吴爱祥等：基于超级絮凝的超细尾砂絮凝行为优化 ·985· 其中，在p=4%、p=6%时，所需要最优剪切速率最 通过测试不同H、剪切速率、絮凝剂单耗以及固体 低，均为500s1,所对应的最优相对絮凝率分别为 体积分数条件下的相对絮凝率，对超细尾砂的絮凝 98%和94%.综合最优絮凝效率及其所需的剪切速 条件进行了优化研究，主要结论为： 率，在不考虑处理能力等其他条件下，认为”=4% (1)不同pH条件下，尾砂颗粒表面Zeta电位 是最优固体体积分数 不同，导致絮凝效果不同.综合考虑相对絮凝率与 根据Smoluchowski理论[2]，在给定的絮凝剂单 浊度，在pH值为9~12、絮凝剂单耗f=2~20g· 耗条件下，随着料浆中固体体积分数增加，高分子絮 t1、料浆剪切速率y=100~2000s1、料浆固体体积 凝剂在料浆中扩散速率明显降低，尾砂颗粒与絮凝 分数p=2%~14%的条件下，最优pH值为11 剂混合效果较差，从而导致最优相对絮凝率降低. (2)料浆的剪切速率、絮凝剂单耗对相对絮凝 同时，增加剪切速率可以增加高分子的扩散速率，所 率的影响均表现为先增加后减少的趋势，本文所获 以固体体积分数越高，达到最优相对絮凝率时所需 得的最优值分别为y=500sf=12gt1.综合固 的最优剪切速率对固体体积分数的依赖性也越高. 体体积分数对相对絮凝率的影响及其达到最优值所 而在固体体积分数很低时(=2%)，因为高分子絮 需要的剪切速率，确定最优固体体积分数为φ= 凝剂过于分散，导致尾砂颗粒和絮凝剂混合接触的 4% 概率降低，从而需要更大的剪切速率来促进尾砂颗 (3)本文应用超级絮凝测试仪以最优相对絮凝 粒与絮凝剂的混合接触，以提高相对絮凝率 率为目标进行了絮凝行为优化研究，研究所得最优 1400 100 剪切速率明显高于传统絮凝所获得最优剪切速率， 1200 98 为后续进一步研究絮凝沉降与料浆脱水效果以及现 1000 96 94 场深锥浓密机生产设计奠定基础. 800 92 600 90 参考文献 400 。一最优剪切速率 88 [1]Wang C,Harbottle D,Liu Q X,et al.Current state of fine miner- 200 口最优相对絮凝率 86 al tailings treatment:a eritical review on theory and practice.Min- 0 12 er Eng,2014,58:113 固体体积分数/% [2]Wu A X,Yang Y,Cheng H Y,et al.Status and prospects of 图8不同固体体积分数的最优剪切速率与最优相对絮凝率 paste technology in China.Chin J Eng,2018,40(5):517 Fig.8 Optimal shear rate and flocculation rate versus solid volume (吴爱祥，杨莹，程海勇，等。中国膏体技术发展现状与趋势 fraction 工程科学学报，2018,40(5)：517) [3]Zhang Q L,Zhou D H.Wang X M,et al.Experimental study on 2.4工程建议 flocculating sedimentation of ultra-fine unclassified tailings.J 基于上述讨论，在实际生产中，可在考虑成本的 Guangxi Univ Nat Sci Ed,2013,38(2):451 情况下，根据现场条件合理地调节尾砂料浆的pH (张软礼，周登辉，王新民，等.超细全尾砂絮凝沉降实验研 以保证絮凝效果.同时，在综合考虑处理能力、达到 究.广西大学学报（自然科学版），2013,38(2)：451) 相应剪切速率所需要的成本及深锥浓密机稀释装置 [4]Wang X M,Liu J X,Chen Q S,et al.Optimal flocculating sedi- mentation parameters of unclassified tailings.Sci Technol Rer 的稀释能力等因素的前提下，可对实际工况参数 2014,32(17):23 (料浆剪切速率、絮凝剂单耗以及固体体积分数)进 (王新民，刘吉样，陈秋松，等.超细全尾砂絮凝沉降参数优 行适当调节以达到最优絮凝效果.基于超级絮凝理 化模型.科技导报，2014,32(17)：23) 论，在高速剪切条件下超细尾砂可在极短时间内 [5] Femando Concha A.Solid-Liquid Separation in the Mining Indus- (<6s)发生很好的絮凝反应，这对于在现有研究的 try.Switzerland:Springer International Publishing,2014 [6]Wang Y,Wu A X,Wang H J,et al.Influence mechanism of floc 基础上[29-0]，进一步以流场剪切速率与停留时间为 culant dosage on tailings thiekening.I Unir Sci Technol Beijing, 目标对深锥浓密机进料井结构进行研究与优化设 2013,35(11):1419 计，以在工程应用中实现超细尾砂的超级絮凝、提高 (王勇，吴爱祥，王洪江，等.絮凝剂用量对尾矿浓密的彩响 尾砂的处理能力具有重要意义. 机理.北京科技大学学报.2013,35(11)：1419) [7]Zhang QL,Wang S,Wang X M.Influence rules of unit consump- 3结论 tions of flocculants on interface sedimentation velocity of unclassi- fied tailings slurry.Chin J Nonferrous Met,2017.27(2):318 本文基于超级絮凝理论，应用超级絮凝测试仪， (张钦礼，王石，王新民.絮凝剂单耗对全尾砂浆浑液面沉速吴爱祥等: 基于超级絮凝的超细尾砂絮凝行为优化 其中,在 渍 = 4% 、渍 = 6% 时,所需要最优剪切速率最 低,均为 500 s - 1 ,所对应的最优相对絮凝率分别为 98% 和 94% . 