·1422 北京科技大学学报 第35卷 剂外，合成高分子絮凝剂又分为阳离子、阴离子和 剂之后，絮团之间又增加了絮团水，絮团水被絮凝 非离子型三大类山.由于受选矿影响，一般矿山尾 剂覆盖，很难完全泌出.因此，颗粒间水分和絮团间 矿沉降用阴离子聚丙烯酰胺来加快沉降速度.絮凝 水分共同构成了料浆的含水量，这就使得动态浓密 剂主要作用是高分子链网捕微细颗粒，进行架桥作 下添加絮凝剂后极限浓度要小于不添加情况 用，随着网捕颗粒数量的增加，逐渐形成絮团，絮 3.4不同絮凝剂单耗与尾砂作用机理 团直径较大，在最短时间内进入浓密阶段，整个过 湛含辉等[2将高分子化合物与胶体之间的作 程即为絮凝剂提高尾矿浓密效率的过程.高分子絮 用分为低浓度的絮凝作用和高浓度的保护作用，认 凝剂的架桥作用如图4所示 为当溶液中的高分子浓度很大，质点表面已完全为 ,尾矿颗粒 吸附的高分子所覆盖，则质点不再会通过搭桥而絮 凝，此时高分子起到的是保护作用. 架桥作用 形成寨团 上述看法对高分子化合物与胶体之间的作用 ○● 可以供絮凝剂与尾刊矿之间作用所借鉴.结合实验结 ~高分子絮凝剂 果，将每吨尾矿中絮凝剂添加由少到多分为低含量 图4高分子絮凝剂架桥作用 (0~10g)、合适含量(1025g)、高含量(25~40g) Fig.4 Polymer bridging in flocculation 和超高含量(40~55g)四种情况.这四种情况下尾 3.2架桥作用下尾矿浓密效率变化 矿与高分子絮凝剂作用机理如图6所示.当絮凝剂 克托克斯理论认为，固体颗粒在悬浮液中的自 含量较低时，部分尾矿根本不会与絮凝剂发生架桥 由沉降速度与颗粒直径的平方成正比，与液体黏度 作用，此时，尾矿沉降速度慢，溢流水中固相含量 成反比，其表达式为 高，处理效率低，如图6(a):当絮凝剂添加量为尾 V=品.-pR (1) 矿所需的合适浓度，则二者发生架桥作用，沉降速 度快，处理效率高，此时，浆体之间除了孔隙水之 式中：V为颗粒自由沉降速度，ms-1；g为重力加 外，增加了絮团水，如图6(b):当絮凝剂浓度较高 速度，9.81ms-2;v为液体黏度，Pas;ps为颗粒密 时，絮凝剂将尾砂颗粒表面覆盖，不再会通过搭桥 度，kgm-3:p1为液体密度，kgm-3:d为颗粒直 而絮凝，此时絮凝剂起到的是保护作用，尾砂颗粒 径，m. “粒径”增大，絮团水增多，如图6(c):当絮凝剂浓 可见，在满足工艺要求的前提下，加大物理的 度继续增加，尾砂颗粒被絮疑剂层层包裹，除了絮 粒径，是提高沉降速度的有效措施.絮凝剂正是对 团水之外，还新增了包裹水，体现为包裹作用，如 尾砂中的微细颗粒进行吸附，形成大颗粒絮团.因 图6(d). 此，其沉降速度大大提高，处理效率也就增加， 由上述分析可知，随着絮凝剂单耗的不断增 3.3架桥作用下浓度变化分析 加，尾砂“粒径”逐渐增大，沉降速度逐渐加快，处 经过架桥作用并形成尾矿絮团的颗粒，伴随着 理效率逐渐升高，且上清液中固相含量大幅降低， 上部新增颗粒的沉降，逐渐进入了浓密阶段.进入 体现了絮凝剂在细粒尾矿处置过程中的重要价值 浓密阶段的尾矿除了颗粒之间存在水分之外，还有 但是，在添加絮凝剂之后，由于颗粒物理结构发生 絮团与絮团之间存在水分，称之为絮团水，如图5 变化，导致颗粒间含水率改变，使得尾矿最终浓密 所示. 孔隙水 分数略有下降.因此，在追求底流浓度的情况下，要 孔隙水 适当控制絮凝剂用量，在恰当添加量下，既可以保 絮团水 证尾矿的快速沉降，不影响浓密机的处理能力，也 可以获得相对较高的底流浓度，不仅保证了技术指 标，而且体现了经济效益 (a) (b) 4结论 图5未添加絮凝剂(a)和添加絮凝剂(b)后孔隙水分布 (1)采用尾砂动态浓密实验装置，对某矿细粒 Fig.5 Pore water distribution without (a)and with floccu- 全尾每吨分别添加0、10、25、40和55g絮凝剂，进 lant (b) 行浓密实验.结果表明，絮凝剂可以较好地改善尾 由图5可知：在动态浓密情况下，如果不添加 矿沉降性能.随着絮凝剂添加量增加，前期(1)尾 絮凝剂，颗粒间水分只有孔隙水存在：而添加絮凝 矿浓密分数由63.98%增加至68.2%，后期(12h)浓· 1422 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 剂外，合成高分子絮凝剂又分为阳离子、阴离子和 非离子型三大类 [11] . 