膏体或浓缩尾砂已成为解决采矿业面临的许多环境问题的越来越重要的方法。本讨论中使用的术语“膏体”适用于表现出屈服应力的所有非沉降尾矿，如“增厚尾矿”和“矿山膏体充填体”。尾矿库寿命、水回收率的提高、尾矿库的安全性以及尾矿库的回收/植被恢复是研究膏体使用的一些主要驱动因素。与传统的浓缩工艺相比，膏体尾矿技术需要一种基于流变学的浓缩、泵送和处置设计相结合的方法。该工艺的每个环节都有关键参数，必须将这些参数整合起来才能成功安装，以处理屈服应力。集成设计方法的好处已被记录在案(Boger等人，2006年，Johnson等人，2004年)。膏体增稠剂类型的选择不仅取决于进料流参数和底流膏体特性，还取决于现场泵送和沉积要求。
糊状增稠剂设计变量
膏体增稠剂与传统的高速率增稠剂有独特的不同。高速率增稠剂，产生沉淀泥浆下流，已经使用了几十年。增稠机的选择是基于饲料特性和标准的试验，并结合经验。考虑下游底流的使用是最少的，因为沉降浆没有显著的粘度(牛顿)的假设总是适用。另一方面，如果不考虑下游工艺的流变性，膏体增稠剂可能设计不当。
每个膏体增稠器产生的膏体特性取决于增稠器的设计和操作条件。增稠机的设计特点包括:驱动扭矩、侧壁高度、地板坡度、进料井设计和底流排放安排。目标下溢膏体特性可以成为选择许多这些特性的决定因素。目标底流膏体特性的选择是从应用要求开始确定的，确定泵和管道的选择，然后选择增稠剂的设计。本设计过程与工艺流程表相反方向进行。(Johnson et al. 2004)。
下游的考虑
在稠化机下游处理浆料的系统设计因应用的不同而有很大的不同。例如，增稠尾矿的地面处置设计应考虑以下参数:
- 所需处置脚印
- 现有和绿地大坝建设，以容纳浓稠的尾矿，如果处置下山谷
- 高粘度浓稠尾矿从加工厂泵送至蓄水池的要求
- 蓄水场地潜在容量
- 膏体随时间分布，优化处置场地容量
- 场地环境要求(气候、地表水、土壤等)
- 客户的偏好(如不使用容积泵，增稠机的自动化要求)
通过使用由增稠剂、运输和岩土设计人员组成的膏体团队，最终用户可以确定场地的独特设计参数、障碍和需求。膏体系统评价必须考虑每个参数的要求，并提供与每个阶段要求相兼容的工艺设计。应用目标与设计参数之间会产生冲突。一个常见的冲突是膏体的最终休止角，以最大限度地提高能力和运输到现场的要求。沉积膏体的休止角对站点寿命或容量的优化有很大的影响。休止角是材料管端流变学的函数。较高的休止角最初是由膏体增稠剂底流中较高的屈服应力和固体浓度产生的。由于泵送和管道流动，膏体流变学(粘度和屈服应力对剪切的变化)的响应必须考虑到设计中。更大角度减少面积的吸引力必须与更高的泵送成本或生产能力相平衡。如果无法达到目标坡度，所需面积将显著增加(详见Fourie et al.， 2006)。
膏体体系阶段(增稠、运输、应用)之间的联系关系之一是膏体的流变性。例如，将材料从增稠器运输到处置地点的方法的选择是基于材料的这种流变性、距离和体积。下表显示了根据材料的流变性在离心泵和容积泵之间进行选择的基础。如果选择高休止角(高屈服应力和粘度)以获得最大的站点容量，那么流变学要求可能需要正排量泵。
每个沉积地点解决方案和运输解决方案都有一个价签(Cooke, 2005, Paterson, 2005)。整个浆料系统必须平衡工艺要求和最终用户的成本。
案例研究
下面的例子说明了系统考虑对膏体增稠剂选择的影响。
铁矿尾矿
南非某铁矿厂膏体系统的集成过程确定了以下高优先级设计参数(du Toit, Crozier, 2012):
- 绿地植物;必须建设尾矿处理场
- 将考虑多个处置地点，包括新的地面处置地点和在矿山生命周期内废弃的露天坑
- 水资源保护和恢复是主要驱动力
- 从工厂到处置场的距离为数公里
- 优先选用离心泵
- 膏体浓缩机位置距下坡处置场地2-3公里
由增稠剂设计人员、管道设计人员和岩土工程顾问组成的膏体团队确定并调查了这些一般性问题。从沉积设计开始，以迭代的方式评估泵和管道以及增稠器的设计，以设计基于相同流变学的系统。