综合最优絮凝效率及其所需的剪切速 率,在不考虑处理能力等其他条件下,认为 渍 = 4% 是最优固体体积分数. 根据 Smoluchowski 理论[28] ,在给定的絮凝剂单 耗条件下,随着料浆中固体体积分数增加,高分子絮 凝剂在料浆中扩散速率明显降低,尾砂颗粒与絮凝 剂混合效果较差,从而导致最优相对絮凝率降低. 同时,增加剪切速率可以增加高分子的扩散速率,所 以固体体积分数越高,达到最优相对絮凝率时所需 的最优剪切速率对固体体积分数的依赖性也越高. 而在固体体积分数很低时(渍 = 2% ),因为高分子絮 凝剂过于分散,导致尾砂颗粒和絮凝剂混合接触的 概率降低,从而需要更大的剪切速率来促进尾砂颗 粒与絮凝剂的混合接触,以提高相对絮凝率. 图 8 不同固体体积分数的最优剪切速率与最优相对絮凝率 Fig. 8 Optimal shear rate and flocculation rate versus solid volume fraction 2郾 4 工程建议 基于上述讨论,在实际生产中,可在考虑成本的 情况下,根据现场条件合理地调节尾砂料浆的 pH 以保证絮凝效果. 同时,在综合考虑处理能力、达到 相应剪切速率所需要的成本及深锥浓密机稀释装置 的稀释能力等因素的前提下,可对实际工况参数 (料浆剪切速率、絮凝剂单耗以及固体体积分数)进 行适当调节以达到最优絮凝效果. 基于超级絮凝理 论,在高速剪切条件下超细尾砂可在极短时间内 ( < 6 s)发生很好的絮凝反应,这对于在现有研究的 基础上[29鄄鄄30] ,进一步以流场剪切速率与停留时间为 目标对深锥浓密机进料井结构进行研究与优化设 计,以在工程应用中实现超细尾砂的超级絮凝、提高 尾砂的处理能力具有重要意义. 3 结论 本文基于超级絮凝理论,应用超级絮凝测试仪, 通过测试不同 pH、剪切速率、絮凝剂单耗以及固体 体积分数条件下的相对絮凝率,对超细尾砂的絮凝 条件进行了优化研究,主要结论为: (1) 不同 pH 条件下,尾砂颗粒表面 Zeta 电位 不同,导致絮凝效果不同. 综合考虑相对絮凝率与 浊度,在 pH 值为 9 ~ 12、絮凝剂单耗 f d = 2 ~ 20 g· t - 1 、料浆剪切速率 酌 = 100 ~ 2000 s - 1 、料浆固体体积 分数 渍 = 2% ~ 14% 的条件下,最优 pH 值为 11. (2) 料浆的剪切速率、絮凝剂单耗对相对絮凝 率的影响均表现为先增加后减少的趋势,本文所获 得的最优值分别为 酌 = 500 s - 1 、f d = 12 g·t - 1 . 综合固 体体积分数对相对絮凝率的影响及其达到最优值所 需要的剪切速率,确定最优固体体积分数为 渍 = 4% . (3) 本文应用超级絮凝测试仪以最优相对絮凝 率为目标进行了絮凝行为优化研究,研究所得最优 剪切速率明显高于传统絮凝所获得最优剪切速率, 为后续进一步研究絮凝沉降与料浆脱水效果以及现 场深锥浓密机生产设计奠定基础. 参 考 文 献 [1] Wang C, Harbottle D, Liu Q X, et al. Current state of fine miner鄄 al tailings treatment: a critical review on theory and practice. Min鄄 er Eng, 2014, 58: 113 [2] Wu A X, Yang Y, Cheng H Y, et al. Status and prospects of paste technology in China. Chin J Eng, 2018, 40(5): 517 (吴爱祥, 杨莹, 程海勇, 等. 中国膏体技术发展现状与趋势. 工程科学学报, 2018, 40(5): 517) [3] Zhang Q L, Zhou D H, Wang X M, et al. Experimental study on flocculating sedimentation of ultra鄄fine unclassified tailings. J Guangxi Univ Nat Sci Ed, 2013, 38(2): 451 (张钦礼, 周登辉, 王新民, 等. 超细全尾砂絮凝沉降实验研 究. 广西大学学报(自然科学版), 2013, 38(2): 451) [4] Wang X M, Liu J X, Chen Q S, et al. Optimal flocculating sedi鄄 mentation parameters of unclassified tailings. Sci Technol Rev, 2014, 32(17): 23 (王新民, 刘吉祥, 陈秋松, 等. 超细全尾砂絮凝沉降参数优 化模型. 科技导报, 2014, 32(17): 23) [5] Fernando Concha A. Solid鄄Liquid Separation in the Mining Indus鄄 try. Switzerland: Springer International Publishing, 2014 [6] Wang Y, Wu A X, Wang H J, et al. Influence mechanism of floc鄄 culant dosage on tailings thickening. J Univ Sci Technol Beijing, 2013, 35(11): 1419 (王勇, 吴爱祥, 王洪江, 等. 絮凝剂用量对尾矿浓密的影响 机理. 北京科技大学学报, 2013, 35(11): 1419) [7] Zhang Q L, Wang S, Wang X M. Influence rules of unit consump鄄 tions of flocculants on interface sedimentation velocity of unclassi鄄 fied tailings slurry. Chin J Nonferrous Met, 2017, 27(2): 318 (张钦礼, 王石, 王新民. 絮凝剂单耗对全尾砂浆浑液面沉速 ·985·