CN110954464A

CN110954464A - 一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备

Info

Publication number: CN110954464A
Application number: CN201911366284.5A
Authority: CN
Inventors: 王媛; 吴龙; 黄景琦; 李庆文; 崔旋; 杨春波
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-04-03

Abstract

本发明公开了一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，包括方形槽、阳极电极板、阴极电极板、土工布、排水管、稳压直流电源输出设备和导线。方形槽的槽壁上设有限位凸起，方形槽的槽底设有排水孔；阳极电极板竖直贴覆于方形槽内部一侧；阴极电极板上均布有多个通孔，阴极电极板与阳极电极板相对设置，阴极电极板的远离阳极电极板的一侧与限位凸起限位相抵；土工布外包于阴极电极板上；排水管的上端与排水孔可拆卸式密封连接；两根导线将稳压直流电源的正极、负极分别与阳极电极板、阴极电极板相连。本发明的尾矿砂的电渗法加速排水试验设备能够推动电渗法在尾矿库排渗系统中的推广与应用，具有重要的理论研究与工程应用价值。

Description

一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备。

背景技术

浸润线是尾矿坝的“生命线”，尾矿坝中的浸润线过高时将严重威胁尾矿坝的安全性，因此在尾矿坝的设计和修建中，应采取一定的排渗措施降低尾矿坝的浸润线。

关于尾矿坝中排渗措施的研究已经有几十年的历史，目前为止，国内外常用的排渗措施有管井法、虹吸井法、轻型井点法、垂直——水平排渗系统、辐射井技术、空间排渗系统、排渗管、槽孔管及库底排渗(排水褥垫与排渗盲沟)及各种方法的组合等，上述提及的有些方法由于不能实现自流排渗，运行和管理不方便，已退出使用，有些方法在一定程度上能比较好的解决浸润线过高的问题。

但是，随着现代选矿技术的提升和土地使用的制约，我国的尾矿库必然朝着细粒筑坝与高堆尾矿坝方向发展，其灾害隐患将会更加突出。再继续使用上述排渗方法时就会或多或少地存在排渗管失效、淤堵等一些问题，进而导致尾矿库中的水排不出或者排渗速度较慢，导致尾矿坝浸润线过高而发生溃坝等危险。

电渗(electroosmosis)是电动现象之一。在电场中，由于多孔支持物吸附水中的正负离子，使溶液相对带电，在电场作用下，溶液就向一定的方向移动，此种情况称为电渗现象。如何提供一种试验设备，用以研究电渗法加速排水的试验效果，从而指导尾矿库的排水，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，通过往一定含水量的尾矿砂试样中通入直流电源加速尾矿砂的排水，定时测排水量、电势及电流大小等数据，经过计算后可得到尾矿砂试样在施加电场以后的排水速率，电渗透系数及总能耗随时间的变化情况，推动电渗法在尾矿库排渗系统中的推广与应用，具有重要的理论研究与工程应用价值。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明公开了一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，包括：

方形槽，所述方形槽内具有容置腔体，所述方形槽的槽壁上设有限位凸起，所述方形槽的槽底设有排水孔；

阳极电极板，所述阳极电极板竖直贴覆于所述方形槽内部一侧；

阴极电极板，所述阴极电极板上均布有多个通孔，所述阴极电极板与所述阳极电极板相对设置，所述阴极电极板的远离所述阳极电极板的一侧与所述限位凸起限位相抵，所述阴极电极板将所述容置腔体分为试样区和集水区，所述阳极电极板与所述阴极电极板之间为所述试样区，所述试样区用以容纳尾矿砂，所述阴极电极板与所述方形槽内部另一侧之间为所述集水区，所述排水孔位于所述集水区；

土工布，所述土工布外包于所述阴极电极板上；

排水管，所述排水管的上端与所述排水孔可拆卸式密封连接；

稳压直流电源输出设备；

导线，两根所述导线分别将所述稳压直流电源的正极与所述阳极电极板相连，将所述稳压直流电源的负极与所述阴极电极板相连。

优选地，所述方形槽为透明材质。

优选地，所述排水管为PE管。

优选地，所述限位凸起为竖直棱条，所述限位凸起为两个且分别位于所述方形槽上位置相对的两个侧壁上。

优选地，还包括量筒、电压表、电流表和秒表，所述量筒位于所述排水管下方，所述电压表用以检测所述阳极电极板与所述阴极电极板之间的电压，所述电流表用以检测所述导线上的电流，所述秒表用以记录通电时间。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.方形槽为透明材质，可以观察电渗实验过程中的试验性状；2.方形槽内设有限位凸起，便于卡住阴极电极板，固定阴极电极板的位置，使试样箱内的尾矿砂试样能固定在一定的长度，便于计算；3.阴极电极板上均布通孔，便于将试样区内尾矿砂试样中电渗后产生的水排向集水箱内；4.阴极电极板外包湿润的土工布防止尾矿砂颗粒随着水的流动流入集水区内；5.排水管可自由拆卸，可以根据需要调整排水管的长度；6.排水量、电势及电流的大小能同步监测，大大缩短整个试验的周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例尾矿砂的电渗法加速排水试验设备的主视图；

