鲁中选矿厂尾矿沉降流变特性试验研究.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N Dh ●唧A I J ，I 乃l G I C A LE N C a - 羽E R 】田i G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 鲁中选矿厂尾矿沉降流变特性试验研究① 于丽军 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要通过沉降试验以确定鲁中选矿厂尾矿的沉降特性，并对设备选型提供计算依据。利用2 台2 8m 浓缩机，在阴离子型P A M 用量为4 0g ／t 情况下，可将浓度为8 ％左右的尾矿浆体浓缩至4 5 ％以上。采用H A A K E - V T 5 5 0 流变仪，应用控制剪切速率法 C R 测定了浓缩后一定浓度范围内浆体的流变特性，数值拟合得到了静态屈服应力和动态粘度。研究表明，该尾矿浆体具有触变性，但 应力满足宾汉流变体特征，粘度随剪切速率的变化而变化。 关键词沉降特性；屈服应力；粘度 中图分类号iT D 9 2 6文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 - 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．0 7 3 文章编号0 2 5 3 - 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 - 0 2 6 9 - 0 3 鲁中矿业有限公司是我国2 0 世纪7 0 年代建设投 产的大型地下铁矿矿山。矿体为矽卡岩型铁矿床，目 前已探明的铁矿资源储量为2 ．7 3 9 亿吨。经过两期建 设，目前选厂原矿处理能力达到4 8 0 万彤年，该矿绝 大多数尾矿以低浓度浆体形式排往1 2k m 以外的御驾 泉尾矿库。按原设计标高再有7 ～9 年时间尾矿库将 达到使用年限，而企业还要连续生产3 0 多年。根据现 有工艺，一方面可通过筑坝增大库容，另一方面通过提 高排尾浓度来解决排尾问题。 本文通过对尾矿静态自由沉降和絮凝沉降的研 究，考察物料的沉降性能和底流浓度，并进行设备选 型，为输送提供基础资料。 屈服应力和动力粘度是高浓度非牛顿浆体输送的 关键流变参数⋯，是管道输送系统设计的基础，是膏 体充填系统设计的前提旧J ，也是浓密机设计过程中的 一个重要参数口J 。但目前屈服应力的获取不准确，如 何获取准确的屈服应力和动力粘度，一直存在不同的 理解和定义，因而造成参数千差万别MJ 。本文在研究 浆体沉降特性的基础上，采用H A A K E V T 5 5 0 流变仪， 应用控制剪切速率法 c r t 检测屈服应力和动力粘度， 并对数据进行了分析和处理。 1 试样 试验样品来源于鲁中选矿厂综合尾矿，不同时段 均匀取样，样品具有代表性。矿样真比重为2 ．5 9t ／m 3 。 为了查明尾矿的粒度组成，试验中 O ．0 3 7 4m m 粒级采 用筛析法，- 0 ．0 3 7 4m m 粒级采用C L A S 激光粒度分析 仪，结果见表1 。 表1 矿样的粒级分布 2 沉降特性研究 鲁中选矿厂目前工艺中尾矿排放浓度大约在5 ％ ～1 0 ％之间。为此，在此浓度范围之内选取试验点进 行试验。图l 给出了尾矿浓度为5 ．9 ％，阴离子P A M 不同用量沉降试验结果和沉降曲线。试验结果表明， 絮凝剂用量增大，沉降速度明显增快。选用阴离子型 P A M 絮凝剂对浓度为8 ．8 ％的尾矿矿浆进行药剂用量 图1浓度5 9 ％浆体阴离子P A M 不同用量沉降曲线 ①收稿日期2 0 1 4 0 7 1 5 作者简介于丽军 1 9 7 2 一 ，女，吉林四平人，高级工程师，硕士，长期从事浆体浓缩、输送研究及工程设计与管理。 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 试验，试验结果见图2 。试验结果表明，浓度为8 ．8 ％ 的尾矿矿浆的沉降效果与浓度为5 ．9 ％时没有明显 变化。 沉降时间／r a i n 图2 浓度8 ．8 ％浆体阴离子P A M 不同用量沉降曲线 表2 给出了不同矿浆浓度及絮凝剂用量条件下的 浓缩机单位面积处理量 表面负荷 。数据表明，絮凝 剂用量越大，单位面积处理量增大。在相同絮凝剂用 量条件下矿浆浓度5 ．9 ％和8 ．8 ％的单位面积处理量变 化不明显。综合考虑絮凝剂使用的成本和单位面积处 理量，选取尾矿矿浆浓度为8 ．8 ％，阴离子型P A M 絮凝 剂用量为4 0g ／t 时的单位面积处理量3 4 4 ．8 2k g ／ m 2 h 作为浓缩机选型依据。 