吴爱祥等：深锥浓密机底流浓度模型及动态压密机理分析 ·153· 向[9-].作为音体充填采矿技术中尾砂浓密环节的 颗粒质量分数分别为29.8%、20.5%和12.3%，- 关键设备，深锥浓密机也越来越受到国内外众多矿 200目(-74m)的质量分数为64.32%.实验测得 山的关注-14].深锥浓密机的工作原理是使尾砂 尾砂粒级组成曲线如图1所示.其他相关实验参数 颗粒在重力、一定高度泥层压力以及耙架搅拌作用 为：絮凝剂类型为有机高分子阴离子型聚丙烯酰胺 下，形成较高浓度的底流3].作为反映浓密机底流 (APAM)—Magnafloc5250型絮凝剂，絮凝剂质量 浓度的重要参数，孔隙比与泥层高度及泥层压力密 分数0.1%0、单耗20g·t1:给料浓度（质量分数） 切相关.随着泥层高度的增大，泥层压力不断增大， 15%;耙架转速6rmin-1 通过挤压排水作用，孔隙比逐渐变小，料浆的底流浓 表1全尾砂基本物理特性 度不断升高. Table 1 Basic physical properties of unclassified tailings 目前，国内研究浓密机底流浓度与泥层高度的 密度/(kgm3) 堆积密度/(kg“m3)） 密实孔隙率/% 关系大都采用实验测量的方法4-)]，经过对所测数 2662 1604 39.74 据进行回归分析，研究二者之间的相关性，从理论角 100 度的研究成果还比较少.王勇等16从高径比的角 度，探究泥层高度与底流浓度之间的关系，但其模型 80 缺乏对泥层高度、泥层压强等相关物理参数的考虑； 60 陈辉]从有效应力的角度，以泥层高度为h处的受 压层为研究对象，建立了泥层高度与底流浓度的关 40 系，但其在分析孔隙比与泥层压强之间的关系时只 考虑了土力学压缩实验曲线线性部分的情况，是否 20 完全适用于浓密机压缩泥层的尾矿还有待进一步 研究. 10P 10 102 103 粒径m 本文综合考虑浓密机的底流浓度与孔隙比、泥 图1全尾砂粒级组成 层压强与孔隙比的关系，从理论角度推导出了基于 Fig.I Particle-size composition of unclassified tailings 泥层高度的深锥浓密机底流浓度数学模型.通过采 1.2实验装置 用自制小型深锥浓密机，对尾矿非连续/连续动态压 通过采用自制小型深锥浓密机，对尾矿非连续/ 密过程进行了物理实验，从尾矿颗粒空间结构变化 连续动态压密过程进行了物理实验.自制小型深锥 角度解释该模型变化规律，结合实验结果和矿山现 浓密机主体装置为有机玻璃实验柱，可直接观察不 场实测对所提出模型进行验证 同条件下尾矿的浓密状态，记录实验中的沉降高度， 1全尾砂动态浓密实验 实验柱直径10cm,高1m,其上沿高度方向每隔20 cm设有一个取样口，实验装置图如图2所示. 1.1实验材料 深锥浓密机的工作状态可分为非连续动态压密 实验所用全尾砂来自新疆某矿山，其基本物理 和连续动态压密两类.在非连续动态浓密过程中， 性质见表1.全尾砂中-20、-10和-5um的极细 泥层高度不断上升，而在连续动态浓密过程中，泥层 驱动电机 溢流槽 驱动控制箱 尾矿浆 混合管 实验柱 搅拌器 粑架 絮凝剂溶液 搅拌机 取料口 合料 给絮凝剂管 架凝剂 搅拌桶 搅拌桶 给料管 蠕动泵 图2小型深锥浓密模拟系统 Fig.2 Small deep-cone thickening simulation system吴爱祥等: 深锥浓密机底流浓度模型及动态压密机理分析 向[9鄄鄄10] . 作为膏体充填采矿技术中尾砂浓密环节的 关键设备,深锥浓密机也越来越受到国内外众多矿 山的关注[11鄄鄄14] . 深锥浓密机的工作原理是使尾砂 颗粒在重力、一定高度泥层压力以及耙架搅拌作用 下,形成较高浓度的底流[13] . 作为反映浓密机底流 浓度的重要参数,孔隙比与泥层高度及泥层压力密 切相关. 随着泥层高度的增大,泥层压力不断增大, 通过挤压排水作用,孔隙比逐渐变小,料浆的底流浓 度不断升高. 目前,国内研究浓密机底流浓度与泥层高度的 关系大都采用实验测量的方法[14鄄鄄17] ,经过对所测数 据进行回归分析,研究二者之间的相关性,从理论角 度的研究成果还比较少. 王勇等[16] 从高径比的角 度,探究泥层高度与底流浓度之间的关系,但其模型 缺乏对泥层高度、泥层压强等相关物理参数的考虑; 陈辉[17]从有效应力的角度,以泥层高度为 h 处的受 压层为研究对象,建立了泥层高度与底流浓度的关 系,但其在分析孔隙比与泥层压强之间的关系时只 考虑了土力学压缩实验曲线线性部分的情况,是否 完全适用于浓密机压缩泥层的尾矿还有待进一步 研究. 本文综合考虑浓密机的底流浓度与孔隙比、泥 层压强与孔隙比的关系,从理论角度推导出了基于 泥层高度的深锥浓密机底流浓度数学模型. 通过采 用自制小型深锥浓密机,对尾矿非连续/ 连续动态压 密过程进行了物理实验,从尾矿颗粒空间结构变化 角度解释该模型变化规律,结合实验结果和矿山现 场实测对所提出模型进行验证. 图 2 小型深锥浓密模拟系统 Fig. 2 Small deep鄄cone thickening simulation system 1 全尾砂动态浓密实验 1郾 1 实验材料 实验所用全尾砂来自新疆某矿山,其基本物理 性质见表 1. 全尾砂中 - 20、 - 10 和 - 5 滋m 的极细 颗粒质量分数分别为 29郾 8% 、20郾 5% 和 12郾 3% , - 200 目( - 74 滋m)的质量分数为 64郾 32% . 实验测得 尾砂粒级组成曲线如图 1 所示. 其他相关实验参数 为:絮凝剂类型为有机高分子阴离子型聚丙烯酰胺 (APAM)———Magnafloc 5250 型絮凝剂,絮凝剂质量 分数 0郾 1译、单耗 20 g·t - 1 ;给料浓度(质量分数) 15% ;耙架转速 6 r·min - 1 . 表 1 全尾砂基本物理特性 Table 1 Basic physical properties of unclassified tailings 密度/ (kg·m - 3 ) 堆积密度/ (kg·m - 3 ) 密实孔隙率/ % 2662 1604 39郾 74 图 1 全尾砂粒级组成 Fig. 1 Particle鄄size composition of unclassified tailings 1郾 2 实验装置 通过采用自制小型深锥浓密机,对尾矿非连续/ 连续动态压密过程进行了物理实验. 自制小型深锥 浓密机主体装置为有机玻璃实验柱,可直接观察不 同条件下尾矿的浓密状态,记录实验中的沉降高度, 实验柱直径 10 cm,高 1 m,其上沿高度方向每隔 20 cm 设有一个取样口,实验装置图如图 2 所示. 深锥浓密机的工作状态可分为非连续动态压密 和连续动态压密两类. 在非连续动态浓密过程中, 泥层高度不断上升,而在连续动态浓密过程中,泥层 ·153·