尾矿酸化及其对尾矿砂抗剪强度的影响研究

为揭示尾矿酸化本质及其对尾矿砂抗剪强度的影响,开展了动态浸渍试验.从湖南省某铅锌矿采取了尾矿砂试样,采取加入双氧水的方式促使尾矿砂中的硫化物(主要为黄铁矿)发生氧化产酸.在浸泡试验的基础上开展了MLA(矿物解离分析仪)矿物成分分析、颗粒分析、抗剪强度等一系列实验.试验结果表明:尾矿矿物成分中随着黄铁矿氧化程度的增加,黄铁矿含量减少、碱性物质(方解石、白云母)减少、砂粒(粗粒)含量减少、粉粒(细粒)含量增加、粘聚力C增大、摩察角φ减小、尾矿砂土抗剪强度降低.     

羊拉铜矿尾矿料的物理力学性质

以云南省迪庆矿业公司羊拉铜矿的尾矿料为研究对象,按照该矿尾矿堆坝工艺(中线法)的颗粒组成要求,通过人工配料对该矿的全尾矿砂、粗尾矿砂、细尾矿砂的物理力学性质进行了全面测试与研究.对三种尾矿砂的测试结果分析发现:尾矿砂的压缩性、渗透性与尾矿的粒径、孔隙比的关系比较密切.尾矿的各向异性和非均匀性对尾矿的渗透性有很大影响,试验结果显示粗、细尾矿的渗透性都要大于全尾矿的渗透性.还对3种试样的抗剪强度特性进行了分析,试验结果不仅为羊拉铜矿尾矿坝的设计及其稳定性评价提供了基础数据,而且为研究尾矿土的工程力学特性等提供了更详实的资料.     

尾矿砂对水泥胶砂性能影响的试验

将尾矿砂以不同比例代替天然砂,研究其对水泥胶砂性能的影响。试验结果表明,尾矿砂的掺入能够满足水泥胶砂流动度和强度的要求,与天然砂相比,掺加尾矿砂可以提高水泥胶砂的流动度,并使水泥胶砂3d抗折强度和抗压强度略有降低,但可以提高水泥胶砂28d抗折强度和抗压强度。     

废胶粉/铅锌尾矿砂新型阻尼复合材料

为探索对废胶粉和铅锌尾矿砂再生资源化利用的新途径,进行了用废胶粉与铅锌尾矿砂制备新型阻尼材料的研究。采用正交实验极差分析方法,研究了胶粉目数、尾矿量、DBP量对材料阻尼性能的影响。结果表明:废胶粉/铅锌尾矿砂制备阻尼材料的最佳配方为:胶粉目数为50目,尾矿砂目数为800目,废胶粉量为100 g,尾矿砂量为10 g,增塑剂DBP量为15 mL,对应阻尼损耗因子峰值为0.409 7;制备的废胶粉/铅锌尾矿砂新型阻尼材料的阻尼峰在低温,适合作为低温阻尼材料使用。     

尾矿坝排渗系统淤堵机理试验研究

因尾矿坝排渗系统淤堵导致坝体浸润线增高,进而导致溃坝的事故时有发生。为解决排渗淤堵问题,以银山铅锌矿尾矿坝排渗设施淤堵为背景,分别从物理因素、化学因素、生物因素三方面对其淤堵机理进行了试验研究,试验结果表明:尾矿砂细粒可造成物理淤堵,不含细粒时尾矿砂渗透系数是含细粒时渗透系数的3.7倍;垂直载荷可导致土工布和尾矿砂渗透性能下降,尾矿砂和土工布的渗透系数与垂直压力呈负相关关系,在垂直压力为1 MPa时,尾矿砂渗透系数下降了88.5%,土工布渗透系数下降95.9%;尾矿砂中的主要矿物是黄铁矿(FeS_2),尾矿水中的主要金属离子为Ca~(2+)、Mg~(2+)、Fe~(3+)、Mn~(2+),造成排渗设施化学淤堵的主要物质是CaCO_3、Mg(OH)_2、Fe(OH)_3、Fe_2O_3·XH_2O、Mn(OH)_2;尾矿砂和尾矿水中的微生物主要是变形菌门(proteobacteria)。     

