164 工程科学学报，第44卷.第2期 the underflow of the deep cone thickener increases with the increasing mud height,and this process conforms to the DoseResp function. This growth process can be divided into three stages:(1)slow growth(mud height 1-4 m),(2)rapid growth(mud height 4-7 m),and (3) basic stable(mud height over 7-8 m).This is related to the compression performance of the tailings flocs at different mud heights. According to the function relation between the underflow concentration and mud height,the mud height can be adjusted to meet the required underflow concentration for underground backfilling. KEY WORDS ultrafine full tailings;flocculation and sedimentation;settling velocity;dynamic thickening;underflow concentration mud height 矿业是国民经济的支柱产业，对我国经济发 文对该铅锌矿超细全尾砂的浓密特性进行研究， 展的作用不可替代.然而，矿山开采的同时产生大 供矿山决策参考.首先通过控制变量的量筒沉降 量的尾砂，造成严重的安全和环境问题山据统 实验初步确定絮凝剂类型和型号、给料浓度、絮 计，我国尾砂堆存量高达146亿吨，年排放量超过 凝剂单耗等参数，然后在此基础上进行均匀实验 15亿吨.随着我国低品位矿石的不断开发，矿石 设计，开展小型动态浓密实验进行参数验证，最后 越磨越细，尾砂特别是超细尾砂的产量将呈增长 以最佳絮凝浓密参数进行半工业深锥动态浓密试 态势]全尾砂制成的膏体具有不沉淀、不离析和 验，探索泥层高度对底流浓度的影响规律和相互 不脱水的优异特性，用于井下充填或地表堆存是 响应机制，为工业深锥浓密机底流浓度预测提供 尾砂绿色安全处置的主流趋势.而尾砂浓密则是 依据 尾砂膏体处置技术的第一个关键环节5-，深锥浓 密机加絮凝剂-！的工艺具有流程简单、底流浓度 1实验 高和浓缩效率较高的优点，是目前国内外尾砂浓 1.1实验材料 密的主流工艺9-0 实验材料主要为超细全尾砂和絮凝剂.全尾 与粗尾砂相比，超细尾砂浓密面临沉降速度 砂取自某铅锌矿选矿厂，密度为3104kgm3.采用 慢、絮凝剂单耗高、溢流浊度超标和底流浓度不 LMS-30型激光粒度分析仪对全尾砂的粒级分布 达标等问题-)，成为制约超细尾砂膏体绿色处 进行测试，结果如图1所示 置技术应用的瓶颈.为此，许多学者针对超细尾砂 的浓密特性展开了研究.史秀志等，李立涛等] 100 通过量筒沉降实验对超细尾砂浓密的给料浓度、 絮凝剂类型、絮凝剂单耗和絮凝剂溶液浓度等参 80 数进行了优化.高维鸿等7、周旭等和吴爱祥 等网通过小型连续动态浓密实验，发现泥层高度 40 对底流浓度影响显著，并建立了根据泥层高度预 测底流浓度的数学模型.此外，一些学者还在小型 浓密装置的基础上，借助超声波叨、磁化助凝剂) 0 搅拌剪切20和浓密增效剂等手段来提高底流浓 10-1 10a 101 102 10 度.但量筒和小型浓密装置泥层高度有限，不能模 Particle size/um 拟深锥浓密机的高泥层压力，对超细尾砂絮团的 图1全尾砂粒度分布曲线 Fig.1 Particle size distribution of full tailings 压缩作用有限，实验结果很可能无法真实反映超 细尾砂的浓密特性. 根据图1，全尾砂中-20m所占比例为55.4%， 某铅锌矿目前将超细全尾砂分级后，粗砂用 -37um所占比例为76.1%，-74m所占比例为 于井下充填，溢流尾砂排入尾矿库.由于环保原 92.8%,加权平均粒径为25.8m,属于超细尾砂叫 因，尾矿库将于2025年强制关闭，尾砂处置有两 计算得到不均匀系数为7.20，曲率系数为0.89，不 种技术思路：一是将全尾砂经深锥浓密后制成膏 同时满足不均系数大于5且曲率系数在1~32， 体用于井下充填；二是利用现有生产设施，将分级 因此该矿山全尾砂的级配不良 尾砂经陶瓷过滤机二次浓缩后进入搅拌系统，溢 实验所用絮凝剂为阴离子、阳离子和非离子 流尾砂经深锥浓密机处理后再进入搅拌系统.