阮竹恩等：基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 985· 但是，由于不同絮凝剂溶液制备时间相同，可能导 由图l1可知，CLmax和CL4min随着剪切速率 致絮凝剂质量分数高的絮凝剂溶液(0.15%)中的 的增加而先增大后减小，均在94.8s时最大.在 絮凝剂高分子溶解效果比絮凝剂质量分数低的絮 流场的剪切速率较低时(<94.8s),适当增加剪切 凝剂溶液低，从而导致0.15%条件下的CLmax和 速率有助于絮凝剂分子与全尾砂颗粒的碰撞、吸 CL4min相对较小 附、桥接、絮凝，从而增加絮凝效果；而当剪切速 2.3.2絮凝剂单耗与絮凝剂质量分数对絮凝全尾 率较高时(>94.8s),继续增加剪切速率，已形成 砂料浆沉降行为的影响 的絮团会被剪切破碎，不利于絮凝作用.但是，随 不同絮凝剂单耗与絮凝剂质量分数条件下絮 着剪切速率的增加，絮凝剂分子和全尾砂颗粒的 凝全尾砂料浆沉降曲线分别如图10(a)、图10(b) 混合效果不断增加，因此达到CLmax所需的时间不 所示.不同絮凝剂单耗条件下的固液界面初始沉 断缩短 降速率只近似分为两组：4.58mms左右(FD=10、 2.4.2剪切速率对絮凝全尾砂料浆沉降行为的影响 15、20和25gt)和2.32mms(FD=5gt).虽然 不同剪切速率条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲 15gt条件下的初始沉降速率最大，但是和其它 线如图12所示.固液界面的初始沉降速率随剪切 相近絮凝剂单耗条件下的区分并不明显，因为该 速率的变化规律和CLmax与CL4min随着剪切速率 条件下的絮团尺寸过大(CL4mim=466.5um),导致其 的变化规律一致，在94.8s时取得最大值4.61mms 结构疏松而影响初始沉降速率.而不同絮凝剂质 因此，针对本文的絮凝条件，剪切速率最优值为 量分数条件下的固液界面初始沉降速率除了 94.8s1 0.15%条件下的较小(3.86mms)外，其它的都在 2.5基于絮团平均弦长的固液界面初始沉降速率 4.56mms左右. 模型 因此，综合考虑经济成本与初始沉降速率，可 絮团的沉降速率与絮团的尺寸、结构、料浆的 确定本文的最优絮凝剂单耗为10g,而絮凝剂 黏度、固相质量分数、尾砂的性质与粒度分布等 质量分数只要不超过0.10%、在0.05%左右则可保 有关28-刘，但本文只检测了絮团的弦长，不能应用 证较好的絮凝效果，本文最优絮凝剂质量分数为 经验公式根据固液界面初始沉降速率计算出絮团 0.025%. 的沉降速率.所以本文只初步分析固液界面初始 2.4剪切速率对全尾砂絮凝沉降行为的影响 沉降速率与絮团平均弦长的关系.根据图13中不 2.4.1剪切速率对全尾砂絮凝行为的影响 同絮凝条件下CL4mm与固液界面初始沉降速率， 在絮凝剂为Magnafloc5250、固相质量分数为 可初步建立适用于本文全尾砂的基于絮团平均弦 10%、絮凝剂单耗为10gt、絮凝剂质量分数为 长的固液界面初始沉降速率模型，如式(1)： 0.025%的条件下，不同剪切速率51.6、94.8、146.0、 y=3.419nx-16.03,R2=0.9782 (1) 204.0、268.2、338.0和412.9s1对全尾砂料浆絮凝 式中：y为固液界面初始沉降速率，mms;x为絮 行为的影响如图11所示 团平均弦长，um;R为可决系数. 35 (a) (b) 30 0 25 0.461 20 四 15 -FD=5 g.t- 15 .FF=0.005% ◆FD=10gt1 0.025% FD=15gt- 10 FD=20g-t 10 FF=010% FD=25 gt =0.15% 100 200300400 500 600 100 200300400 500600 Settling time/s Settling time/s 图10不同絮凝剂单耗()与絮凝剂质量分数(b)条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲线 Fig.10 Settling curves of flocculated tailings slurry under different flocculant dosages(a)and flocculant mass fractions(b)但是，由于不同絮凝剂溶液制备时间相同，可能导 致絮凝剂质量分数高的絮凝剂溶液（0.15%）中的 絮凝剂高分子溶解效果比絮凝剂质量分数低的絮 凝剂溶液低，从而导致 0.15% 条件下的 CLmax 和 CL4min 相对较小. 2.3.2    絮凝剂单耗与絮凝剂质量分数对絮凝全尾 砂料浆沉降行为的影响 不同絮凝剂单耗与絮凝剂质量分数条件下絮 凝全尾砂料浆沉降曲线分别如图 10（a）、图 10（b） 所示. 