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【摘 要】本次实验选定絮凝剂用量、絮凝剂浓度、砂浆浓度和pH四种影响因素，通过改变不同的影响因素来进行实验，进行了全尾料浆絮凝沉降实验，找出各种因素对沉降的影响水平，得出最佳沉降效果。由于本次试验因素及水平较多，本试验拟采用均匀设计法来设计实验方案。
【关键词】全尾砂；絮凝沉降；实验设计
1.实验材料及设备
1.1实验材料
实验所用的絮凝剂有AN934SH、JH-612两种，它们都属于阴离子型絮凝剂，分子量大约为1200万，且JH-612的分子量稍大。本次试验采用的絮凝剂AN934SH为聚丙烯酰胺（PAM）系列，其为阴离子型有机高分子絮凝剂，品牌是爱森SNF。该絮凝剂无毒，没有腐蚀性。溶液外观为透明或微白色溶液，水解后有轻微氨味，几乎不溶于有机溶液，很容易溶于水，分子量范围为1200万-1500万。当AN934SH溶解在水中时，会形成羧基—COO-，由于分子中各基团的静电排斥作用，初始的分子链会发生伸展成为链形或卷曲形的高分子链。
1.2实验设备
实验设备有：620pH计、JA1003电子秤、LS-C（IIA）激光粒度分析仪、坐标纸、量筒、移液管、玻璃棒、洗液瓶、烧杯（200ml）、药勺、药物天平、塑料盆等。pH值调整剂是浓度都为10%的氢氧化钠溶液和盐酸溶液。
2.均匀设计法原理及实验方案
2.1均匀设计法原理
均匀设计是统计试验设计的方法之一，它与其它的许多试验设计方法，如正交设计、最优设计、旋转设计、稳健设计等相辅相成。均匀设计只考虑试验点在试验范围内均匀散布，挑选试验代表点的出发点是均匀分散，而不考虑整齐可比。它可保证试验点具有均匀分布的统计特性，它着重在试验范围内考虑试验点均匀散布以求通过最少的试验来获得最多的信息，因而其试验次数比正交设计明显的减少，使均匀设计特别适合于多因素多水平的试验和系统模型完全未知的情况[1-2]。
均匀设计法有如下优点：
（1）均匀设计的最大优点是可以大大减少试验次数。如上所述，如果有S个因素，每个因素的水平数为q，则全面试验的次数至少是qs，正交设计的试验次数为q2，而均匀设计的试验次数仅为q。如3因素7水平试验，用全面试验法需做73=343次试验；用正交试验，需做72=49次试验；均匀设计则仅需做7次试验即可。
（2）由于均匀试验充分利用了试验点分布的均匀性，所得的适宜条件虽然不一定是全面试验中的最优条件，但至少也在某种程度上接近最优条件。另外我们可以利用均匀设计中试验次数少的特点，适当增加试验次数，也即增加各种因素水平数。水平数增加，试验点在研究范围内更加均匀分散，代表性也更强，更接近最优条件。
（3）均匀设计可以处理各因素有不同水平数的试验安排问题。还可以处理某些带约束条件的试验设计问题。
均匀设计是通过一套精心设计的表来进行试验设计的，对于每一个均匀设计表都有一个使用表，可指导如何从均匀设计表中选用适当的列来安排试验。每个表有一个代号Un（qs）或U*n（qs），其中U代表均匀设计；n表示试验次数；q表示水平数；s表示该表最多可安排的因素数。U的右上角加“*”和不加“*”代表两种不同类型的均匀设计表。通常加“*”的均匀设计表有更好的均匀性，应优先应用。例如U6*（64）表示要做6次试验，每个因素有6个水平，该表有4列。
2.2实验方案
在此次设计中，拟采用四因素七水平的实验方案，将实验点在实验范围内均匀散布，将每个因素在实验范围内平均分成七个水平，又由均匀设计原理给出的四因素七水平的设计表U7（74），就可以得出最终的实验方案表，如表1所示。
3.实验方法
3.1考察因素
实验考察的因素主要有：絮凝剂添加量、絮凝剂添加浓度、全尾砂浆浓度、pH值。
（1）絮凝剂单耗。根据絮凝过程规律，一般情况下，絮凝剂在使用的过程中，絮凝剂的单耗存在一个最佳的适用范围，并非越大越好，单耗过高或者过低都会使絮凝失效，从而难以达到很好的效果。本次实验单耗具体指每吨干尾砂添加的絮凝剂干粉量，考察范围为6～42g/t；
