质点位置发生强烈的机械振动.同时超声波的 对尾砂自由沉降40mim以后施加功率50W的超 空化效应，产生空化泡，空化泡随声压的变化作脉动、 声波，观察超声波作用下尾砂浓密现象，如图5所示 振荡，或伴随生长、收缩以至破灭，破灭时产生的冲击 从图5(a)中可以观察到尾砂浆在砂仓中自由沉降 波也会使得尾砂细颗粒做无规则布朗运动，同时也加 40min以后，砂仓中从上到下尾砂的颗粒逐渐增大，其 速了固液分离.在超声波的扰动作用下，尾砂颗粒之 中可以将沉降结束后砂仓中的尾砂分为两个层，上层 间会重新发生碰撞聚凝，因此会使得液面高度的升高. 由颗粒较小的尾砂颗粒组成，下层为较大的颗粒组成 施加超声波作用结束以后，重新聚凝的尾砂颗粒形成 的区域.在施加超声波后尾砂浆发生了两个过程，从 较大粒子团，在重力的作用下重新进入压缩阶段，加速 图5(b)中可以看到在较细颗粒层的下部和较粗颗粒 了沉降速度，最终表现为最终沉降时间的缩短和最终 层的交界处明显出现一层水层，观察在试验过程中发 质量浓度的提高.当在40min以后施加超声波，此时 生的现象，施加超声波以后砂仓中较细颗粒层的尾砂 尾砂沉降已经开始浓密压缩一定时间，尾砂浆的浓度 出现排水的现象，下层较粗颗粒之间的水分开始上排， 较20min时要高，超声波对不同浓度的尾砂浆浓密作 由于上层尾砂较细，颗粒与颗粒之间的空隙较小，使得 用效果不同，而且此时的液面高度更加靠近超声波换 较粗颗粒之间排出的水分上升到与较细颗粒层的交界 能器，超声波在尾砂浆中会发生衰减，因此靠换能器越 处而不能及时排出，所以水分在此阶层聚集逐渐形成 近受到的扰动作用越强，原先的液面位置也表现为先 水层：形成水层由于下部较粗颗粒之间还在不断继续 升后降，波动幅度较20min要大，因此最终沉降时间相 排出水分，水层的厚度不断增大，继续施加一定时间以 比20min后时间超声波要有所延长.当在沉降15min 后水层突然冲破上层较细颗粒层排出如图5(c)和 后施加超声波，此时尾砂正处在干涉沉降阶段，并没有 ()所示，此时即阶段二.施加超声波以后的第一个阶 进入等速的浓密压缩阶段，因此作用效果不佳 段为水层形成阶段，阶段二为水层突破阶段. (a) d 图5超声波作用下尾砂浓密过程.(a)自然沉降40mim后：(b)施加超声水层形成：(c)水层突破：(d)浓密完成 Fig.5 Tailings thickening phenomenon under ultrasonic:(a)after 40 min of sedimentation;(b)formation of water layer under ultrasonic action; (c)breakthrough of water layer;(d)thickening completion 2.3超声波作用下砂仓放砂试验 溢流的实际情况，记录砂层和澄清水位置（如表4所 2.3.1无超声波作用下放砂试验 示)位置，计算出尾砂沉降质量分数为75.4%，打开放 取尾砂5kg,水7.5kg搅拌均匀注入砂仓模型中， 砂管进行放砂试验并观察试验现象.为提高试验可靠 等待尾砂沉降90mim之后，取出上层澄清水5.5kg(澄 性，本次试验每组重复3次 清水未全部取出，保留部分澄清水)，此举符合澄清水 打开放砂管后，由于尾砂浆经过了浓密过程，砂粒 表4放砂质量与最终浓度 Table 4 Sand discharge quality and final concentrations 砂位 取水后液面 最终质量 放出砂浆 尾砂浆烘干 放砂质量 放砂完成 试验条件 高度/cm 高度/cm 分数/% 质量/kg 后质量/kg 分数/% 时间/min 无超声波 11.5 13.5 75.4 1.826 1.0828 59.30 1.25 超声波双振子 11.4 14.5 75.6 6.345 4.6980 74.04 2.60王志凯等: 超声波作用下尾砂浆浓密沉降及放砂 尾砂沉降面高度的增大,这是因为超声波作用下,尾砂 颗粒在质点位置发生强烈的机械振动. 