不等质矿物颗粒多力场耦合作用下的有序混凝（沉降）与稳态分散

Large accumulation of tailings brings resources, land, environment, security and many other issues. Paste-discharging and dry- stacking of tailing to solve such problems has become a trend, thus, coagulation (sedimentation) technology is the key technology of this process. The objects of study in this research are kinematic properties of mineral particles in the pulp, and a basic scientific research on orderly movements of inhomogeneous mineral particles and flow field characteristics under the multi-phase coupling force field will be conducted in a feed well. Topics include: Theoretical analysis and calculation about fluid hydraulic characteristics under the multi-phase coupling force field in feed well, and the interference and design of them; Study on the Arrangement and distribution mechanism and its impact properties of different mineral particles from disorder to order In multi-force field; Try to interfere the arrangement of mineral particles under laboratory conditions, and induce coagulation, disintegration and re-coagulation to improve flocs’ compactness; Achieve Dense obtained floc steady-state dispersion and sedimentation. The research aims to reveal the law of different mineral particles’ motion in the fluid and the mechanism of impact, in order to effectively improve the coagulation efficiency, reduce flocculants consumption and the develop new thickener lay the theoretical and technical basis.

摘要：尾矿的大面积堆积带来了资源、土地、环境和安全等诸多问题，尾矿的干排、干堆已成为解决此类问题的发展趋势，混凝技术则是实现该工艺过程的关键技术。本项目以颗粒物在矿浆中的运动学特性为研究对象，对给料井内多相力场耦合下的流场特性及其作用下的不等质矿物颗粒的有序运动规律进行基础研究。研究内容包括：理论分析与模拟计算给料井内多相力场耦合作用下的流体水力学特性，并进行相关的流场干涉与设计；研究不同性质矿物颗粒在多力场作用下由无序到有序的排列与分布规律及其影响机制；研究药剂添加及其与颗粒的混合机制，提升混合效率；在实验室条件下对矿物颗粒的运动位置状态进行干涉，并诱导其凝结、破碎与再凝结，提高絮体密实度；研究絮体的沉降分散特性，最终实现获得型致密聚合体的稳态分散与沉降。本项目旨在揭示不同矿物颗粒在流体中的运动特性规律以及作用影响机制，为有效提高混凝效率、降低药剂消耗量和研制新型浓密机奠定理论基础。

矿产资源开发过程中，尾矿的大面积堆积带来了资源、土地、环境和安全等诸多问题，尾矿的干排、干堆已成为解决此类问题的发展趋势，混凝技术则是实现该工艺过程的关键技术。以往研究中，学者通常是在矿物颗粒各类性质同一的假设下建立模型，即等质矿物颗粒，这就为研究工作带来一定的局限性和偏差。.课题从现实中存在的不等质矿物颗粒（即主要体现在颗粒尺寸、比重、表面性质等不等同）出发，以颗粒运动学特征研究为手段，分别完成了浓密机给料井内复杂力场下的流场结构及其变化规律研究，明确了流体状态对矿物颗粒的影响和作用机制；建立了泰勒涡和卡门涡街的微涡力场，通过数值模拟分析和试验测试研究，掌握了微涡的产生和调控策略，并利用分形维数对颗粒的絮凝效果进行了表征评价；最后是针对给料井及浓密池的工作过程，研究了多力场作用对絮体的成长及增密过程的影响规律及稳态分散机制。.研究结果表明：给料井的多层阻流和稳流机构可以实现对流经矿料的力场调控，促进矿物与矿物、矿物与药剂的高效混合，并在排料过程中起到释能与分散作用，是浓密设备的关键部件；借助泰勒涡和卡门涡街的成涡原理，可以在给料井等特定位置产生不同形式的微小涡旋，这些涡旋的存在促进了矿物颗粒的有序混凝，其絮体的分形维数明显大于无涡旋条件产生的絮体；矿浆在给料井中经过多级释能，能够有效降低其周向流，并实现均匀平稳地排料分散至浓密池中，借助进一步的高压压缩机理，可实现物料的高浓度排放。.本课题通过研究揭示不等质矿物颗粒在混凝沉降过程中的运动与分布特性，以及不同力场作用对这一特性的影响规律；建立了不等质矿物颗粒沉降过程中的有序混凝调控策略。实现了矿物颗粒沉降过程中的有序混凝，在提高分形维数、增加密实度的同时，强化矿物颗粒的沉降效率。为生产应用中的高效浓密机设计提供理论依据。