铜尾矿流变特性与管道输送阻力计算

流变参数是管道输送系统设计的基础,采用RST-SST型软固体流变仪进行尾矿浆体流变特性试验,确定了不同固相质量分数下尾矿浆体的屈服应力、黏度系数.当浆体固相质量分数大于70%后,屈服应力会随着固相含量的增加而显著上升.对矿浆进行剪切变稀试验发现,屈服应力可下降40.9%.针对不同尾矿浆体开展标准坍落度试验,当固相质量分数小于74%时,尾矿浆具有良好的流动性及较大的坍落度.利用得到的尾矿浆体的流变特性参数,进行了临界流速、摩阻损失的计算,为尾矿管道输送系统设计提供参考.     

基于环管实验的膏体流变特性及影响因素

为研究膏体的流变特性与影响因素,自主设计研发小型膏体环管实验平台,测试不同工况条件下膏体管道输送的τw-dv/dr流动曲线,并采用Hershel-Bulkey模型(简称H-B模型)进行回归分析,获得膏体管道输送的流变参数,分析水泥掺量、尾砂颗粒粒径及料浆质量分数对膏体屈服应力τ0、塑性黏度μ的影响。研究结果表明:膏体流变模型属于n1,τ00屈服伪塑性体,用H-B模型描述更为精确,其屈服应力τ0和塑性黏度μ都随着膏体料浆的质量分数增加呈指数增加,随着水泥掺量的增加先增大后降低;膏体料浆质量分数一定的情况下,构成膏体的尾砂粒径越细,屈服应力越大,与尾砂的比表面积呈幂指数关系。     

膏体流变参数影响机制及计算模型

首先对膏体物料特性开展量化表征研究,通过分析膏体细观结构的物质组成,提出了一种全面描述物料特征的综合指标——固体填充率;开展膏体流变实验,基于宾汉模型对流变曲线进行拟合获得相应的屈服应力及塑性黏度,分析了体积分数、质量加权平均粒径、不均匀系数、细颗粒及水泥质量分数等因素对流变参数的影响规律,并从细观结构的角度对其影响机制进行了解释,最终构建了流变参数关于固体填充率的计算模型.研究结果表明:相同条件下,膏体屈服应力及塑性黏度随体积分数增大呈指数增大,随物料不均匀系数增大而减小,随细颗粒含量增大呈先减小再增大的变化趋势.     

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%.     

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.     

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.     

阳离子乳化沥青对水泥乳化沥青浆体流变性的影响

采用流变仪测定水泥乳化沥青(CA)浆体的流变曲线,考察沥青与水泥质量比、沥青的组成和阳离子乳化沥青中乳化剂含量对CA浆体表观黏度和屈服应力的影响,通过激光粒度仪测定乳化沥青平均粒径,探讨乳化沥青平均粒径对CA浆体流变性的影响。结果表明:CA浆体属于非牛顿流体,呈现剪切变稀的特性;CA浆体的表观黏度和屈服应力都随沥青与水泥质量比和乳化沥青中乳化剂含量的增加而增大,随沥青质质量分数的增加而降低;CA浆体的表观黏度和屈服应力与乳化沥青的平均粒径负相关。     

煤浆浓度对油煤浆流变特性和表观黏度的影响

煤浆质量分数是影响油煤浆流变特性的主要因素之一。文中研究了煤浆质量分数对内蒙古胜利褐煤与液化起始溶剂和循环溶剂配制成的油煤浆的流变特性和表观黏度的影响。采用NXS-11A型旋转黏度计测量煤浆体系在30～70℃时在不同剪切速率下的剪切应力和表观黏度,绘制煤浆体系流变曲线和黏度曲线,分析了流变和黏度特性。结果表明:在实验条件下胜利褐煤起始溶剂油煤浆和循环溶剂油煤浆都符合宾汉流体的特征;油煤浆体系的塑性黏度、屈服应力和表观黏度都随煤浆质量分数的增大而增大,煤浆的表观黏度与煤浆质量分数之间呈指数增长型关系,当煤浆质量分数超过一定数值范围后,煤浆体系的表观黏度会急剧上升。     

基于RSM和CFD的废石-尾砂充填料浆流变及输送特性研究

为了解决矿山固废大量排放造成的环境问题,采用大红山铜矿的废石与尾砂作为充填材料,采用响应曲面法(RSM)与计算流体动力学(CFD)方法分析质量分数、水灰比对料浆流变特性及输送特性的影响规律。结果表明,废石-尾砂充填料浆符合Herschel-Bulkley模型,屈服应力受料浆质量分数变化的影响显著,黏度随着料浆质量分数的增大而增大,但随着水灰比的增大呈递减趋势。料浆的阻力损失、流速和质量分数均呈指数增长关系,料浆的最佳输送质量分数为83%～84%。研究结果可为废石-尾砂充填料浆的实际应用提供理论指导。     

