·858 北京科技大学学报 第36卷 呈指数增长.计算不同固相质量分数的料浆的屈服 拌脱水，取样浓缩尾矿烘干，烘干后计算的膏体浓度 应力增量，固相质量分数为C:+:时屈服应力增量定 与定义预测音体浓度进行对比. 义为C:+!时屈服应力减去C:时屈服应力，计算方法 (1)实验装置.实验采用自制尾砂浓密装置，该 如下式.不同固相质量分数时屈服应力增量计算结 装置主要依赖一个旋转的转子对尾砂中的水分进行 果如图6 有效导出，由于转速较慢，可以较为准确地预测膏体 △T=Ti+1-T (3) 浓度 式中：△r为屈服应力增量，Pa;T+1为固相质量分数 (2)实验方法.配置25%(1"尾砂750g、水 C:1时屈服应力，Pa;r:为固相质量分数C:时屈服 2250g)的料浆，添加质量分数0.3%的絮凝剂溶液 应力，Pa 6.25g,设置转子转速0.1rmin-,进行浓密实验. 图6表明，不同固相质量分数下屈服应力增量 (3)实验结果.图7(a)、(b)和(c)分别代表尾 不同，当尾矿料浆中固相质量分数达到75%时，屈 矿不同沉降时间的沉降高度、沉降速度和压密后固 服应力由122.06Pa增加至196.30Pa,增加了74.24 相质量分数.结果显示，浓密时间达到8h,料浆中 Pa. 固相的平均质量分数达到71.74%，直至12h以上， 80 固相质量分数不变 (4)取样烘干.分别对浓缩矿浆顶部和底部料 60 浆进行取样，盛放于两个烧杯内，在95℃的烘箱中 烘干48h,测得料浆中固相质量分数分别为69.54% $ 0 和73.71%，二者平均值为71.63%.实测平均值与 观测值71.74%基本一致. (5)验证结果.实验获得底流料浆中固相的最 20 大质量分数为73.71%，膏体定义预测的膏体浓度 最大值为73.89%，二者相差0.18%.从实验角度 70 72 74 验证结果表明，音体定义是可靠的 固相质量分数/咏 3.2工程验证 图61新疆尾矿料浆中固相质量分数对屈服应力增量的影响 某矿地处极寒、干燥气候，生态脆弱，采用露天 Fig.6 Effect of Tailing I slurry concentration on the yield stress in- 开采方式，尾矿排放量大.矿山设计采用膏体堆存 crement 技术，采用深锥浓密技术对尾矿进行一段浓缩，目前 2.3从屈服应力角度完善膏体定义 运行状况良好0.尾矿排放浓度为62%~68%. 国外认为，料浆的屈服应力在(200±25)Pa时， 3.2.1实验材料 达到膏体特性，根据工程经验，该屈服应力下的膏体 实验材料来自该矿选厂排放口，该尾矿称为2” 很难进行工业应用，该屈服应力值对应的料浆中固 尾矿，-320目颗粒的质量分数为45.45%，物理性 相质量分数是料浆中的水分恰好填满孔隙、不会析 能如表4所示. 出的膏体浓度.而适合工业应用的膏体应当有少量 表42*尾矿物理性能 水分泌出，在输送时起到润滑作用. Table 4 Physical properties of Tailing 2 完善后的膏体定义如下：浆体屈服应力在(200± 真密度/(m3) 容重/(1m3) 孔隙率/% 25)Pa时的固相质量分数作为膏体临界浓度，反推 2.688 1.4 47.92 浆体饱和率为101.5%~105.3%时的料浆中固相 质量分数范围，该范围即为适合工业应用的膏体 3.2.2流变参数测量 浓度. 采用与1”尾矿屈服应力测量相同的方法，对2” 尾矿流变参数进行测量，结果如图8和图9 3膏体定义验证 3.2.3膏体浓度的确定 3.1室内实验验证 根据Bingham模型拟合方程各个系数，结果如 根据完普后的膏体定义，1"尾矿的膏体临界浓 表5，不同固相质量分数下屈服应力增量如图10. 度为75%，料浆中固相质量分数范围是71.23%~ 与1"尾矿变化规律相似，2"尾矿屈服应力增量 73.89%.为了对该范围进行验证，对尾矿进行了搅 也出现陡增现象，并且陡增后的屈服应力为213.56北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 呈指数增长． 计算不同固相质量分数的料浆的屈服 应力增量，固相质量分数为 Ci + 1时屈服应力增量定 义为 Ci + 1时屈服应力减去 Ci 时屈服应力，计算方法 如下式． 