深锥浓密机搅拌刮泥耙扭矩力学模型

基于深锥浓密机内部不同高度、不同浓度尾砂对耙子运行的影响,对耙子进行受力分析,提出复杂结构耙子扭矩的计算模型.根据实际现象,将浓密机部物科分布划分为流体区和散体区两大区域,散体区内尾砂无流动性;运用浆体流变学原理和散体力学原理分别分析位于不同区域内耙子构件的受力状态,对不同的构件提出相应的扭矩模型,最终建立一种新的复杂结构耙子的扭矩力学模型.最后,利用该模型对现场深锥浓密机驱动参数进行验算.研究结果表明:最大扭矩为633.808 6 kN·m,超出停机保护额定值21.85％;小耙子产生的扭矩占耙子总扭矩的37.96％,贡献最大.这一结果从理论上解释了深锥浓密机压耙及压耙后无法重启的原因.     

絮凝沉降对全尾砂料浆流变特性的影响

通过研究沉降后料浆流变参数变化规律,探索基于料浆流变特性作为全尾砂絮凝沉降参数优化的可行性。以某铜锌矿全尾砂为实验材料,通过考察絮凝剂种类、入料体积分数、絮凝剂单耗这3个因素,进行静态絮凝沉降及料浆流变测试实验。实验结果表明:在絮凝剂种类筛选实验中,所选4种絮凝剂沉降效果区别较小,不同絮凝沉降后料浆屈服应力相差不大,添加N123作为絮凝剂时料浆黏度最小,絮团内部水分容易被挤出,絮凝沉降效果最佳;在入料体积分数及单耗实验中,当入料体积分数为10%~15%、絮凝剂单耗为25 g/t时,单位面积固体处理量和底流体积分数均较高,并且屈服应力及黏度达到极小值,有利于料浆进一步压密脱水及耙架运行。     

磁化处理的全尾砂料浆沉降参数优化模型

为了提高全尾砂料浆的脱水浓缩效果,将磁化处理技术引入到全尾砂料浆脱水浓缩中,并建立GA-SVM模型优选全尾砂料浆的沉降参数。建立支持向量机(SVM)沉降参数优化模型,以磁感应强度、磁化处理时间、料浆流速、料浆浓度、絮凝剂单耗为输入因子,沉降速度为综合输出因子,通过正交试验建立样本数据对SVM模型进行训练与检验,采用遗传算法(GA)对SVM模型参数进行优化,进而得到磁化全尾砂料浆沉降参数的GA-SVM优化模型。将GA-SVM模型运用到某铁矿磁化全尾砂料浆沉降参数优化中,得到的最佳沉降参数为磁感应强度0.192T、磁化处理时间1.85min、料浆速度1.92m/s、PAC单耗28g/t,沉降速度可达约155cm/h。研究表明:适宜的磁化处理条件可提高全尾砂料浆的脱水浓缩效果,节约30.0%~42.5%PAC用量,GA-SVM模型对全尾砂料浆沉降参数预测结果相对误差在5%以内、预测精度高,为全尾砂料浆脱水浓缩及其参数优选提供了一种新思路。     

基于停留时间的深锥浓密机耙架扭矩计算模型

在膏体充填过程中,间歇式充填作业会使料浆在深锥浓密机(DCT)中的停留时间延长。为研究料浆停留时间对DCT耙架扭矩的影响,首先,进行不同停留时间下的深锥相似模拟实验,得到底流料浆屈服应力与耙架扭矩的变化规律;其次,将DCT耙架分解为水平横梁、导水杆、耙臂及刮泥耙这4个构件进行受力分析,联立屈服应力与停留时间的函数关系,建立不同停留时间的DCT耙架扭矩计算模型。最后,对扭矩计算值与实测值的相对误差进行分析,结合对DCT锥部泥层的观测,探索停留时间对耙架扭矩的影响及压耙机理。研究结果表明：模型中耙架扭矩随停留时间的变化规律与实际结果一致,可划分为缓慢增长和快速增长2个阶段;粗颗粒尾砂(CPT)在“重-压-剪”三力作用下,随着停留时间延长而不断向DCT底部运移、密实,逐渐在锥部形成“高CPT占比、高浓度、高摩擦、难屈服”的“三高一难”致密层,料浆反作用于耙臂和刮泥耙导致耙架扭矩增大,最终导致DCT压耙。     

