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基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 阮竹恩1，吴爱祥1,2 苣，王建栋1，尹升华1,2，王 勇1,2 1 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083 2 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 苣通信作者，E-mail wuaixiang 摘 要 基于全尾砂絮凝过程中絮团弦长的测定，分别研究絮凝和沉降两个过程首先以絮团平均弦长为指标研究不同絮凝 条件下全尾砂絮凝行为，再以固液界面初始沉降速率为指标分析不同絮凝全尾砂料浆的沉降行为. 探明了不同絮凝条件下 全尾砂尺寸演化规律，全尾砂均快速絮凝形成絮团，絮团的平均弦长增长达到峰值后随着剪切时间逐渐下降，直至达到稳定 状态. 发现全尾砂絮团的平均弦长与絮凝全尾砂料浆固液界面的初始沉降速率随着不同的絮凝条件而不断改变，确定了在 本文研究范围内的最优絮凝条件Magnafloc 5250 絮凝剂，全尾砂料浆固相质量分数 10，絮凝剂单耗 10 gt−1，絮凝剂溶液中 絮凝剂质量分数 0.025，剪切速率 94.8 s−1. 最优条件下絮凝过程中絮团平均弦长峰值为 620.63 μm，絮凝结束时絮团平均弦 长为 399.57 μm，絮凝全尾砂料浆固液界面初始沉降速率为 4.61 mms−1. 初步建立了适用于本文全尾砂的基于絮团平均弦长 的固液界面初始沉降速率模型，固液界面初始沉降速率随着絮团平均弦长的增加而增加，为实际生产中控制全尾砂絮凝沉降 参数以及设备结构优化、提高全尾砂料浆的絮凝沉降效率提供参考. 关键词 全尾砂；絮团弦长；聚焦式激光反射测量系统；剪切速率；固液界面初始沉降速率 分类号 TD853 Flocculation and settling behavior of unclassified tailings based on measurement of floc chord length RUAN Zhu-en1，WU Ai-xiang1,2 苣，WANG Jian-dong1，YIN Sheng-hua1,2，WANG Yong1,2 1 School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2 Key Laboratory of the Ministry of Education of China for High-efficient Mining and Safety of Metal Mines, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣Corresponding author, E-mail wuaixiang ABSTRACT Deep-cone thickening of unclassified tailings is one of the key technologies in the field of cemented paste backfill. Flocculation and settling behavior of unclassified tailings constitute key research topics of the deep-cone thickening technology. Based on the measurement of the floc chord length during the unclassified tailings flocculation process, this study investigated the flocculation and settling processes independently, which is different from the traditional research. First, the average chord length of the floc was used as the index to study the flocculation behavior of the unclassified tailings under different conditions. Then, the initial settling rate of the suspension–supernate interface was used as the index to analyze the settling behavior of the unclassified tailings slurry under varying flocculation conditions. Under different flocculation conditions, the unclassified tailings particles were flocculated rapidly