矿浆浓度对流变性的影响.pdf

1 1 8 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 7 ．z 1 ．0 2 5 矿浆浓度对流变性的影响 张福亚，张跃军 北京市高效节能矿冶装备工程技术研究中心，矿物加工科学与技术国家重点实验室， 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘 要以石英、钛铁矿和辉钼矿为研究对象，采用R h e o l a bQ c 型流变仪，研究了三种矿浆在不同浓度下的流变特性。 研究结果表明，三种矿浆的黏度随着浓度呈指数式增长，且辉钼矿矿浆黏度增长最快。同时，对比不同浓度矿浆在不同剪切 应力下的黏度变化，得知矿浆黏度随着剪切速率增加先迅速下降至趋于平缓，且矿浆浓度越高，在任何剪切速率下的黏度都 越高。由此推断三种矿浆都属于假塑性流体，具有剪切变稀的性质，且在浓度高于4 5 ％后要着重考虑矿浆黏度增加造成的 影响。 关键词流变性；浓度；剪切应力；剪切速率；黏度 中图分类号T D 9 2 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S 0 - 0 1 1 8 - 0 5 E f f e c to fP u l pC o n c e n t r a t i o no nR h e o l o g y Z H A N GF u y a ，Z H A N GY u e j u n B e o i n gE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro nE f f i c i e n ta n dE n e r g yC o n s e r v a t i o nE q u i p m e n to fM i n e r a l P r o c e s s i n g ，S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ，B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo f M i n i n g M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h em a i no b j e c t i v eo ft h er e s e a r c hi st os t u d yt h er h e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fq u a r t z ，m o h s i t e ， m o l y b d e n i t ep u l p a td i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n ．T h er e s u l t ss h o w t h ep u l p v i s c o s i t ye x p o n e n t i a l l yg r o w s w i t h c o n c e n t r a t i o na n dm o h s i t ep u l pg r o w sf a s t ．M e a n w h i l e ，c o m p a r et h ev i s c o s i t yv a r i a t i o na td i f f e r e n ts h e e rr a t e ，i tc a n b ec o n c l u d e dt h ev i s c o s i t yd r o p sf a s ta n dt h e nb e c o m e ss t e a d yw i t ht h ei n c r e a s eo fs h e e rr a t ea n dh i g h e rc o n c e n t r a t i o n m e a n sh i g h e rv i s c o s i t ya ta n ys h e e rr a t e ．S oi tc a nb ei n f e r r e da l lt h r e ep u l pa r ep s e u d o p l a s t i cf l u i dw i t hs h e e r t h i n n i n gc h a r a c t e r i s t i c s ．A n dw h e nt h ec o n c e n t r a t i o ni sh i g h e rt h a n4 5 ％，t h es i g n i f i c a n tg r o w t ho fv i s c o s i t ys h o u l d b ep a i dm o r ea t t e n t i o n ． K e yw o r d s r h e o l o g y ；c o n c e n t r a t i o n ；s h e e rs t r e s s ；s h e e rr a t e ；v i s c o s i t y 美国流体力学专家在1 9 2 8 年就提出了“流变 学”一词，用来表征流体在流动过程中产生的切应力 与应变之间的规律。近些年来，流变学研究在国民 经济很多领域都有了很大的发展，主要集中在食品、 化工、建筑。1 。2o 和冶金∞o 领域。在食品领域，通过监 控加工浆体的流变学特性，可以控制食品的质量，也 为操作工艺提供指导，杨晓勇H 。5 1 等通过测试淀粉黏 度与温度、搅拌时间、剪切力之间的关系，为添加不 同的食品添加剂提供依据。在化工领域，搅拌} 昆合 过程中被混合物料的流变学特征对混合效果以及搅 拌机构的设计都提供重要依据‘6 1J 。 在选矿领域，流变学也有较为广泛的研究和应 用。矿浆是矿物颗粒与水组成的非均相固液悬浮 液，矿浆流变性对尾矿输送、磨矿效率以及浮选作业 中药剂以及气体在矿浆中的分散都起着至关重要的 作用旧‘9 j 。