第6期 焦华喆等：全尾砂絮凝沉降规律及其机理 ·707 距离和运动时间两方面考虑，在定性的范围内，絮团 (2)相同给料浓度下，沉降速度和沉降浓度与 尺寸对于运动影响较小.因此在前四阶段将絮团简 絮凝剂单耗正相关.质量分数20%料浆的絮凝剂单 化为圆球形密实颗粒. 耗临界值约为308：当单耗208'时，沉降速度 3.3.5压密沉降段 最大且成本低，适合现场使用 如图5中EF段.本段以双液面重合开始，如图 (3)建立沉降速度随时间变化的简单模型，将 7(d所示.容器底部较高浓度区的自由水主要以两 沉降过程划分为六个阶段：紊流影响段，加速沉降 种形式存在：①位于絮团间的水.与絮团尺寸相 段沉降末速段，干涉沉降区，压密沉降段以及极限 比，絮团间距较大，位于其中的水具有一般水的通 沉降段.经实验和理论分析证明该模型及划分方法 性，在重力作用下呈渗透状态移动，可称之为重力 具有一定的理论价值 水.②位于絮团内部的水.由于絮团内部空间较 参考文献 小，这部分水可以理解为毛细水.毛细水的运动是 毛细力和重力共同作用下的运动，可以从上向下，也 【I】YuanX L.Xu KC Advances in soli日waste tream ent and dispo al techmokgy orChina'smetalmines MetMine 2004(6).46 可从下向上，可传导静压力. (袁先乐，徐克创.我国金属矿山固体废弃物处理与处置技术 在重力作用下，“颗粒”沉降继续进行，逐渐将 进展金属矿山.2004(6)：46) 絮团之间的这部分“重力水”挤出.由于含水量低， 【1 Sivakugan N Rankne R M RankneK I et al G eotechnical 上升水的绕流所造成的紊流扰动减弱，排水过程趋 considerations n m ne back fil ling n Austma lia I Cleaner Prod 于缓慢，仅靠絮团的重力作用将水排出，故而沉降速 200614(12为1168 [3 Chen SW Chen Q P Princ pl strucure and application of 度大幅降低 HRC hh Pressure thickener MetMine 2002(12):33 3.36极限沉降段 陈述文，陈启平.HRC高压浓缩机的原理，结构及应用。金属 如图5中FG段所示.根据传统高分子絮凝理 矿山.2002(12：33) 论，该段在重力和布朗运动的共同作用下，逐渐 [4 Usher SP Scales Peter J Steady state thickerermodelling fiom 将絮团间的毛细水挤出，使颗粒沉降接近或达到极 the comn pressive yiel stess and hindered settling functin Chem EngJ200515(8:253 限沉降浓度.该段液面沉降速度接近于零，长时间 YangS Z Sun DK HeF Z SolidLAuid Separation Beijng 持续观察才能检测到液面的下降.当达到理论极限 Metalurgical Irdustry Press 2008 浓度时，沉降结束 (杨守志孙德堃。何方箴.固液分离.北京：治金工业出版 3.4小结 社，2008) 本模型从实验现象和数据出发，结合固液两相 [6]Bi rerR Danasceno J JR KarlsenIK H Amatmaticalmodel for batch and continuous hickening of focculated suspensions n 流动理论中颗粒沉降理论总结而来，且通过后续实 vessels with varying coss section ht J Mner Process 2004 73 验证明具有可重现性：模型的建立和阶段划分与实 (9):183 验现象和理论分析在一定程度上能够相互验证，具 TilkrF M Chen W.Lmitng opemting conditians pr continuous 有一定的理论价值. thickeners Chem Eng So 1988 43(7):1695 对模型的阶段划分，在不同的阶段分别结合了 [8 LiuX H Wu AX W angH J et a]A Prmary discussion on the thickening law of paste fng MetMine 2009(9):38 两相流理论、高分子絮凝理论中的经典学说进行分 (刘晓辉，吴爱样，王洪江，等。膏体充填尾矿浓密规律初探 析：但为便于力学分析，在控制误差的前提下，将全 金属矿山，2009(9)：38) 尾砂颗粒絮凝团简化为圆球形密实颗粒，因此上述 【9 Besra L,SengupaDK Ro SK et a]Infuence ofpopmer ad 分析与实际情况并不能完全符合.笔者在以后研究 sorption and con pima tion on fooculation and dewa tering ofkaoln 中将结合高分絮凝动力学，综合分析絮团直径、强 suspen5知Sep Purif Tehn0l200437(3片231 [101 Yu X Somasundaran P Knetics of popmer conpmational 度、不规则程度和絮毯效应等因素在两相流颗粒沉 changes and its ole in focculation J Colbid Interface Sci 降中的影响. 19963(2):T0 4结论 [1l]Torg QL Theoretical Basis of Twa PhaseF bw Beijng MetaL ugical hdustoy Press 1982 (1)相同单耗下，给料浓度越低，沉降速度越 (佟庆理.两相流动理论基础.北京：治金工业出版社，1982) 12 Trpathy T BhagatR P Sigh R P The flocculation Perfom 大，当给料质量分数1%时，沉降速度最大达到 ance of gm fted sodim agnate and other polym eric flcculants 10.3ms:给料质量分数20%能够达到较好的 n eltion p iron ore slime suspensin Eur Popm J 2001 1 沉降效果 (1片12第 6期 焦华喆等:全尾砂絮凝沉降规律及其机理 距离和运动时间两方面考虑,在定性的范围内 ,絮团 尺寸对于运动影响较小.