and the average chord length of the floc increased rapidly to the peak value. Then, it decreased gradually with the shear time until it reached a stable state. It was found that the average chord length of the flocs of the unclassified tailings and the initial settling rate of the 收稿日期 2019−10−29 基金项目 国家自然科学基金重点资助项目（51834001）；国家自然科学基金面上资助项目（51674012）；国家自然科学基金青年科学基金资 助项目（51804015） 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期980−987，2020 年 8 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 8 980−987, August 2020 https//doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.29.004; suspension–supernate interface of the flocculated, unclassified tailings slurry vary with flocculation conditions. For the scope of this study, the optimal flocculation conditions were determined as follows the flocculant used was Magnafloc 5250, the solid mass fraction was 10, the flocculant dosage was 10 gt−1, the flocculant mass fraction was 0.025, and the shear rate was 94.8 s−1. Under such flocculation conditions, the peak value of the average chord length of the floc was 620.63 μm, the average chord length after the flocculation was 399.57 μm, and the initial settling rate of the suspension–supernate interface of the flocculated tailings slurry was 4.61 mms−1. The initial settling rate model of the suspension–supernate interface, applicable only to the tailings used in this study, was established preliminarily based on the average chord length of the flocs. The initial settling rate of the suspension–supernate interface increased with the increase in the average chord length of the flocs, providing a reference for the control of flocculation and settling parameters and the optimization of the equipment structure to improve the flocculation settling efficiency of unclassified tailings slurry in actual production. KEY WORDS unclassified tailings； floc chord length； focused beam reflectance measurement； shear rate； suspension –supernate interface initial settling rate 膏体充填已经成为治理采空区和尾矿库灾 害、实现矿山绿色开采的重要手段之一[1−2]. 膏体 充填的其中一项核心技术是全尾砂深锥浓密，即 通过向来自选厂的低浓度全尾砂料浆中添加高分 子絮凝剂实现快速沉降、再通过深锥浓密机实现 全尾砂料浆的深度浓密，从而获得高浓度底流，为 制备合格的膏体奠定基础[3−5]. 全尾砂进入深锥浓 密机经过絮凝后，以絮团的形式存在. 