磁化水改善全尾砂絮凝沉降效果的试验研究

为降低全尾砂絮凝沉降成本,提高絮凝沉降效果,将磁化水引入某矿全尾砂絮凝沉降试验中,探讨磁化水在全尾砂絮凝沉降过程中的促凝作用;研究不同磁化条件下,全尾砂絮凝沉降速度和底流极限质量分数的变化规律。研究结果表明:在磁化水-全尾砂絮凝沉降过程中,絮凝剂单耗饱和点(沉降速度最大时)与普通水的单耗饱和点相比降低1/3,沉降速度提高1.4~2.1倍,底流质量分数最大增幅达3.2%;当磁感应强度B为150~200 m T,磁化时间t为20~25 min,水循环流速v为2.0~2.5 m/s时,沉降效果最理想;在适合的磁化条件下,磁化水在降低絮凝剂单耗、提高絮凝沉降速度和底流质量分数方面具有明显的优越性。     

絮团稠化对全尾砂浓密性能的影响

基于全尾砂浓密过程料浆质量分数高,尾矿絮团无法直接观测,而取样稀释再进行测试分析难以避免误差,借助FBRM和PVM实时在线监测和分析系统,观测全尾砂浓密过程耙架剪切应力和重力耦合作用下絮团颗粒结构和粒度的变化。研究结果表明:在泥层高度分别为25,45和70 cm的3个全尾砂浓密阶段内均保持耙架转速为15 r/min的试验条件下,直径在100μm以上的絮团逐渐破裂重构而数量减少,直径在10μm以下絮团数量相应增加,松散的大絮团逐渐演化成为密实的小絮团;絮团有效直径随剪切时间延长和泥层高度增加而减小,絮团稠化速程度随泥层高度上升而加快;有效干涉沉降系数是基于絮团有效直径的函数,随剪切时间延长和泥层高度增加呈现先增大后稳定的趋势。     

全尾砂絮凝沉降规律及其机理

以某矿全尾砂和聚丙烯酰胺(PAM)为实验原料进行静态絮凝沉降实验,研究给料浓度和絮凝剂单耗对尾矿最大沉降速度和静止沉降极限浓度的影响,通过对实验数据回归分析得出简易的沉降速度模型. 将模型划分为六个阶段,包括紊流影响段、加速沉降段、沉降末速段、干涉沉降区、压密沉降段和极限沉降段,并利用两相流理论、絮凝理论对其合理性进行阐述. 实验结果证明:在单耗一定(20g·t-1)时,沉降速度与给料浓度负相关,极限浓度与给料浓度正相关;在给料质量分数20%时,单耗临界值为30g·t-1,极限浓度与单耗负相关. 建议深锥浓密机给料质量分数20%,絮凝剂单耗20g·t-1.     

全尾砂絮凝沉降参数预测模型研究

为了得到最佳的絮凝沉降参数,运用BP神经网络和遗传学算法建立了全尾砂絮凝沉降参数预测模型.以絮凝剂单耗和尾砂浓度作为输入因子,以沉降速度作为输出因子;通过正交试验,确定网络学习、训练样本,建立神经网路预测模型;采用遗传算法对全尾砂沉降参数预测模型进行全局寻优,得到最佳絮凝沉降参数.将预测模型运用到和睦山铁矿,在絮凝剂单耗12 g/t,尾砂浓度17%条件下,沉降速度达到1.31 m/h,满足生产需要,比原生产所需絮凝剂单耗减少20%.应用结果表明,该预测模型有较高的实用性,为沉降参数优选提供了一种崭新的思路.     

