全尾砂料浆磁化絮凝沉降特性

为了提高全尾砂料浆(CTR)的絮凝沉降指标,将磁化处理技术引入到全尾砂料浆沉降试验中,分析自然沉降、磁化沉降、絮凝沉降和磁化絮凝沉降4种条件下全尾砂料浆沉降速度和底流质量浓度的变化特性,探索磁化处理在全尾砂料浆絮凝沉降中的作用机理。结果表明:与未经磁化处理的全尾砂料浆相比,磁化处理后的全尾砂料浆沉降指标达到饱和时,PAC添加量节约40%;相同PAC添加量下,磁化处理后的全尾砂料浆沉降速度提高18~55 cm/h、底流浓度提高约0.8%~2.0%。全尾砂料浆磁化絮凝沉降的最优条件为:磁感应强度0.2 T,料浆速度2 m/s,磁化时间2 min,PAC添加量30 g/t;适合磁化处理条件下,对全尾砂料浆进行磁化处理可明显提高其沉降指标。     

我国全尾砂料浆浓密研究进展与发展趋势

全尾砂料浆的高效和深度浓密是获得合格膏体浓度、决定膏体充填质量的关键.全尾砂高效絮凝是全尾砂料浆浓密的前提,全尾砂絮团的快速沉降决定全尾砂料浆浓密的效率,而全尾砂浓密床层的深度脱水决定全尾砂料浆浓密的效果.为此,本文对近20年来我国在全尾砂料浆浓密方面的研究方法和研究成果进行了分析与总结,详细分析了全尾砂絮凝行为及其动...     

超声波对充填料浆流变特性的影响及流变参数预测

为了改善高浓度充填料浆的流变特性,降低充填系统中堵管现象发生的概率,将超声波非接触性地作用于充填料浆。采用高精度Brookfield R/S-SST软固体测试仪,通过试验检测得到超声波作用下不同浓度、不同灰砂比全尾砂充填料浆的流变参数。结果表明:超声波可以显著改善充填料浆的流变特性,降低充填料浆的塑性黏度和屈服应力,超声对料浆黏度值的降低效果可达4.32%～39.33%,对料浆屈服应力的减小效果可达9.66%～34.27%。同时,借助支持向量机建立充填料浆流变参数预测模型。所得预测模型校验结果显示,该模型精度较高,具有较强的泛化能力,实现了功率超声条件下充填料浆流变参数的预测。     

全尾砂絮凝沉降的影响因素

全尾砂絮凝沉降过程是膏体充填工艺的重要环节。为考察多因素耦合条件下尾砂絮凝沉降规律,开展全尾砂静态絮凝沉降实验,应用Design-Expert软件分析并筛选影响全尾砂絮凝沉降的重要因素,探究单位面积处理量最大时各重要影响因素的最优值。结果表明:不同影响因素耦合条件下,各絮凝沉降曲线形态基本一致,呈现先迅速下降后趋于水平的趋势。影响絮凝沉降的重要因素为尾砂入料浓度、絮凝剂用量、絮凝剂溶液浓度,其最优值分别为16.02%、28.35 g/t、0.1541%,此时单位面积固体处理量最大,为3.04 t/(m2·h)。     

全尾砂深锥浓密过程中絮团的动态沉降规律

为了探明全尾砂浆深锥浓密过程中絮团的动态沉降规律,自制连续浓密实验平台开展动态絮凝沉降实验,基于互相关原理和颗粒追踪软件进行数据处理,分析入料速度、耙架搅拌速度及料浆质量分数对絮团沉降行为的影响。结果表明:絮团在竖直方向上受到沉降柱内水体紊动和底部水流回流公共作用导致沉降速度呈逐渐降低的趋势;入料速度、耙架搅拌与水体紊动剪切作用呈正相关,紊动剪切作用较弱时,促进絮团颗粒的凝结,提高絮团沉降速率。反之,则会破坏絮团结构,抑制絮团沉降过程;底部絮团沉降速度与料浆质量分数呈负相关;保持剪切强度在峰值区有利于絮团的快速沉降,本实验条件下建议耙架搅拌速度为0.2～0.6 r/min、入料速度为0.2～0.3 m/s。     