针对浓密过 程中的絮凝沉降，国内外学者进行了大量的实验 来研究沉降，分析了絮凝剂种类与单耗[6−8]、全尾 砂料浆中的固相质量分数（下文简称固相质量分 数）[9−10]、尾砂化学组成[11−12]、料浆酸碱度[13−14]以 及水力条件[15−16]等因素对全尾砂料浆沉降速率的 影响规律. 同时，也应用数值模拟方法研究了深锥 浓密机内的全尾砂絮凝沉降行为[17−19]. 但是，对于 全尾砂的絮凝本身或者絮团的性质研究相对较少. 絮团的尺寸是絮团的最直观的性质，也是最重要的 性质. 絮团尺寸的测量方法多样，如最古老的沉降 速率法、激光粒度仪、扫描电子显微镜（SEM）及 光学显微镜，但是这些方法因为不能直接测量或 者对絮团结构进行了破坏，导致测量结果误差较 大[20]. 近年来，聚焦式激光反射测量系统（Focused beam reflectance measurement, FBRM）因其可以实 时原位测试絮团尺寸，不用取样破坏絮团结构，而 被越来越多的应用于絮团尺寸的测量[21−22]. 为此，本文应用 FBRM 测量不同絮凝条件下 的全尾砂絮团尺寸，分析絮凝剂种类、固相质量分 数（SF）、絮凝剂单耗（FD）、絮凝剂溶液中絮凝剂 质量分数（下文简称絮凝剂质量分数，FF）和流场 剪切速率（G）对全尾砂絮团的尺寸的影响进行研 究，再应用絮凝后全尾砂料浆的静态沉降来分析 絮凝条件对沉降行为的影响. 1 实验 1.1 实验材料 本文所用的全尾砂取自于国内某镍矿，应用 比重法测得真实密度为 2785 kgm−3. 采用欧美克 TopSizer 激光粒度分析仪分析全尾砂粒径分布，所 得结果如图 1 所示，粒径−20 μm 的颗粒占比（体积分 数）为54.74，−74 μm占比为91.31，−100 μm 占比为 95.38，索特平均直径 d32和体积平均直径 d43分 别为 5.22 μm 和 30.67 μm. 絮 凝 剂 为 Rheomax 1010、 Rheomax 1020、 Rheomax 1050、 Magnafloc 336、 Magnafloc 5250 和 APAM-10，共 6 种阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂，均 为高分子絮凝剂，相对分子量分别为 2520 万、 2160 万、2000 万、2880 万、1800 万和 1200 万. 1.2 实验方案 实验采用 MY 3000-6M 彩屏混凝试验搅拌机， 研究絮凝剂种类不同、固相质量分数不同（SF5、 10、15、20 和 25）、絮凝剂单耗不同（FD5、 10、15 和25 gt−1）、絮凝剂质量分数不同（FF0.005、 0.025、0.05、0.10 和 0.15）和流体剪切速率 0.1 0 20 40 60 80 10 30 50 70 90 100 110 Particle size/μm Cumulative volume percent of passing size/ 1001000 图图 1 全尾砂粒径分布 Fig.1 Grain size distribution of unclassified tailings 阮竹恩等 基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 981 不同（G51.6、94.8、146.0、204.0、268.2、338.0 和 412.9 s−1）时的全尾砂絮凝情况，将 FBRM 的探头 浸没入尾砂料浆中检测不同絮凝条件下的全尾砂 絮团尺寸，应用 FBRM 软件的 Marco 弦长和平方 加权方法对测量数据进行处理[23]. 采用单因素实 验，共计 22 组，尾砂料浆用干尾砂和实验室自来 水进行配制，每组实验中全尾砂料浆体积和絮凝 溶液的总体积为1000 mL，pH 为7.41. 絮凝反应4 min 后，将絮凝全尾砂料浆移入 1000 mL 量筒中进行静 态沉降实验，记录固液界面随着时间的下降高度. 实验关键设备如图 2 所示. MY 3000-6M 彩屏 混凝试验搅拌机可产生 10～1000 s−1范围内任意 剪切速率. FBRM 为瑞典 METTLER TOLEDO 的 G600，是一种基于弦长（Chord length）的测量技术， 核心结构为探头，其内部结构和测试原理如图 3 所示. 在 FBRM 探头内部有平行分布的激光源光 纤和监测光纤，激光光束从探头尾部发射出来，经 过高速旋转的棱镜聚焦于很小的一个点上，棱镜 旋转速度为 2 ms−1. 若探头所处环境中没有颗粒， 监测光纤无任何反射信号；一旦有颗粒经过窗口 表面，聚焦光束碰到颗粒后将会反射回来，此时监 测光纤将会探测到增强光信号. 颗粒持续反射激 光源光束，直到到达颗粒的另一边. 这段反射激光 源光束的时间乘以扫描速度即得到了距离，称之 为颗粒的“弦长”. 本文中应用 FBRM 检测所得的弦长表征絮团 的尺寸，用固液界面初始沉降速率来分析絮凝全 尾砂料浆的沉降行为. 2 结果与讨论 2.1 絮凝剂种类对全尾砂絮凝沉降行为的影响 2.1.1 絮凝剂种类对全尾砂絮凝行为的影响 在固相质量分数 10、絮凝剂单耗为 10 gt−1、 絮凝剂质量分数为 0.025、剪切速率为 94.8 s−1的 条件下，六种不同絮凝剂作用下的全尾砂絮团平 均弦长变化规律如图 4 所示. 