·992· 工程科学学报，第41卷，第8期 下的PNM参数，如表1所示.有/无剪切作用下的 果未达到膏体制备的要求.在浓密机实际稳定运行 孔隙数量分别为240、206个，剪切作用使孔隙数量 过程中，底流浓度尚且难以达到该最大浓度：在停留 增加了16.5%.剪切作用对喉道数量的影响较大， 时间一定的情况下，水分的排出速率受床层渗透性 由827个增加到1009个，喉道数量增加了22%. 的限制. 表1有/无剪切作用下PNM参数对比 3.2剪切作用对“球体”孔隙的影响规律 Table 1 Comparison of pore network model parameters with and without 无剪切作用下尾砂絮团中存在大量的微孔隙， shearing 剪切作用将尾砂颗粒填充至微孔隙中，因此球体在 模型尺寸/ 孔隙率/ 试验条件 孔隙数量吼道数量 0~10μm范围内含量减少.剪切作用降低了球体半 (mm×mm×mm) % 径在35~80μm范围的大尺寸球体含量，使尾砂絮 无剪切 43.05 206 827 2×2×1 团中不稳定的大孔隙通过旋转的涡流排出水面，或 有剪切 36.59 240 1009 者将大尺寸球体碎化成若干小球体.如图9所示 60 3 研究结果 一有剪切 50 。 ◆一无剪切 3.1浓密实验 40 3.1.1底流浓度 。。 30 9 浓密实验得出有/无剪切作用下的底流浓度 (底流的固相质量分数)分别为58.5%和55.8%，床 20 有剪切 层高度为20cm和30cm,停留时间分别为34min和 无剪切 87min.剪切作用将尾砂床层的孔隙率由43.05% 降低到36.59%，孔隙率降低的比率为15%. 1020 3040506070 80 无剪切作用时，絮团内部的水分无法与絮团外 球体半径μm 部的水分相连通，床层下部水分呈稳定状态与絮团 图9有/无剪切作用下球体半径对比 Fig.9 Comparison of ball radius with and without shearing 保持静力平衡.剪切作用下剪切力打破絮团与水之 间的静力平衡，水在静压力的作用下沿着导水通道 有/无剪切作用下的球体平均半径分别为20.5 向上排出. 和20.78um,剪切作用对球体平均半径的影响不 3.1.2流变学测试 大.有/无剪切作用下的球体均在40~60um范围 利用Brookfield R/S+型流变仪，分析现场不同 含量最多，分别达到30.33%和30.58%. 浓度料浆的流变特性.根据三参数Herschel-Bulk- 3.3剪切作用对“棍体”通道的影响规律 ley模型对膏体料浆进行准确表达，得到不同浓度屈 剪切作用下可以明显的降低大尺寸棍体半径的 服应力与指数m值如表2. 含量，造成棍体半径显著下降：有/无剪切作用下的 棍体平均半径分别为8.58和9.83m,降低了 表2不同浓度下的屈服应力与指数m值 12.7%.有/无剪切作用下的棍体半径多集中在0 Table 2 Yield stress and index m under different concentrations 15um,分别达到总数的88.4%和82.97%，说明孔 料浆浓度（料浆固相 屈服应力/Pa 指数m值 质量分数)/% 隙网络结构中次导水通道的含量较多，见图10棍体 50 24.01 2.7296 半径对比 55 30.55 2.1391 有/无剪切作用下的棍体平均长度分别为 60 41.71 0.552 97.03和100.01m,剪切作用对棍体平均长度影响 65 75.62 不大.如图10棍体长度对比所示，有/无剪切作用 0.3717 70 129.65 1.2251 下的棍体长度在30~90um范围占比最高，分别达 75 214.93 1.0164 到总数的71.85%和66.79%，在此范围，剪切作用 下棍体含量增加的比率达到了7.58%. 然后利用DPS软件对m值进行回归分析，根据 有/无剪切作用下的棍体数量分别为1009和 流变学角度测得临界底流浓度为68.7%.本文通过 827个，剪切作用使棍体数量增加了22%，说明剪切 连续浓密试验，研究浆体由低浓度逐步脱水至膏体 作用可以增加喉道的数量，更加有利于床层底部向 状态的过程及影响机制.但停留时间较短，实验结 上排水工程科学学报,第 41 卷,第 8 期 下的 PNM 参数,如表 1 所示. 有/ 无剪切作用下的 孔隙数量分别为 240、206 个,剪切作用使孔隙数量 增加了 16郾 5% . 