阮竹恩等：基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 981· suspension-supernate interface of the flocculated,unclassified tailings slurry vary with flocculation conditions.For the scope of this study,the optimal flocculation conditions were determined as follows:the flocculant used was Magnafloc 5250,the solid mass fraction was 10%,the flocculant dosage was 10 g-t,the flocculant mass fraction was 0.025%,and the shear rate was 94.8 s.Under such flocculation conditions,the peak value of the average chord length of the floc was 620.63 um,the average chord length after the flocculation was 399.57 um,and the initial settling rate of the suspension-supernate interface of the flocculated tailings slurry was 4.61 mm's.The initial settling rate model of the suspension-supernate interface,applicable only to the tailings used in this study,was established preliminarily based on the average chord length of the flocs.The initial settling rate of the suspension-supernate interface increased with the increase in the average chord length of the flocs,providing a reference for the control of flocculation and settling parameters and the optimization of the equipment structure to improve the flocculation settling efficiency of unclassified tailings slurry in actual production. KEY WORDS unclassified tailings;floc chord length;focused beam reflectance measurement;shear rate;suspension-supernate interface initial settling rate 膏体充填已经成为治理采空区和尾矿库灾 1实验 害、实现矿山绿色开采的重要手段之一-)膏体 充填的其中一项核心技术是全尾砂深锥浓密，即 1.1实验材料 本文所用的全尾砂取自于国内某镍矿，应用 通过向来自选厂的低浓度全尾砂料浆中添加高分 子絮凝剂实现快速沉降、再通过深锥浓密机实现 比重法测得真实密度为2785kgm3.采用欧美克 全尾砂料浆的深度浓密，从而获得高浓度底流，为 TopSizer激光粒度分析仪分析全尾砂粒径分布，所 制备合格的膏体奠定基础]全尾砂进入深锥浓 得结果如图1所示，粒径-20um的颗粒占比（体积分 密机经过絮凝后，以絮团的形式存在.针对浓密过 数)为54.74%，-74um占比为91.31%，-100μm占比为 程中的絮凝沉降，国内外学者进行了大量的实验 95.38%,索特平均直径d2和体积平均直径d43分 来研究沉降，分析了絮凝剂种类与单耗61、全尾 别为5.22m和30.67um 砂料浆中的固相质量分数（下文简称固相质量分 100 数)10、尾砂化学组成-11、料浆酸碱度3-以 90 80 及水力条件s-等因素对全尾砂料浆沉降速率的 影响规律.同时，也应用数值模拟方法研究了深锥 浓密机内的全尾砂絮凝沉降行为但是，对于 40 全尾砂的絮凝本身或者絮团的性质研究相对较少， 20 絮团的尺寸是絮团的最直观的性质，也是最重要的 10k 性质.絮团尺寸的测量方法多样，如最古老的沉降 11 0.1 10 100 1000 速率法、激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)及 Particle size/um 光学显微镜，但是这些方法因为不能直接测量或 图1全尾砂粒径分布 者对絮团结构进行了破坏，导致测量结果误差较 Fig.1 Grain size distribution of unclassified tailings 大Po).近年来，聚焦式激光反射测量系统(Focused 絮凝剂为Rheomax1010、Rheomax1020、 beam reflectance measurement,,FBRM)因其可以实 Rheomax1050、Magnafloc336、Magnafloc5250和 时原位侧试絮团尺寸，不用取样破坏絮团结构，而 APAM-10,共6种阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂，均 被越来越多的应用于絮团尺寸的测量-2四 为高分子絮凝剂，相对分子量分别为2520万、 为此，本文应用FBRM测量不同絮凝条件下 2160万、2000万、2880万、1800万和1200万 的全尾砂絮团尺寸，分析絮凝剂种类、固相质量分 1.2实验方案 数(SF)、絮凝剂单耗(FD)、絮凝剂溶液中絮凝剂 实验采用MY3000-6M彩屏混凝试验搅拌机. 质量分数（下文简称絮凝剂质量分数，F℉）和流场 研究絮凝剂种类不同、固相质量分数不同(SF=5%、 剪切速率(G)对全尾砂絮团的尺寸的影响进行研 10%、15%、20%和25%)、絮凝剂单耗不同(FD=5、 究，再应用絮凝后全尾砂料浆的静态沉降来分析 10、15和25gt)、絮凝剂质量分数不同(FF=0.005%、 絮凝条件对沉降行为的影响 0.025%、0.05%、0.10%和0.15%)和流体剪切速率suspension –supernate  interface  of  the  flocculated,  unclassified  tailings  slurry  vary  with  flocculation  conditions.  