·154· 工程科学学报，第40卷，第2期 高度的变化取决于给料量与排料量的大小关系.根 70 据前期探索，设定连续浓密状态下，给料量为78mL· 6 6 min1,故设计给料量等于排料量条件下，Q2=78mL min1(第2组排料量)：由于设备限制，设计给料 5 量小于排料量条件下，Q3=100mL·min-(第3组排 35 料量)：为保证3组实验设计参数差值的一致性，设 25 计给料量大于排料量时，Q,=56 mL.min-(第1组 20 。-Q,-56mL·min 15 排料量).非连续浓密与连续浓密状态转换的时间 ◆-Q,=78ml*min 4-Q,-100mL·min 为t=50min时.非连续实验过程中(t<50min),每 1020304050607080 90 隔5min读取一次泥层高度并取样测量底流浓度； 泥层高度m 连续实验过程中(t>50min),由于泥层高度和底流 图4底流浓度随泥层高度变化曲线 浓度变化趋于缓慢，每隔10min读取一次泥层高度 Fig.4 Change curves of underflow concentration with sludge height 并取样测量底流浓度 式中，e为浆体的孔隙比.当浆体中水的体积恰好完 1.3实验结果分析 全充满尾砂颗粒在紧密状态下的孔隙时，定义此时 底流浓度（即底流的固体质量分数）随时间变 的浆体孔隙比为饱和孔隙比es 化结果如图3.由图3可知，在实验开始50min以 浆体中水的体积V与尾砂颗粒的体积V、可 内，底流浓度不断提高.在第50min开始排料后，Q, 以用料浆浓度C、尾砂颗粒的相对密度Ps以及水 的底流浓度仍不断提高，但增高速度比未排料时小； 的相对密度Pw表示，即 Q2的底流浓度基本保持不变；Q3的底流浓度逐渐 Vw =(100-Cw)/pw (2) 降低 Vs =Cw/ps (3) 70 尾矿在浓密机中进行动态压密时，有效孔隙比 65 随泥层压强的变化遵循Power函数中的Allometric 55 模型（异速增长模型），而孔隙比又等于有效孔隙比 5 45 与饱和孔隙比之和山，故孔隙比与泥层压强关系的 40 数学表达式为： 30 e=ap +es (4) 5 0,=56 mLmin-! 20 。-Q,=78mL·minl 式中：a>0,b<0,均为常数：P为泥层压强，Pa 15 ◆Q=100 mL..min 10 尾矿颗粒同时受到重力G和浮力F浮作用，当 5 重力G大于浮力F浮时，上层的尾矿颗粒将压力传 20 40 6080 100 120 140 时间/min 递给下层颗粒，使下部的压缩泥层受到挤压作用，这 种挤压作用将尾矿颗粒间多余的水进一步挤出，压 图3底流浓度随时间变化曲线（第50min后开始排料） Fig.3 Change curves of underflow concentration with time (dischar- 缩泥层发生泌水，从而使得压缩泥层的孔隙比进一 ging after 50 min) 步减小，达到提高底流浓度的目的. 故压缩泥层尾矿颗粒所受压强为： 底流浓度随泥层高度变化结果如图4所示.由 (5) 图4可知，三种不同排料量的底流浓度与泥层高度 P=∑F/S=(ps-Pw)gh 基本呈现正相关关系.特别是在连续动态压密过程 式中：∑F为尾矿颗粒所受合力，N;S为相邻泥层 稳定后，Q的底流浓度随泥层高度线性增高，而Q3 间的接触面积，m2;尾砂颗粒的相对密度ps,kg· 的底流浓度则随着泥层高度降低而线性减小 m3;水的相对密度pw,kg·m3;h为泥层高度，m;g 为重力加速度，取9.8ms2. 2深锥浓密机底流浓度数学模型 借助于浆体孔隙比定义、水及尾矿颗粒体积与 2.1数学模型的提出 料浆浓度、相对密度的数学关系，可推导出底流浓度 对浆体而言，孔隙比指的是浆体中水的体积Vw 与泥层高度的数学表达式： 与尾砂颗粒体积V、之比，即 100ps C= (6) 0 e=Vw/Vs (1) gh(ps-pw)e Pw+ps工程科学学报,第 40 卷,第 2 期 高度的变化取决于给料量与排料量的大小关系. 