·666· 工程科学学报，第39卷，第5期 Bingham模型来描述其高质量分数段矿浆的流变特性. 临界流速随管径的增大而增大，随固相质量分数 (2)料浆的固相质量分数对于料浆屈服应力的影 的增大而减小.根据计算的临界流速，可以设计选择 响较为显著，当固相质量分数达到70%之前，屈服应 管道工作流速，根据浆体管线设计，管道工作流速与临 力上升较为缓慢，之后，料浆的屈服应力会随着固相含 界流速关系应为V=1.1~1.15Vc,V为管道工作流速， 量的增加而显著增加. V为管道临界流速. (3)经过快速剪切搅拌后，尾矿浆体的结构遭到 3.2管道输送摩阻损失计算 破坏，屈服应力出现大幅降低 通过浆体流态判别，该项目浆体属于复合流态，管 (4)料浆的固相质量分数小于74%时，坍落度较 道复合流态摩阻损失按下式计算： 大，料浆的流动性较好 i=i+△i2 (5) 3管道输送阻力计算 其中，i,按照Darcy--Weisbach公式进行计算： p 在尾矿基础参数试验及矿浆流变试验的基础上， i1=入 (6) 2gDpo 可计算分析尾矿浆管道输送临界流速与摩阻损失等关 p,为浆体密度，kgm3;P。为水密度，kg"m3;△i2按照 键工艺技术参数，进而确定尾矿管道输送工艺参数，为 E.J.瓦斯普-R.杜兰德公式进行计算： 尾矿管道输送系统设计提供参考 1.5 3.1临界流速计算 P一 -075 根据工程经验及设计规范，对于尾矿粒径 △i2=Ki 2 (7) d<0.5mm的复合流态尾矿浆体，其管道输送临界流 速采用刘德忠公式与E.J.瓦斯普公式进行计算具有 4 p1 较好的适用性.对此本项目采用刘德忠公式与E.J.瓦 Co=3 (8) 斯普公式分别进行计算，对比后取大值作为临界流速. 式中，，为复合流态摩阻损失：i,为似均质部分摩阻损 刘德忠公式见公式(3)，E.J.瓦斯普公式见公式(4)， 失：△i2为非均质部分摩阻损失；C,为尾矿颗粒在载体 取二者的较大值 似均质部分沉降阻力系数：d,为复合流态中似均质部 =952)(e) 3 分浆体所占比例对应的粒径，m;o:为尾矿在载体似 均质部分沉速，ms;入为达西摩阻系数：K为似均质 =3wDe门（倍） .(4) 部分所占比例调整系数，复合流态可根据似均质部分 其中：p为尾矿浆体体积分数：P,为尾矿浆体密度，kg 占的比重多少酌量选取，若均质部分占比较多，可取 m3P,为尾矿浆体细颗粒似均质部分密度，kgm3P K=150,若非均质部分占比较多，可取K=82. 根据巴蛋拉齐铜矿尾矿排放方案，可计算不同管 为固体颗粒的密度，kg·m3;ω为尾矿颗粒在似均质部 径、固相质量分数、工作流速条件下的摩阻损失.分两 分加权平均沉速，m·s;0,为尾矿在水中加权平均沉 组进行计算，分别为高质量分数段摩阻损失和低质量 速，ms;D为管道内径，m;ds代表尾矿样品的累计 分数段摩阻损失计算. 粒度分布百分数达到85%时所对应的粒径，μm;g为 仅以管道内径D,=650mm和D,=1020mm的计 重力加速度，9.81ms2 算结果为例，说明计算结果以及摩阻损失与工作流速 通过对不同固相质量分数、不同管径下的临界流 关系曲线如表6和图3，表7和图4所示 速进行计算，可以为后续分析提供基础.部分计算结 果如表5所示. 表6管径D1=650mm摩阻损失计算结果 Table 6 Frictional resistance loss of tailings slurry with D =650 mm in 表5临界速度计算结果 steel pipes Table 5 Critical flow rates in tailings slurry pipelining m…s1 固相质量 V(m.s-1) 分数/% 1.61.7 1.8 1.92.02.2 固相质量 D/mm 分数/%5005506006508209201020 60 0.00920.01020.01130.01240.01360.0160 25 1.8731.8731.8731.8731.8741.8741.874 65 0.01150.01280.01410.01550.01700.0200 30 1.8671.8681.8681.8681.8691.8701.870 35 1.7951.7961.7961.7961.8721.7971.798 随着工作流速的上升，摩阻损失也逐渐增加.在 60 1.3641.3651.3651.3651.3661.3671.368 相同流速下，摩阻损失也随着固相含量的增加而增加. 65 1.1721.1731.1731.1731.1741.1741.174 根据尾矿产量，可确定在使用不同管径下矿浆的工作工程科学学报,第 39 卷,第 5 期 Bingham 模型来描述其高质量分数段矿浆的流变特性. (2)料浆的固相质量分数对于料浆屈服应力的影 响较为显著,当固相质量分数达到 70% 之前,屈服应 力上升较为缓慢,之后,料浆的屈服应力会随着固相含 量的增加而显著增加. (3)经过快速剪切搅拌后,尾矿浆体的结构遭到 破坏,屈服应力出现大幅降低. (4)料浆的固相质量分数小于 74% 时,坍落度较 大,料浆的流动性较好. 