尾砂胶结充填料浆剪切触变实验及其基于量纲分析的触变性预测模型

采用桨式流变仪研究了不同质量浓度、灰砂比充填料浆在剪切条件下的触变行为,借助量纲齐次性原理,推导并提出了基于量纲分析的触变性预测模型。结果表明:浓度不同的料浆在触变形态上有差异,高浓度料浆剪切应力的波动性更强;触变性与质量浓度和灰砂比均呈非线性正相关,且水泥比尾砂更能引发触变;剪切过程中,表观黏度先急速下降,然后维持平稳,最后急剧上升,但结束瞬间的最终值小于初始值;质量浓度为64%的料浆剪切应力在剪切速率转折点前呈不规则“U”字型,其他组剪切应力基本以剪切速率转折点为中心左右对称。设计实验对预测模型进行验证,结果显示平均误差率为6.2%,且适应性良好。     

稳态浓密机全尾砂脱水规律物理模拟

结合沉降和压滤实验研究浓密机内全压力范围下尾砂脱水性能,考察网状结构形成体积分数、压缩屈服应力、干涉沉降系数等参数的变化规律。结果表明:网状结构形成体积分数随絮凝剂单耗增加先升高后降低,单耗20 g/t时网状结构形成体积分数达到最大值;压缩屈服应力随体积分数变化呈幂和指数增长,在低压力区域,絮凝剂单耗对底流体积分数影响较大,在高压力区域,絮凝剂作用逐渐弱化;干涉沉降系数随体积分数变化呈幂增长,在低压力区域,絮凝剂单耗对料浆渗透性影响较大,单耗80 g/t时渗透性良好,在高压力区域,絮凝剂单耗对料浆渗透性影响逐渐弱化。实验范围内,膏体料浆存在脱水拐点,其体积分数为38%～42%。     

全尾砂静动态絮凝沉降特性

全尾砂絮凝沉降技术是矿山充填工艺的核心环节。为研究全尾砂静态絮凝沉降特性规律,以进料质量分数、絮凝剂单耗为影响因素,以固体通量为评价指标,采用混合均匀试验方案,开展全尾砂静态絮凝沉降试验,建立全尾砂絮凝沉降固体通量模型,获得最优匹配参数。在此基础上,开展全尾砂动态絮凝沉降试验,研究剪切作用和给料速率对底流质量分数的影响。结果表明:固体通量影响因素排序为全尾砂进料质量分数>絮凝剂单耗;预测进料质量分数为10.6%,絮凝剂单耗为28.5 g/t时,固体通量达到最大值,为1.498 t/(h·m^2),与实测数据误差仅为1.5%;动态絮凝沉降可大幅提高底流质量分数,最大提高幅度为16.4%,并与进料速度呈现负相关关系。     

海底开采高倍线强阻力充填料浆的输送

为解决三山岛金矿充填料浆管道输送过程中存在的高浓度、高倍线、强阻力等技术难题,对三山岛金矿充填料浆展开环管试验,研究高倍线强阻力条件下高浓度充填料浆的管道输送特性。通过测出不同灰沙比条件下不同质量浓度的充填料浆在不同输送速度下的压力损失以及不同停顿时间再次泵送时的启动阻力,得到充填料浆的流变特性。在充填料浆沉降实验和环管试验的基础上,结合非线性牛顿体管道输送理论和计算机流体动态数值分析方法对充填料浆的输送阻力和速度分布进行计算。结果表明:三山岛金矿充填系统采用内径为125 mm的陶瓷复合钢管作为输送管道,灰砂比1:4,质量浓度为72%~78%的充填料浆输送阻力低于5 MPa;随着料浆浓度的提高,其流变模型由屈服伪塑性体逐渐向宾汉体转变;灰砂比为1:10、质量分数为72%的充填料浆输送阻力大于9 MPa,料浆具有典型的固液二相流特征。     

基于RSM-BBD的全尾砂浆絮凝沉降参数选择及优化

针对鞍钢矿山较细全尾砂絮凝沉降存在底流浓度低和沉降速度慢等问题,通过选择及优化絮凝沉降参数来提高絮凝沉降效果。首先对全尾砂和絮凝剂等试验材料进行物化分析,并在此基础上进行絮凝剂优选试验,确定了絮凝剂类型;其次采用Design-Expert软件中Box-Behnken响应面法(RSM-BBD)设计并进行了13组试验,根据试验结果建立响应面回归模型,研究各因素及其交互作用对全尾砂絮凝沉降的影响,并在此基础上采用多目标规划来优化全尾砂浆浓度、絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度等参数的配比。结果表明:全尾砂絮凝沉降不仅受单一因素的影响,而且受多因素交互作用影响;最优参数配比为全尾砂浆浓度19.79%、絮凝剂单耗37 g/t、絮凝剂溶液浓度0.2%。以此参数进行验证试验,得到底流浓度为69.55%、沉降速度为10.39 m/h,均满足要求。最后对全尾砂絮凝沉降机理进行分析,为全尾砂絮凝沉降参数设计及优化控制提供理论支撑。     