根 据前期探索,设定连续浓密状态下,给料量为 78 mL· min - 1 ,故设计给料量等于排料量条件下,Q2 = 78 mL ·min - 1 (第 2 组排料量);由于设备限制,设计给料 量小于排料量条件下,Q3 = 100 mL·min - 1 (第 3 组排 料量);为保证 3 组实验设计参数差值的一致性,设 计给料量大于排料量时,Q1 = 56 mL·min - 1 (第 1 组 排料量). 非连续浓密与连续浓密状态转换的时间 为 t = 50 min 时. 非连续实验过程中(t < 50 min),每 隔 5 min 读取一次泥层高度并取样测量底流浓度; 连续实验过程中(t > 50 min),由于泥层高度和底流 浓度变化趋于缓慢,每隔 10 min 读取一次泥层高度 并取样测量底流浓度. 1郾 3 实验结果分析 底流浓度(即底流的固体质量分数) 随时间变 化结果如图 3. 由图 3 可知,在实验开始 50 min 以 内,底流浓度不断提高. 在第 50 min 开始排料后,Q1 的底流浓度仍不断提高,但增高速度比未排料时小; Q2的底流浓度基本保持不变;Q3 的底流浓度逐渐 降低. 图 3 底流浓度随时间变化曲线(第 50 min 后开始排料) Fig. 3 Change curves of underflow concentration with time (dischar鄄 ging after 50 min) 底流浓度随泥层高度变化结果如图 4 所示. 由 图 4 可知,三种不同排料量的底流浓度与泥层高度 基本呈现正相关关系. 特别是在连续动态压密过程 稳定后,Q1的底流浓度随泥层高度线性增高,而 Q3 的底流浓度则随着泥层高度降低而线性减小. 2 深锥浓密机底流浓度数学模型 2郾 1 数学模型的提出 对浆体而言,孔隙比指的是浆体中水的体积 VW 与尾砂颗粒体积 VS 之比,即 e = VW / VS (1) 图 4 底流浓度随泥层高度变化曲线 Fig. 4 Change curves of underflow concentration with sludge height 式中,e 为浆体的孔隙比. 当浆体中水的体积恰好完 全充满尾砂颗粒在紧密状态下的孔隙时,定义此时 的浆体孔隙比为饱和孔隙比 eS . 浆体中水的体积 VW 与尾砂颗粒的体积 VS 可 以用料浆浓度 CW 、尾砂颗粒的相对密度 籽S 以及水 的相对密度 籽W 表示,即 VW = (100 - CW ) / 籽W (2) VS = CW / 籽S (3) 尾矿在浓密机中进行动态压密时,有效孔隙比 随泥层压强的变化遵循 Power 函数中的 Allometric 模型(异速增长模型),而孔隙比又等于有效孔隙比 与饱和孔隙比之和[1] ,故孔隙比与泥层压强关系的 数学表达式为: e = aP b + eS (4) 式中:a > 0,b < 0,均为常数;P 为泥层压强,Pa. 尾矿颗粒同时受到重力 G 和浮力 F浮 作用,当 重力 G 大于浮力 F浮 时,上层的尾矿颗粒将压力传 递给下层颗粒,使下部的压缩泥层受到挤压作用,这 种挤压作用将尾矿颗粒间多余的水进一步挤出,压 缩泥层发生泌水,从而使得压缩泥层的孔隙比进一 步减小,达到提高底流浓度的目的. 故压缩泥层尾矿颗粒所受压强为: P = 移 F / S = (籽S - 籽W )gh (5) 式中: 移 F 为尾矿颗粒所受合力,N;S 为相邻泥层 间的接触面积,m 2 ;尾砂颗粒的相对密度 籽S , kg· m - 3 ;水的相对密度 籽W ,kg·m - 3 ;h 为泥层高度,m;g 为重力加速度,取 9郾 8 m·s - 2 . 借助于浆体孔隙比定义、水及尾矿颗粒体积与 料浆浓度、相对密度的数学关系,可推导出底流浓度 与泥层高度的数学表达式: C = 100籽 [ S a [gh(籽S - 籽W )] - b + es ] 籽W + 籽S (6) ·154·