尾矿浆沉积室内模拟试验

尾矿浆的沉积特性对尾矿坝的坝体结构有重要影响.为了研究尾矿浆的沉积分层特征和时间演化规律,对黏性尾矿浆和砂性尾矿浆进行一维沉降柱试验,讨论了尾矿沉积物的细观结构特征和分层划分依据,分析了沉积物形态与时间的关系,并用双电层理论解释了絮凝作用对沉积特征的影响机理.结果表明:尾矿黏粒具有颗粒细小、黏土矿物成分比例高和吸附性强的特点,在液体环境下易形成高孔隙率的絮状结构体;根据细观结构的变化,尾矿沉积层从上到下依次分为澄清区、絮凝区、沉降区和固结区;按时间划分,可以将尾矿的沉积过程分为沉降阶段和固结阶段,黏性尾矿的沉积时间大约是砂性尾矿的2倍;砂性尾矿的沉积时间主要由单颗粒的自由沉降速度决定,黏性尾矿浆的沉积过程可用分界面高度-时间的函数关系来描述.研究结果揭示了尾矿浆的沉积过程和细观结构之间的联系,为尾矿浆沉积规律的预测提供了参考.     

全尾砂浆最佳絮凝沉降参数

为了得到最佳的絮凝沉降参数,研究使用BP神经网络进行优化选择。通过对比分析,将输入因子简化为絮凝剂单耗和尾砂质量分数2个因子,输出因子简化为沉降速度1个因子;通过正交试验,建立网络学习、训练样本,优选出最佳网络模型。扩大正交试验,增加输入因子水平,组合优选样本,搜索最佳絮凝沉降参数。以司家营铁矿全尾砂絮凝沉降为例,优选出絮凝剂单耗为10 g/t,尾砂质量分数为18%,预测沉降速度为1.38 m/h,满足生产要求,比原生产所需絮凝剂单耗节省50%。应用结果表明:该研究成果效果显著,为絮凝沉降参数优选提供一种新思路。     

基于双重絮凝的超细尾砂浓密脱水性能及絮凝机制

为探索新型絮凝工艺,解决超细尾砂浓密效果不佳的工程难题,引入双重絮凝技术。首先,开展单一絮凝工艺的絮凝沉降实验,分析絮凝剂种类对超细尾砂浓密脱水效果的影响;其次,将不同絮凝剂进行组合,进行双重絮凝实验,研究双重絮凝工艺的影响因素及作用规律,对比2种工艺的絮凝浓密效果;最后,利用聚焦光束反射测量仪(FBRM)和显微镜研究尾砂絮体的粒度与结构变化,探索双重絮凝机制。研究结果表明：在处理铅锌矿的超细尾砂时,双重絮凝工艺能够综合2种聚合物的优点,在絮凝过程的不同阶段运用不同的絮凝机制,显著降低上清液浊度(<30×10^-6),并获得较快的尾砂沉降速度(>70 mm/min)和较高的底流质量分数(>65%);双重絮凝的影响因素有絮凝剂种类和絮凝剂添加顺序,“阴离子+阳离子”组合的絮凝浓密效果最优;双重絮凝过程分为初次絮体形成、絮体剪切破坏和二次絮体形成3个阶段,初次阴离子絮凝剂的吸附架桥机制有利于捕捉微细颗粒(<100μm)形成初次絮体,初次絮体剪切破碎后释放部分结合位点,二次阳离子絮凝剂的电中和机制则使破碎絮团增长为可再生的大体积絮团(>1 0...     

电离作用下黏性细颗粒泥沙絮凝沉降数值模拟

基于分形理论构建泥沙颗粒的絮凝沉降模型,从三维角度动态模拟絮团在布朗运动、颗粒静电力和重力作用下的发育、沉降过程.研究结果表明:絮团形态与泥沙颗粒的表面电荷量有关,电荷量越大,絮团形态越开放;不同带电量泥沙颗粒的絮凝速度与沉降速度具有差异性,表面电荷量越大絮凝沉降速度越缓慢;泥沙颗粒的带电量对絮团平均粒径分布有显著影响,不同带电量下絮团达到最大直径所需时间不同.研究成果进一步揭示了天然河流中黏性细颗粒泥沙絮凝现象的内在机理.     

