CN111707581B - 一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法 - Google Patents

一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法，其特征在于包括以下步骤：制备尾矿试样、配制尾矿浆、测定细粒尾矿浆粘度和屈服应力和确定临界粒度、反算粗粒尾矿浆虚拟粘度和虚拟屈服应力、最后绘制得到尾矿浆的粒度‑粘度曲线和粒度‑屈服应力曲线。本发明的优点是：对于粒度较粗浓度较高的尾矿浆，由于易发生离析，粘度计无法有效测定其流变参数，同时其仍然属于非牛顿流体，亦无法通过常规输送阻力计算公式进行计算；本发明将粘度/屈服应力变化曲线合理外延并利用环管实验进行修正，从而得到尾矿浆的流变参数，并用于代替真实粘度和真实屈服应力，从而解决了该类尾矿在输送过程中沿程阻力的计算问题。

Description

一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法
技术领域
本发明属于矿业工程矿浆输送技术领域，具体涉及一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法。
背景技术
目前，关于宾汉黏塑性体输送沿程阻力损失可用布金汉方程计算，其管道输送的流变方程可用布金汉方程描述，此时管道输送的流体阻力损失计算公式为：
Figure BDA0002536470210000011
式(1)中：i—流体阻力损失，Pa/m；
τ0—料浆屈服应力，Pa；
V—料浆流速，m/s；
μ—料浆粘度，Pa·s；
D—管径，m；
对于微细粒尾矿，其高浓度矿浆能够被近似地视为宾汉黏塑性体，矿浆的流变参数(粘度和屈服应力)能通过流变仪或者旋转粘度计测定获得，从而能够利用布金汉方程计算输送过程中的沿程阻力。随着尾矿矿浆中粗粒度级别量的逐渐增加，其宾汉黏塑性体的特性将逐渐弱化，在仪器测定过程中会出现尾矿离析现象，无法获得稳定读数，导致数据不再准确；但是，即使在这种情况下，因为尾矿矿浆中仍含有较多的微细颗粒，其仍然不属于牛顿流体，在表观上还具有宾汉黏塑性体的特点，因此仍可以采用布金汉方程计算其沿程输送阻力。
对于布金汉方程的计算，V和D都可以通过简单的测量或者计算得到，因此该公式使用前必须获得参数τ0、μ的值。对于能够被视为宾汉黏塑性体的粒度较细的流体尾矿浆，可以通过旋转粘度计测定τ0和μ；但是对于粒度较粗的非牛顿流体高浓度尾矿浆，由于在粘度计转子在旋转时，该类矿浆出现泥水分层，因此无法准确测定τ0和μ的值，从而导致采用布金汉方程计算类宾汉流体尾矿浆输送沿程阻力的误差偏大，失真。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法，通过对≥临界粒度的粗粒度尾矿浆分别进行环管实验，实际测得各粗粒度尾矿浆的输送阻力，然后利用布金汉方程公式反算出各粗粒度尾矿浆所对应的虚拟粘度和虚拟屈服应力，解决了该部分流变参数缺失的问题，为采用布金汉方程公式计算尾矿浆的输送阻力奠定了基础。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明的一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法，其特征在于包括以下步骤：
S1制备试样
称取i份尾矿，分别通过不同时间的研磨，制取i个试样，第i个试样的粒度为Di(μm)，i＝1、2、……n，Di为激光粒度仪测定的试样的体积平均粒径；
S2配制尾矿浆
将试样按粒度Di从小到大依次配成矿浆浓度为55％～75％的尾矿浆；
S3测定尾矿浆粘度和屈服应力
S3.1测定细粒尾矿浆粘度和屈服应力和确定临界粒度
首先采用粘度计按粒度从小到大依次测定尾矿浆实测粘度和实测屈服应力，直到大于某一粒度时无法测得尾矿浆粘度和屈服应力的稳定读数，则确定此一粒度为临界粒度；
S3.2反算粗粒尾矿浆虚拟粘度和虚拟屈服应力
将＞临界粒度的尾矿浆分别进行环管实验，分别实际测得该粒度尾矿浆的输送阻力，然后利用布金汉方程公式(1)反算出该粒度尾矿浆所对应的虚拟粘度和虚拟屈服应力；
S4绘制粒度-粘度曲线和粒度-屈服应力曲线
S4.1绘制粒度-粘度曲线
以粒度为横坐标，粘度为纵坐标，绘制粒度-粘度曲线；其中粒度-粘度曲线上≤临界粒度的粘度值采用步骤S3.1测定的结果，＞临界粒度的粘度值采用步骤S3.2反算的结果；
S4.2绘制粒度-屈服应力曲线
以粒度为横坐标，屈服应力为纵坐标，绘制粒度-屈服应力曲线；其中粒度-粘度曲线上≤临界粒度的屈服应力值采用步骤S3.1测定的结果，＞临界粒度的屈服应力值采用步骤S3.2反算的结果；
所述的n为6～10。
所述的粒度-粘度曲线和粒度-屈服应力曲线，能够代替真实粘度和真实屈服应力，用于计算尾矿浆输送的沿程阻力。
与现有技术相比，本发明的优点是：