表2 不同矿浆浓度及絮凝剂用量条件下浓缩机单位面积处理量 鲁中矿业选矿厂扩产后，其产能达到4 8 0 万吨／年 原矿处理量，需处理的尾矿量为3 2 0 万吨／年。其所需 浓缩机的沉降面积为 A 望兰 塑11 7 1 ．7 4m 2 3 3 0 2 4 3 4 4 ．8 2 因此需要2 台直径为2 8m 的浓缩机，单台沉降面 积为6 1 5 ．4 4m 2 。为了达到较高的底流排矿浓度和合格 的回水质量，采用长沙矿冶研究院研制的新型H R C 一2 8 浓缩机，使用2 台H R C - 2 8 浓缩机替代原有的2 台4 5m 和2 台5 3m 普通型浓缩机来处理鲁中选矿厂的尾矿。 结合浓缩工程经验，年尾矿浓缩系统可实现尾矿单台 处理能力2 1 2t ，排矿浓度达到4 5 ％，回水固含量小于 0 ．0 3 ％的目标。 3 浆体流变行为研究 流变试验主要测试浆体的屈服应力和动力粘度。 采用H A A K E - V T 5 5 0 流变测试仪，采用S V S T 转子， 用硅油在2 5 ℃条件下做空白试验。该条件下硅油粘 度理论值为9 9 0m P a s ，实际测得硅油的粘度为9 9 2 m P a s ，满足实验误差条件。剪切速率控制在1 0 0 7 0 0 - 1 范围内分别测试经过浓缩机浓缩后4 0 ％、4 5 ％、 5 0 ％、5 5 ％浓度浆体的流变特性，包括应力、应变曲线， 如图3 ～6 所示。 对流变曲线进行分析，运用最小二乘法进行曲线 拟合 如图3 6 ，由图可以看出该流体丁一’满足 B i n g h a m 流体特征，即满足关系r 下。 斫。根据f 一’， 求得屈服应力丁。与初始粘度叼。 ， 0 ，见表3 。 ，／9 1 图34 0 ％浓度浆体流变曲线 3 0 03 5 04 0 04 5 0 5 0 05 5 06 0 06 5 07 0 0 j ／s 1 图44 5 ％浓度浆体流变曲线 y ／s 1 图55 0 ％浓度浆体流变曲线 0 5 0 5 0 5 O 5 O 5 0 m 蠊琏M n n 垃垃 嚣k 、■ 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 于丽军鲁中选矿厂尾矿沉降漉变特性试验研究 图65 5 ％浓度浆体流变曲线 表3 不同浓度浆体流变试验数据 依据图3 - 6 ，根据曲线，7 一’，可知该浆体具有触变 性，叼随着剪切速率’的变化而变化，那么在计算膏 体／高浓度管道输送阻力计算时要根据设计流速采纳 对应剪切速率下对应的动力粘度值。 4 结语 1 利用2 台2 8m 浓缩机，在阴离子型P A M 用量 为4 0g ／t 情况下，可将浓度为8 ％左右的尾矿浆体浓 缩至4 5 ％以上。 2 鲁中选矿厂尾矿浆体具有触变性，应力r 满足 宾汉流体特征，粘度叩随着剪切速率’的变化而变 化，在计算膏体／高浓度管道输送阻力计算时要根据设 计流速采纳对应剪切速率下对应的动力粘度值。 参考文献 [ 1 ] F e r r a r i sCF ．M e a s u r e m e n to ft h eA e o l o g l c a lp r o p e r t i e so fh i g hp e r ． f o r m a n c ec o n e l e t e S t a t eo ft h ea r tr e p o r t [ J ] ．J o u r n a lo fR e s e a r c ho f t h eN a t i o n a lI n s t i t u t eo fS t a n d a r d sa n dT e c h n o l o g y ，1 9 9 9 ，1 0 4 11 4 6 1 4 7 8 ． [ 2 ] L i d d e f iPV ，B a S e rD V ．Y i e l ds 嘲m e a s u r e m e n 协w i t ht h ev a n e [ J ] ． JN o n ．N e w t o u i a nF l u i dM e c h ，1 9 9 6 6 3 2 3 5 2 6 1 ． [ 3 ] B a u e rE ，J o s eGG ，d eS o m a ，e ta 1 ．S t u d yo f t h el a b o r a t o r yV a n et e s t o nm o r t a r s [ J ] ．B u i l d i n ga n dE n v i r o n m e n t ，2 0 0 7 4 2 8 6 9 2 ． [ 4 ] 吴爱祥，焦华吉吉．膏体尾矿屈服应力检测及其优化[ J ] ．中南大学 学报 自然科学版 ，2 0 1 3 8 3 3 7 0 3 3 7 6 ． 万方数据