剪切作用对喉道数量的影响较大, 由 827 个增加到 1009 个,喉道数量增加了 22% . 表 1 有/ 无剪切作用下 PNM 参数对比 Table 1 Comparison of pore network model parameters with and without shearing 试验条件 模型尺寸/ (mm 伊 mm 伊 mm) 孔隙率/ % 孔隙数量 吼道数量 无剪切 2 伊 2 伊 1 43郾 05 206 827 有剪切 36郾 59 240 1009 3 研究结果 3郾 1 浓密实验 3郾 1郾 1 底流浓度 浓密实验得出有/ 无剪切作用下的底流浓度 (底流的固相质量分数)分别为58郾 5% 和55郾 8% ,床 层高度为 20 cm 和 30 cm,停留时间分别为 34 min 和 87 min. 剪切作用将尾砂床层的孔隙率由 43郾 05% 降低到 36郾 59% ,孔隙率降低的比率为 15% . 无剪切作用时,絮团内部的水分无法与絮团外 部的水分相连通,床层下部水分呈稳定状态与絮团 保持静力平衡. 剪切作用下剪切力打破絮团与水之 间的静力平衡,水在静压力的作用下沿着导水通道 向上排出. 3郾 1郾 2 流变学测试 利用 Brookfield R/ S + 型流变仪,分析现场不同 浓度料浆的流变特性. 根据三参数 Herschel鄄鄄 Bulk鄄 ley 模型对膏体料浆进行准确表达,得到不同浓度屈 服应力与指数 m 值如表 2. 表 2 不同浓度下的屈服应力与指数 m 值 Table 2 Yield stress and index m under different concentrations 料浆浓度(料浆固相 质量分数) / % 屈服应力/ Pa 指数 m 值 50 24郾 01 2郾 7296 55 30郾 55 2郾 1391 60 41郾 71 0郾 552 65 75郾 62 0郾 3717 70 129郾 65 1郾 2251 75 214郾 93 1郾 0164 然后利用 DPS 软件对 m 值进行回归分析,根据 流变学角度测得临界底流浓度为 68郾 7% . 本文通过 连续浓密试验,研究浆体由低浓度逐步脱水至膏体 状态的过程及影响机制. 但停留时间较短,实验结 果未达到膏体制备的要求. 在浓密机实际稳定运行 过程中,底流浓度尚且难以达到该最大浓度;在停留 时间一定的情况下,水分的排出速率受床层渗透性 的限制. 3郾 2 剪切作用对“球体冶孔隙的影响规律 无剪切作用下尾砂絮团中存在大量的微孔隙, 剪切作用将尾砂颗粒填充至微孔隙中,因此球体在 0 ~ 10 滋m 范围内含量减少. 剪切作用降低了球体半 径在 35 ~ 80 滋m 范围的大尺寸球体含量,使尾砂絮 团中不稳定的大孔隙通过旋转的涡流排出水面,或 者将大尺寸球体碎化成若干小球体. 如图 9 所示. 图 9 有/ 无剪切作用下球体半径对比 Fig. 9 Comparison of ball radius with and without shearing 有/ 无剪切作用下的球体平均半径分别为 20郾 5 和 20郾 78 滋m,剪切作用对球体平均半径的影响不 大. 有/ 无剪切作用下的球体均在 40 ~ 60 滋m 范围 含量最多,分别达到 30郾 33% 和 30郾 58% . 3郾 3 剪切作用对“棍体冶通道的影响规律 剪切作用下可以明显的降低大尺寸棍体半径的 含量,造成棍体半径显著下降;有/ 无剪切作用下的 棍体平均半径分别为 8郾 58 和 9郾 83 滋m, 降 低 了 12郾 7% . 有/ 无剪切作用下的棍体半径多集中在 0 ~ 15 滋m,分别达到总数的 88郾 4% 和 82郾 97% ,说明孔 隙网络结构中次导水通道的含量较多,见图 10 棍体 半径对比. 有/ 无 剪 切 作 用 下 的 棍 体 平 均 长 度 分 别 为 97郾 03 和 100郾 01 滋m,剪切作用对棍体平均长度影响 不大. 如图 10 棍体长度对比所示,有/ 无剪切作用 下的棍体长度在 30 ~ 90 滋m 范围占比最高,分别达 到总数的 71郾 85% 和 66郾 79% ,在此范围,剪切作用 下棍体含量增加的比率达到了 7郾 58% . 有/ 无剪切作用下的棍体数量分别为 1009 和 827 个,剪切作用使棍体数量增加了 22% ,说明剪切 作用可以增加喉道的数量,更加有利于床层底部向 上排水. ·992·