在不同絮凝剂种类条件下，全尾砂均快速絮 凝形成絮团，并且絮团的平均弦长增长达到峰值 后随着絮凝反应时间逐渐下降至一个稳定状态. 因为在流场剪切作用下发生的桥接絮凝中，全尾 砂絮凝成絮团（聚并）、絮团的剪切破碎（破碎）以 及破碎絮团的重构（重构）等过程往往同时并且 一直存在，在剪切初始阶段，以聚并过程为主，絮 团的平均弦长表现为增长；达到峰值后，随着剪切 作用的继续进行，以破碎和重构现象为主，大而疏 松絮团会被剪切破碎成为较小的絮团，小絮团 也可能会继续重构成为更加致密的中等尺寸的絮 团[24−25]；当絮团的重构与破碎达到平衡时，絮团的 平均弦长达到一个稳定状态. 虽然不同絮凝剂条件下，絮团的平均弦长变 化趋势相似，但是获得的平均弦长峰值（CLmax）以 及絮凝反应结束后的絮团平均弦长（CL4min）却不 尽相同. 由图 4 可知，Magnafloc 5250 絮凝剂作用 下可获得的 CLmax和 CL4min均比其它絮凝剂的大， FBRM probe 11.8 cm Flocculator 4 cm Computer 5.8 cm Chord length distribution 1.4 cm 60 Tailings Blade 5 cm 10.5 cm 图图 2 絮凝实验设备 Fig.2 Flocculation experiment equipment Laser source Beam splitter Chord length/μm Laser return Optical prism Sapphire window Focused beam 图图 3 FBRM 探头结构示意和弦长测试原理 Fig.3 Schematic of FBRM probe structure and chord length measuring principle 0 0 200 400 600 620.63 100 300 500 700 4080120 Flocculation time/s Averaged chord length/μm 160200210 Rheomax 1010 Rheomax 1020 Rheomax 1050 Magnafloc 336 Magnafloc 5250 APAM-10 图图 4 不同絮凝剂种类条件下全尾砂絮凝行为 Fig.4 Flocculation behavior under different flocculants 982 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期 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 t0～30 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 mms−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 gt−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（SF5），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/ 1001000 CD t0 CD t10 s CD t20 s CD t30 s CD t60 s DD t0 DD t10 s DD t20 s DD t30 s DD t60 s 图图 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 400600100300500 0 10 15 35 20 25 30 40 Settling time/s Slope−0.461 Suspension-supernate interface height/cm 6020 Rheomax 1010 Rheomax 1020 Rheomax 1050 Magnafloc 336 Magnafloc 5250 APAM-10 图图 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 16024040120200 SF5 SF10 SF15 SF20 SF25 图图 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 剪切作用的持续进行，不同固相质量分数下的 CL4min近似分为三组402 μm 左右（SF5、10）； 213 μm（SF15）；135 μm 左右（SF20、25）. 2.2.2 固相质量分数对絮凝全尾砂料浆沉降行为 的影响 不同固相质量分数条件下絮凝全尾砂料浆沉 降曲线如图 8 所示. 和 CL4min类似，不同固相质量 分数下的固液界面的初始沉降速率也近似分为三 组4.71 mms−1左右（SF5、10）；2.34 mms−1 （SF15）；0.74 mms−1左右（SF20、25）. 其 中，固相质量分数为 5 时，初始沉降速率最大，达 到 4.81 mms−1. 但是，在固相质量分数不同时，不 能仅以固液界面初始沉降速率来评判沉降效果， 而应该用固体通量，即单位时间通过单位面积的 质量来评价沉降效果. 