对于粒度较粗的尾矿浆，由于易发生离析(泥水分层)，因此采用旋转粘度计无法有效测定其流变参数，同时这类尾矿在浓度较高时仍然属于非牛顿流体，因此亦无法通过常规输送阻力计算公式进行计算。本发明提出了虚拟粘度和虚拟屈服应力的概念，将粘度/屈服应力变化曲线合理外延并利用环管实验进行修正，从而得到此类矿浆的流变参数，并用于代替真实粘度和真实屈服应力，从而解决该类尾矿在输送过程中沿程阻力的计算问题。
附图说明
图1为尾矿浆粒度-粘度曲线。
图2为尾矿浆粒度-屈服应力曲线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1～图2所示，本发明的一种尾矿浆粘度和屈服应力的测定方法，其特征在于包括以下步骤：
S1制备试样
取八份尾矿样，依次通过60min、45min、30min、15min、10min、5min、3min、0min的研磨，获得Di分别为7.43、9.49、11.37、17.96、30.28、46.66、50.16和65.02μm的八个试样，Di为采用激光粒度仪测定的试样的体积平均粒径。试样中适宜采用NXS-11A型旋转粘度测定尾矿浆的流变参数的细粒级试样每份制备重量为500g，适宜采用环管实验测定尾矿浆的沿程输送阻力的粗粒级试样每份制备重量为50kg；
S2配制尾矿浆
将八个粒级的试样按粒度从小到大依次加水配成矿浆浓度为70％的尾矿浆；
S3测定尾矿浆粘度和屈服应力
S3.1测定细粒尾矿浆粘度和屈服应力和确定临界粒度
采用NXS-11A型旋转粘度计测定尾矿浆的流变参数。该设备由步进电机驱动，采用同轴圆筒上旋式工作原理，外筒固定、内筒旋转。测定样品时，将一定量的矿浆加入到外筒和内筒的中间区域，当电机带动内筒以恒定转速旋转时，由于内筒表面受到物料粘滞力的作用，因此会有反馈力矩施加在转子上，此力矩传导到可动框架并使其偏转，当偏转到某一角度时，测量弹簧的力矩和物料反馈的力矩相当时即可由刻度盘读出响应刻度，进而可计算出此转速下矿浆的剪切应力。通过改变旋转速度，可以得到矿浆在不同剪切速率(由转速换算得到)下的剪切应力变化曲线。对于宾汉黏塑性体，当剪切速率达到一定值，剪切应力随剪切速率增大而线性增加。因此，对“剪切速率——剪切应力”曲线中呈线性关系的数据点进行线性拟合，根据拟合方程的截距和斜率即可得到矿浆的的屈服应力和粘度。
采用旋转粘度计按粒度从小到大依次测定尾矿浆粘度和屈服应力，表1为各粒度对应的测定值，当粒度Di＞30.28μm时，旋转粘度计无法测得尾矿浆粘度和屈服应力的稳定读数，因此确定30.28μm为临界粒度；
表1各粒度对应的粘度和屈服应力测定值
Figure BDA0002536470210000041
S3.2反算粗粒尾矿浆粘度和屈服应力
将＞临界粒度30.28μm的尾矿浆分别进行环管实验，环管实验采用自行设计的小型环管实验平台进行，实验流程如下：(1)根据实验要求配制一定浓度的尾矿浆，然后在搅拌槽中进行均质化搅拌；(2)通过渣浆泵输送到管道中，通过变频系统控制输送流量进而调整尾矿浆流速；(3)在管道起始端和末端安装压力变送器、流量计，数据采集频率达到每秒记录1次；(4)通过采集的压力数据可以计算出不同流量下尾矿浆的沿程输送阻力。在此基础上，然后利用布金汉方程公式(1)反算出该粒度尾矿浆所对应的粘度和屈服应力，
换算示例如下：
对于粒径65.02μm的颗粒，管道内径为50mm，分别采用两个流量进行试验(对应流速分别为0.71和1.13m/s)，测得的沿程阻力分别为715.94和1038.51Pa/m。将上述数据分别带入(1)，得到以下两组方程：
Figure BDA0002536470210000051
Figure BDA0002536470210000052
对以上两式进行联立求解，可得到虚拟粘度和虚拟屈服应力分别为1.60Pa和0.060Pa·s。
环管实验具体试验数据和反算结果见表2；
表2环管实验具体试验数据和反算结果
Figure BDA0002536470210000053
S4绘制粒度-粘度曲线和粒度-屈服应力曲线
S4.1绘制粒度-粘度曲线
以粒度为横坐标，粘度为纵坐标，以表1和表2的对应的粒度和粘度值绘制粒度-粘度曲线，如图1所示；
S4.2绘制粒度-屈服应力曲线
以粒度为横坐标，屈服应力为纵坐标，，以表1和表2的对应的粒度和屈服应力值绘制粒度-屈服应力曲线，如图2所示。
具体应用实例
在实际应用时，首先测定实际尾矿的Di值，然后分别利用图1和图2中曲线确定τ0、μ值，根据查图得到的τ0、μ值再结合公式(1)即可计算得到该尾矿在浓度70％条件下输送过程中的沿程阻力。举例如下：
例如，由图1、2可知，当测定实际尾矿粒径Di为46μm时，对应的τ0和μ分别为6.2Pa和0.072Pa·s，如果对此尾矿进行输送，采用管径为100mm，输送流量为10m3/h(对应流速为0.35m/s)。则计算得到沿程阻力为：
Figure BDA0002536470210000054