For  the  scope  of  this study, the optimal flocculation conditions were determined as follows: the flocculant used was Magnafloc 5250, the solid mass fraction was  10%,  the  flocculant  dosage  was  10  g·t−1,  the  flocculant  mass  fraction  was  0.025%,  and  the  shear  rate  was  94.8  s−1.  Under  such flocculation  conditions,  the  peak  value  of  the  average  chord  length  of  the  floc  was  620.63  μm,  the  average  chord  length  after  the flocculation  was  399.57  μm,  and  the  initial  settling  rate  of  the  suspension –supernate  interface  of  the  flocculated  tailings  slurry  was 4.61 mm·s−1. The initial settling rate model of the suspension–supernate interface, applicable only to the tailings used in this study, was established preliminarily based on the average chord length of the flocs. The initial settling rate of the suspension–supernate interface increased with the increase in the average chord length of the flocs, providing a reference for the control of flocculation and settling parameters and the optimization of the equipment structure to improve the flocculation settling efficiency of unclassified tailings slurry in actual production. KEY  WORDS    unclassified  tailings； floc  chord  length； focused  beam  reflectance  measurement； shear  rate； suspension –supernate interface initial settling rate 膏体充填已经成为治理采空区和尾矿库灾 害、实现矿山绿色开采的重要手段之一[1−2] . 膏体 充填的其中一项核心技术是全尾砂深锥浓密，即 通过向来自选厂的低浓度全尾砂料浆中添加高分 子絮凝剂实现快速沉降、再通过深锥浓密机实现 全尾砂料浆的深度浓密，从而获得高浓度底流，为 制备合格的膏体奠定基础[3−5] . 全尾砂进入深锥浓 密机经过絮凝后，以絮团的形式存在. 针对浓密过 程中的絮凝沉降，国内外学者进行了大量的实验 来研究沉降，分析了絮凝剂种类与单耗[6−8]、全尾 砂料浆中的固相质量分数（下文简称固相质量分 数 ）[9−10]、尾砂化学组成[11−12]、料浆酸碱度[13−14] 以 及水力条件[15−16] 等因素对全尾砂料浆沉降速率的 影响规律. 同时，也应用数值模拟方法研究了深锥 浓密机内的全尾砂絮凝沉降行为[17−19] . 但是，对于 全尾砂的絮凝本身或者絮团的性质研究相对较少. 絮团的尺寸是絮团的最直观的性质，也是最重要的 性质. 絮团尺寸的测量方法多样，如最古老的沉降 速率法、激光粒度仪、扫描电子显微镜（SEM）及 光学显微镜，但是这些方法因为不能直接测量或 者对絮团结构进行了破坏，导致测量结果误差较 大[20] . 近年来，聚焦式激光反射测量系统（Focused beam reflectance measurement, FBRM）因其可以实 时原位测试絮团尺寸，不用取样破坏絮团结构，而 被越来越多的应用于絮团尺寸的测量[21−22] . 为此，本文应用 FBRM 测量不同絮凝条件下 的全尾砂絮团尺寸，分析絮凝剂种类、固相质量分 数（SF）、絮凝剂单耗（FD）、絮凝剂溶液中絮凝剂 质量分数（下文简称絮凝剂质量分数，FF）和流场 剪切速率（G）对全尾砂絮团的尺寸的影响进行研 究，再应用絮凝后全尾砂料浆的静态沉降来分析 絮凝条件对沉降行为的影响. 1    实验 1.1    实验材料 本文所用的全尾砂取自于国内某镍矿，应用 比重法测得真实密度为 2785 kg·m−3 . 采用欧美克 TopSizer 激光粒度分析仪分析全尾砂粒径分布，所 得结果如图 1 所示，粒径−20 μm 的颗粒占比（体积分 数）为54.74%，−74 μm占比为91.31%，−100 μm 占比为 95.38%，索特平均直径 d32 和体积平均直径 d43 分 别为 5.22 μm 和 30.67 μm. 絮 凝 剂 为 Rheomax 1010、 Rheomax 1020、 Rheomax 1050、 Magnafloc  336、 Magnafloc 5250 和 APAM-10，共 6 种阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂，均 为高分子絮凝剂 ，相对分子量分别 为 2520 万 、 2160 万、2000 万、2880 万、1800 万和 1200 万. 1.2    实验方案 实验采用 MY 3000-6M 彩屏混凝试验搅拌机， 研究絮凝剂种类不同、固相质量分数不同（SF=5%、 10%、15%、20% 和 25%）、絮凝剂单耗不同（FD=5、 10、15 和 25 g·t−1）、絮凝剂质量分数不同（FF=0.005%、 0.025%、0.05%、0.10% 和 0.15%）和流体剪切速率 0.1 0 20 40 60 80 10 30 50 70 90 100 1 10 Particle size/μm Cumulative volume percent of passing size/ % 100 1000 图 1    全尾砂粒径分布 Fig.1    Grain size distribution of unclassified tailings 阮竹恩等： 基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 · 981 ·