立式砂仓连续放砂模型及应用

针对立式砂仓传统作业模式下存在的问题,提出采用连续放砂作业方式,改善立式砂仓的核心工作指标。根据尾砂沉降试验结果以及固体通量定义,以最大固体通量对应的料浆浓度设计立式砂仓的入料浓度;物料平衡分析中,考虑溢流固体含量对立式砂仓处理能力的影响,确定了设备最大处理能力及对应的装砂高度;根据活化造浆基本原理,提出了高压活化介质临界工作压力及工作流量的计算方法。工业试验结果表明:在进料体积浓度(体积分数)为13.08%、流量为300 m^3/h、装砂高度为5 m以及立式砂仓实际最大处理能力为91 t/h条件下,以压力111692 Pa、流量15 m^3/h的高压水进行活化造浆,控制底流流量70 m^3/h,可实现立式砂仓连续放砂。放砂质量浓度可达70%,试验效果良好。     

废石-尾砂高浓度料浆管道输送特性模拟

废石-尾砂高浓度充填是解决矿山废尾排放的最有效途径,也是实现绿色采矿的主体支撑技术之一。管道输送特性作为高浓度料浆管道输送的核心内容具有重要的研究意义。本文将矿山实际充填管路进行还原,应用Fluent软件进行输送模拟研究,重点以速度、质量浓度对管道自流输送特性及弯管部位的影响进行分析。结果表明:随着速度的增加,管道的阻力损失呈指数增长,弯管底部受到的压力最大。当料浆速度达到2.8 m/s,料浆浓度为85%时,浆料无法自流;当料浆速度超过3.0 m/s时,阻力损失增长变快;当料浆速度达到3.2 m/s,料浆浓度达到84%时,浆料无法自流,也会出现滞留现象,造成堵管。适合高浓度管道自流输送的料浆浓度为83%～84%。通过半工业实验及矿山实际阻力监测,验证了数值模拟结果的可靠性。     

超细尾砂料浆流变参数预测及管输温度分布特征

为探究初始料浆温度变化对超细尾砂料浆流变参数的影响及管道内料浆温度分布特征，开展了超细尾砂料浆流变试验，进行了料浆流动传热仿真试验，推导了流变参数预测模型及管输温度分布计算模型。结果表明：料浆温度与超细尾砂料浆屈服应力、塑性黏度均遵循Exponential Decay 2拟合模型；不同料浆初始温度下管径与管道内料浆温度符合Asym2sig拟合模型，将其模型参数与管径进行深度拟合分析，利用管径表示拟合模型中的变化参量，实现了变量的统一；超细尾砂料浆流动时摩擦生热高于水化产热，依据传热学理论，超细尾砂料浆经管道内摩擦产热传热、水化产热传热以及与外界环境交换传热后达到动态平衡；基于流变参数预测模型及管道内温度分布模型，可在已知管径、料浆初始温度条件下预测管道内料浆屈服应力和塑性黏度。     

聚羧酸减水剂对超细全尾砂膏体性能的影响

针对超细全尾砂-水泥胶结膏体充填料浆黏性大、和易性差,其满足充填输送要求时充填体强度低的问题,通过不同掺量聚羧酸高效减水剂对膏体料浆流动度、坍落、泌水率及其充填体抗压强度影响的试验研究,并借助XRD能谱分析和电镜扫描(SEM)方法,从微观角度揭示减水剂提到充填体强度机理。结果表明:掺量0.5%(质量分数)的聚羧酸高效减水剂可使质量分数为70%~76%膏体充填料浆的流动度、坍落度有效增加;料浆泌水率明显提高,但不会发生严重离析;充填体微观上水泥水化凝胶更多,尾砂颗粒因水化凝胶"包裹"作用形成更大的晶体颗粒,且颗粒分布更为均匀、孔隙更小、结构更为致密,宏观上初期/长期强度显著提高,最高达50%;同时,减水剂掺量小于0.5%为"安全掺量",对充填体强度不会造成劣化影响。     

水化反应和温度对新鲜胶结尾砂充填料浆流变特性的耦合效应(英文)