全尾砂动态絮凝沉降试验研究

运用浓密机动态试验装置,通过连续进料和连续放砂,以沉降速度、底流质量分数、溢流水悬浮物质量浓度作为动态絮凝沉降效果的评价指标,研究不同条件下全尾砂动态絮凝沉降的变化规律。研究结果表明:沉降速度与絮凝剂单耗、供料速度、料浆质量分数均呈正相关;底流质量分数随絮凝剂单耗的增加先增加后基本保持不变,与供料速度呈负相关,与料浆质量分数呈正相关;溢流水悬浮物质量浓度与絮凝剂单耗呈正相关,与供料速度、料浆质量分数均呈负相关。确定该尾砂最佳动态絮凝沉降条件如下:絮凝剂单耗为10 g/t,供料速度为1.5L/min,全尾砂料浆质量分数为13%左右。     

不同粒径尾砂料浆塌落度和屈服应力关系

尾砂料浆的流变特性既是水砂充填管道输送设计的重要指标,也可为尾砂胶结料浆的流动特性评价提供参考。基于标准塌落筒试验和流变试验,获得了不同质量浓度下4种尾砂料浆的塌落度和剪切屈服应力。结果表明：在料浆塌落度变化较大的质量浓度区间内,粗、细粒径尾砂料浆的塌落度均随料浆质量浓度的增加而减小,但细粒径尾砂料浆塌落度减小速度更快;随着质量浓度的增加,细粒径尾砂料浆的剪切屈服应力呈指数形式增大,而粗粒径尾砂料浆的屈服应力的变化相对不显著。通过分析粗、细尾砂料浆的塌落度和流变试验结果,发现料浆塌落度与屈服应力之间呈指数关系。     

泥层高度对细粒全尾浓密规律的影响

 深锥浓密机是膏体制备的关键设备,而泥层高度影响着浓密机内部料浆沉降速度和压密浓度。通过量筒静态沉降试验发现,扰动区料浆沉降速度最快,无明显规律;沉降区料浆高度越高,沉降速度越快;压密区为匀速沉降。采用动态搅拌装置,对不同泥层高度料浆浓密规律进行探究。结果表明,当泥层高度一定时,料浆浓度的变化速率随着压密时间的增加而逐渐减小,6h内料浆浓度变化最快,压密效率最高,当压密时间达到12h时,极限质量分数变化很小;在相同压密时间下,不同泥层高度下料浆极限质量分数范围为71.23%—74.43%。经分析,该料浆质量分数达到70%以上时,极限质量分数值与高径比呈线性正相关。因此,泥层高度是影响底流浓度大小的一个重要因素。     

深锥浓密机底流浓度预测与外部结构参数优化

针对困扰支持向量机(SVM)模型参数选择问题,结合遗传算法(GA),建立了深锥浓密机底流放砂浓度的GA-SVM预测模型,研究了不同结构参数状态下底流浓度的变化规律,进行了深锥浓密机的外部结构参数优化选择。以司家营铁矿为例,在最优底流放砂浓度为72%的条件下,经外部结构参数优化后的深锥浓密机锥高10m、锥角为30°,系统稳定可靠、底流连续均匀,动力荷载较同类矿山降低约15%,压耙停机故障降低80%。     

安徽某铁矿山的絮凝沉降方案实验研究

安徽某铁矿山采用立式砂仓浓密沉降制备全尾砂原料膏体,制备过程出现了立式砂仓底流浓度低,溢流水跑浑等问题.为解决立式砂仓浓密存在的一系列问题,矿山拟采用深锥浓密机方案改造立式砂仓,需对全尾砂絮凝沉降方案开展实验研究.本次实验的絮凝沉降效果以上清液的澄清度、絮凝沉降底流浓度和沉降率三项指标综合考虑进行判断.实验第一步骤通过4种分子量的阴离子聚丙烯酰胺(APAM)沉降效果比较,优选出1 200万和1 600万的APAM最佳分子量方案;第二步骤实验确定最佳絮凝剂添加量,实验结果表明,分子量1 200万最佳添加量为10 g/t~20 g/t,分子量1 600万最佳添加量为20 g/t~30 g/t.本次絮凝沉降实验方法将全尾砂浆上清液的澄清度作为主要判断指标之一,满足了回水再利用的要求,对节约水资源和降低充填成本具有重要的意义.     

尾砂充填料浆流变性能模型与试验研究

以地下矿山尾砂充填料为研究对象,试验研究与理论分析相结合的方法,利用R/S+流变仪和岩石力学试验机对充填料浆的流变性能进行试验研究.引入Papanastasiou黏塑性流体模型来表征尾砂充填料浆的黏度和切应力变化过程.研究结果表明:该黏塑性流体模型预测的结果和试验结果相吻合,因此可用于理论分析计算;得到不同的压力增长指数下切应力-切变速率曲线;尾砂充填料浆的黏度和屈服应力随料浆质量分数的增加而增大;同一质量分数下,胶结尾砂的黏度和屈服应力比全尾砂大.通过对充填料浆流变性能的研究,为矿山充填设计提供了理论和实验依据.     