同时超声波的 空化效应,产生空化泡,空化泡随声压的变化作脉动、 振荡,或伴随生长、收缩以至破灭,破灭时产生的冲击 波也会使得尾砂细颗粒做无规则布朗运动,同时也加 速了固液分离. 在超声波的扰动作用下,尾砂颗粒之 间会重新发生碰撞聚凝,因此会使得液面高度的升高. 施加超声波作用结束以后,重新聚凝的尾砂颗粒形成 较大粒子团,在重力的作用下重新进入压缩阶段,加速 了沉降速度,最终表现为最终沉降时间的缩短和最终 质量浓度的提高. 当在 40 min 以后施加超声波,此时 尾砂沉降已经开始浓密压缩一定时间,尾砂浆的浓度 较 20 min 时要高,超声波对不同浓度的尾砂浆浓密作 用效果不同,而且此时的液面高度更加靠近超声波换 能器,超声波在尾砂浆中会发生衰减,因此靠换能器越 近受到的扰动作用越强,原先的液面位置也表现为先 升后降,波动幅度较 20 min 要大,因此最终沉降时间相 比 20 min 后时间超声波要有所延长. 当在沉降 15 min 后施加超声波,此时尾砂正处在干涉沉降阶段,并没有 进入等速的浓密压缩阶段,因此作用效果不佳. 2郾 2郾 2 超声波作用下尾砂浓密现象过程 对尾砂自由沉降 40 min 以后施加功率 50 W 的超 声波,观察超声波作用下尾砂浓密现象,如图 5 所示. 从图 5( a) 中可以观察到尾砂浆在砂仓中自由沉降 40 min以后,砂仓中从上到下尾砂的颗粒逐渐增大,其 中可以将沉降结束后砂仓中的尾砂分为两个层,上层 由颗粒较小的尾砂颗粒组成,下层为较大的颗粒组成 的区域. 在施加超声波后尾砂浆发生了两个过程,从 图 5(b)中可以看到在较细颗粒层的下部和较粗颗粒 层的交界处明显出现一层水层,观察在试验过程中发 生的现象,施加超声波以后砂仓中较细颗粒层的尾砂 出现排水的现象,下层较粗颗粒之间的水分开始上排, 由于上层尾砂较细,颗粒与颗粒之间的空隙较小,使得 较粗颗粒之间排出的水分上升到与较细颗粒层的交界 处而不能及时排出,所以水分在此阶层聚集逐渐形成 水层;形成水层由于下部较粗颗粒之间还在不断继续 排出水分,水层的厚度不断增大,继续施加一定时间以 后水层突然冲破上层较细颗粒层排出如图 5 ( c) 和 (d)所示,此时即阶段二. 施加超声波以后的第一个阶 段为水层形成阶段,阶段二为水层突破阶段. 图 5 超声波作用下尾砂浓密过程. (a)自然沉降 40 min 后;(b)施加超声水层形成;(c)水层突破;(d)浓密完成 Fig. 5 Tailings thickening phenomenon under ultrasonic: (a) after 40 min of sedimentation; ( b) formation of water layer under ultrasonic action; (c) breakthrough of water layer; (d) thickening completion 2郾 3 超声波作用下砂仓放砂试验 2郾 3郾 1 无超声波作用下放砂试验 取尾砂 5 kg,水 7郾 5 kg 搅拌均匀注入砂仓模型中, 等待尾砂沉降 90 min 之后,取出上层澄清水 5郾 5 kg(澄 清水未全部取出,保留部分澄清水),此举符合澄清水 溢流的实际情况,记录砂层和澄清水位置(如表 4 所 示)位置,计算出尾砂沉降质量分数为 75郾 4% ,打开放 砂管进行放砂试验并观察试验现象. 为提高试验可靠 性,本次试验每组重复 3 次. 打开放砂管后,由于尾砂浆经过了浓密过程,砂粒 表 4 放砂质量与最终浓度 Table 4 Sand discharge quality and final concentrations 试验条件 砂位 高度/ cm 取水后液面 高度/ cm 最终质量 分数/ % 放出砂浆 质量/ kg 尾砂浆烘干 后质量/ kg 放砂质量 分数/ % 放砂完成 时间/ min 无超声波 11郾 5 13郾 5 75郾 4 1郾 826 1郾 0828 59郾 30 1郾 25 超声波双振子 11郾 4 14郾 5 75郾 6 6郾 345 4郾 6980 74郾 04 2郾 60 ·1317·