尾矿输送方面，王晓光等探索发现，矿浆 浓度、尾矿粒径和剪切速率等对尾矿的流变性都有 重要影响。在尾矿输送过程中，通过流变性研究确 定能够保证尾矿流动的最高浓度，对环保和节能都 是很重要的⋯。 矿浆黏度是表征矿浆流变性的重要参数1 i ，黏 性是矿浆主要物理性质之一，高浓度的矿浆由于内 部较强的黏滞力，通常会呈现非牛顿流体的特 性0 1 2 ] 。P I O T R O W S K I 等‘1 列用能量模型表征流体对 牛顿流体的偏离度 下2 ／．t y “ 式中，肛是液体黏度；7 是与液体本身有关的恒 定参数；r 表示剪切速率 1 ／s ；n 是流速。 收稿日期2 0 1 7 - 0 7 1 8 作者简介张福亚 1 9 8 9 ． ，男，河北唐山人，硕士，工程师，主要从事浮选技术与装备的研发和推广。 万方数据 2 0 1 7 年增刊张福亚等矿浆浓度对流变性的影响二卫生 凡 1 ，液体为剪切变稠流体； n 4 5 ％ 时，剪切应力变化速率产生 差异。大小顺序为辉钼矿 石英砂 钛铁矿，可见， 矿石本身的性质对黏度也有一定的影响。 通过图6 到图8 可以看出，矿浆属于典型的假 塑性流体，表现出了剪切变稀效应。此种流体的共 性是在低剪切速率区剪切速率值增大，黏度下降。 当剪切速率值达到某一值时，之后流体将进入第二 牛顿流动区，此时剪切速率的增大对于黏度的影响 将变得很小。比较三种矿浆可以发现，辉钼矿矿浆 的黏度在任何剪切速率都是最高。但是石英矿和钛 铁矿对比，在低剪切速率条件下 1 0 0 ／s ，石英 矿黏度高于钛铁矿。 随着剪切速率的增大，高浓度矿浆 4 5 ％ 的 黏度下降速度比低浓度的矿浆快得多。随着剪切速 率的增大，矿浆黏度下降至最低值之后变化趋于平 缓，说明在较高剪切下，颗粒间的相互作用已被破 坏，颗粒趋于分散状态，颗粒间相互作用减弱，矿浆 黏度变化不大。 4结论 1 不同浓度的矿浆在剪切力场中表现出了不同 的特征。随着浓度的增加，三种矿浆的黏度呈指数 式增加，尤其在浓度高于4 5 ％后，增加速度显著提 高。三种不同的矿浆在低浓度 4 5 ％ 时差异显著，其中辉钼矿 矿浆黏度最大，石英矿和钛铁矿对比，在低剪切速率 条件下 1 0 0 ／s ，石英矿黏度高于钛铁矿。 2 3 种矿浆的剪切黏度在剪切速率增加时呈现 了先快速下降后趋于平缓的特征。可知矿浆属于假 塑性流体，具有剪切变稀的性质。随着剪切速率提 高，矿浆进入第二牛顿区，该区域内流体做近似层流 运动，黏度变化平缓。并且随着浓度的增加，三种矿 浆进入第二牛顿区时所需的剪切速率逐渐提高。 矿浆黏度对浮选过程中气体的分散、药剂和矿 浆的混合都有很重要的作用。本文通过对比不同浓 度的矿浆在不同剪切应力的流变特性，为高浓度浮 选工艺和设备的研究提供了理论依据。 参考文献 [ 1 ] 吴方政．引气剂对混凝土流变性能及气泡特征参数的研 究[ D ] ．河北邯郸河北工程大学，2 0 1 3 ． [ 2 ] G H O D D O U S IP ，S H I R Z A D IJ A V I DAA ，S O B H A N I J ． E f f e c t so f p a r t i c l ep a c k i n gd e n s i t yo nt h es t a b i l i t ya n d r h e o l o g yo fs e l f - c o n s o l i d a t i n gc o n c r e t ec o n t a i n i n gm i n e r a l a d m i x t u r e s [ J ] ．C o n s t r u c t i o na n dB u i l d i n gM a t e r i a l s ， 万方数据 1 2 2 有色金属 选矿部分2 0 1 7 年增刊 2 0 1 4 ，5 3 1 0 2 1 0 9 ． [ 3 ] 齐利娟，顾松青，中林．三水一水软铝石型铝土矿原矿 浆流变性研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 5 1 0 1 ．1 0 5 ． [ 4 ] 杨晓勇，岳贤田．低浓度淀粉溶液的流变性及其影响因素 分析[ J ] ．广东化工，2 0 1 3 ，2 1 7 7 - 7 8 ． [ 5 ] L A G A R R I G U ES ，A L V A R E ZG ．T h er h e o l o g yo fs t a r c h d i s p e r s i o n sa th i g ht e m p e r a t u r e sa n dh i I g hs h e a rr a t e s a r e v i e w [ J ] ．J o u r n a lo f F o o dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 1 ，5 0 1 8 9 - 2 0 2 ． [ 6 ] 胡跃华．复合式搅拌器设计与探索[ J ] ．石化技术，2 0 0 2 1 4 3 4 5 ． [ 7 ] 苗伟．高粘度非牛顿流体中气液固三相混合问题的研 究[ D ] ．山东烟台烟台大学，2 0 0 7 ． [ 8 ] 王晓光．尾矿流变特性及影响因素的试验研究[ D ] ．重 庆重庆大学，2 0 1 6 ． [ 9 ] 侯金瑛．煤泥悬浮液流变性及其对沉降脱水效果影响的 研究[ D ] ．太原太原理工大学，2 0 1 6 ． [ 1 0 ] S O F R 6F ，B O G E RD V ．E n v i r o n m e n t a lr h e o l o g yf o rw a s t e m i n i m i s a t i o ni nt h em i n e r a l si n d u s t r y 『J ] ．C h e m i c a l E n g i n e e r i n gJ o u r n a l ，2 0 0 2 3 3 1 9 - 3 3 0 ． [ 1 I ] 谢恒星．