石灰石粉对碱激发胶凝体系流变性能的影响

为解决碱胶凝材料反应过快而导致其流变性和工作性能差的问题,采用流变学原理研究了不同掺量下的石灰石粉(0%、5%、10%、15%、20%)对固体水玻璃和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝材料流变特性的影响。研究结果表明,新拌胶凝材料浆体内部的屈服应力和塑性黏度是影响碱胶凝材料流变性和工作性能的关键因素;反应生成的凝胶造成浆料内部颗粒团聚以及颗粒间作用力和摩擦力增大,从而导致屈服应力和塑性黏度增大,可以通过添加惰性矿物来改变浆料的屈服应力和塑性黏度;固体和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝材料符合Bingham模型,加入石灰石粉并未改变其流变模型;石灰石粉对固体水玻璃和液体水玻璃激发矿渣—粉煤灰胶凝体系的屈服应力和塑性粘度影响稍有不同,在液体水玻璃激发浆料体系中的塑性粘度以石灰石粉掺量20%为最小,而在固体水玻璃体系中掺入石灰石粉可使浆料的塑性粘度降低15%～30%。     

不同温度磁化水对水泥净浆流变性能的影响

为明确不同温度磁化水对水泥净浆流变性的影响,用不同温度的磁化水拌制水泥净浆,采用旋转流变仪进行流变性能测试,得到了水泥净浆流变性能变化规律.实验结果表明,温度升高,水泥净浆屈服应力增大,塑性黏度减小.水经过磁化处理,表面张力减小,30℃时减小最多,减小15.74％.相比较于普通水搅拌的水泥浆体,用磁化水搅拌的水泥净浆的屈服应力增大,塑性黏度先增大后减小.磁化组的水泥浆体Zeta电位低于普通组,水化热高于普通组,证明磁化处理使得水泥浆体初期水化更加充分;触变环面积变化规律与塑黏度变化规律一致.     

钢渣掺量对3D打印地质聚合物材料新拌浆体流变性的影响

研究了钢渣掺量对钢渣-矿渣基地质聚合物3D打印材料新拌浆体流变性的影响.实验结果表明:修正Bingham模型用于表征3D打印材料浆体流变模型更为准确;随钢渣掺量的增加,新拌浆体剪切应力和屈服应力的增大同时其塑形黏度降低;新拌浆体的流变特性决定其早期构件的完整性,快速增长的屈服应力确保了其挤出后的成型能力;优异的剪切变稀能力有利于运输过程中的管内压力降低.     

再生细骨料残余浆体对混凝土流变性和强度的影响

文章开展再生细骨料残余浆体的定量表征实验、混凝土常规工作性能试验、流变性能试验和力学性能试验,研究不同残余浆体质量分数对再生细骨料混凝土流变性能和力学性能的影响。研究发现,再生骨料表面残余浆体的去除可以明显改善其基本性能,再生细骨料的使用会使新拌混凝土的坍落度和扩展度损失加快,屈服应力增大,塑性黏度降低。随着再生细骨料残余浆体质量分数的减少,用其制备出的再生混凝土的抗压强度和劈裂抗拉随之增大。当浆体质量分数为14.9%时,骨料水泥界面过渡区粘结紧密,再生细骨料混凝土的28 d抗压强度和劈裂抗拉强度分别为28.50、2.30 MPa,约为普通混凝土的89%、77%,表明较低残余浆体质量分数的再生细骨料可取代天然砂应用于混凝土中。     

减水剂与粉煤灰对全尾砂胶结充填料浆流变性能的影响

全尾砂胶结充填料浆流变性能直接影响其工作性能。采用Brookfield RST-SST型流变仪定量分析了聚羧酸(PC)、萘系(PNS)和三聚氰胺系(PMS)3种类型高效减水剂与粉煤灰单掺和复掺时对料浆流变性能的影响。结果表明:无论减水剂类型,掺入料浆后均可降低其屈服应力和塑性黏度且减水剂掺量越高降低幅度越大,料浆流变性能改善效果越好。3种类型减水剂对料浆流变性能改善程度存在差异,其中PC作用效果最好。减水剂的改性效果随着胶结料的持续水化而出现缓慢退化;随粉煤灰掺量的增加,料浆的屈服应力和塑性黏度呈整体降低趋势,其作用机理主要源于"形态效应";减水剂与粉煤灰两者在改善料浆流变性能方面具有协同效应,复掺后可显著改善料浆的流变性能,效果明显优于单掺改性效果。     

