封面文章 | 河南理工大学焦华喆副教授等：通过进料口中颗粒碰撞优化提高絮凝未分级尾矿沉降效率
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尾矿库和空区是目前非煤矿山安全生产中的两个重大隐患，新建金属非金属地下矿山优先推行充填采矿法，其中尾矿的高效浓缩是金属矿山尾矿回填和表面处理作业的先决条件，悬浮液中的超细尾矿颗粒与絮凝剂分子的有效碰撞对于絮体团聚体的形成和沉降至关重要。深锥浓密技术作为推出膏体时的技术突破，解决了超细尾砂高效脱水浓缩的一大难题，深锥浓密机是目前全尾砂膏体脱水浓密方法应用最广泛的一种方法，正如封面图中主体部分是深锥浓密机给料井结构，利用重力沉降的方式将给料中悬浮的固体进行富集浓密，通过优化絮凝剂的投加方式和投加速度，提高絮凝剂沉降速度和溢流澄清度，在工程应用中解决实际工程难题，表现出来较高的应用价值。
文章信息
通过进料口中颗粒碰撞优化提高絮凝未分级尾矿沉降效率 (点击查看原文)
焦华喆, 陈魏林, 吴爱祥, 余洋
引用本文：
Huazhe Jiao, Weilin Chen, Aixiang Wu, Yang Yu, Zhuen Ruan, Rick Honaker, Xinming Chen, and Jianxin Yu, Flocculated unclassified tailings settling efficiency improvement by particle collision optimization in the feedwell, Int. J. Miner. Metall. Mater., 29(2022), No. 12, pp. 2126-2135.
https://doi.org/10.1007/s12613-021-2402-3
封面文章细粒级尾矿无法有效絮凝，导致跑混严重。膏体浓密工艺作为膏体充填技术系统流程的第一环节，细粒级尾砂脱水絮凝困难是膏体充填技术需要解决的首要难题，本文通过采用自研小型智能连续浓密试验平台，对尾砂絮团的絮凝机理和生长过程进行研究，根据实验结果，优化改造现有浓密设备的给料井结构、浓密工艺、絮凝剂添加方式，从而解决跑混问题。
02湍流强度是影响絮凝过程的重要因素，是絮团形成与破坏的环境。实验通过在三种不同尺寸给料井的条件下进行，测得在不同湍流强度下絮团尺寸变化规律。
03传统研究未定量研究湍流强度对絮团尺寸的影响。在实验进行的过程中，运用高清摄像技术获取全尾砂絮团沉降过程，之后运用Canny 边缘检测方法对已二值化图像进行处理，然后再将边界离散点连接成光滑曲线，清晰地表示边界信息，从而取得絮团尺寸、粒径分布。
文章导读
尾矿高效浓缩是金属矿山尾矿膏体充填和表面处置的前提。悬浮液中的超细尾砂颗粒与絮凝剂分子的有效碰撞是形成絮团和沉降的前提。不合理的给料速度和絮凝剂添加方式会导致絮凝剂无法有效分散，浓密机溢流中颗粒含量过高。
本文通过对不同给料井下料浆初始湍流强度的分析，探究全尾砂絮团的絮凝机理和生长过程，对影响絮团沉降效果的因素进行综合性研究。文中对全尾砂絮团进行捕捉追踪，分析湍流作用下絮团尺寸和沉降行为变化规律，揭示给料井湍流强度-絮团尺寸-剪切作用耦合条件下的絮团沉降行为。絮团尺寸随湍流强度增加先上升后下降。湍流强度过大会破坏絮团。优化给料井湍流强度和絮凝剂添加方式从而提高溢流水澄清度。探究絮团分形力链模型同料浆浓度和湍流强度关系。计算絮团在不同湍流强度下的速度场分布和三维碰撞。开展工程应用，优化改造现有浓密设备的给料井结构、浓密工艺、絮凝剂添加方式，提高溢流水的澄清度和颗粒的沉降速度，实现高效脱水，为膏体充填领域提供适量算法。
图 尾矿絮团的球链力链模型：（a）原始力链；（b） 力链断裂；（c） 力链转移。
尾砂颗粒在絮凝沉降过程中通过水溶性聚合物力链的吸附架桥作用，不断地碰撞变大形成絮团，其内部的力链有强弱力链之分，因此会存在力链的交织断裂。由絮团分形计算全尾砂絮团内部存在非均匀的力链网络分布形态，运用球杆模型模拟力链—外切球算法计算全尾砂絮团运移规律。
团队介绍
河南理工大学“地下工程支护与信息化”研究梯队以绿色固废和工程支护为宗旨，推进工业固废绿色资源化开发与应用，将工业固废用于地表塌陷区修复治理。面向矿山固废绿色处置及生态修复重大需求，促进矿山固废处置及水资源循环利用技术发展，致力于解决矿山尾矿污染难题。采用全尾砂膏体技术解决了采空区和尾矿库的两大灾害源，实现“一废治两害”和“以废治灾”建设绿色矿山的目标。梯队主要研究方向包括：（1）基于膏体技术的尾矿源头减排绿色处置；（2）地下工程安全支护材料；（3）地表塌陷区稳定性监测预警。
“地下工程支护与信息化”研究梯队自成立以来，承担了一系列科研任务，包括国家自然科学基金3项，中国博士后科学基金特别资助1项及多项企业合作课题，总经费达1500余万元；荣获中国安全生产协会安全科技进步二等奖，中国黄金协会科技进步一等奖，省部级科技成果二等奖4项，科技成果三等奖1项；已经发表文章50余篇，其中SCI、EI收录40余篇；全国百佳图书出版单位发表专著《全尾砂深锥浓密絮团行为与脱水机理研究》一部；获得授权专利20余项。目前，梯队有25名硕士研究生从事相关研究工作。同时梯队还聘请国内外知名专家、学者作为客座人员合作进行课题申报、人才培养，并参与实验室的研究工作。
撰稿 | 焦华喆
排版 | 候晓梅
编辑 | 陈佩仙、潘璐
审核 | 黄冬华
《矿物冶金与材料学报（英文版）》(InternationalJournal of Minerals, Metallurgy and Materials，IJMMM)是由教育部主管、北京科技大学主办、Springer Nature合作出版的英文学术期刊，1994年创刊，月刊。主要刊载矿物、冶金和材料领域的原创研究论文和特约综述等。被SCIE，EI，CAS，Scopus，ProQuest，OCLC，INSPEC等国际著名文摘或检索系统作为文献源期刊收录。入选中科院期刊分区二区。2021 JCR影响因子为3.850，在冶金与冶金工程学科和矿业工程与矿物加工学科位于Q1区, 在材料科学综合学科位于Q2区。2021 CiteScore为4.7，在材料科学-金属与合金类期刊中排名第27位（共155种期刊），位于Q1区。入选《有色金属领域高质量科技期刊分级目录》T1级别；《冶金工程技术领域高质量科技期刊分级目录》T1级别。
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