第6期 焦华喆等：全尾砂絮凝沉降规律及其机理 ·705 式中，为沉降速度，mmm前：为沉降时间，m即 59r ■58.8% 日b和d纷别为待回归系数.本次拟合结果的复 相关系数R=0.96812说明该回归显著，具有较高 56 的精度. 55 54 54 .54% 3.2沉降模型 。极限质量分数 结合上述分析，易归纳出较简单的絮凝沉降模 52 一浓度趋势线 51.3% 型曲线如图5所示 51 0 10 20 30 40 絮凝剂单耗g少 图3质量分数2%料浆的沉降浓度 Fg 3 Sedmenation concentmation at a feeding concentatin of B 20% G 2.23工程建议 10m 10 1 当给料质量分数20%，絮凝剂单耗208T时， 沉降时间min 沉降最大速度达到187.5mmmr,静水极限质量 图5沉降速度模型 分数达到588%，在实验中二参数均处于较高水 F琴5 Sed m ent知ve bcit model 平，且从经济上较合理，由此建议深锥浓密机给料质 3.3阶段划分及分析 量分数为20%左右，絮凝剂单耗208. 将絮凝沉降过程中速度的变化划分为六个 3沉降速度模型建立 阶段. 3.3.1湍流影响段 3.1沉降速度曲线回归 如图5中的AB段所示.实验初期，为使絮凝剂 在前述实验中，液面沉降速度呈先升后降趋势， 分子与矿粒充分搭接絮凝搅拌强度高，料浆运动剧 各组实验中，给料质量分数20%、单耗208T'沉降 烈，澄清液面受湍流的影响，波动沉降.根据絮凝动 速度曲线较有代表性.利用O"软件中非线性曲 力学原理，静置之初颗粒受湍流影响，属于同向 线拟合模块对该曲线进行回归拟合.由于曲线存在 絮凝.本段发生在静置之初的1~2§ 峰值，因此在选择回归模型时，应选择能够描述曲线 3.3.2加速沉降段 峰值和趋势的函数.最终选择G idd ings方程.回归 如图5中的C段所示.量筒内湍流能量减弱 结果见图4 变为层流，颗粒密度大于水的密度，即P>A时，颗 200 粒做下沉运动，受力如图6所示 150 100 50 激店 10 10P 100 10P 沉降时间min 图4沉降速度曲线回归结果 图6沉降颗粒受力图 Fg4 Regression curve of sedmentation vebcity Fig 6 Force on a settling panicula te G idd ing防程： 下向力双如下式： 42 (2) W=W-W-。a-9)d (4) 式中，I为一阶第1类修正Bsse函数，如下式所 式中，W为颗粒所受向下的力，yW为颗粒的重 示： 力，yW为颗粒所受的浮力，yP为颗粒密度，k 1(=2到 1 2+1 r;0为水的密度，kgr;妫颗粒直径，円为 (3) 重力加速度，ms2第 6期 焦华喆等:全尾砂絮凝沉降规律及其机理 图 3 质量分数 20%料浆的沉降浓度 Fig.3 Sedimentationconcentrationatafeedingconcentrationof 20% 2.2.3 工程建议 当给料质量分数 20%, 絮凝剂单耗 20 g·t -1时 , 沉降最大速度达到 187.5 mm·min -1 , 静水极限质量 分数达到 58.8%, 在实验中二参数均处于较高水 平 ,且从经济上较合理 ,由此建议深锥浓密机给料质 量分数为 20%左右 ,絮凝剂单耗 20 g·t -1 . 3 沉降速度模型建立 3.1 沉降速度曲线回归 在前述实验中,液面沉降速度呈先升后降趋势 , 各组实验中 ,给料质量分数 20%、单耗 20 g·t -1沉降 速度曲线较有代表性 .利用 Origin软件中非线性曲 线拟合模块对该曲线进行回归拟合.由于曲线存在 峰值, 因此在选择回归模型时, 应选择能够描述曲线 峰值和趋势的函数 .最终选择 Giddings方程.回归 结果见图 4. 图 4 沉降速度曲线回归结果 Fig.4 Regressioncurveofsedimentationvelocity Giddings方程: y=a+ d c b x I1 2 bx c e -x-b c (2) 式中, I1 为一阶第 1类修正 Bessel函数 , 如下式所 示 : I1 (x)=∑ ∞ k=0 1 k! Γ(k+2) x 2 2k+1 (3) 式中 , y为沉降速度 , mm·min -1;x为沉降时间 , min; a、b、c和 d分别为待回归系数 .本次拟合结果的复 相关系数 R 2 =0.968 12,说明该回归显著, 具有较高 的精度. 3.2 沉降模型 结合上述分析, 易归纳出较简单的絮凝沉降模 型, 曲线如图 5所示 . 图 5 沉降速度模型 Fig.5 Sedimentationvelocitymodel 3.3 阶段划分及分析 将絮凝沉降过程中速度的变化划分为六个 阶段 . 3.3.1 湍流影响段 如图 5中的 AB段所示 .实验初期 ,为使絮凝剂 分子与矿粒充分搭接絮凝,搅拌强度高 ,料浆运动剧 烈, 澄清液面受湍流的影响, 波动沉降.根据絮凝动 力学原理 [ 10] ,静置之初颗粒受湍流影响, 属于同向 絮凝 .本段发生在静置之初的 1 ～ 2s. 3.3.2 加速沉降段 如图 5中的 BC段所示 .量筒内湍流能量减弱 变为层流 ,颗粒密度大于水的密度 ,即 ρs >ρ1 时, 颗 粒做下沉运动 ,受力如图 6所示. 图 6 沉降颗粒受力图 Fig.6 Forceonasettlingparticulate 下向力 W0 如下式: W0 =Ws -Wl= πg 6 (ρs -ρ1 )d 3 (4) 式中 , W0 为颗粒所受向下的力, N;Ws为颗粒的重 力, N;Wl为颗粒所受的浮力 , N;ρs为颗粒密度, kg· m -3;ρ1 为水的密度 , kg·m -3 ;d为颗粒直径 , m;g为 重力加速度, m·s -2 . · 705·