阮竹恩等：基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 983 分别达到了620.63m和399.57μm,且达到CLma 35 35 的絮凝时间也最长，为30s.这是因为，不同类型 30 的絮凝剂的结构、分子量、离子性等不同，导致其 25 20 絮凝效果不同6刃同时，因为除了不同絮凝剂条 adns-uorsuadsns Slope=-0.461 件下形成絮团的尺寸不同外，絮团的结构、密度与 1 20 0 20 40 60 抗剪强度也不尽相同，导致在平均弦长下降阶段 dns-uorsua Settling time/s -Rheomax 1010 不同絮凝剂条件下的絮团平均弦长下降速率也不 15 Rheomax 1020 Rheomax 1050 尽相同 -Magnafloc336 10 -M c5250 以Magnafloc5250絮凝剂作用下的絮团弦长 -APAM-10 的分布（如图5所示）为例，进一步分析这一絮凝 100 200300400 500 600 行为.由图5可知，在絮凝时间0~30s内絮团弦 Settling time/s 长微分分布的峰值和累积分布曲线不断右移，絮 图6不同絮凝剂种类条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲线 团不断生长，大尺寸絮团不断增多，从而导致图4 Fig.6 Settling curve of flocculated tailings slurry under different flocculants 中的絮团平均弦长不断增长.30s以后，由于剪切 作用，大尺寸絮团被破碎，絮团弦长微分分布的峰 2.2固相质量分数对全尾砂絮凝沉降行为的影响 值和累积分布曲线左移，从而导致图4中的絮团 2.2.1固相质量分数对全尾砂絮凝行为的影响 平均弦长逐渐下降 在絮凝剂为Magnafloc5250、絮凝剂单耗为 10gt、絮凝剂质量分数为0.025%、剪切速率为 100 20 "■■"CD=0 % 94.8s的条件下，不同固相质量分数(5%、10%、 CD =10s 18 =20s 80 ---CD=30s 6 15%、20%和25%)的全尾砂料浆絮凝行为如图7 ---CD=60s 70 -DD FO 所示. -DD F10s 60 DD A 205 12 700 DD =3 50 DD F60s 10 =0% 600 = 40 259 6 500 2 4 400 10 2 300 0 100 1000 Chord length/um 200 图5 Magnafloc5250作用下全尾砂絮团弦长分布(CD为累积分布， 100 DD为微分分布) Fig.5 Chord length distribution of unclassified tailings floc using 40 80120160 200240 Magnafloc 5250 (CD and DD are abbreviations for cumulative Flocculation time/s distribution and differential distribution,respectively) 图7不同固相质量分数条件下全尾砂絮凝行为 2.1.2絮凝剂种类对絮凝全尾砂料浆沉降行为的 Fig.7 Flocculation behavior under different solid mass fractions 影响 由图7可知，CLmax和CL4mim随着固相质量分 不同絮凝剂种类条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲 数的增加而先增大后减小，其中CLmax在固相质量 线如图6所示.取沉降曲线初始线性阶段来分析 分数为10%时取得最大值.这是因为，在絮凝初始 固液界面的初始沉降速率.对线性阶段进行拟合， 阶段，根据Smoluchowski理论，在其它絮凝条件相 所得斜率的绝对值即为初始沉降速率，可知通过 同的情况下，絮凝剂的扩散速率随着固相质量分 Magnafloc5250絮凝剂作用形成的絮凝全尾砂料 数增加而降低，导致絮凝剂与尾砂颗粒接触的机 浆的固液界面初始沉降速率最大，达到4.61mms 会降低，从而降低了絮凝效果.但是当固相质量分 这与Magnafloc5250获得的CL4mm最大一致.因 数过低时(SF=5%),絮凝剂过于分散而料浆中尾 此，针对本文中所研究的全尾砂，六种絮凝剂中 砂颗粒有限，同样导致絮凝效果不是很理想，所以 Magnafloc5250絮凝效果最好 需要相对较长的时间才能获得CLmax同时，随着分别达到了 620.63 μm 和 399.57 μm，且达到 CLmax 的絮凝时间也最长，为 30 s. 这是因为，不同类型 的絮凝剂的结构、分子量、离子性等不同，导致其 絮凝效果不同[26−27] . 同时，因为除了不同絮凝剂条 件下形成絮团的尺寸不同外，絮团的结构、密度与 抗剪强度也不尽相同，导致在平均弦长下降阶段 不同絮凝剂条件下的絮团平均弦长下降速率也不 尽相同. 