颗粒磨圆度计算中棱角关键点的优化选取

磨圆度是在介观层面上描述颗粒轮廓形状的重要参数,它定量描述了颗粒棱角对颗粒轮廓的影响。现有的磨圆度计算方法,不能准确识别颗粒轮廓中的棱角,而且计算量较大。因此,为了提高准确性,减少计算量,本文提出一种优化选取方法用于选取颗粒轮廓角的关键点。首先,将颗粒轮廓变换为极坐标展开曲线,再利用极小值点对曲线进行分段,并使用傅里叶拟合算法对分段后的曲线拟合。其次,选取拟合后轮廓中的凸部位,并依据凸部位的突出程度,挑选出包含棱角圆的凸部位。最后筛选凸部位中用于拟合棱角圆的关键点,并计算出棱角圆的半径用于计算磨圆度。本文使用K-S标准粒子板和其他学者的研究结果对算法进行了验证,实验结果表明,优化选取方法计算出的棱角圆数量的准确率和磨圆度分类的准确率均达到了100%。本文还进一步分析了使用平均滤波算法对颗粒轮廓进行平滑时,不同的滤波参数对轮廓分段的影响,并给出了较优的参数选取范围。     

细粒尾矿砂渗透破坏细观结构特征研究

采用自制的小型渗透变形仪,对细粒质量分数为30%的尾矿砂进行渗透破坏特性试验,研究细粒尾矿砂在渗透破坏进程中内部的细观结构孔隙和颗粒分布的演化特征。在渗透破坏进程中,采用水头级差的方法,对试样逐级加载4级水头直至试样发生破坏,结合CT技术,对4种水头下的尾矿砂试样进行扫描,运用vg studio max 3.0和avizo9.0.1三维可视化软件对扫描后的试样数据进行三维重构,建立数字图像信息,从微观上研究尾矿砂渗透破坏后颗粒的分布及孔隙结构的细观特征变化,分析其渗透破坏微观进程,总结尾矿砂渗透破坏细观结构特征。试验结果表明:随着水头加载值增大,细粒尾矿试样表面会有细小颗粒被带出,且出水口出水浑浊,发生管涌破坏;细粒尾矿内部的细观结构试样总孔隙率逐渐增大,连通孔隙不断发育,0.075 mm以下粒径颗粒会不断地向渗流方向迁移,在试样内部形成连通的渗透破坏通道。     

三维重构下整体形状参数的砂土渗透性分析

颗粒形状对砂土结构及其宏观性质有显著的影响。为探究颗粒形状对砂土结构及渗透性的影响规律,选取玻璃珠、石英砂及玻璃渣3种颗粒形状各异的砂土作为研究对象,首先采用高分辨率三维X射线显微镜(CT)进行精细扫描,重构了砂土三维结构模型。选取了颗粒伸长率、扁度、球度、孔隙比表面积等形状参数统计分析得出整体形状参数(OR),将OR引入Kozeny-Carman(K-C)方程得出考虑颗粒形状特征的砂土渗透系数的预测方程。室内柔性壁渗透试验表明砂土颗粒的整体形状参数(OR)越小(即颗粒形状越复杂),砂土的渗透性能越差,引入整体形状参数(OR)的K-C方程对砂土渗透性能的预测效果较好。     

不同形状矿石单颗粒压缩破碎特性

为了从宏观-细观角度探究不同形状矿石颗粒的破碎强度、破碎模式、碎块尺寸分布及断口表面形貌等破碎特性,首先,基于三维扫描技术重构矿石颗粒图像,获取颗粒形状参数;其次,定量表征矿石颗粒外部宏观层次轮廓形态及细观层次凹凸度;最后,对扫描后的几何平均粒径范围为20～45 mm的不规则磁铁矿矿石颗粒进行单颗粒压缩破碎试验,并重构颗粒断口表面以定量探究断面粗糙度的影响因素。研究结果表明：矿石颗粒的破碎强度分布可用Weibull函数模型拟合,其中Weibull参数m为2.17,特征强度F₀为7.20 k N;矿石颗粒破碎模式分为边部磨损、中部破碎、贯通缝破坏、随机开裂4种类型;中部破碎为主要破碎模式,占比为0.433,“第一尺寸碎块”及“第二尺寸碎块”质量分数分布均符合正态分布,均值分别在0.65和0.30左右;但当颗粒3个主维度长度接近时,颗粒不容易发生中部破碎。以分形维数D定量表征颗粒破碎断口表面粗糙度,当截面面积大于36 mm²时,分形维数D更稳定。球度显著影响颗粒破碎断口表面平均分形维数■,扁平度、能量、棱角度及等效粒径4种因素影响程度次之且相近,...     