全尾砂动态絮凝沉降试验研究

运用浓密机动态试验装置,通过连续进料和连续放砂,以沉降速度、底流质量分数、溢流水悬浮物质量浓度作为动态絮凝沉降效果的评价指标,研究不同条件下全尾砂动态絮凝沉降的变化规律。研究结果表明:沉降速度与絮凝剂单耗、供料速度、料浆质量分数均呈正相关;底流质量分数随絮凝剂单耗的增加先增加后基本保持不变,与供料速度呈负相关,与料浆质量分数呈正相关;溢流水悬浮物质量浓度与絮凝剂单耗呈正相关,与供料速度、料浆质量分数均呈负相关。确定该尾砂最佳动态絮凝沉降条件如下:絮凝剂单耗为10 g/t,供料速度为1.5L/min,全尾砂料浆质量分数为13%左右。     

超大能力超细全尾砂超长距离管道自流输送技术

 为解决司家营铁矿超大能力超细全尾砂超长距离管道自流输送难题, 在研究超细全尾砂管道自流输送、骨料颗粒沉降堵管及管道沿程阻力损失特性的基础上, 利用Fluent 软件对超细全尾砂超长距离大管径的自流输送特性进行分析。结果表明:超细粒径全尾砂易于悬浮, 大管径输送可有效降低沿程阻力损失。工作流速为2.95 m·s^-1、管道内径为155 mm 的超细全尾砂浆体的垂直脉动速度分量S_v=0.24 cm·s^-1远大于尾砂的干涉沉降速度0.034 cm·s^-1, 最大允许充填倍线N_max高达10.6, 充填料浆可均匀悬浮顺利自流至采空区。     

立式砂仓断面积和高度研究及应用

基于室内实验、集料供排平衡理论、流体动力学理论,提出立式砂仓断面积和高度的计算模型.断面积计算模型的核心是有效沉降速度,通过沉降规律分析,提出有效沉降速度为干涉沉降结束时液面下降高度与沉降时间之比.高度计算模型由压缩层、沉降层、溢流层、储砂空间和稳定放砂高度组成,核心是压缩层高度计算,应用流体动力学理论提出压缩层高度和砂浆浓度的关系式.以某矿立式砂仓为例,计算得到立式砂仓直径D为10 m,砂仓高度H为26.5 m.现场试运行结果表明:砂仓底流体积分数可达44%(质量分数69%),溢流水体积分数控制在3%以下,浓缩效果良好.     

基于全尾砂级配的膏体新定义

基于全尾砂特性的不同,提出定量化具有普遍性和工程应用性的膏体新定义。运用八因素十水平均匀设计方案研究不同尾砂粒级组成对浆体泌水率的影响。研究结果表明:当全尾砂颗粒半径超过70μm时,颗粒基本不具有保水性能;粒度为20~98μm的尾砂颗粒对浆体的泌水性能影响较大,尤其是粒度为20~37μm的尾砂颗粒;膏体新定义的提出使不同矿山不同特性全尾砂所能配制的膏体得到了统一规范化和定量化。     

堆场疏浚泥颗粒分选规律及机理

为了确定大面积高含水率疏浚泥堆场的处理面积和选择经济、合理的处理技术,对吹填时堆场内疏浚泥颗粒的分选规律及机理进行了研究.系统调查了南水北调东线江苏段金宝航道N1疏浚泥堆场,并对距离吹填口不同位置、不同深度的疏浚泥进行取样.土样的颗粒分析试验结果表明:堆场内疏浚泥颗粒粒径随着距吹填口距离的增大而减小,黏粒(d<5μm)含量沿程逐渐增大,粒径大于10μm的颗粒含量沿程逐渐减小,粒径介于5～10μm之间的颗粒含量沿程基本保持不变,在水平方向表现出明显的分选性;疏浚泥颗粒在垂直方向上分选性较弱,且分选规律较差.以泥沙运动力学和高含沙水流运动学为理论基础,通过分析吹填过程中不同粒径的颗粒在堆场内的运移规律,对堆场疏浚泥颗粒的分选机理进行了探讨,明确了疏浚泥浆的含水率、颗粒级配、尺寸以及水动力条件等是影响疏浚泥颗粒分选的主要因素.     

