982 工程科学学报，第42卷，第8期 不同(G=51.6、94.8、146.0、204.0、268.2、338.0和 412.9s)时的全尾砂絮凝情况，将FBRM的探头 Laser source 浸没入尾砂料浆中检测不同絮凝条件下的全尾砂 Beam splitter 絮团尺寸，应用FBRM软件的Marco弦长和平方 加权方法对测量数据进行处理2)采用单因素实 Laser retum 验，共计22组，尾砂料浆用干尾砂和实验室自来 Optical prism Chord length/um Sapphire window 水进行配制，每组实验中全尾砂料浆体积和絮凝 Focused beam 溶液的总体积为1000mL,pH为7.41.絮凝反应4min 图3FBRM探头结构示意和弦长测试原理 后，将絮凝全尾砂料浆移入1000mL量筒中进行静 Fig.3 Schematic of FBRM probe structure and chord length measuring 态沉降实验，记录固液界面随着时间的下降高度 principle 实验关键设备如图2所示.MY3000-6M彩屏 絮凝剂质量分数为0.025%、剪切速率为94.8s的 混凝试验搅拌机可产生10~1000s范围内任意 条件下，六种不同絮凝剂作用下的全尾砂絮团平 剪切速率.FBRM为瑞典METTLER TOLEDO的 G600,是一种基于弦长(Chord length)的测量技术， 均弦长变化规律如图4所示. 核心结构为探头，其内部结构和测试原理如图3 700 620.63 所示.在FBRM探头内部有平行分布的激光源光 600 纤和监测光纤，激光光束从探头尾部发射出来，经 500 过高速旋转的棱镜聚焦于很小的一个点上，棱镜 400 旋转速度为2ms.若探头所处环境中没有颗粒， 监测光纤无任何反射信号：一旦有颗粒经过窗口 300 表面，聚焦光束碰到颗粒后将会反射回来，此时监 测光纤将会探测到增强光信号.颗粒持续反射激 Rheomax 1010 Magnafloc 336 100 —Rheomax1020 Magnafloc 5250 光源光束，直到到达颗粒的另一边.这段反射激光 -Rheomax 1050 -APAM-10 0 源光束的时间乘以扫描速度即得到了距离，称之 40 80120160200210 Flocculation time/s 为颗粒的“弦长” 图4不同絮凝剂种类条件下全尾砂絮凝行为 FBRM probe Flocculator Fig.4 Flocculation behavior under different flocculants Computer 60o 在不同絮凝剂种类条件下，全尾砂均快速絮 凝形成絮团，并且絮团的平均弦长增长达到峰值 后随着絮凝反应时间逐渐下降至一个稳定状态 因为在流场剪切作用下发生的桥接絮凝中，全尾 Tailings 砂絮凝成絮团（聚并）、絮团的剪切破碎（破碎）以 Blade 及破碎絮团的重构（重构）等过程往往同时并且 5 cm Chord length distribution 10.5cm 一直存在，在剪切初始阶段，以聚并过程为主，絮 团的平均弦长表现为增长；达到峰值后，随着剪切 困2絮凝实验设备 作用的继续进行，以破碎和重构现象为主，大而疏 Fig.2 Flocculation experiment equipment 松絮团会被剪切破碎成为较小的絮团，小絮团 本文中应用FBRM检测所得的弦长表征絮团 也可能会继续重构成为更加致密的中等尺寸的絮 的尺寸，用固液界面初始沉降速率来分析絮凝全 团4-2：当絮团的重构与破碎达到平衡时，絮团的 尾砂料浆的沉降行为 平均弦长达到一个稳定状态 2结果与讨论 虽然不同絮凝剂条件下，絮团的平均弦长变 化趋势相似，但是获得的平均弦长峰值(CLmax)以 2.1絮凝剂种类对全尾砂絮凝沉降行为的影响 及絮凝反应结束后的絮团平均弦长(CL4mim)却不 2.1.1絮凝剂种类对全尾砂絮凝行为的影响 尽相同.由图4可知，Magnafloc5250絮凝剂作用 在固相质量分数10%、絮凝剂单耗为10gt、 下可获得的CLmax和CL4min均比其它絮凝剂的大，不同 （ G=51.6、 94.8、 146.0、 204.0、 268.2、 338.0 和 412.9 s−1）时的全尾砂絮凝情况，将 FBRM 的探头 浸没入尾砂料浆中检测不同絮凝条件下的全尾砂 絮团尺寸，应用 FBRM 软件的 Marco 弦长和平方 加权方法对测量数据进行处理[23] . 