酸碱淋溶对尾矿砂含水率和重金属含量的影响

为研究酸碱溶液对尾矿砂含水率和重金属含量的影响,采用室内土柱动态淋溶的方法,对采自阜新同乃矿尾矿坝的尾矿进行实验,测得不同pH溶液动态淋溶后的尾矿砂含水率,并应用火焰原子吸收光谱法,测出尾矿砂中6种重金属元素在淋溶后的含量,结果表明:①经酸碱溶液淋溶后尾矿砂土体的含水率出现增加的现象;②淋溶液pH从4增加到7时,Cu和Cr的含量逐渐减少,淋溶液pH从7增加到10时,Cu和Cr的含量逐渐增加;相反Mn和Ni的含量先随pH的增加而增加,在pH大于8和8.5左右开始降低;Fe含量出现略微减少的趋势;Cd含量在淋溶液pH 4～6.5范围内逐渐增加,而后含量降低。文中淋溶液选择的是酸碱溶液而不是纯净水,所以用此结果描述尾矿库的环境和安全情况更具有实际意义。     

考虑转动阻抗对砂力学特性影响的离散元分析

基于离散元法进行一系列砂真三轴剪切模拟试验,探讨了颗粒间转动阻抗对砂宏细观力学特性的影响。分析了不同抗转动系数下砂的力学特性,并从细观角度解释了转动阻抗的影响机制。结果表明:随着抗转动系数的增加,偏应力峰值及其对应的峰值内摩擦角相应增加,同时应变软化现象逐渐加剧。在细观层面,从有效配位数、概率密度、颗粒间法向接触力和各向异性的角度分析转动阻抗的影响机理。研究进一步发现,转动阻抗抑制了砂颗粒之间的相对转动,导致砂颗粒之间的平均配位数降低;砂颗粒间强接触力概率密度及接触力大小均随着抗转动系数的增大而增大;通过三维直方图直观定性分析由不同转动阻抗对法向接触力以及应力诱发各向异性的影响,同时结合第二不变量表征组构张量和法向接触力张量的各向异性,发现各向异性系数均随着抗转动系数的增大而增大。     

Influence of the roughness and shape of quartz particles on their flotation kinetics

Surface roughness and shape play an important role on the behavior of particles in various processes such as flotation. In this research, the influence of different grinding methods on the surface roughness and shape characteristics of quartz particles as well as the effect of these parameters on the flotation of the particles was investigated. The surface roughness of the particles was determined by measuring their specific surface area via the gas adsorption method. The shape characteristics of the particles were measured and calculated by images obtained by scanning electron microscopy via an image analysis system. The flotation kinetics was determined using a laboratory flotation cell. The results showed that the particles of rod mill products have higher roughness and elongation ratio and lower roundness than the particles of ball mill products. The flotation kinetics constant of the particles increased with their surface roughness increasing. Particles with higher elongation and lower roundness indicated higher floatability. In addition, the influence of the surface roughness on the flotation kinetics was greater than that of shape parameters.     

碳纤维微生物固化砂力学性能及颗粒形状分析

微生物诱导碳酸钙沉淀（Microbial Induced Carbonate Precipitation,简称MICP）技术已被广泛应用于土体加固。纤维的加入可以降低微生物固化砂土的脆性,但从颗粒形状方面探究掺碳纤维微生物加固砂土的力学特性还未成体系。因此,本文采用不同含量的碳纤维掺入硅砂和钙质砂中,利用无侧限抗压强度试验、SEM电镜扫描和光学显微镜试验,研究了碳纤维掺量及颗粒形状对MICP固化砂土的影响。试验结果表明：碳纤维的加入可以有效提高微生物固化砂土的无侧限抗压强度,随着纤维掺量的增加先增大后减小,纤维在硅砂和钙质砂中的最优掺量分别在0.1%~0.3%和0~0.2%之间取得。纤维的加入增加了细菌的滞留从而增加了颗粒间碳酸钙的生成,从而表现为添加纤维后的试样无侧限抗压强度普遍高于未添加纤维的试样。且因硅砂的圆度低于钙质砂,粗糙度高于钙质砂,说明硅砂整体咬合力与内摩擦力高于钙质砂,总体上表现为硅砂的无侧限抗压强度普遍比钙质砂高。     