全尾砂膏体充填临界质量分数

以全尾砂充填膏体为研究对象,利用四叶桨式旋转式流变仪测试质量分数为69%～81%的充填料浆的流变特征及其参数,采用赫谢尔-布尔克莱模型回归得出料浆在剪切速率为0～120 s-1条件下的流变模型.结果表明:质量分数为69%～81%的料浆流变模型为屈服伪塑性体,质量分数为81%的料浆为宾汉塑性体;流变性能指数n与料浆的质量分数呈线性关系,随质量分数的增大而增大.膏体的临界质量分数为80.91%.     

絮团稠化对全尾砂浓密性能的影响

基于全尾砂浓密过程料浆质量分数高,尾矿絮团无法直接观测,而取样稀释再进行测试分析难以避免误差,借助FBRM和PVM实时在线监测和分析系统,观测全尾砂浓密过程耙架剪切应力和重力耦合作用下絮团颗粒结构和粒度的变化。研究结果表明:在泥层高度分别为25,45和70 cm的3个全尾砂浓密阶段内均保持耙架转速为15 r/min的试验条件下,直径在100μm以上的絮团逐渐破裂重构而数量减少,直径在10μm以下絮团数量相应增加,松散的大絮团逐渐演化成为密实的小絮团;絮团有效直径随剪切时间延长和泥层高度增加而减小,絮团稠化速程度随泥层高度上升而加快;有效干涉沉降系数是基于絮团有效直径的函数,随剪切时间延长和泥层高度增加呈现先增大后稳定的趋势。     

云南某铅锌矿全尾砂膏体室内实验研究

对云南某铅锌矿采用全尾砂膏体充填方案开展了室内实验研究,分析了全尾砂基本物理化学性质(粒级组成、化学成分),并进行了全尾砂自然沉降试验、坍落度试验、全尾砂试块单轴强度试验,获得了全尾砂及全尾砂胶结料的自然沉降特性、流动性能、析水性能及强度特性.试验结果显示:全尾砂自然沉降2~3 h后,重量浓度达到72%~76%,需要添加絮凝剂加快沉降;全尾砂胶结料的重量浓度为78%~79%时,坍落度为24~17 cm,基本无析水(1%~0.6%),充填料呈膏体状态,适合长距离输送;全尾砂膏体配合比在1∶4~1∶12时,28 d单轴抗压强度达到1~4 MPa.室内实验初步表明该矿山可以采用全尾砂膏体充填方案.     

全尾砂膏体搅拌剪切过程的触变性

膏体触变性是一种复杂的流变现象,涉及到膏体的搅拌制备、管道输送、采场流动等多方面,但是对膏体的触变性机理目前还缺乏统一的认识,对全尾砂膏体处置技术中出现的各种与触变性相关现象还难以解释。针对全尾砂膏体搅拌剪切过程中的触变行为,对某尾矿全尾砂膏体在不同条件下进行流变测试,研究全尾砂粒级、膏体中固相质量分数、水泥添加量、静置时间等因素对膏体触变的影响规律,分析全尾砂膏体触变行为及其对全尾砂膏体稳定性能的影响。研究结果表明,全尾砂颗粒以三维网状结构弥散于浆体空间,其触变性与屈服应力及膏体料浆稳定性相关,受到料浆中超细成分、灰砂比、固相质量分数等影响,膏体触变特征可划分为剪切破坏及静置恢复两个过程,其流变特性具有随时间而变化的特点。     

全尾砂絮凝沉降规律及其机理

以某矿全尾砂和聚丙烯酰胺(PAM)为实验原料进行静态絮凝沉降实验,研究给料浓度和絮凝剂单耗对尾矿最大沉降速度和静止沉降极限浓度的影响,通过对实验数据回归分析得出简易的沉降速度模型. 将模型划分为六个阶段,包括紊流影响段、加速沉降段、沉降末速段、干涉沉降区、压密沉降段和极限沉降段,并利用两相流理论、絮凝理论对其合理性进行阐述. 实验结果证明:在单耗一定(20g·t-1)时,沉降速度与给料浓度负相关,极限浓度与给料浓度正相关;在给料质量分数20%时,单耗临界值为30g·t-1,极限浓度与单耗负相关. 建议深锥浓密机给料质量分数20%,絮凝剂单耗20g·t-1.     