采用单因素实 验，共计 22 组，尾砂料浆用干尾砂和实验室自来 水进行配制，每组实验中全尾砂料浆体积和絮凝 溶液的总体积为1000 mL，pH 为7.41. 絮凝反应4 min 后，将絮凝全尾砂料浆移入 1000 mL 量筒中进行静 态沉降实验，记录固液界面随着时间的下降高度. 实验关键设备如图 2 所示. MY 3000-6M 彩屏 混凝试验搅拌机可产生 10～1000 s −1 范围内任意 剪切速率. FBRM 为瑞典 METTLER TOLEDO 的 G600，是一种基于弦长（Chord length）的测量技术， 核心结构为探头，其内部结构和测试原理如图 3 所示. 在 FBRM 探头内部有平行分布的激光源光 纤和监测光纤，激光光束从探头尾部发射出来，经 过高速旋转的棱镜聚焦于很小的一个点上，棱镜 旋转速度为 2 m·s−1 . 若探头所处环境中没有颗粒， 监测光纤无任何反射信号；一旦有颗粒经过窗口 表面，聚焦光束碰到颗粒后将会反射回来，此时监 测光纤将会探测到增强光信号. 颗粒持续反射激 光源光束，直到到达颗粒的另一边. 这段反射激光 源光束的时间乘以扫描速度即得到了距离，称之 为颗粒的“弦长”. 本文中应用 FBRM 检测所得的弦长表征絮团 的尺寸，用固液界面初始沉降速率来分析絮凝全 尾砂料浆的沉降行为. 2    结果与讨论 2.1    絮凝剂种类对全尾砂絮凝沉降行为的影响 2.1.1    絮凝剂种类对全尾砂絮凝行为的影响 在固相质量分数 10%、絮凝剂单耗为 10 g·t−1、 絮凝剂质量分数为 0.025%、剪切速率为 94.8 s−1 的 条件下，六种不同絮凝剂作用下的全尾砂絮团平 均弦长变化规律如图 4 所示. 在不同絮凝剂种类条件下，全尾砂均快速絮 凝形成絮团，并且絮团的平均弦长增长达到峰值 后随着絮凝反应时间逐渐下降至一个稳定状态. 因为在流场剪切作用下发生的桥接絮凝中，全尾 砂絮凝成絮团（聚并）、絮团的剪切破碎（破碎）以 及破碎絮团的重构（重构）等过程往往同时并且 一直存在，在剪切初始阶段，以聚并过程为主，絮 团的平均弦长表现为增长；达到峰值后，随着剪切 作用的继续进行，以破碎和重构现象为主，大而疏 松絮团会被剪切破碎成为较小的絮团，小絮团 也可能会继续重构成为更加致密的中等尺寸的絮 团[24−25] ；当絮团的重构与破碎达到平衡时，絮团的 平均弦长达到一个稳定状态. 虽然不同絮凝剂条件下，絮团的平均弦长变 化趋势相似，但是获得的平均弦长峰值（CLmax）以 及絮凝反应结束后的絮团平均弦长（CL4min）却不 尽相同. 由图 4 可知，Magnafloc 5250 絮凝剂作用 下可获得的 CLmax 和 CL4min 均比其它絮凝剂的大， FBRM probe 11.8 cm Flocculator 4 cm Computer 5.8 cm Chord length distribution 1.4 cm 60° Tailings Blade 5 cm 10.5 cm 图 2    絮凝实验设备 Fig.2    Flocculation experiment equipment Laser source Beam splitter Chord length/μm Laser return Optical prism Sapphire window Focused beam 图 3    FBRM 探头结构示意和弦长测试原理 Fig.3    Schematic of FBRM probe structure and chord length measuring principle 0 0 200 400 600 620.63 100 300 500 700 40 80 120 Flocculation time/s Averaged chord length/μm 160 200 210 Rheomax 1010 Rheomax 1020 Rheomax 1050 Magnafloc 336 Magnafloc 5250 APAM-10 图 4    不同絮凝剂种类条件下全尾砂絮凝行为 Fig.4    Flocculation behavior under different flocculants · 982 · 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期