图2为方形槽及其内部结构的俯视图；

图3为阳极电极板的结构示意图；

图4为阴极电极板的结构示意图；

附图标记说明：1—方形槽；2—试样区；3—集水区；4—限位凸起；5—阳极电极版；6—阴极电极板；7—稳压直流电源输出装备；8—导线；9—排水管；10—排水孔；11—通孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，用以研究电渗法加速排水的试验效果，从而指导尾矿库的排水。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，本实施例提供一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，包括方形槽1、阳极电极板5、阴极电极板6、土工布、排水管9、稳压直流电源输出设备和导线8。

其中，方形槽1优选为透明材质，例如透明塑料、透明玻璃等。方形槽1内具有容置腔体，方形槽1的槽底设有排水孔。方形槽1的槽壁上设有限位凸起4，限位凸起4用以对阴极电极板6的一侧进行限位支撑，防止阴极电极板6歪倒。阳极电极板5竖直贴覆于方形槽1内部一侧；阴极电极板6上均布有多个通孔10，阴极电极板6与阳极电极板5相对设置，阴极电极板6的远离阳极电极板5的一侧与限位凸起4限位相抵。阴极电极板6将容置腔体分为试样区2和集水区3。阳极电极板5与阴极电极板6之间为试样区2，试样区2用以容纳尾矿砂。由于尾矿砂达到一定深度后可对阳极电极板5和阴极电机板的相对侧进行支撑，防止其向内侧歪倒，因此阳极电极板5无需通过粘贴或紧固件固定等方式固定于方形槽1上，限位凸起4也只需要对阴极电极板6的远离阳极电极板5的一侧进行限位支撑即可。阴极电极板6与方形槽1内部另一侧之间为集水区3，排水孔位于集水区3。土工布(图中未画出)外包于阴极电极板6上，土工布仅允许试样区2的水流过土工布和阴极电极板6进入集水区3，不允许尾矿砂流过。排水管9优选为PE管，排水管9的上端与排水孔可拆卸式密封连接(例如螺纹连接)，操作人员可对排水管9流出的水进行收集和测量。两根导线8分别将稳压直流电源的正极与阳极电极板5相连，将稳压直流电源的负极与阴极电极板6相连，从而为阳极电极板5和阴极电极板6之间的尾砂区施加持续稳定的直流电压。

本实施例的尾矿砂的电渗法加速排水试验设备的使用步骤如下：

步骤一：配制好所需含水量的尾矿砂试样并搅拌均匀；

步骤二：将阳极电极板5与外包湿润土工布的阴极电极板6放入嵌入方形槽1内，阳极电极板5竖直贴覆于方形槽1内部一侧，阴极电极板6的远离阳极电极板5的一侧与限位凸起4限位相抵；

步骤三：将配制好的尾矿砂试样倒入试样区2中静置24h，并将稳压直流电源输出装备7与导线8完好连接；

步骤四：静置24h后在排水管9下放置收集装置，打开稳压直流电源输出装备77的电源，同时开始计时；

步骤五：当电渗进行一段时间后记录电渗进行的时间(t)，收集装置中的排水量(Q)，稳压直流电源输出装备7的电压(φ)及电流(I)的大小；

步骤六：按照步骤一至步骤五做一组不通电情况下的对比试验，记录时间(t)及量筒中的排水量(Q)；

步骤七：分析超细尾矿砂试样在施加电场以后的排水速率，电渗透系数及总能耗随时间的变化情况。其中排水速率的计算公式为式(1)，电渗透系数的计算公式为式(2)，能耗系数的计算公式为式(3)。

式中，v——排水速率(ml/s)；Q——t时间内的总排水量(ml)；t——试验排渗时间(s)。

式中，k_e——电渗透系数(cm²/s.V)；Q——t时间内电渗排水量(ml)；L——尾矿砂试样长度(cm)；φ——有效电势大小(V)；A——尾矿砂试样横截面积(cm²)；t——通电时间(s)。

式中，C——能耗系数(kWh/Lm³)；I_t——t时刻电流(A)；

——电源电压(V)；

——通电t₁时间到t₂时间内的排水量(L)；V——试样初始体积(m³)。

限位凸起4的形状可根据实际需要进行选择，只要能够对阴极电极板6进行支撑即可。本实施例中，限位凸起4为竖直棱条，限位凸起4为两个且分别位于方形槽1上位置相对的两个侧壁上。

为了便于测量收集到的水量，本实施例中收集装置为量筒(图中未画出)。为了便于对阳极电极板5和阴极电极板6之间的直流电压、导线8上流过的电流以及通电时间进行测量，本实施例还包括电压表(图中未画出)、电流表(图中未画出)和秒表(图中未画出)。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，其特征在于，包括：

土工布，所述土工布外包于所述阴极电极板上；

排水管，所述排水管的上端与所述排水孔密封连接；

稳压直流电源输出设备；

2.根据权利要求1所述的尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，其特征在于，所述方形槽为透明材质。

3.根据权利要求1所述的尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，其特征在于，所述排水管为PE管。

4.根据权利要求1所述的尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，其特征在于，所述限位凸起为竖直棱条，所述限位凸起为两个且分别位于所述方形槽上位置相对的两个侧壁上。

5.根据权利要求1所述的尾矿砂的电渗法加速排水试验设备，其特征在于，还包括量筒、电压表、电流表和秒表，所述量筒位于所述排水管下方，所述电压表用以检测所述阳极电极板与所述阴极电极板之间的电压，所述电流表用以检测所述导线上的电流，所述秒表用以记录通电时间。