本 3种类型the underflow of the deep cone thickener increases with the increasing mud height, and this process conforms to the DoseResp function. This growth process can be divided into three stages: (1) slow growth (mud height 1–4 m), (2) rapid growth (mud height 4–7 m), and (3) basic  stable  (mud  height  over  7 –8  m).  This  is  related  to  the  compression  performance  of  the  tailings  flocs  at  different  mud  heights. According to the function relation between the underflow concentration and mud height, the mud height can be adjusted to meet the required underflow concentration for underground backfilling. KEY WORDS    ultrafine full tailings；flocculation and sedimentation；settling velocity；dynamic thickening；underflow concentration； mud height 矿业是国民经济的支柱产业，对我国经济发 展的作用不可替代. 然而，矿山开采的同时产生大 量的尾砂，造成严重的安全和环境问题[1] . 据统 计，我国尾砂堆存量高达 146 亿吨，年排放量超过 15 亿吨[2] . 随着我国低品位矿石的不断开发，矿石 越磨越细，尾砂特别是超细尾砂的产量将呈增长 态势[3] . 全尾砂制成的膏体具有不沉淀、不离析和 不脱水的优异特性[4] ，用于井下充填或地表堆存是 尾砂绿色安全处置的主流趋势. 而尾砂浓密则是 尾砂膏体处置技术的第一个关键环节[5−6] ，深锥浓 密机加絮凝剂[7−8] 的工艺具有流程简单、底流浓度 高和浓缩效率较高的优点，是目前国内外尾砂浓 密的主流工艺[9−10] . 与粗尾砂相比，超细尾砂浓密面临沉降速度 慢、絮凝剂单耗高、溢流浊度超标和底流浓度不 达标等问题[11−15] ，成为制约超细尾砂膏体绿色处 置技术应用的瓶颈. 为此，许多学者针对超细尾砂 的浓密特性展开了研究. 史秀志等[16] ，李立涛等[13] 通过量筒沉降实验对超细尾砂浓密的给料浓度、 絮凝剂类型、絮凝剂单耗和絮凝剂溶液浓度等参 数进行了优化. 高维鸿等[17]、周旭等[18] 和吴爱祥 等[9] 通过小型连续动态浓密实验，发现泥层高度 对底流浓度影响显著，并建立了根据泥层高度预 测底流浓度的数学模型. 此外，一些学者还在小型 浓密装置的基础上，借助超声波[19]、磁化助凝剂[12]、 搅拌剪切[20]和浓密增效剂[5] 等手段来提高底流浓 度. 但量筒和小型浓密装置泥层高度有限，不能模 拟深锥浓密机的高泥层压力，对超细尾砂絮团的 压缩作用有限，实验结果很可能无法真实反映超 细尾砂的浓密特性. 某铅锌矿目前将超细全尾砂分级后，粗砂用 于井下充填，溢流尾砂排入尾矿库. 由于环保原 因，尾矿库将于 2025 年强制关闭，尾砂处置有两 种技术思路：一是将全尾砂经深锥浓密后制成膏 体用于井下充填；二是利用现有生产设施，将分级 尾砂经陶瓷过滤机二次浓缩后进入搅拌系统，溢 流尾砂经深锥浓密机处理后再进入搅拌系统. 本 文对该铅锌矿超细全尾砂的浓密特性进行研究， 供矿山决策参考. 首先通过控制变量的量筒沉降 实验初步确定絮凝剂类型和型号、给料浓度、絮 凝剂单耗等参数，然后在此基础上进行均匀实验 设计，开展小型动态浓密实验进行参数验证，最后 以最佳絮凝浓密参数进行半工业深锥动态浓密试 验，探索泥层高度对底流浓度的影响规律和相互 响应机制，为工业深锥浓密机底流浓度预测提供 依据. 1    实验 1.1    实验材料 实验材料主要为超细全尾砂和絮凝剂. 全尾 砂取自某铅锌矿选矿厂，密度为 3104 kg·m−3 . 采用 LMS-30 型激光粒度分析仪对全尾砂的粒级分布 进行测试，结果如图 1 所示. 10−1 100 101 102 103 0 20 40 60 80 100 Cumulative volume/ % Particle size/μm 图 1    全尾砂粒度分布曲线 Fig.1    Particle size distribution of full tailings 根据图 1，全尾砂中−20 μm 所占比例为 55.4%， −37  μm 所占比例 为 76.1%， −74  μm 所占比例 为 92.8%，加权平均粒径为 25.8 μm，属于超细尾砂[11] . 计算得到不均匀系数为 7.20，曲率系数为 0.89，不 同时满足不均系数大于 5 且曲率系数在 1～3 [21] ， 因此该矿山全尾砂的级配不良. 实验所用絮凝剂为阴离子、阳离子和非离子 3 种类型. · 164 · 工程科学学报，第 44 卷，第 2 期