垂直管道颗粒沉降速度的影响因素

 针对深部资源开采的“高井深”问题,研究了垂直管道水力提升过程中颗粒沉降速度的影响因素。基于球形颗粒的水中沉降机理,分别建立层流区、过渡区及紊流区的颗粒沉降速度表达式,对影响沉降速度的颗粒粒径、颗粒密度及水温进行敏感性分析,并考虑颗粒形状及浓度对沉降速度的影响。结果表明,在层流区和过渡区,各因素对沉降速度影响的敏感度随颗粒密度ρ_s与水密度ρ之间比值不同而变化,当层流区ρ_s >2ρ及过渡区ρ_s >3ρ时颗粒粒径 >颗粒密度 >水温,当层流区ρ_s<2ρ及过渡区ρ_s<3ρ时颗粒密度>颗粒粒径>水温;在紊流区,各因素对沉降速度影响的敏感度为颗粒密度 >颗粒粒径 >水温;球形颗粒沉降速度理论值大于不规则颗粒沉降速度实际值,可采用颗粒形状系数加以修正,且在干涉沉降过程中采用Richardson-Zaki 公式,使计算结果符合工程实际。     

基于絮凝沉砂的立式砂仓面积最佳计算模式

为探究全尾砂絮凝沉降条件下立式砂仓面积最佳计算模式,根据最理想沉砂条件和不同沉砂特点,从3种计算模式中确定出结果误差最小者.以某铅锌矿为例,进行细粒级全尾砂絮凝沉降试验,回归分析得到最佳沉砂条件下的沉降曲线,依此从3个角度分析立式砂仓面积计算模式的可靠度.最佳絮凝条件:相对分子量为8×106的阴离子聚丙烯酰胺(APAM),入料砂浆体积分数为7.80%,对应的絮凝剂单耗为17.66 g·t-1.最佳立式砂仓面积为36.06 m2,托麦吉-菲契图解计算模式所得结果与其贴近度达97.04%.     

泥层高度对细粒全尾浓密规律的影响

 深锥浓密机是膏体制备的关键设备,而泥层高度影响着浓密机内部料浆沉降速度和压密浓度。通过量筒静态沉降试验发现,扰动区料浆沉降速度最快,无明显规律;沉降区料浆高度越高,沉降速度越快;压密区为匀速沉降。采用动态搅拌装置,对不同泥层高度料浆浓密规律进行探究。结果表明,当泥层高度一定时,料浆浓度的变化速率随着压密时间的增加而逐渐减小,6h内料浆浓度变化最快,压密效率最高,当压密时间达到12h时,极限质量分数变化很小;在相同压密时间下,不同泥层高度下料浆极限质量分数范围为71.23%—74.43%。经分析,该料浆质量分数达到70%以上时,极限质量分数值与高径比呈线性正相关。因此,泥层高度是影响底流浓度大小的一个重要因素。     

温度和酸碱度对铝土矿矿泥的沉降影响

为研究铝土矿尾矿泥浆沉降的影响因素与影响机制,以平果铝土矿矿泥为例,在不同温度(15、30、45、60℃)和不同pH的环境下进行自由沉降试验,对矿泥沉降过程中上清液的高度及不同时刻的沉降速度进行分析,结果表明：15～60℃的温度范围内,浓度7%的矿泥温度每提升10℃可使匀速沉降阶段的沉降速度提高0.385 mm/min, 10%矿泥温度每提升10℃可使匀速沉降阶段的沉降速度提高0.132 mm/min; pH对矿泥沉降速度和沉降时间均有影响,在pH为4.7～8范围,pH低于7.6时,随着pH的升高沉降速度不断提高,pH为7.1～7.6时沉降速率较快,最快为7.27 mm/min, pH高于7.6时,沉降速度有降低的趋势。研究成果为改进矿泥浆的沉淀工艺提供了试验与理论依据,为其他矿泥浆的沉降研究提供了借鉴。     