不同絮凝剂单耗条件下的固液界面初始沉 降速率只近似分为两组：4.58 mm·s−1 左右（FD=10、 15、20 和 25 g·t−1）和 2.32 mm·s−1（FD=5 g·t−1）. 虽然 15 g·t−1 条件下的初始沉降速率最大，但是和其它 相近絮凝剂单耗条件下的区分并不明显，因为该 条件下的絮团尺寸过大（CL4min=466.5 μm），导致其 结构疏松而影响初始沉降速率. 而不同絮凝剂质 量分数条件下的固液界面初始沉降速率除 了 0.15% 条件下的较小（3.86 mm·s−1）外，其它的都在 4.56 mm·s−1 左右. 因此，综合考虑经济成本与初始沉降速率，可 确定本文的最优絮凝剂单耗为 10 g·t−1，而絮凝剂 质量分数只要不超过 0.10%、在 0.05% 左右则可保 证较好的絮凝效果，本文最优絮凝剂质量分数为 0.025%. 2.4    剪切速率对全尾砂絮凝沉降行为的影响 2.4.1    剪切速率对全尾砂絮凝行为的影响 在絮凝剂为 Magnafloc 5250、固相质量分数为 10%、絮凝剂单耗为 10 g·t−1、絮凝剂质量分数为 0.025% 的条件下，不同剪切速率 51.6、94.8、146.0、 204.0、268.2、338.0 和 412.9 s−1 对全尾砂料浆絮凝 行为的影响如图 11 所示. 由图 11 可知，CLmax 和 CL4min 随着剪切速率 的增加而先增大后减小，均在 94.8 s−1 时最大. 在 流场的剪切速率较低时（<94.8 s−1），适当增加剪切 速率有助于絮凝剂分子与全尾砂颗粒的碰撞、吸 附、桥接、絮凝，从而增加絮凝效果；而当剪切速 率较高时（>94.8 s−1），继续增加剪切速率，已形成 的絮团会被剪切破碎，不利于絮凝作用. 但是，随 着剪切速率的增加，絮凝剂分子和全尾砂颗粒的 混合效果不断增加，因此达到 CLmax 所需的时间不 断缩短. 2.4.2    剪切速率对絮凝全尾砂料浆沉降行为的影响 不同剪切速率条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲 线如图 12 所示. 固液界面的初始沉降速率随剪切 速率的变化规律和 CLmax 与 CL4min 随着剪切速率 的变化规律一致，在94.8 s−1 时取得最大值4.61 mm·s−1 . 因此，针对本文的絮凝条件，剪切速率最优值为 94.8 s−1 . 2.5    基于絮团平均弦长的固液界面初始沉降速率 模型 絮团的沉降速率与絮团的尺寸、结构、料浆的 黏度、固相质量分数、尾砂的性质与粒度分布等 有关[28−29] ，但本文只检测了絮团的弦长，不能应用 经验公式根据固液界面初始沉降速率计算出絮团 的沉降速率. 所以本文只初步分析固液界面初始 沉降速率与絮团平均弦长的关系. 根据图 13 中不 同絮凝条件下 CL4min 与固液界面初始沉降速率， 可初步建立适用于本文全尾砂的基于絮团平均弦 长的固液界面初始沉降速率模型，如式（1）： y = 3.419ln x−16.03, R 2 = 0.9782 （1） 式中：y 为固液界面初始沉降速率，mm·s−1 ；x 为絮 团平均弦长，μm；R 2 为可决系数. 0 5 15 10 35 20 25 30 200 Settling time/s Settling time/s Suspension-supernate interface height/cm 5 15 10 35 20 25 30 Suspension-supernate interface height/cm 100 300 500 0 200 400 600 400 600 100 300 500 (a) (b) 0 15 10 35 20 25 30 40 Settling time/s Sope=−0.232 Suspension-supernate interface height/cm 20 60 0 15 10 35 20 25 30 Settling time/s Slope=−0.461 Suspension-supernate interface height/cm 20 40 FD=5 g·t−1 FD=10 g·t−1 FD=15 g·t−1 FD=20 g·t−1 FD=25 g·t−1 FF=0.005% FF=0.025% FF=0.05% FF=0.10% FF=0.15% 图 10    不同絮凝剂单耗（a）与絮凝剂质量分数（b）条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲线 Fig.10    Settling curves of flocculated tailings slurry under different flocculant dosages (a) and flocculant mass fractions (b) 阮竹恩等： 基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 · 985 ·