尾矿颗粒沉降和分选规律研究1)

侯永莉 郝喆

∗(辽宁有色勘察研究院，沈阳110013)

†(辽宁大学环境学院，沈阳110036)

尾矿作为一种特殊的人工土，与天然土体有很大差异[1]。颗粒沉积特性和分选规律决定着尾矿土的形成过程和工程特性，也影响着尾矿坝的稳定特征。分选和沉积规律受控于尾矿颗粒大小、矿物成分、排放方法以及矿浆浓度等因素，在多种复杂外力的作用下，形成了不同结构特征和物理力学性质的尾矿堆积体。

尾矿浆流动属于固液两相流动。在稀疏两相流中，尾矿颗粒间的距离较大。颗粒之间、颗粒与流体之间，相互作用力很小，可以忽略[2]；但当超过一定浓度时，颗粒间距离缩小，相互作用力就不能忽略。因此，前者只要承受很小剪切力，流体即发生流动，可视为牛顿流体；后者只有承受剪切力超过一定值，流体才能流动，即为宾汉流体，此剪切力称为屈服剪切力。

本文基于两相流体力学理论，开展了尾矿颗粒在牛顿和非牛顿流体中的沉降和分选规律研究，可为尾矿库放矿管理、勘察、设计等提供客观依据。

1 尾矿颗粒在流体中的受力分析

1.1 第一类作用力(与固−流相对运动无关的力)

(1)惯性力

式中，d，ρp，up分别为尾矿颗粒的直径、密度及速度。

(2)重力

(3)压差力

式中，dp/dx为压强梯度，若为重力作用引起，则dp/dx=g，该压差力即为浮力；ρw为流体密度。

1.2 第二类作用力(与固−流相对运动有关的力)

1.2.1 沿固−流流相对运动方向的力

(1)阻力[3]

式中，cp为阻力系数，cp=(24/Re)f(Re)；uw为流体速度；ρw为流体密度；f(Re)为根据不同的雷诺数Re进行选择[4]：

当取f(Re)=1，可解得Stokes阻力公式[4]