超细尾砂含量与高压应力耦合作用下浓缩尾矿结构参数的演化机制研究

针对超细尾砂(-10 μm)比例增加导致的絮凝脱水难题，研究人员通过动态絮凝沉降和压剪耦合脱水实验，揭示了不同超细/分级尾砂配比(1:9至1:1)下的脱水机制。发现压剪耦合在低压区(0-2.55 kPa)显著提升浓度增长率3-5倍，并确定了最优剪切速率对絮体结构的调控作用，为深锥浓缩机(DCT)操作和膏体充填(CPB)技术提供理论支撑。

　　

随着矿业可持续发展需求增长，膏体充填技术(CPB)成为处理尾矿的关键手段。然而，矿石品位下降导致尾砂中超细颗粒(-10 μm)比例激增，这些颗粒因比表面积大、表面电荷密度高，产生强烈静电排斥作用，严重阻碍絮凝和脱水过程。传统研究多聚焦低压应力(<1 kPa)下的静态实验，难以模拟工业深锥浓缩机(DCT)中5-50 kPa高压与复杂剪切耦合的真实环境。

北京科技大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，通过创新性压剪耦合实验系统，首次量化了超细尾砂含量对絮体结构演化的影响。研究采用动态絮凝沉降实验结合自主研发的压剪耦合脱水装置，分析不同配比尾砂(超细/分级尾砂=1:9至1:1)在0-27 kPa应力下的流变行为。

关键技术包括：1) 激光粒度分析仪(OMEC)表征尾砂粒径分布；2) 动态絮凝过程高速摄像监测；3) 压剪耦合实验系统模拟DCT工况；4) 流变仪测定剪切屈服应力。实验样本来自某铅锌矿水力旋流器分级的尾砂。

【Flocculation effect evolution under different ultrafine tailings contents】
超细尾砂含量增加导致絮体尺寸减小32%-45%，沉降速率降低40%。电镜显示超细颗粒吸附在絮体表面形成"壳层结构"，阻碍内部水分排出。

【Conclusion】
主要发现：1) 压剪耦合在低压区(0-2.55 kPa)使浓度增长率提升3-5倍；2) 剪切速率存在最优阈值(15-20 rpm)，过高会导致絮体结构破坏；3) 超细含量>30%时孔隙率与压应力呈双阶段幂函数关系。

该研究突破传统静态实验局限，首次建立压剪耦合作用下尾砂结构参数演化模型。提出的最优剪切速率控制策略已在某铅锌矿DCT应用中使底流浓度提升8%，为CPB技术中超细尾砂处理提供新范式。