工程科学学报，第44卷，第X期 research status of numerical simulation of tailings thickening technology and highlighted that the tailings thickening and dewatering technology is still in the development stage with some underlying problems,such as the instability of the key parameters of tailings thickening,the untimely production control of tailings thickening,and the imperfect information platform of tailings thickening.Overall, the development of tailings thickening technology is still facing numerous challenges.Finally,the direction of the development of tailing thickening technology is proposed in terms of personalization,automation,and intelligence. KEY WORDS metal ore;tailings;thickening equipment;dehydration process;thickening theory:numerical simulation 随着我国经济的不断发展，对矿产资源的需 发展，与此同时，设备也得到不断改进.笔者将尾 求量仍大幅攀升.作为国民经济的支柱产业，矿业 砂浓密设备发展分为三个阶段：普通浓密机阶段、 对我国经济的发展起到了不可替代的作用凹.据不 高效浓密机阶段和膏体浓密机阶段，随着设备的 完全统计，我国矿山开发规模居世界第三位，年采 发展，尾砂浓密效率和底流浓度不断提高 掘量达50亿吨.地下和露天开采中，每年产生的 (1)普通浓密机阶段 尾砂量达到6亿吨以上口金属矿尾砂浓密技术通 现代浓密机的起点可以追溯到1905年Dorm 过高效固液分离的方法，使尾砂浆达到高浓度或 浓密机的发明阿它使稀释尾砂浆的连续脱水成为 膏体状态，用于地表堆存或地下充填.尾砂膏体处 可能.普通浓密机是重力浓密设备的典型代表，它 置不仅能够显著提高尾砂利用率，还能保障地下 的理论基础是颗粒自由沉降，可实现颗粒的沉降 采空区安全作业，减轻重金属离子对环境的污染， 分层并在池底进一步压实.浓密机的处理量及溢 成为绿色矿山建设的重要手段 流中的固体含量主要取决于颗粒的沉降速度.根 经过多年的探索与实践，在浓密工艺、浓密设 据Stokes定律，固体颗粒的沉降速度与颗粒直径 备和浓密理论等方面，尾砂浓密技术均取得重大 的平方成正比，与固体颗粒和其周围介质的密度 突破.本文概述了金属矿尾砂浓密脱水技术的发 差成正比，同时不同浓度的尾砂浆固体沉降速率 展历程，总结了尾砂絮凝沉降、床层压缩和重力浓 不同7 密理论的最新研究进展，指出了现阶段尾砂浓密 (2)高效浓密机阶段 的主要研究方法和观测手段.最后，提出了尾砂浓 随着矿石回收率提高，磨矿粒度更细，尾砂颗 密技术个性化、自动化和智能化的发展方向. 粒的重力作用更弱.此时，单纯依靠尾砂颗粒的重 1尾砂浓密技术历史与现状 力难以自由沉降，导致上清液浑浊，难以获得较高 浓度的底流物.由此，人们引入絮凝技术，从而加 尾砂的原始状态是选矿厂排出的低浓度尾砂 快尾砂颗粒沉降]，并由此发展出与之匹配的高效 浆，质量分数仅为20%~30%.尾砂主要处置手段 浓密机.为了满足较高底流浓度和较高处理量的 为井下充填和地表堆存，低浓度尾砂浆易造成尾 要求，国外于20世纪60年代，开始推广高效浓密 砂地表堆存和井下充填效果较差.传统的地表湿 机.我国于1984年成功研制了GX-3.6高效浓密 式直排技术容易造成溃坝间、重金属污染)和扬尘 机，现已用于工业生产中例.高效浓密机结构与普 等危害；低浓度尾砂充填也存在沉缩率大、充填体 通浓密机相似，主要区别在于：①增加了絮凝剂稀 强度低等问题阿因此，将尾砂从低浓度浓缩到高 释和添加装置，使尾砂与絮凝剂得到有效地混合； 浓度以满足高浓度充填或堆存的需要，尤其重要. ②增加进料井的深度：③设有自动控制系统，主要 尾砂浓缩主要分为过滤与浓密两种方式，然 是控制絮凝剂添加量和泥层高度等参数o 而，前者的能力小、能耗高，限制了其在金属矿的 (3)膏体浓密机阶段 大规模应用.而后者克服了上述缺陷，成为尾砂脱 为了进一步提高底流浓度、降低溢流水浊度， 水的主要技术.尾砂浓密技术就是将选矿产生的 在高效浓密机基础上，国外研发出专供尾砂浓密 低浓度尾砂料浆浓缩制备成高浓度料浆的技术， 使用的膏体浓密机.它适用于微细粒物料的处理， 主要采用浓密机等设备，结合絮凝沉降等手段， 能够将低浓度尾砂浆直接浓缩成膏状底流.