根据固相质量分数（密度） 和初始沉降速率即可得出不同固相质量分数下的 固体通量，当固相质量分数为 10 时，固体通量最 大，达到 0.493 kgs−1m−2，因此针对本文的絮凝条件， 最佳固相质量分数为 10. 2.3 絮凝剂单耗与絮凝剂质量分数对全尾砂絮凝 沉降行为的影响 2.3.1 絮凝剂单耗与絮凝剂质量分数对全尾砂絮 凝行为的影响 在 絮 凝 剂 为 Magnafloc 5250、 剪 切 速 率 为 94.8 s−1、絮凝剂质量分数为 0.025 时，不同絮凝 剂单耗（5、10、15 和 25 gt−1）的全尾砂料浆絮凝 行为如图 9（a）所示. 由图 9（a）可知，CLmax和 CL4min随着絮凝剂单耗的增加而先增大后减小，均 在 15 gt−1时最大. 同时，不同絮凝剂单耗条件下的 CL4min近似分为三组466 μm（FD15 gt−1）；399 μm 左右（FD10、20 和 25 gt−1）；212 μm（FD5 gt−1）. 这是因为，高分子絮凝剂和全尾砂的絮凝作用属 于桥接絮凝，在絮凝剂单耗较低时（5 gt−1、10 gt−1）， 因絮凝剂的不足而导致絮凝效果不佳；而在絮凝 剂单耗过高时（20 gt−1、25 gt−1），因絮凝剂的过量 导致全尾砂颗粒表面全被絮凝剂覆盖而不能和其 它颗粒桥接形成絮团，絮凝效果也不佳. 在絮凝剂为Magnafloc 5250、剪切速率为94.8 s−1、 絮凝剂单耗为 10 gt−1时，不同絮凝剂质量分数 （0.005、0.025、0.05、0.10 和 0.15）的全尾 砂料浆絮凝行为分别如图 9（b）所示. 由图 9（b）可 知，CLmax和 CL4min随着絮凝剂质量分数的变化不 明显，分别在 550 μm 和 380 μm 左右. 虽然本文中 絮凝剂质量分数不同，但是絮凝剂溶液加入到全 尾砂料浆后，整个反应体系的总体积都是 1000 mL， 由于流场剪切作用，絮凝剂溶液和全尾砂料浆快 速混合，整个反应体系的絮凝剂质量分数均相同， 因此，絮凝剂质量分数对絮凝效果的影响并不大. 0 0 10 5 35 15 20 25 30 200 Settling time/s Suspension-supernate interface height/cm 400600100300500 0 10 35 15 20 25 30 40 Settling time/s Slope−0.481 Suspension-supernate interface height/cm 6020 SF5 SF10 SF15 SF20 SF25 图图 8 不同固相质量分数条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲线 Fig.8 Settling curves of flocculated tailings slurry under different solid mass fractions 0 0 200 100 700 300 400 500 600 80 Flocculation time/s Averaged chord lengh/μm 160240401202000 0 200 100 700 ab 300 400 500 600 80 Flocculation time/s Averaged chord lengh/μm 16024040120200 FD5 gt−1 FD10 gt−1 FD15 gt−1 FD20 gt−1 FD25 gt−1 FF0.005 FF0.025 FF0.05 FF0.10 FF0.15 图图 9 不同絮凝剂单耗（a）与絮凝剂质量分数（b）条件下全尾砂絮凝行为 Fig.9 Flocculation behavior under different flocculant dosages a and flocculant mass fractions b 984 工程科学学报，第 42 卷，第 8 期 但是，由于不同絮凝剂溶液制备时间相同，可能导 致絮凝剂质量分数高的絮凝剂溶液（0.15）中的 絮凝剂高分子溶解效果比絮凝剂质量分数低的絮 凝剂溶液低，从而导致 0.15 条件下的 CLmax和 CL4min相对较小. 2.3.2 絮凝剂单耗与絮凝剂质量分数对絮凝全尾 砂料浆沉降行为的影响 不同絮凝剂单耗与絮凝剂质量分数条件下絮 凝全尾砂料浆沉降曲线分别如图 10（a）、图 10（b） 所示. 不同絮凝剂单耗条件下的固液界面初始沉 降速率只近似分为两组4.58 mms−1左右（FD10、 15、20 和 25 gt−1）和 2.32 mms−1（FD5 gt−1）. 虽然 15 gt−1条件下的初始沉降速率最大，但是和其它 相近絮凝剂单耗条件下的区分并不明显，因为该 条件下的絮团尺寸过大（CL4min466.5 μm），导致其 结构疏松而影响初始沉降速率. 而不同絮凝剂质 量分数条件下的固液界面初始沉降速率除了 0.15 条件下的较小（3.86 mms−1）外，其它的都在 4.56 mms−1左右. 因此，综合考虑经济成本与初始沉降速率，可 确定本文的最优絮凝剂单耗为 10 gt−1，而絮凝剂 质量分数只要不超过 0.10、在 0.05 左右则可保 证较好的絮凝效果，本文最优絮凝剂质量分数为 0.025. 