不同固相质量分数时屈服应力增量计算结 果如图 6． Δτ = τi + 1 － τi ． ( 3) 式中: Δτ 为屈服应力增量，Pa; τi + 1为固相质量分数 Ci + 1时屈服应力，Pa; τi 为固相质量分数 Ci 时屈服 应力，Pa． 图 6 表明，不同固相质量分数下屈服应力增量 不同，当尾矿料浆中固相质量分数达到 75% 时，屈 服应力由 122. 06 Pa 增加至 196. 30 Pa，增加了 74. 24 Pa． 图 6 1# 新疆尾矿料浆中固相质量分数对屈服应力增量的影响 Fig． 6 Effect of Tailing 1 slurry concentration on the yield stress in￾crement 2. 3 从屈服应力角度完善膏体定义 国外认为，料浆的屈服应力在( 200 ± 25) Pa 时， 达到膏体特性，根据工程经验，该屈服应力下的膏体 很难进行工业应用，该屈服应力值对应的料浆中固 相质量分数是料浆中的水分恰好填满孔隙、不会析 出的膏体浓度． 而适合工业应用的膏体应当有少量 水分泌出，在输送时起到润滑作用． 完善后的膏体定义如下: 浆体屈服应力在( 200 ± 25) Pa 时的固相质量分数作为膏体临界浓度，反推 浆体饱和率为 101. 5% ～ 105. 3% 时的料浆中固相 质量分数范围，该范围即为适合工业应用的膏体 浓度． 3 膏体定义验证 3. 1 室内实验验证 根据完善后的膏体定义，1# 尾矿的膏体临界浓 度为 75% ，料浆中固相质量分数范围是 71. 23% ～ 73. 89% ． 为了对该范围进行验证，对尾矿进行了搅 拌脱水，取样浓缩尾矿烘干，烘干后计算的膏体浓度 与定义预测膏体浓度进行对比． ( 1) 实验装置． 实验采用自制尾砂浓密装置，该 装置主要依赖一个旋转的转子对尾砂中的水分进行 有效导出，由于转速较慢，可以较为准确地预测膏体 浓度． ( 2) 实 验 方 法． 配 置 25% ( 1# 尾砂 750 g、水 2250 g) 的料浆，添加质量分数 0. 3% 的絮凝剂溶液 6. 25 g，设置转子转速 0. 1 r·min － 1，进行浓密实验． ( 3) 实验结果． 图 7( a) 、( b) 和( c) 分别代表尾 矿不同沉降时间的沉降高度、沉降速度和压密后固 相质量分数． 结果显示，浓密时间达到 8 h，料浆中 固相的平均质量分数达到 71. 74% ，直至 12 h 以上， 固相质量分数不变． ( 4) 取样烘干． 分别对浓缩矿浆顶部和底部料 浆进行取样，盛放于两个烧杯内，在 95 ℃ 的烘箱中 烘干 48 h，测得料浆中固相质量分数分别为 69. 54% 和 73. 71% ，二者平均值为 71. 63% ． 实测平均值与 观测值 71. 74% 基本一致． ( 5) 验证结果． 实验获得底流料浆中固相的最 大质量分数为 73. 71% ，膏体定义预测的膏体浓度 最大值为 73. 89% ，二者相差 0. 18% ． 从实验角度 验证结果表明，膏体定义是可靠的． 3. 2 工程验证 某矿地处极寒、干燥气候，生态脆弱，采用露天 开采方式，尾矿排放量大． 矿山设计采用膏体堆存 技术，采用深锥浓密技术对尾矿进行一段浓缩，目前 运行状况良好［10］． 尾矿排放浓度为 62% ～ 68% ． 3. 2. 1 实验材料 实验材料来自该矿选厂排放口，该尾矿称为 2# 尾矿，－ 320 目颗粒的质量分数为 45. 45% ，物理性 能如表 4 所示． 表 4 2# 尾矿物理性能 Table 4 Physical properties of Tailing 2 真密度/( t·m － 3 ) 容重/( t·m － 3 ) 孔隙率/% 2. 688 1. 4 47. 92 3. 2. 2 流变参数测量 采用与 1# 尾矿屈服应力测量相同的方法，对 2# 尾矿流变参数进行测量，结果如图 8 和图 9． 3. 2. 3 膏体浓度的确定 根据 Bingham 模型拟合方程各个系数，结果如 表 5，不同固相质量分数下屈服应力增量如图 10． 与 1# 尾矿变化规律相似，2# 尾矿屈服应力增量 也出现陡增现象，并且陡增后的屈服应力为 213. 56 · 858 ·