基于三维重构钙质砂的结构特征及相关性分析

钙质砂是一种碳酸钙含量高达50％以上且结构特征复杂的岩土工程材料.为了定量分析钙质砂的结构特征及其相关性,使用高精度X射线计算机断层扫描(computed tomography,CT)技术获取钙质砂CT切片,通过一系列图像处理方法分别重构钙质砂颗粒与孔隙的三维模型,计算钙质砂的颗粒体积、孔隙度、曲折度、颗粒形状系数、孔...     

垂直井筒携砂规律研究

借助砂粒在水和煤油中的静态沉降实验 ,优选出实际油井出砂自由沉降末速的预测公式 ,并计算得到了砂粒的不规则形状校正系数 ,通过流动携砂实验获得了砂粒在流动液体中的沉降规律。由于受管道内流体速度场的影响 ,砂粒的实际沉降速度并非自由沉降末速与流体平均流速的矢量和 ,而是与平均流速和砂粒自由沉降末速之间有一个线性的统计关系式。该研究最终确定出砂粒在井筒中表现为沉降、悬浮及上升运动的临界条件 ,此临界条件可作为有效实施井筒防砂工艺的理论依据。     

A laboratory test of the electrification phenomenon in wind-blown sand flux

The measured data in the wind-tunnel tests show that the wind-blown sand particles acquired a negative charge when their diameters are smaller than 250 μm and positive charge when their diameters are larger than 500 μm, which confirms Latham’s assumption that the large particles in wind-blown sand flux acquired positive charge while negative charge developed on small ones. In the meanwhile, the measured data also show that the average charge-to-mass ratio for wind-blown sand particles decreases with the increase of the particle diameter and the wind velocity, and increases with the rise of height. The electric field in wind-blown sand flux is mainly formed by the moving charged sand particles. Its direction is vertical to the Earth’s surface and upward, which is opposite to that of the fair-weather field. The electric field increases with wind velocity and height increasing. These experimental results will lay the foundation for developing the theoretical analysis of the electrification phenomenon in wind-blown sand flux.     

尾矿浆沉积室内模拟试验

尾矿浆的沉积特性对尾矿坝的坝体结构有重要影响.为了研究尾矿浆的沉积分层特征和时间演化规律,对黏性尾矿浆和砂性尾矿浆进行一维沉降柱试验,讨论了尾矿沉积物的细观结构特征和分层划分依据,分析了沉积物形态与时间的关系,并用双电层理论解释了絮凝作用对沉积特征的影响机理.结果表明:尾矿黏粒具有颗粒细小、黏土矿物成分比例高和吸附性强的特点,在液体环境下易形成高孔隙率的絮状结构体;根据细观结构的变化,尾矿沉积层从上到下依次分为澄清区、絮凝区、沉降区和固结区;按时间划分,可以将尾矿的沉积过程分为沉降阶段和固结阶段,黏性尾矿的沉积时间大约是砂性尾矿的2倍;砂性尾矿的沉积时间主要由单颗粒的自由沉降速度决定,黏性尾矿浆的沉积过程可用分界面高度-时间的函数关系来描述.研究结果揭示了尾矿浆的沉积过程和细观结构之间的联系,为尾矿浆沉积规律的预测提供了参考.     

颗粒尺度下砂岩出砂几何约束条件及毛管束模型

 对疏松砂岩油藏开发过程中的出砂问题进行研究,从细观尺度分析了砂岩颗粒的受力状态,明确了出砂的力学条件,提出砂岩出砂的3 个几何约束条件。分析认为,力学条件及几何条件同时约束砂粒的运移。将地层孔隙用毛管束表示,通过分析流体和砂岩颗粒在毛管束中的受力情况,建立了砂岩出砂毛管束模型,推导出砂岩出砂临界流速公式。研究表明,砂粒直径、孔隙度和岩石颗粒摩擦角增大,临界流速增大;流体黏度增大,临界流速变小。建立的临界流速公式与实验结果对比,平均误差为15.9%,符合较好。砂岩出砂几何约束条件丰富了砂岩出砂机理,建立的临界流速公式简明,可方便应用于矿场实践。