充填膏体流变参数优化预测模型

为了更精确地对充填膏体流变参数进行优化预测,建立主成分分析法(PCA)和改进的BP神经网络(I-BPNN)相结合的优化预测模型。以某金属矿山充填膏体配比实验为基础,利用主成分分析法对充填膏体流变参数影响因素(膏体质量分数、砂灰质量比、料浆容重和坍落度等)进行预处理,得出主成分,再利用改进BP神经网络模型进行预测,最终得到更准确的充填膏体流变参数预测结果。研究结果表明:该模型对充填膏体屈服应力、黏度等流变参数优化预测的相对误差都控制在5%以内,较未经主成分分析的BP神经网络预测结果,经主成分分析后,屈服应力预测相对误差降低0.48%~7.29%和黏度相对误差降低1.67%~6.20%,表明该模型对充填膏体流变参数预测是合理、有效的,屈服应力与黏度的预测精度显著提高,为充填膏体流变参数优化预测提供了一种新思路。     

从屈服应力角度完善膏体定义

为了确定适合工业应用的膏体浓度范围,从屈服应力角度完善了膏体定义:以屈服应力为(200±25)Pa时料浆中固相的质量分数为恰饱和质量分数,反推饱和率为101.5%~105.3%时料浆中固相的质量分数范围,即为工业应用膏体浓度.采用不同矿山的两种尾矿(1#尾矿和2#尾矿)对膏体定义分别进行室内实验和工程验证.结果表明:1#尾矿室内动态压密实验获得的底流中固相的最大质量分数为73.71%,膏体定义预测的理论膏体浓度最大值为73.89%,二者相差0.18%;2#尾矿通过深锥浓密机获得底流中固相的最大质量分数为68%,膏体定义预测的理论膏体浓度最大值为68.97%,二者相差0.97%.完善后的膏体定义对膏体浓度预测更可靠.     

环境温度和水化时间对纳米偏高岭土水泥浆流变性的影响

为研究环境温度和水化时间对纳米偏高岭土(NMK)水泥浆流变性的影响，利用流变性方法测量不同环境温度(8～45℃)和水化时间(10～90min)条件下NMK水泥浆流变性的变化规律.同时采用X-射线衍射仪和激光粒度仪分析新拌NMK水泥浆水化特性及絮凝结构.考虑环境温度、水化时间、NMK掺量和水胶比的影响，基于BP神经网络建立了流变参数预测模型.结果表明：水泥与水接触90min内水泥水化缓慢，NMK颗粒特性和絮凝结构是影响新拌水泥浆流变性的主要因素.NMK水泥浆流变特征符合修正Bingham模型，浆体呈现剪切稀化行为；随环境温度(8～45℃)升高，NMK水泥浆表观黏度降低，触变性先增大后减小，且水泥浆触变性在27℃左右达到最大值；环境温度对屈服应力和塑性黏度无显著影响.掺1%～10%NMK水泥浆表观黏度、屈服应力和塑性黏度随水化时间(10～90min)的变化幅度较普通水泥浆小.考虑环境温度、水化时间、NMK掺量等多因素影响的BP神经网络模型所预测流变参数与试验值吻合较好.     

水泥与减水剂相容性的流变学研究

通过考察水灰比、减水剂类型、水泥等因素对水泥与减水剂相容性及净浆流变性能的影响,研究相容性与浆体流变性能的关系,阐述了相容性的流变学含义.研究结果表明:掺减水剂的水泥净浆的流变特征符合一般宾汉姆流型或牛顿流型.Marsh筒法检测的流速是浆体屈服应力和黏度系数的综合反映;饱和点掺量与饱和点Marsh时间分别代表了浆体屈服应力和黏度系数降低至最小恒定值时对应的减水剂最小掺量,以及最小黏度系数的大小.     

刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系

采用浇注料流变仪、L型流动性测试装置和自流值测定装置,测定了加水量、分散剂(FS10)、纯铝酸钙水泥和α-Al2O3微粉对刚玉质自流浇注料的流变性和流动性的影响,并分析了流变性和流动性之间的关系.实验结果表明:随加水量增加(质量分数4.9%～5.3%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度均逐渐减小,自流值和流动速度逐渐增大.随分散剂FS10加入量的增加(质量分数0.16%～0.20%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度逐渐减小,自流值和流动速度逐渐增大;分散剂FS10加入量继续增大时(0.20%～0.22%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度显著增大,而自流值和流动速度大幅下降.随纯铝酸钙水泥加入量增加(质量分数1%～4%),流变参数和流动参数有一定的变化,但变化不明显.随α-Al2O3微粉加入量的增加(质量分数9%～12%),相对屈服应力和相对平均黏度均减小,相对塑性黏度变化不大,自流值变化不大,流动速度加快.刚玉质自流浇注料流变参数和流动参数之间的关系为:自流值和相对屈服应力有较好的相关性,而流动速度和相对平均黏度有较好的相关性.     

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。