（2）絮凝剂添加浓度。根据尾砂絮凝过程的一般规律，同样的絮凝剂单耗量，絮凝剂溶液浓度越低，效果越好。而在实际中，由于诸多因素的影响，不能将絮凝剂溶液浓度配制的很低，因此絮凝剂添加浓度对沉降的影响具有研究的意义，实验考察范围为0.08%～0.56%；
（3）全尾砂浆浓度。絮凝过程是絮凝剂分子将分散尾砂颗粒结合成比较大的絮团，而加速沉降，而尾砂颗粒的浓度对沉降会有比较大的影响，入料砂浆浓度对于沉降室一个重要影响因素，实验考察范围为5%～35%；
（4）溶液pH值：pH值的影响溶液表面性质和对要被沉降的矿物的电荷，同时也影响着聚合物的构成和结构，对沉降效果也有一定影响。实验考察范围为5～9。
3.2 考察指标
实验考查指标有：全尾砂浆液面沉降速率、全尾砂浆静止沉降浓度、全尾砂浆搅拌沉降浓度。
（1）全尾砂浆液面沉降速率：砂浆混合充分后，观察澄清液面随着时间不断下降，其随时间改变的快慢称为沉降速度，鉴于沉降速度并不稳定，实验中按照沉降的最大速度（Vmax，mm/min）表示每组实验的沉降速度。
（2）静止沉降浓度：在此次实验中，絮凝沉降过程开始后，在不加任何外界干扰的情况下，沉降24小时后，量筒内澄清液面基本不再发生变化，达到沉降极限状态。此时量筒上部为比较澄清的水柱，以下部分为压实的尾矿，我们将下部沉降压实的尾矿浓度称为静止沉降浓度，其数值依据下面的公式计算：
（3）搅拌沉降浓度：测定静止沉降浓度后，慢速搅拌一次后24小时测得的沉降浓度。
3.3 实验步骤
全尾料浆絮凝沉降实验实验步骤如下：1）配制絮凝剂。按照实验方案要求配制一定浓度的絮凝剂溶液，并充分搅拌。2）按表3.5配制好相应砂浆浓度的砂浆，方法和静止沉降的砂浆溶液配制方法相同；3）调pH值。用盐酸和氢氧化钠溶液和pH计将各组调至相应的pH值；4）将砂浆充分搅拌后（大约2min），加入相应的絮凝剂溶液，并上下倒置4次后开始沉降，并在对应时间点记录下砂面高度； 5）沉降24h后，在不干扰沉降的前提下，用长玻璃棒均匀搅拌量筒底部的沉砂一圈（搅拌时间大约为4分钟），并在沉降48h后记录砂面高度；6）重复实验三次取平均值，以求得实验数据的准确性；7）使用另一种絮凝剂，重复以上步骤。
参考文献：
[1]汪树清.均匀设计及其应用[J].广东石油化工高等专科学校学报，1999，9（1）：23-28.
[2]方开泰. 均匀设计与均匀设计表[M]. 北京： 科学出版社，1994.
【关键词】全尾砂；絮凝沉降；实验设计
1.实验材料及设备
1.1实验材料
实验所用的絮凝剂有AN934SH、JH-612两种，它们都属于阴离子型絮凝剂，分子量大约为1200万，且JH-612的分子量稍大。本次试验采用的絮凝剂AN934SH为聚丙烯酰胺（PAM）系列，其为阴离子型有机高分子絮凝剂，品牌是爱森SNF。该絮凝剂无毒，没有腐蚀性。溶液外观为透明或微白色溶液，水解后有轻微氨味，几乎不溶于有机溶液，很容易溶于水，分子量范围为1200万-1500万。当AN934SH溶解在水中时，会形成羧基—COO-，由于分子中各基团的静电排斥作用，初始的分子链会发生伸展成为链形或卷曲形的高分子链。
1.2实验设备
实验设备有：620pH计、JA1003电子秤、LS-C（IIA）激光粒度分析仪、坐标纸、量筒、移液管、玻璃棒、洗液瓶、烧杯（200ml）、药勺、药物天平、塑料盆等。pH值调整剂是浓度都为10%的氢氧化钠溶液和盐酸溶液。
2.均匀设计法原理及实验方案
2.1均匀设计法原理
均匀设计是统计试验设计的方法之一，它与其它的许多试验设计方法，如正交设计、最优设计、旋转设计、稳健设计等相辅相成。均匀设计只考虑试验点在试验范围内均匀散布，挑选试验代表点的出发点是均匀分散，而不考虑整齐可比。它可保证试验点具有均匀分布的统计特性，它着重在试验范围内考虑试验点均匀散布以求通过最少的试验来获得最多的信息，因而其试验次数比正交设计明显的减少，使均匀设计特别适合于多因素多水平的试验和系统模型完全未知的情况[1-2]。
均匀设计法有如下优点：
（1）均匀设计的最大优点是可以大大减少试验次数。如上所述，如果有S个因素，每个因素的水平数为q，则全面试验的次数至少是qs，正交设计的试验次数为q2，而均匀设计的试验次数仅为q。如3因素7水平试验，用全面试验法需做73=343次试验；用正交试验，需做72=49次试验；均匀设计则仅需做7次试验即可。