液固两相平板混合层中涡结构对颗粒沉降的影响

为研究液固两相平面混合层中液相大涡结构对固相颗粒运动与沉降的影响 ,分别用粒径小于 40 μm,粒径 98～ 10 4μm以及粒径 15 4～ 160 μm的玻璃微珠作为固相 ,在上下层流体速度比为 1∶ 2的液相平板混合层中 ,用激光片光源显示了在不同高度释放的固相颗粒通过混合层中大涡结构时的沉降扩散过程 ,并与数值模拟结果相对照。随粒径的不同 ,由于液相大涡的作用使颗粒的运动与沉降表现为明显的 3个特征 :在大涡作用下 ,粒径≤ 40 μm的玻璃微珠基本追随大涡运动 ,在实验区不发生沉降 ;粒径 15 4～ 160 μm的玻璃微珠一边随大涡运动 ,一边沉降 ,在实验区域内最终沉降到槽底 ;而粒径 98～ 10 4μm的玻璃微珠既显示出追随大涡运动又显示出穿透大涡的趋势 ,处于不稳定状态     

典型海滨城市与海洋气溶胶中水溶性离子的粒径分布

为研究厦门地区不同粒径颗粒物中水溶性离子的来源及海洋气溶胶对海滨城市大气颗粒物的影响,利用8级大流量MOUDI碰撞采样器分不同季节在厦门大学海洋楼及台湾海峡采集了气溶胶分级样品,并用离子色谱方法对气溶胶中的水溶性离子进行了分析.结果表明:城市点大气气溶胶中水溶性离子总质量浓度表现为春季最高(60.38μg/m~3)、夏季最低(8.76μg/m~3)、秋冬季介于两者之间的季节特征;而海洋气溶胶中水溶性离子质量浓度的季节差异较小(30.77~35.13μg/m~3).城市气溶胶中SO_4~(2-)和NH_4~+呈单模态分布,峰值粒径为0.44~1.0μm;NO_3~-呈双模态分布,峰值粒径分别为2.5~10.0μm和0.44~1.0μm.海洋气溶胶中NH_4~+和SO_4~(2-)的粒径分布规律与城市气溶胶类似,但NO_3~-在细模态(0.44~1.0μm)没有出现峰值,Cl~-和Na~+在大于16μm的粒径段有非常高的浓度,说明海浪飞沫的影响较大,在粗模态中的比例也明显高于城市气溶胶.干沉降速率为颗粒物大小的函数,其中在0.1μm左右的颗粒干沉降速率最小;通过干沉降速率和它们的浓度分布来计算无机氮(NO_3~-和NH_4~+)的沉降通量,估算得到远海颗粒态无机氮的干沉降通量明显超过近海(秋季NH_4~+除外).     

吹填中疏浚泥颗粒运移及分选若干关键问题的探讨

为了确定处理面积和选择合理的处理方法,以节约工程成本和达到良好的处理效果,需要对吹填时疏浚泥颗粒在堆场内运移及分选的规律进行研究。以泥沙运动力学为理论基础,结合南水北调东线江苏段淮安金宝航道N1疏浚泥堆场的现场调查和试验结果,对吹填时疏浚泥颗粒运移及分选若干关键问题(如堆场分区、疏浚泥分层特性、疏浚泥沉降行为、疏浚泥流体类型等)进行了深入的探讨,得出如下结论:①美国的疏浚工程手册EM1110-2-5027以粒径0.075 mm将堆场分为粗颗粒区和细颗粒区是合理、可应用于国内疏浚工程实践的,颗粒分选发生于细颗粒区;②吹填过程中堆场内上层泥浆一般为牛顿体和过渡区流体,淡水环境下颗粒的沉降行为主要为絮凝沉降,颗粒运移及分选主要发生于上层泥浆中,参与分选的颗粒主要为悬移质;③疏浚泥颗粒分选是在一定的水动力条件和堆场边界条件下,细颗粒在液相泥浆中运移时,由于粒度的差异而产生的分区域沉降行为。