2.4 剪切速率对全尾砂絮凝沉降行为的影响 2.4.1 剪切速率对全尾砂絮凝行为的影响 在絮凝剂为 Magnafloc 5250、固相质量分数为 10、絮凝剂单耗为 10 gt−1、絮凝剂质量分数为 0.025 的条件下，不同剪切速率 51.6、94.8、146.0、 204.0、268.2、338.0 和 412.9 s−1对全尾砂料浆絮凝 行为的影响如图 11 所示. 由图 11 可知，CLmax和 CL4min随着剪切速率 的增加而先增大后减小，均在 94.8 s−1时最大. 在 流场的剪切速率较低时（94.8 s−1），继续增加剪切速率，已形成 的絮团会被剪切破碎，不利于絮凝作用. 但是，随 着剪切速率的增加，絮凝剂分子和全尾砂颗粒的 混合效果不断增加，因此达到 CLmax所需的时间不 断缩短. 2.4.2 剪切速率对絮凝全尾砂料浆沉降行为的影响 不同剪切速率条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲 线如图 12 所示. 固液界面的初始沉降速率随剪切 速率的变化规律和 CLmax与 CL4min随着剪切速率 的变化规律一致，在94.8 s−1时取得最大值4.61 mms−1. 因此，针对本文的絮凝条件，剪切速率最优值为 94.8 s−1. 2.5 基于絮团平均弦长的固液界面初始沉降速率 模型 絮团的沉降速率与絮团的尺寸、结构、料浆的 黏度、固相质量分数、尾砂的性质与粒度分布等 有关[28−29]，但本文只检测了絮团的弦长，不能应用 经验公式根据固液界面初始沉降速率计算出絮团 的沉降速率. 所以本文只初步分析固液界面初始 沉降速率与絮团平均弦长的关系. 根据图 13 中不 同絮凝条件下 CL4min与固液界面初始沉降速率， 可初步建立适用于本文全尾砂的基于絮团平均弦 长的固液界面初始沉降速率模型，如式（1） y 3.419lnx−16.03, R2 0.9782（1） 式中y 为固液界面初始沉降速率，mms−1；x 为絮 团平均弦长，μm；R2为可决系数. 0 5 15 10 35 20 25 30 200 Settling time/sSettling time/s Suspension-supernate interface height/cm 5 15 10 35 20 25 30 Suspension-supernate interface height/cm 4006001003005000200400600100300500 ab 0 15 10 35 20 25 30 40 Settling time/s Sope−0.232 Suspension-supernate interface height/cm 6020 0 15 10 35 20 25 30 Settling time/s Slope−0.461 Suspension-supernate interface height/cm 4020 FD5 gt−1 FD10 gt−1 FD15 gt−1 FD20 gt−1 FD25 gt−1 FF0.005 FF0.025 FF0.05 FF0.10 FF0.15 图图 10 不同絮凝剂单耗（a）与絮凝剂质量分数（b）条件下絮凝全尾砂料浆沉降曲线 Fig.10 Settling curves of flocculated tailings slurry under different flocculant dosages a and flocculant mass fractions b 阮竹恩等 基于絮团弦长测定的全尾砂絮凝沉降行为 985 由式（1）可知，固液界面初始沉降速率随着絮 团平均弦长的增加而增加，由前面的不同絮凝条 件下全尾砂絮团平均弦长随着絮凝反应时间变化 规律可知，在较短的时间内全尾砂絮团平均弦长 即可达到峰值，此时的固液界面初始沉降速率应 该最大. 因此，在实际生产中，应该通过控制全尾 砂絮凝沉降参数以及设备结构，以确保全尾砂能 形成尺寸最大的絮团并不被剪切破碎而快速沉 降，从而提高全尾砂料浆的絮凝沉降效率. 3 结论 本文基于全尾砂絮凝过程中絮团弦长的测 定，分别以絮团平均弦长和固液界面初始沉降速 率为指标，分析了不同絮凝条件下全尾砂絮凝和 沉降行为，主要结论为 （1）不同絮凝条件下，全尾砂均快速絮凝形成 絮团，絮团的平均弦长快速增长然后随着剪切时 间逐渐下降，直至达到稳定状态. （2）全尾砂絮团的平均弦长与絮凝全尾砂料 浆固液界面的初始沉降速率随着不同的絮凝条件 而不断改变，本文中的最优絮凝条件为Magnafloc 5250 絮凝剂、固相质量分数 10、絮凝剂单耗 10 gt−1、絮凝剂质量分数 0.025、剪切速率 94.8 s−1. 所对应的絮凝过程中絮团平均弦长峰值为620.63 μm， 絮凝结束是絮团平均弦长为 399.57 μm，絮凝全尾 砂料浆固液界面初始沉降速率为 4.61 mms−1. （3）固液界面初始沉降速率随着絮团平均弦 长的增加而增加，初步建立了适用于本文全尾砂的基 于絮团平均弦长的固液界面初始沉降速率模型. 参 考 文 献 Wu A X, Yang Y,