.928. 工程科学学报，第40卷，第8期 度、比热容以及添加量.式(5)给出了膏体的温度与 热量如表5.由表5可知，膏体料温度调控最易实现 各集料温度之间的本构关系[5)： 的是对其水温进行调控，主要是因为水的比热容最 0.22(TM.+TM)+TM+TM(5) 大，可以实现较少量水温调整改善整个音体料的最 T 0.22(M.+Mc)+Mw+Mw. 终温度.并且该矿膏体中添加粗骨料，除了浓密机 式中：T代表混合后的膏体温度，℃；T、Tc、Tw和 底流中的水量，还额外需要进行加水稀释.因此，拟 T分别代表集料（尾矿、粗骨料）温度、水泥温度、 通过提升额外加水点的水温，对整个膏体温度进行 混合水的温度以及集料中自由水的温度，℃，通常 调整，改善其早期凝结性能，且不会造成膏体浓度 T.=Twa;M。、Mc、Mw和Mw.分别代表集料、胶凝材 稀释 料、混合水、以及集料中自由水的质量，kg 表4伽师铜矿膏体配料表 伽师铜矿膏体充填质量分数78%，灰砂比1： Table 4 Paste ratio of Jiashi Copper Mine 10,尾废比为3：1：计算得到1m3充填料中各种集料 原料 料浆单耗/(tm3) 质量如表4.通过现场跟班，伽师铜矿冬季水泥最低 全尾砂 1.045 温度10℃，水最低温度6℃，全尾砂浆最低温度6 水泥 0.139 ℃，碎石最低温度8℃，根据伽师铜矿各集料冬季温 碎石 0.348 度，结合其质量、比热容等参数，计算获得各材料总 水 0.432 表5伽师铜矿膏体各组分总热量 Table 5 Total heat of paste aggregate at Jiashi Copper Mine 比热容/ 每升高1℃ 材料 质量/kg 各组分温度/℃ 材料总热量/kJ (kJ-kg-1.K-1) 温度所需热量/k」 水泥 139 0.92 128 10 1280 混合水 432 4.184 1807 6 10842 全尾砂（集料） 1045 0.92 961 5766 碎石（集料） 348 0.92 320 8 2560 总量 3216 20448 注：图中的量分别标号为(1)质量，(2)比热容，(3)每升高1℃温度所需热量，(4)各组分温度，(5)材料总热量：相互计算关系为(3)= (1)×(2),(5)=(3)×(4). 根据表5，计算得到该全尾膏体初始膏体温度 温补水点，补水温度为70~100℃，最终膏体温度为 为6.4℃（计算依据为20448/3216）：要想膏体温度 15~19℃.补水量约为102kgm3充填料，实际充 每升高1℃，则需水温必须升高1.78℃（计算依据 填能力为60~80m.h-1,则补水点流量约为6.12~ 为3216/1807).一般来讲，膏体温度范围为20~35 8.16th-1.高温补水点具体添加方式如图4. ℃时，其强度效果最佳16) 高温补水采用电热水器加热即可，加热好的水 在实际充填中由于管道摩擦等因素，膏体温度 通过管道自流至搅拌槽供水点.为了防止水温下 会有所提升，综合考虑加热成本控制，因此，工程应 降，尽量缩短管道输送距离.因此，热水器建议安装 用中对搅拌槽中的膏体料温度提升至15℃即可. 至一级搅拌机旁，采用钢支架建立平台使得热水器 想要达到目标温度15℃，即伽师膏体温度需要增加 高于搅拌槽，便于自流.需要定制一台工业电热水 8.6℃，对应的水温需要升高15.3℃，即水温需要由 器，供水能力6~8t-h-1,功率400kW,价格约每台 6℃升高至21.3℃ 9.5万元.每小时用电成本200元，平均每方充填料 伽师铜矿深锥底流浓度（底流矿浆质量分数） 增加2.5~3.3元（平均2.9元）运营成本 约为76%，则底流浓缩尾矿中含有的水的质量为 在此需要说明的是，本计算是在膏体温度6℃ 330kg,则每立方米充填料需要额外补水102kg.也 极端低温情况下的运营成本，如果膏体温度大于6 就是需要将330kg、温度为6℃的水与102kg某一 ℃时，高温补水用电量会减少，相应的使用成本也会 温度的水混合，水温需要达到21.3℃.经计算，额 低于2.9元.由于当膏体料温度较低时，即使水泥 外补水102kg·m-3水温需要达到70.8℃.当水温达 添加量较大，也会因为水泥水化速率较慢而无法发 到100℃时，同样计算方法，最终的膏体温度为18.9℃. 挥其功效.尤其是对铜辉矿山来说，采用VCR法开 因此，需为新疆伽师铜矿音体系统设计一个高 采时，如果大体积音体料存在早期凝结性能差的问工程科学学报,第 40 卷,第 8 期 度、比热容以及添加量. 