与高 使尾砂浓密效率和脱水效果得到了极大程度的 效浓密机相比，膏体浓密机提高了浓密机高度以 改善 增大浓密机底部压力，开发了不同原理的自稀释 1.1尾砂浓密设备的发展历程 系统以改善絮凝效果，增设了浓密机体外循环系 尾砂浓密技术的发展得益于尾砂浓密理论的 统以控制底流浓度过高的问题research  status  of  numerical  simulation  of  tailings  thickening  technology  and  highlighted  that  the  tailings  thickening  and  dewatering technology is still in the development stage with some underlying problems, such as the instability of the key parameters of tailings thickening, the untimely production control of tailings thickening, and the imperfect information platform of tailings thickening. Overall, the development of tailings thickening technology is still facing numerous challenges. Finally, the direction of the development of tailing thickening technology is proposed in terms of personalization, automation, and intelligence. KEY WORDS    metal ore；tailings；thickening equipment；dehydration process；thickening theory；numerical simulation 随着我国经济的不断发展，对矿产资源的需 求量仍大幅攀升. 作为国民经济的支柱产业，矿业 对我国经济的发展起到了不可替代的作用[1] . 据不 完全统计，我国矿山开发规模居世界第三位，年采 掘量达 50 亿吨. 地下和露天开采中，每年产生的 尾砂量达到 6 亿吨以上[2] . 金属矿尾砂浓密技术通 过高效固液分离的方法，使尾砂浆达到高浓度或 膏体状态，用于地表堆存或地下充填. 尾砂膏体处 置不仅能够显著提高尾砂利用率，还能保障地下 采空区安全作业，减轻重金属离子对环境的污染， 成为绿色矿山建设的重要手段. 经过多年的探索与实践，在浓密工艺、浓密设 备和浓密理论等方面，尾砂浓密技术均取得重大 突破. 本文概述了金属矿尾砂浓密脱水技术的发 展历程，总结了尾砂絮凝沉降、床层压缩和重力浓 密理论的最新研究进展，指出了现阶段尾砂浓密 的主要研究方法和观测手段. 最后，提出了尾砂浓 密技术个性化、自动化和智能化的发展方向. 1    尾砂浓密技术历史与现状 尾砂的原始状态是选矿厂排出的低浓度尾砂 浆，质量分数仅为 20%～30%. 尾砂主要处置手段 为井下充填和地表堆存，低浓度尾砂浆易造成尾 砂地表堆存和井下充填效果较差. 传统的地表湿 式直排技术容易造成溃坝[3]、重金属污染[4] 和扬尘 等危害；低浓度尾砂充填也存在沉缩率大、充填体 强度低等问题[5] . 因此，将尾砂从低浓度浓缩到高 浓度以满足高浓度充填或堆存的需要，尤其重要. 尾砂浓缩主要分为过滤与浓密两种方式，然 而，前者的能力小、能耗高，限制了其在金属矿的 大规模应用. 而后者克服了上述缺陷，成为尾砂脱 水的主要技术. 尾砂浓密技术就是将选矿产生的 低浓度尾砂料浆浓缩制备成高浓度料浆的技术， 主要采用浓密机等设备，结合絮凝沉降等手段， 使尾砂浓密效率和脱水效果得到了极大程度的 改善. 1.1    尾砂浓密设备的发展历程 尾砂浓密技术的发展得益于尾砂浓密理论的 发展，与此同时，设备也得到不断改进. 笔者将尾 砂浓密设备发展分为三个阶段：普通浓密机阶段、 高效浓密机阶段和膏体浓密机阶段，随着设备的 发展，尾砂浓密效率和底流浓度不断提高. （1）普通浓密机阶段. 现代浓密机的起点可以追溯到 1905 年 Dorr 浓密机的发明[6] . 它使稀释尾砂浆的连续脱水成为 可能. 普通浓密机是重力浓密设备的典型代表，它 的理论基础是颗粒自由沉降，可实现颗粒的沉降 分层并在池底进一步压实. 浓密机的处理量及溢 流中的固体含量主要取决于颗粒的沉降速度. 根 据 Stokes 定律，固体颗粒的沉降速度与颗粒直径 的平方成正比，与固体颗粒和其周围介质的密度 差成正比，同时不同浓度的尾砂浆固体沉降速率 不同[7] . （2）高效浓密机阶段. 随着矿石回收率提高，磨矿粒度更细，尾砂颗 粒的重力作用更弱. 此时，单纯依靠尾砂颗粒的重 力难以自由沉降，导致上清液浑浊，难以获得较高 浓度的底流物. 由此，人们引入絮凝技术，从而加 快尾砂颗粒沉降[8] ，并由此发展出与之匹配的高效 浓密机. 为了满足较高底流浓度和较高处理量的 要求，国外于 20 世纪 60 年代，开始推广高效浓密 机. 我国于 1984 年成功研制了 GX−3.6 高效浓密 机，现已用于工业生产中[9] . 高效浓密机结构与普 通浓密机相似，主要区别在于：①增加了絮凝剂稀 释和添加装置，使尾砂与絮凝剂得到有效地混合； ②增加进料井的深度；③设有自动控制系统，主要 是控制絮凝剂添加量和泥层高度等参数[10] . （3）膏体浓密机阶段. 为了进一步提高底流浓度、降低溢流水浊度， 在高效浓密机基础上，国外研发出专供尾砂浓密 使用的膏体浓密机. 它适用于微细粒物料的处理， 能够将低浓度尾砂浆直接浓缩成膏状底流. 与高 效浓密机相比，膏体浓密机提高了浓密机高度以 增大浓密机底部压力，开发了不同原理的自稀释 系统以改善絮凝效果，增设了浓密机体外循环系 统以控制底流浓度过高的问题. · 2 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期