因此在前四阶段将絮团简 化为圆球形密实颗粒 . 3.3.5 压密沉降段 如图 5中 EF段.本段以双液面重合开始 ,如图 7(d)所示.容器底部较高浓度区的自由水主要以两 种形式存在 [ 12] :①位于絮团间的水.与絮团尺寸相 比 ,絮团间距较大, 位于其中的水具有一般水的通 性 ,在重力作用下呈渗透状态移动, 可称之为重力 水 .②位于絮团内部的水 .由于絮团内部空间较 小 ,这部分水可以理解为毛细水.毛细水的运动是 毛细力和重力共同作用下的运动,可以从上向下,也 可从下向上 ,可传导静压力 . 在重力作用下 , “颗粒”沉降继续进行, 逐渐将 絮团之间的这部分 “重力水 ”挤出 .由于含水量低 , 上升水的绕流所造成的紊流扰动减弱, 排水过程趋 于缓慢 ,仅靠絮团的重力作用将水排出,故而沉降速 度大幅降低 . 3.3.6 极限沉降段 如图 5中 FG段所示.根据传统高分子絮凝理 论 [ 12] ,该段在重力和布朗运动的共同作用下 ,逐渐 将絮团间的毛细水挤出 , 使颗粒沉降接近或达到极 限沉降浓度 .该段液面沉降速度接近于零 ,长时间 持续观察才能检测到液面的下降.当达到理论极限 浓度时 ,沉降结束 . 3.4 小结 本模型从实验现象和数据出发 , 结合固液两相 流动理论中颗粒沉降理论总结而来, 且通过后续实 验证明具有可重现性;模型的建立和阶段划分与实 验现象和理论分析在一定程度上能够相互验证 ,具 有一定的理论价值. 对模型的阶段划分, 在不同的阶段分别结合了 两相流理论 、高分子絮凝理论中的经典学说进行分 析 ;但为便于力学分析 ,在控制误差的前提下 , 将全 尾砂颗粒絮凝团简化为圆球形密实颗粒, 因此上述 分析与实际情况并不能完全符合.笔者在以后研究 中将结合高分絮凝动力学 , 综合分析絮团直径、强 度 、不规则程度和絮毯效应等因素在两相流颗粒沉 降中的影响 . 4 结论 (1)相同单耗下, 给料浓度越低 , 沉降速度越 大 ,当给料质量分数 10%时 , 沉降速度最大达到 10.3 mm·s -1 ;给料质量分数 20%能够达到较好的 沉降效果. (2)相同给料浓度下, 沉降速度和沉降浓度与 絮凝剂单耗正相关 .质量分数 20%料浆的絮凝剂单 耗临界值约为 30g·t -1;当单耗 20 g·t -1时,沉降速度 最大且成本低 ,适合现场使用 . (3)建立沉降速度随时间变化的简单模型, 将 沉降过程划分为六个阶段:紊流影响段, 加速沉降 段, 沉降末速段 ,干涉沉降区, 压密沉降段以及极限 沉降段.经实验和理论分析证明该模型及划分方法 具有一定的理论价值. 参 考 文 献 [ 1] YuanXL, XuKC.Advancesinsolidwastetreatmentanddispos￾altechnologyforChinasmetalmines.MetMine, 2004(6):46 (袁先乐, 徐克创.我国金属矿山固体废弃物处理与处置技术 进展.金属矿山, 2004(6):46) [ 2] SivakuganN, RankineRM, RankineKJ, etal.Geotechnical considerationsinminebackfillinginAustralia.JCleanerProd, 2006, 14(12):1168 [ 3] ChenSW, ChenQP.Principle, structureandapplicationof HRChighpressurethickener.MetMine, 2002(12):33 (陈述文, 陈启平.HRC高压浓缩机的原理, 结构及应用, 金属 矿山, 2002(12):33) [ 4] UsherSP, ScalesPeterJ.Steadystatethickenermodellingfrom thecompressiveyieldstressandhinderedsettlingfunction.Chem EngJ, 2005, 15(8):253 [ 5] YangSZ, SunDK, HeFZ.Solid-LiquidSeparation.Beijing: MetallurgicalIndustryPress, 2008 (杨守志, 孙德堃, 何方箴.固液分离.北京:冶金工业出版 社, 2008) [ 6] BǜrgerR, DamascenoJJR, KarlsenlKH.Amathematicalmodel forbatchandcontinuousthickeningofflocculatedsuspensionsin vesselswithvaryingcross-section.IntJMinerProcess, 2004, 73 (9):183 [ 7] TillerFM, ChenW.Limitingoperatingconditionsforcontinuous thickeners.ChemEngSci, 1988, 43(7):1695 [ 8] LiuXH, WuAX, WangHJ, etal.Aprimarydiscussiononthe thickeninglawofpaste-fing.MetMine, 2009(9):38 (刘晓辉, 吴爱祥, 王洪江, 等.膏体充填尾矿浓密规律初探. 金属矿山, 2009(9):38) [ 9] BesraL, SenguptaDK, RoySK, etal.Influenceofpolymerad￾sorptionandconformationonflocculationanddewateringofkaolin suspension.SepPurifTechnol, 2004, 37(3):231 [ 10] YuX, SomasundaranP.Kineticsofpolymerconformational changesanditsroleinflocculation.JColloidInterfaceSci, 1996, 3(2):770 [ 11] TongQL.TheoreticalBasisofTwo-phaseFlow.Beijing.Metal￾lurgicalIndustryPress, 1982 (佟庆理.两相流动理论基础.北京:冶金工业出版社, 1982) [ 12] TripathyT, BhagatRP, SinghRP.Theflocculationperform￾anceofgraftedsodiumalginateandotherpolymericflocculants inrelationtoironoreslimesuspension.EurPolymJ, 2001, 1 (1):12 · 707·