矿浆流变特性对钢球磨损规律的影响[ J ] ．武 汉化工学院学报，2 0 0 1 1 3 4 3 6 ． [ 1 2 ] D U A R T EACP ，G R A N OS R ．M e c h a n i s mf o rt h e r e c o v e r yo f s i l i c a t eg a n g u em i n e r a l s i nt h ef l o t a t i o no f u l t r a f i n es p h a l e r i t e [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 7 8 7 6 6 ．7 7 5 ． [ 13 ] P I O T R O W S K ID ，C I E R N I E W S K IC ．I n t r o d u c t i o nt o r h e o l o g y [ J ] ．A c t aH a e m a t o lP o l ，1 9 8 2 1 3 1 7 7 8 6 ． [ 1 4 ] 张庆，赵晓琳．水煤浆的流变学属性[ J ] ．化学工程， 1 9 9 4 1 5 3 - 5 9 ． [ 1 5 ] 王绪海，卢旭晨，李佑楚．煤系高岭土料浆的粘度及影响 因素[ J ] ．过程工程学报，2 0 0 4 ，4 4 2 9 5 2 9 9 ． [ 1 6 ] S h a b a l a l aN ．E f f e c to fs l u r r yr h e o l o g yo ng a sd i s p e r s i o ni na p i l o t ．s c a l e m e c h a n i c a lf l o t a t i o nc e l l 『J ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1l ，2 4 1 4 4 8 1 4 5 3 ． [ 1 7 ] T A OD ，L U T r R E L LGH ，Y O O NRH ．Ap a r a m e t r i c s t u d yo ff r o t hs t a b i l i t ya n di t se f f e c to nc o l u m nf l o t a t i o n o f f i n e p a r t i c l e s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o fM i n e r a l P r o c e s s i n g ，2 0 0 0 ，5 9 2 5 _ 4 3 ． [ 18 ] L IC ．E f f e c to ff l o t a t i o n f r o t hp r o p e r t i e so nf r o t hr h e o l o g y [ J ] ．P o w d e rT e c h n o l o g y ，2 0 1 6 ，2 9 4 5 5 - 6 5 ． [ 1 9 ] R A L S T O NJ ．R e d u c i n gu n c e r t a i n t yi nm i n e r a ln o t a t i o n f l o t a t i o nr a t ec o n s t a n tp r e d i c t i o nf o rp a r t i c l e si na no p e r a t i n g p l a n to r e [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ， 2 0 0 7 8 4 8 9 ．9 8 ． [ 2 0 ] Z H A N GM ，P E N GY ．E f f e c to fc l a ym i n e r a l so np u l p r h e o l o g ya n dt h ef l o t a t i o no fc o p p e ra n dg o l dm i n e r a l s [ J ] ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 5 ，7 0 8 1 3 ． [ 2 1 ] B O B I C K IER ，L I UQ ，X UZ ．E f f e c to fm i c r o w a v ep r e t r e a t m e n to nu l t r a m a f i cn i c k e lo r es l u r r y r h e o l o g y [ J ] ． 2 0 1 4 ，6 1 9 7 1 0 4 ． [ 2 2 ] B A K K E RCW ，M E Y E RCJ ，D E G L O NDA ．N u m e r i c a l m o d e l l i n go fn o n N e w t o n i a ns l u r r yi nam e c h a n i c a lf l o t a t i o n c e l l [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 9 ，2 2 9 4 4 - 9 5 0 ． [ 2 3 ] B A S N A Y A K AL ，S U B A S I N G H EN ，A L B I J A N I C B ． I n f l u e n c eo fc l a y so nt h es l u r r yt h e o l o g ya n df l o t a t i o no fa p y r i t i cg o l do r e [ J ] ．A p p l i e dC l a yS c i e n c e ，2 0 1 7 ，1 3 6 2 3 0 - 2 3 8 ． 万方数据