新鲜胶结尾砂充填料浆的流动性取决于它的流变特性,所以理解新鲜料浆的流变性具有重要的意义。此外,料浆的流变性又与料浆中所发生的水泥水化反应进程和温度的发展变化相关。基于此原因,建立数值模型以分析和预测在水化反应和温度耦合作用下充填料浆流变特性的演化规律。在实验室通过试验研究了料浆的流变行为,并将试验结果与模拟结果进行对比来验证模型的有效性。在不同的条件(料浆的初始温度、灰砂比、水灰比)下,利用所建立的模型对水化反应和温度耦合效应下的料浆流变规律进行模拟研究。研究结果有助于更好地理解胶结尾砂充填料浆的流变性。     

基于动态沉降压密实验的深锥浓密机关键参数确定

基于动态沉降压密实验,研究浓密机耙架在不同搅拌速率下的浓密效果。结果表明:各搅拌速率下停留8 h时,浓密机底流浓度(质量分数)均达到最大,随着搅拌速率的增加,底流浓度先增加后降低,底流浓度随搅拌速率的增加符合抛物线变化规律;搅拌速率1 r/min时达到最大底流浓度74.54%,搅拌速率0.1 r/min时达到最小底流浓度71.38%,适合该尾矿的最佳搅拌速率为0.4 r/min,此时底流浓度为72.55%。最后基于凯奇沉降模型、供排料平衡理论,建立浓密机直径计算模型和高度确定方法,浓密机直径与最小沉降速率密切相关,浓密机泥层高度与直径比为0.9时可取得最佳底流浓度。以新疆某铜矿深锥浓密机为例,计算得到浓密机直径为14 m。高度为14 m,浓密机试运行表明:浓密机底流浓度维持在69.5%~72%之间,浓缩效果良好。研究成果为深锥浓密机关键参数确定提供重要的方法及理论依据。     

尾矿膏体屈服应力演化规律

以谦比希铜矿的尾砂作为试验样品,对质量分数为64%~73%的尾砂浆体进行流变试验,研究其流变特性,预测该矿膏体的临界浓度。传统测量方法认为流动性指数为1时的料浆浓度即为临界浓度,试验发现,该方案得到的数值较为保守。研究料浆浓度与其屈服应力之间的关系,发现两者呈显著的Dose Resp函数关系,为精确预测料浆特性提供有效方法。得到屈服应力随料浆浓度变化的演化规律,基于屈服应力增长速率,演化分为两个阶段:单调递增阶段和单调递减阶段。屈服应力在浓度变化范围内具有极大值和极小值,可以通过Dose Resp函数精确预测,而屈服应力变化速率的"极大值点"即为"临界浓度"。因此,确定谦比希铜矿膏体临界浓度为70.73%,与试验结果吻合。     

反应条件对超声波强化铝酸钠溶液种分过程的影响

对铝酸钠溶液中的Na2O浓度，苛性比以及反应温度等条件，影响20kHz，33kHz超声强化铝钠溶液种分的效果进行了研究，得出铝酸钠溶液中的Na2O的浓度，苛性比的增大以及反应温度的升高不利于超声场提高种分分解率。在相同的反应条件下，33kHz超声波对种分分解率的强化效果大于20kHz超声波，但33kHz超声波强化后，颗粒易于破碎，产品中小颗粒数量增多，20kHz超声波强化后，产品的强度好，平均粒径增加3．7μm.     

尾砂充填系统造浆装置的改造

采矿车间使用的采矿方法为下向水平进路胶结充填法,因在充填过程中,尾砂易板结,从而出现充填过程中尾砂搅拌不均匀、尾砂造浆浓度低、输送管路易堵塞、处理过程困难等问题,无法满足充填工艺的需要。经过对造浆系统的改造,增加风水联动装置,从而改变了现状,实现了连续造浆,提高了尾砂造浆浓度,满足了生产所需。     

超声频率对铝熔体除气影响的试验研究

在不同温度区间下向99.7%的工业纯铝和7050铝合金熔体中施加频率分别为15kHz和20kHz的相同功率超声波,利用 HYSCANⅡ测氢仪测量每次试验后熔体中的氢含量,进而探讨频率对铝熔体超声除气的影响规律及其作用机制。试验表明,超声作用能显著降低铸锭中的氢含量;熔体氢含量随着温度的升高而增大;熔体温度在660～720℃之间时,温度越低,除气效果越好,但是温度对除气效率影响不大;在相同功率和温度下,频率为15kHz的超声除气效率和除气效果都明显好于20kHz的。超声空化效应对产生大量的空化泡起着关键作用,超声频率对空化泡的长大以及熔体中氢的扩散具有重要作用。