3 管道输送阻力计算 在尾矿基础参数试验及矿浆流变试验的基础上, 可计算分析尾矿浆管道输送临界流速与摩阻损失等关 键工艺技术参数,进而确定尾矿管道输送工艺参数,为 尾矿管道输送系统设计提供参考. 3郾 1 临界流速计算 根据 工 程 经 验 及 设 计 规 范, 对 于 尾 矿 粒 径 d < 0郾 5 mm的复合流态尾矿浆体,其管道输送临界流 速采用刘德忠公式与 E. J. 瓦斯普公式进行计算具有 较好的适用性. 对此本项目采用刘德忠公式与 E. J. 瓦 斯普公式分别进行计算,对比后取大值作为临界流速. 刘德忠公式见公式(3),E. J. 瓦斯普公式见公式(4), 取二者的较大值. VC = 9郾 5 [ gD ( 籽g - 籽1 籽 ) 1 棕 ] 1 / 3 渍 1 / ( 6 棕s ) 棕 1 / 6 , (3) VC = 3郾 113渍 [ 0郾 1858 2gD ( 籽g - 籽k 籽 ) ] k 1 / ( 2 d85 ) D 1 / 6 . (4) 其中:渍 为尾矿浆体体积分数;籽k为尾矿浆体密度,kg· m - 3 ;籽1为尾矿浆体细颗粒似均质部分密度,kg·m - 3 ;籽g 为固体颗粒的密度,kg·m - 3 ;棕 为尾矿颗粒在似均质部 分加权平均沉速,m·s - 1 ;棕s为尾矿在水中加权平均沉 速,m·s - 1 ;D 为管道内径,m;d85 代表尾矿样品的累计 粒度分布百分数达到 85% 时所对应的粒径,滋m;g 为 重力加速度,9郾 81 m·s - 2 . 通过对不同固相质量分数、不同管径下的临界流 速进行计算,可以为后续分析提供基础. 部分计算结 果如表 5 所示. 表 5 临界速度计算结果 Table 5 Critical flow rates in tailings slurry pipelining m·s - 1 固相质量 分数/ % D/ mm 500 550 600 650 820 920 1020 25 1郾 873 1郾 873 1郾 873 1郾 873 1郾 874 1郾 874 1郾 874 30 1郾 867 1郾 868 1郾 868 1郾 868 1郾 869 1郾 870 1郾 870 35 1郾 795 1郾 796 1郾 796 1郾 796 1郾 872 1郾 797 1郾 798 60 1郾 364 1郾 365 1郾 365 1郾 365 1郾 366 1郾 367 1郾 368 65 1郾 172 1郾 173 1郾 173 1郾 173 1郾 174 1郾 174 1郾 174 临界流速随管径的增大而增大,随固相质量分数 的增大而减小. 根据计算的临界流速,可以设计选择 管道工作流速,根据浆体管线设计,管道工作流速与临 界流速关系应为 V = 1郾 1 ~ 1郾 15VC ,V 为管道工作流速, VC为管道临界流速. 3郾 2 管道输送摩阻损失计算 通过浆体流态判别,该项目浆体属于复合流态,管 道复合流态摩阻损失按下式计算: i k = i 1 + 驻i 2 . (5) 其中,i l按照 Darcy鄄鄄Weisbach 公式进行计算: i 1 = 姿 V 2 籽k 2gD籽0 . (6) 籽k为浆体密度,kg·m - 3 ;籽0 为水密度,kg·m - 3 ;驻i 2 按照 E郾 J郾 瓦斯普鄄鄄R郾 杜兰德公式进行计算: 驻i 2 = K·i é ë ê ê 1 gD ( 籽g 籽1 - 1 ) V ù û ú ú 2 1郾 5 渍C - 0郾 75 D , (7) CD = 4 3 gdi ( 籽g 籽1 - 1 ) 棕 2 i . (8) 式中,i k为复合流态摩阻损失;i 1为似均质部分摩阻损 失;驻i 2为非均质部分摩阻损失;CD为尾矿颗粒在载体 似均质部分沉降阻力系数;di为复合流态中似均质部 分浆体所占比例对应的粒径,滋m;棕i为尾矿在载体似 均质部分沉速,m·s - 1 ;姿 为达西摩阻系数;K 为似均质 部分所占比例调整系数,复合流态可根据似均质部分 占的比重多少酌量选取,若均质部分占比较多,可取 K = 150,若非均质部分占比较多,可取 K = 82. 根据巴霍拉齐铜矿尾矿排放方案,可计算不同管 径、固相质量分数、工作流速条件下的摩阻损失. 分两 组进行计算,分别为高质量分数段摩阻损失和低质量 分数段摩阻损失计算. 仅以管道内径 D1 = 650 mm 和 D2 = 1020 mm 的计 算结果为例,说明计算结果以及摩阻损失与工作流速 关系曲线如表 6 和图 3,表 7 和图 4 所示. 表 6 管径 D1 = 650 mm 摩阻损失计算结果 Table 6 Frictional resistance loss of tailings slurry with D1 = 650 mm in steel pipes 固相质量 分数/ % V / (m·s - 1 ) 1郾 6 1郾 7 1郾 8 1郾 9 2郾 0 2郾 2 60 0郾 0092 0郾 0102 0郾 0113 0郾 0124 0郾 0136 0郾 0160 65 0郾 0115 0郾 0128 0郾 0141 0郾 0155 0郾 0170 0郾 0200 随着工作流速的上升,摩阻损失也逐渐增加. 在 相同流速下,摩阻损失也随着固相含量的增加而增加. 根据尾矿产量,可确定在使用不同管径下矿浆的工作 ·666·