增稠研究发现了粒径分布(PSD)、快速沉降絮凝固体和高固体比重的显著变化。为该工厂选择的工艺包括两台90米轮辋驱动的高倍率浓缩机。这些增稠剂回收水并产生下流，在深锥型膏体增稠器中进一步增稠成膏体。一个重要的操作问题是，当分配系统发生变化而导致流向处置场的底流中断时，在膏体增稠器中提供足够的存储。
浆料浓缩机的泵送和管路设计基于流变学测试。离心泵串联输送膏体到多个端口分配线沿建设的堤坝。为了适应离心泵的输送和膏体在处置场的分布，将目标下溢膏体设置为低屈服应力膏体。
两个直径18米，侧壁高度12米WesTech深床™膏体增稠剂都被用于这个项目。井底倾角为45度，进料井提供了自稀释端口，耙式驱动选择提供了多余的扭矩。这种增稠机设计是为了适应选矿厂产生的尾矿的极大进料变化。
铝土矿案例研究
巴西铝土矿厂膏体系统的集成过程确定了以下高优先级设计参数:
- 新建项目;建造挡土坝
- 从工厂到首选处置地点约3公里
- 尾矿输送首选离心泵
- 增稠剂的位置在工厂，而不是在处置地点
- 弃尸地点在一个狭窄的山谷里
- 高吨位
- 粒度分布非常细
由客户的土工部门、泵浦和管道专家以及增稠剂制造商组成的多学科团队。进行了中试，以确定增稠剂的特性，并为沉积斜坡试验生产材料。目标底流选择为低屈服应力浓密尾砂。这样就可以用离心泵将底流输送到3公里外的处置地点。在处置地点有足够的面积，适合山谷斜坡的低休止角。高吨位应用的增稠机选项是多个深锥增稠机或单个高密度增稠机。该装置的目标是低屈服应力下流，不需要深锥型膏体增稠机产生的较高屈服应力和下流固体。因此两个直径45米的WesTechHiDensity™增稠剂使用。
从现有尾矿库中回收煤炭
某煤矸石(尾矿)再处理回收细煤粉的工厂，因再处理后的尾矿沉积问题而备受困扰。工艺设计包括:疏浚老煤池，对矿浆进行处理回收细煤，并将新尾砂换回原煤池。池塘的疏浚工作正在大坝附近进行，细颗粒物就在那里沉淀。新的工艺尾巴将被放置在池塘的另一端，在原始放置过程中，较粗的颗粒沉积在那里。
该后处理厂启动时使用高速率增稠剂对尾矿库进行脱水，并在池中沉积浆料。这种从池塘一侧疏浚和将尾砂返回池塘另一侧的计划导致了大量的细粒再循环负荷，因为尾砂没有沉降，而是保持悬浮并流向疏浚地点。这些再循环的细粉使工厂负荷过重，大大降低了细煤产品的回收率和品位。通过试验确定，再处理后的鱼尾可以稠化成糊状，并沉积在池塘的水下。浆料进入池塘时不会重新悬浮，而是在旧的粗尾上在水下流动。安装了直径18m的WesTech Deep Bed™膏体增稠器。下图显示了正在处理的池塘(靠近大坝的中心右侧疏浚)和水下沉积的膏体尾砂形成的三角洲(中底)。工艺设备位于中央顶部，膏体增稠器位于池的另一端(中间左侧)。
结论
增稠剂制造商或顾问有几种类型的增稠剂可供选择。每种增稠剂类型也有几个设计特点，必须最终确定每种应用。这些特性中的许多都取决于增稠剂必须执行的任务。在选择增稠剂类型和许多特性时，目标底流特性起着非常重要的作用。
下游系统要求用于从增稠器中选择目标下流。已安装的膏体浓缩尾矿处理系统已反复证明，正确的设计方法是使用制造商、运输专家和岩土顾问的多学科团队。增稠剂设计者必须考虑下游流变性的要求和限制，以选择正确的类型和尺寸。
引用:
Boger, D.， Scales, P.和Sofra, F.(2006)流变学概念。膏体和增稠尾矿指南。R.J.朱厄尔和A.B.富里(编)，澳大利亚地质力学中心，第27页。
Cooke, R.(2005)高浓度尾矿输送系统优化。膏体和浓缩尾矿国际研讨会，圣地亚哥，智利，2005年4月。
富里，A.，本特尔，G.，威廉姆斯，P.和麦克菲尔，G.(2006)地面处置。膏体和增稠尾矿指南。R.J.朱厄尔和A.B.富里编，澳大利亚地质力学中心，第152页。
Johnson, J.L，和Slottee, S.J.(2004)膏体技术:成功在于方法，尾矿和矿山废物2004，韦尔，2004年10月，第7页。
帕特森，A.J.C.(2005)为增稠尾矿系统确定高速率增稠剂的最佳位置。膏体和浓缩尾矿国际研讨会，圣地亚哥，智利，2005年4月。
杜托伊特，T, Crozier, M, Khumani铁矿膏体处理和水回收系统，南非矿业和冶金工业杂志，第112卷，2012年3月