Claims (3)

1.一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法，其特征在于包括以下步骤：
S1制备试样
称取i份尾矿，分别通过不同时间的研磨，制取i个试样，第i个试样的粒度为Di(μm)，i＝1、2、……n，Di为激光粒度仪测定的试样的体积平均粒径；
S2配制尾矿浆
将试样按粒度Di从小到大依次配成矿浆浓度为55％～75％的尾矿浆；
S3测定尾矿浆粘度和屈服应力
S3.1测定细粒尾矿浆粘度和屈服应力和确定临界粒度
首先采用粘度计按粒度从小到大依次测定尾矿浆实测粘度和实测屈服应力，直到大于某一粒度时无法测得尾矿浆粘度和屈服应力的稳定读数，则确定此一粒度为临界粒度；
S3.2反算粗粒尾矿浆虚拟粘度和虚拟屈服应力
将＞临界粒度的尾矿浆分别进行环管实验，分别实际测得该粒度尾矿浆的输送阻力，然后利用布金汉方程公式反算出该粒度尾矿浆所对应的虚拟粘度和虚拟屈服应力；
S4绘制粒度-粘度曲线和粒度-屈服应力曲线
S4.1绘制粒度-粘度曲线
以粒度为横坐标，粘度为纵坐标，绘制粒度-粘度曲线；其中粒度-粘度曲线上≤临界粒度的粘度值采用步骤S3.1测定的结果，＞临界粒度的粘度值采用步骤S3.2反算的结果；
S4.2绘制粒度-屈服应力曲线
以粒度为横坐标，屈服应力为纵坐标，绘制粒度-屈服应力曲线；其中粒度-粘度曲线上≤临界粒度的屈服应力值采用步骤S3.1测定的结果，＞临界粒度的屈服应力值采用步骤S3.2反算的结果。
2.根据权利要求1所述的一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法，其特征在于，所述的n为6～10。
3.根据权利要求1所述的一种尾矿浆粘度和屈服应力的确定方法，其特征在于，所述的粒度-粘度曲线和粒度-屈服应力曲线，能够代替真实粘度和真实屈服应力，用于计算尾矿浆输送的沿程阻力。
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