以 Magnafloc 5250 絮凝剂作用下的絮团弦长 的分布（如图 5 所示）为例，进一步分析这一絮凝 行为. 由图 5 可知，在絮凝时间 t=0～30 s 内絮团弦 长微分分布的峰值和累积分布曲线不断右移，絮 团不断生长，大尺寸絮团不断增多，从而导致图 4 中的絮团平均弦长不断增长. 30 s 以后，由于剪切 作用，大尺寸絮团被破碎，絮团弦长微分分布的峰 值和累积分布曲线左移，从而导致图 4 中的絮团 平均弦长逐渐下降. 2.1.2    絮凝剂种类对絮凝全尾砂料浆沉降行为的 影响 不同絮凝剂种类条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲 线如图 6 所示. 取沉降曲线初始线性阶段来分析 固液界面的初始沉降速率. 对线性阶段进行拟合， 所得斜率的绝对值即为初始沉降速率，可知通过 Magnafloc 5250 絮凝剂作用形成的絮凝全尾砂料 浆的固液界面初始沉降速率最大，达到 4.61 mm·s−1 . 这与 Magnafloc 5250 获得的 CL4min 最大一致. 因 此，针对本文中所研究的全尾砂，六种絮凝剂中 Magnafloc 5250 絮凝效果最好. 2.2    固相质量分数对全尾砂絮凝沉降行为的影响 2.2.1    固相质量分数对全尾砂絮凝行为的影响 在絮凝剂为 Magnafloc 5250、絮凝剂单耗为 10 g·t−1、絮凝剂质量分数为 0.025%、剪切速率为 94.8 s−1 的条件下，不同固相质量分数（5%、10%、 15%、20% 和 25%）的全尾砂料浆絮凝行为如图 7 所示. 由图 7 可知，CLmax 和 CL4min 随着固相质量分 数的增加而先增大后减小，其中 CLmax 在固相质量 分数为 10% 时取得最大值. 这是因为，在絮凝初始 阶段，根据 Smoluchowski 理论，在其它絮凝条件相 同的情况下，絮凝剂的扩散速率随着固相质量分 数增加而降低，导致絮凝剂与尾砂颗粒接触的机 会降低，从而降低了絮凝效果. 但是当固相质量分 数过低时（SF=5%），絮凝剂过于分散而料浆中尾 砂颗粒有限，同样导致絮凝效果不是很理想，所以 需要相对较长的时间才能获得 CLmax. 同时，随着 1 0 20 40 60 10 30 50 100 70 80 90 10 Chord length/μm Cumulative distribution/ % 0 4 8 12 2 6 10 20 14 16 18 Differential distribution/ % 100 1000 CD t=0 CD t=10 s CD t=20 s CD t=30 s CD t=60 s DD t=0 DD t=10 s DD t=20 s DD t=30 s DD t=60 s 图 5    Magnafloc 5250 作用下全尾砂絮团弦长分布（CD 为累积分布， DD 为微分分布） Fig.5     Chord  length  distribution  of  unclassified  tailings  floc  using Magnafloc 5250 (CD  and  DD  are  abbreviations  for  cumulative distribution and differential distribution, respectively) 0 5 15 10 35 20 25 30 200 Settling time/s Suspension-supernate interface height/cm 100 300 500 400 600 0 10 15 35 20 25 30 40 Settling time/s Slope=−0.461 Suspension-supernate interface height/cm 20 60 Rheomax 1010 Rheomax 1020 Rheomax 1050 Magnafloc 336 Magnafloc 5250 APAM-10 图 6    不同絮凝剂种类条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲线 Fig.6     Settling  curve  of  flocculated  tailings  slurry  under  different flocculants 0 0 200 100 700 300 400 500 600 80 Flocculation time/s Averaged chord length/μm 40 120 200 160 240 SF=5% SF=10% SF=15% SF=20% SF=25% 图 7    不同固相质量分数条件下全尾砂絮凝行为 Fig.7    Flocculation behavior under different solid mass fractions 阮竹恩等： 基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 · 983 ·