（2）由于均匀试验充分利用了试验点分布的均匀性，所得的适宜条件虽然不一定是全面试验中的最优条件，但至少也在某种程度上接近最优条件。另外我们可以利用均匀设计中试验次数少的特点，适当增加试验次数，也即增加各种因素水平数。水平数增加，试验点在研究范围内更加均匀分散，代表性也更强，更接近最优条件。
（3）均匀设计可以处理各因素有不同水平数的试验安排问题。还可以处理某些带约束条件的试验设计问题。
均匀设计是通过一套精心设计的表来进行试验设计的，对于每一个均匀设计表都有一个使用表，可指导如何从均匀设计表中选用适当的列来安排试验。每个表有一个代号Un（qs）或U*n（qs），其中U代表均匀设计；n表示试验次数；q表示水平数；s表示该表最多可安排的因素数。U的右上角加“*”和不加“*”代表两种不同类型的均匀设计表。通常加“*”的均匀设计表有更好的均匀性，应优先应用。例如U6*（64）表示要做6次试验，每个因素有6个水平，该表有4列。
2.2实验方案
在此次设计中，拟采用四因素七水平的实验方案，将实验点在实验范围内均匀散布，将每个因素在实验范围内平均分成七个水平，又由均匀设计原理给出的四因素七水平的设计表U7（74），就可以得出最终的实验方案表，如表1所示。
3.实验方法
3.1考察因素
实验考察的因素主要有：絮凝剂添加量、絮凝剂添加浓度、全尾砂浆浓度、pH值。
（1）絮凝剂单耗。根据絮凝过程规律，一般情况下，絮凝剂在使用的过程中，絮凝剂的单耗存在一个最佳的适用范围，并非越大越好，单耗过高或者过低都会使絮凝失效，从而难以达到很好的效果。本次实验单耗具体指每吨干尾砂添加的絮凝剂干粉量，考察范围为6～42g/t；
（2）絮凝剂添加浓度。根据尾砂絮凝过程的一般规律，同样的絮凝剂单耗量，絮凝剂溶液浓度越低，效果越好。而在实际中，由于诸多因素的影响，不能将絮凝剂溶液浓度配制的很低，因此絮凝剂添加浓度对沉降的影响具有研究的意义，实验考察范围为0.08%～0.56%；
（3）全尾砂浆浓度。絮凝过程是絮凝剂分子将分散尾砂颗粒结合成比较大的絮团，而加速沉降，而尾砂颗粒的浓度对沉降会有比较大的影响，入料砂浆浓度对于沉降室一个重要影响因素，实验考察范围为5%～35%；
（4）溶液pH值：pH值的影响溶液表面性质和对要被沉降的矿物的电荷，同时也影响着聚合物的构成和结构，对沉降效果也有一定影响。实验考察范围为5～9。
3.2 考察指标
实验考查指标有：全尾砂浆液面沉降速率、全尾砂浆静止沉降浓度、全尾砂浆搅拌沉降浓度。
（1）全尾砂浆液面沉降速率：砂浆混合充分后，观察澄清液面随着时间不断下降，其随时间改变的快慢称为沉降速度，鉴于沉降速度并不稳定，实验中按照沉降的最大速度（Vmax，mm/min）表示每组实验的沉降速度。
（2）静止沉降浓度：在此次实验中，絮凝沉降过程开始后，在不加任何外界干扰的情况下，沉降24小时后，量筒内澄清液面基本不再发生变化，达到沉降极限状态。此时量筒上部为比较澄清的水柱，以下部分为压实的尾矿，我们将下部沉降压实的尾矿浓度称为静止沉降浓度，其数值依据下面的公式计算：
（3）搅拌沉降浓度：测定静止沉降浓度后，慢速搅拌一次后24小时测得的沉降浓度。
3.3 实验步骤
全尾料浆絮凝沉降实验实验步骤如下：1）配制絮凝剂。按照实验方案要求配制一定浓度的絮凝剂溶液，并充分搅拌。2）按表3.5配制好相应砂浆浓度的砂浆，方法和静止沉降的砂浆溶液配制方法相同；3）调pH值。用盐酸和氢氧化钠溶液和pH计将各组调至相应的pH值；4）将砂浆充分搅拌后（大约2min），加入相应的絮凝剂溶液，并上下倒置4次后开始沉降，并在对应时间点记录下砂面高度； 5）沉降24h后，在不干扰沉降的前提下，用长玻璃棒均匀搅拌量筒底部的沉砂一圈（搅拌时间大约为4分钟），并在沉降48h后记录砂面高度；6）重复实验三次取平均值，以求得实验数据的准确性；7）使用另一种絮凝剂，重复以上步骤。
参考文献：
[1]汪树清.均匀设计及其应用[J].广东石油化工高等专科学校学报，1999，9（1）：23-28.
[2]方开泰. 均匀设计与均匀设计表[M]. 北京： 科学出版社，1994.