式(5)给出了膏体的温度与 各集料温度之间的本构关系[15] : T = 0郾 22(TaMa + TCMC ) + TW MW + TWaMWa 0郾 22(Ma + MC ) + MW + MWa (5) 式中:T 代表混合后的膏体温度,益 ;Ta、TC 、TW 和 TWa分别代表集料(尾矿、粗骨料) 温度、水泥温度、 混合水的温度以及集料中自由水的温度,益 ,通常 Ta = TWa;Ma、MC 、MW 和 MWa分别代表集料、胶凝材 料、混合水、以及集料中自由水的质量,kg. 伽师铜矿膏体充填质量分数 78% ,灰砂比 1 颐 10,尾废比为 3颐 1;计算得到 1 m 3充填料中各种集料 质量如表 4. 通过现场跟班,伽师铜矿冬季水泥最低 温度 10 益 ,水最低温度 6 益 ,全尾砂浆最低温度 6 益 ,碎石最低温度 8 益 ,根据伽师铜矿各集料冬季温 度,结合其质量、比热容等参数,计算获得各材料总 热量如表 5. 由表 5 可知,膏体料温度调控最易实现 的是对其水温进行调控,主要是因为水的比热容最 大,可以实现较少量水温调整改善整个膏体料的最 终温度. 并且该矿膏体中添加粗骨料,除了浓密机 底流中的水量,还额外需要进行加水稀释. 因此,拟 通过提升额外加水点的水温,对整个膏体温度进行 调整,改善其早期凝结性能,且不会造成膏体浓度 稀释. 表 4 伽师铜矿膏体配料表 Table 4 Paste ratio of Jiashi Copper Mine 原料 料浆单耗/ (t·m - 3 ) 全尾砂 1郾 045 水泥 0郾 139 碎石 0郾 348 水 0郾 432 表 5 伽师铜矿膏体各组分总热量 Table 5 Total heat of paste aggregate at Jiashi Copper Mine 材料 质量/ kg 比热容/ (kJ·kg - 1·K - 1 ) 每升高 1 益 温度所需热量/ kJ 各组分温度/ 益 材料总热量/ kJ 水泥 139 0郾 92 128 10 1280 混合水 432 4郾 184 1807 6 10842 全尾砂(集料) 1045 0郾 92 961 6 5766 碎石(集料) 348 0郾 92 320 8 2560 总量 3216 20448 注:图中的量分别标号为(1) 质量,(2) 比热容,(3) 每升高 1 益温度所需热量,(4) 各组分温度,(5) 材料总热量;相互计算关系为(3) = (1) 伊 (2),(5) = (3) 伊 (4). 根据表 5,计算得到该全尾膏体初始膏体温度 为 6郾 4 益 (计算依据为 20448 / 3216);要想膏体温度 每升高 1 益 ,则需水温必须升高 1郾 78 益 (计算依据 为 3216 / 1807). 一般来讲,膏体温度范围为 20 ~ 35 益时,其强度效果最佳[16] . 在实际充填中由于管道摩擦等因素,膏体温度 会有所提升,综合考虑加热成本控制,因此,工程应 用中对搅拌槽中的膏体料温度提升至 15 益 即可. 想要达到目标温度 15 益 ,即伽师膏体温度需要增加 8郾 6 益 ,对应的水温需要升高 15郾 3 益 ,即水温需要由 6 益升高至 21郾 3 益 . 伽师铜矿深锥底流浓度(底流矿浆质量分数) 约为 76% ,则底流浓缩尾矿中含有的水的质量为 330 kg,则每立方米充填料需要额外补水 102 kg. 也 就是需要将 330 kg、温度为 6 益 的水与 102 kg 某一 温度的水混合,水温需要达到 21郾 3 益 . 经计算,额 外补水102 kg·m - 3水温需要达到70郾 8 益 . 当水温达 到100益时,同样计算方法,最终的膏体温度为18郾 9益. 因此,需为新疆伽师铜矿膏体系统设计一个高 温补水点,补水温度为 70 ~ 100 益 ,最终膏体温度为 15 ~ 19 益 . 补水量约为 102 kg·m - 3充填料,实际充 填能力为 60 ~ 80 m 3·h - 1 ,则补水点流量约为 6郾 12 ~ 8郾 16 t·h - 1 . 高温补水点具体添加方式如图 4. 高温补水采用电热水器加热即可,加热好的水 通过管道自流至搅拌槽供水点. 为了防止水温下 降,尽量缩短管道输送距离. 因此,热水器建议安装 至一级搅拌机旁,采用钢支架建立平台使得热水器 高于搅拌槽,便于自流. 需要定制一台工业电热水 器,供水能力 6 ~ 8 t·h - 1 ,功率 400 kW,价格约每台 9郾 5 万元. 每小时用电成本 200 元,平均每方充填料 增加 2郾 5 ~ 3郾 3 元(平均 2郾 9 元)运营成本. 在此需要说明的是,本计算是在膏体温度 6 益 极端低温情况下的运营成本,如果膏体温度大于 6 益时,高温补水用电量会减少,相应的使用成本也会 低于 2郾 9 元. 由于当膏体料温度较低时,即使水泥 添加量较大,也会因为水泥水化速率较慢而无法发 挥其功效. 尤其是对铜辉矿山来说,采用 VCR 法开 采时,如果大体积膏体料存在早期凝结性能差的问 ·928·