废石尾砂混合料浆流变特性及充填采场流动性试验

为了在金川充填采矿中实现废弃物资源化利用,开展了废石和尾砂两种骨料的混合充填料浆流变特性以及在采场中的流动性研究.首先基于现场取样进行废石和尾砂两种骨料的粒径级配分析,获得了满足充填骨料级配的废石与尾砂的质量比分别是6∶4和5∶5.然后针对这两种混合充填料,进行高浓度充填料浆坍落度试验.结果表明,两种混合充填料浆的坍落度大于20cm,满足金川矿山充填料浆泵送输件的要求;其质量分数在78%以上时属于高流态料浆,但废石与尾砂质量比为6∶4的混合充填料浆的流动性略优于质量比为5∶5的.通过混合充填料浆环管试验,确定了废石与尾砂质量比为6∶4、管径为130mm和质量分数为78%的混合充填料浆为合理管输参数.最后根据充填采场现场调查和强度分析,发现废石与尾砂质量比为6∶4和5∶5的混合充填料浆在采场中流动的坡面角分别为0.55°~1.19°和0.38°~1.26°,但料浆在下料点存在不明显的"锥堆"现象.采场中胶结充填体强度呈现"下高上低"现象,说明废石尾砂混合充填料浆仍存在轻度的沉淀离析.     

不同浓度料浆流变特性与混合骨料级配相关性试验

为了探究混合骨料配比及粒径级配对料浆流变特性的影响,首先对矿山充填常用的废石和棒磨砂及其混合骨料进行粒径分析,并得到相应的特征粒径.其次采用流变仪对不同骨料配比、不同质量分数条件下的料浆进行测定,采用H-B流变模型拟合出相应的流变参数.然后对流变参数和流变特性进行分析,并基于最小二乘法研究骨料粒径级配与料浆流变特性的相关性.最后对料浆稳定性进行讨论,并通过建立力学模型确定了混合骨料不沉降离析的临界粒径范围为13.8~21.6mm.试验结果表明:料浆屈服应力和表观黏度均随料浆质量分数的增大而增大;随着剪切速率的增大,料浆流变特性表现出不同的模型特性;料浆流变特性参数与骨料粒径级配的相关性随着特征粒径值的增大而增大.随着质量分数的提高,料浆屈服应力与骨料粒径级配相关性逐渐减弱,而表观黏度与之相反,质量分数和骨料粒径级配对料浆稳定性有很大影响.     

全尾砂絮凝沉降特性实验研究

采用均匀法进行室内实验设计,研究絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度和给料浓度三因素对固液分离技术中沉降速度和沉降浓度的影响.对实验数据进行回归分析后认为,各因素对沉降速度的影响程度从大到小为：给料浓度〉絮凝剂单耗〉絮凝剂溶液浓度.沉降速度与絮凝剂单耗、絮凝剂溶液浓度正相关,与给料浓度负相关;对沉降浆体浓度影响程度从大到小为：给料浓度〉絮凝剂单耗〉絮凝剂溶液浓度.沉降浓度与絮凝剂单耗、给料浓度正相关,与絮凝剂溶液浓度基本无关.利用非线性规划寻找最优配比,预测值与验证实验的实测值误差小于8%.推荐的深锥浓密机运行参数为絮凝剂单耗5 g.t-1,絮凝剂溶液浓度0.05%,给料浓度5.233%.     

膏体料浆管道输送中粗骨料颗粒运动规律分析

为分析粗骨料膏体料浆在管道输送时因剪切诱导作用而使粗骨料颗粒产生的相对运动,以全尾砂膏体料浆能够限制尾砂颗粒的沉降运动为出发点,将全尾砂膏体料浆视为伪匀质悬浮液,将不具有流变活性的粗骨料颗粒视为被承载固体。依据粗骨料膏体管道输送时的流速分布特性,构建具有剪切流动区与非剪切流动区的复合流动模型。通过宏观颗粒模型MPM研究粗骨料颗粒的运动规律,分析粗骨料颗粒在X轴、Y轴和Z轴方向上的位移与线速度。研究结果表明:粗骨料颗粒在剪切流动区域内存在较明显的径向偏移与轴向差速运动,粗骨料颗粒在剪切流动区域内发生相对运动的主要原因为径向的流速梯度引起颗粒的自旋转。通过数值计算结果与理论分析的对比,说明复合流动模型描述粗骨料颗粒运动的可行性以及相对运动原因的可信性。     

全尾砂浓密特性研究及其在浓密机设计中的应用

在实验装置中添加了转子导流系统,使模型装置更接近于现场高效浓密机.采用均匀设计方法,以单位面积固体处理量和底流体积分数作为尾砂浓密效果的评价指标,考察各因素对尾砂浓密效果的影响.结果表明:单位面积固体处理量与絮凝剂单耗正相关,最佳入料体积分数为6·56%;底流体积分数与入料体积分数、停留时间和絮凝剂单耗均正相关.最后通过凯奇沉降模型对沉降曲线进行分析,速度限制层一般为过渡区与压缩区的交界处,根据实验结果和尾砂日处理量计算得出浓密机的最小直径为14m.