由于受选矿影响，一般矿山尾 矿沉降用阴离子聚丙烯酰胺来加快沉降速度. 絮凝 剂主要作用是高分子链网捕微细颗粒，进行架桥作 用，随着网捕颗粒数量的增加，逐渐形成絮团，絮 团直径较大，在最短时间内进入浓密阶段，整个过 程即为絮凝剂提高尾矿浓密效率的过程. 高分子絮 凝剂的架桥作用如图 4 所示. 图 4 高分子絮凝剂架桥作用 Fig.4 Polymer bridging in flocculation 3.2 架桥作用下尾矿浓密效率变化 克托克斯理论认为，固体颗粒在悬浮液中的自 由沉降速度与颗粒直径的平方成正比，与液体黏度 成反比，其表达式为 V = g 18v (ρs − ρ1) d 2 . (1) 式中：V 为颗粒自由沉降速度，m·s −1；g 为重力加 速度，9.81 m·s −2；v 为液体黏度，Pa·s; ρs 为颗粒密 度，kg·m−3；ρ1 为液体密度，kg·m−3；d 为颗粒直 径，m. 可见，在满足工艺要求的前提下，加大物理的 粒径，是提高沉降速度的有效措施. 絮凝剂正是对 尾砂中的微细颗粒进行吸附，形成大颗粒絮团. 因 此，其沉降速度大大提高，处理效率也就增加. 3.3 架桥作用下浓度变化分析 经过架桥作用并形成尾矿絮团的颗粒，伴随着 上部新增颗粒的沉降，逐渐进入了浓密阶段. 进入 浓密阶段的尾矿除了颗粒之间存在水分之外，还有 絮团与絮团之间存在水分，称之为絮团水，如图 5 所示. 图 5 未添加絮凝剂 (a) 和添加絮凝剂 (b) 后孔隙水分布 Fig.5 Pore water distribution without (a) and with floccu￾lant (b) 由图 5 可知：在动态浓密情况下，如果不添加 絮凝剂，颗粒间水分只有孔隙水存在；而添加絮凝 剂之后，絮团之间又增加了絮团水，絮团水被絮凝 剂覆盖，很难完全泌出. 因此，颗粒间水分和絮团间 水分共同构成了料浆的含水量，这就使得动态浓密 下添加絮凝剂后极限浓度要小于不添加情况. 3.4 不同絮凝剂单耗与尾砂作用机理 湛含辉等 [12] 将高分子化合物与胶体之间的作 用分为低浓度的絮凝作用和高浓度的保护作用，认 为当溶液中的高分子浓度很大，质点表面已完全为 吸附的高分子所覆盖，则质点不再会通过搭桥而絮 凝，此时高分子起到的是保护作用. 上述看法对高分子化合物与胶体之间的作用 可以供絮凝剂与尾矿之间作用所借鉴. 结合实验结 果，将每吨尾矿中絮凝剂添加由少到多分为低含量 (0∼10 g)、合适含量 (10∼25 g)、高含量 (25∼40 g) 和超高含量 (40∼55 g) 四种情况. 这四种情况下尾 矿与高分子絮凝剂作用机理如图 6 所示. 当絮凝剂 含量较低时，部分尾矿根本不会与絮凝剂发生架桥 作用，此时，尾矿沉降速度慢，溢流水中固相含量 高，处理效率低，如图 6(a)；当絮凝剂添加量为尾 矿所需的合适浓度，则二者发生架桥作用，沉降速 度快，处理效率高，此时，浆体之间除了孔隙水之 外，增加了絮团水，如图 6(b)；当絮凝剂浓度较高 时，絮凝剂将尾砂颗粒表面覆盖，不再会通过搭桥 而絮凝，此时絮凝剂起到的是保护作用，尾砂颗粒 “粒径” 增大，絮团水增多，如图 6(c)；当絮凝剂浓 度继续增加，尾砂颗粒被絮凝剂层层包裹，除了絮 团水之外，还新增了包裹水，体现为包裹作用，如 图 6(d). 由上述分析可知，随着絮凝剂单耗的不断增 加，尾砂 “粒径” 逐渐增大，沉降速度逐渐加快，处 理效率逐渐升高，且上清液中固相含量大幅降低， 体现了絮凝剂在细粒尾矿处置过程中的重要价值. 但是，在添加絮凝剂之后，由于颗粒物理结构发生 变化，导致颗粒间含水率改变，使得尾矿最终浓密 分数略有下降. 因此，在追求底流浓度的情况下，要 适当控制絮凝剂用量，在恰当添加量下，既可以保 证尾矿的快速沉降，不影响浓密机的处理能力，也 可以获得相对较高的底流浓度，不仅保证了技术指 标，而且体现了经济效益. 4 结论 (1) 采用尾砂动态浓密实验装置，对某矿细粒 全尾每吨分别添加 0、10、25、40 和 55 g 絮凝剂，进 行浓密实验. 结果表明，絮凝剂可以较好地改善尾 矿沉降性能. 随着絮凝剂添加量增加，前期 (1 h) 尾 矿浓密分数由 63.98%增加至 68.2%，后期 (12 h) 浓