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原始研究的文章

前面。地球科学。,30.January 2023
秒。经济地质学
卷10 - 2022 | https://doi.org/10.3389/feart.2022.1083436

试验研究和机理分析尾矿泥浆的流变特性

www.雷竞技rebatfrontiersin.orgZhiliu王 1*,<我米g class="pr5" src="https://f96a1a95aaa960e01625-a34624e694c43cdf8b40aa048a644ca4.ssl.cf2.rackcdn.com/Design/Images/newprofile_default_profileimage_new.jpg" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.org">灵灵陈2和<我米g class="pr5" src="https://f96a1a95aaa960e01625-a34624e694c43cdf8b40aa048a644ca4.ssl.cf2.rackcdn.com/Design/Images/newprofile_default_profileimage_new.jpg" alt="www.雷竞技rebatfrontiersin.org">Mengxin胡1
  • 1中原大学土木工程与建筑学院,郑州,中国
  • 2Gengcun煤矿、易马煤炭工业集团,中国

尾矿的颗粒大小和内容是影响尾矿泥浆流变特性的重要参数。探讨其流变特性影响规律和机制,尾矿泥浆的实验设计和不同粒径和内容的条件下进行。尾矿泥浆流变特性的量化。宾汉体模型是用于texperiment。“双三十”理论(“30.0μm粒度”和30%的“内容”)提出和阐述。建立了相应的理论模型来分析上述结果的机制。结论如下。尾矿泥浆阿格雷与不同粒径和不同的流变模型的内容。尾矿泥浆的流变行为符合Herschel-Bulkley模型尾矿,其粒度不大于30.0μm和内容不超过30%。与细粒尾矿的含量的增加,其行为表示同意与宾汉模型更好。 The yield stress and viscosity of tailings slurry in the process of transportation are in accordance with the laws of “double 30” theory. “Particle size of 30.0 μm” and “content of 30%” is the critical point of rheological characteristics of tailings. Based on the obtained results, the corresponding theoretical model was established to discuss the mechanism. The rheological laws of tailings slurry can provide theoretical guidance for reducing pressure and preventing pipeline wear in the process of tailings cementation discharge and pipeline transportation in an iron mine.

介绍

矿产资源挖掘大大有助于世界经济和产业依赖原材料的供应(如果et al ., 2021 a;如果et al ., 2021 b;李et al ., 2022 a;Zhang et al ., 2022)。随着开采深度的增加,越来越多的废物产生尾矿(刘et al ., 2020;阮et al ., 2021)。统计数据显示,每10000吨矿石开采会产生9300吨的尾矿和3400吨废石(燕et al ., 2022),这不仅严重的安全隐患,而且还破坏了环境和生态严重(小et al ., 2015;Falagan et al ., 2016;李et al ., 2022 b)。为了保护生态环境和合理使用资源(Aldhafeeri和2017年秋季矿山尾砂),已成为一个重要的尾矿处理方法和具有广泛的应用前景曹et al ., 2018;李et al ., 2022 c;郑et al ., 2022;瓦塔拉et al ., 2017161)。

巩固了粘贴回填(CPB)技术已成为回填方法的一个有效的方法来解决矿山固体废物,并得到了更多的关注在世界各地的采矿实践(方和2018年秋季;刘et al ., 2018;Mangane et al ., 2018;Qi et al ., 2019)。这是一个工程的结合尾矿、水泥和混合水,可以被泵送到地下采场或重力。渗碳排放和管道运输的尾矿泥浆对体外循环技术(是一个重要的挑战Qi et al ., 2018;刘et al ., 2019;陈et al ., 2020)。重要的是要确定合理的泥浆浓度,水泥砂比和管道运输参数,确保管道排泄系统的高效、稳定运行。尤其是对于高浓度泥浆,泥浆的流变性能成为稳定的关键因素和系统的可靠运行。如果粘贴太穷的流动性,它将导致管道堵塞事故,这将严重影响我的生产力。它的目的是解决上述挑战同时调查尾矿泥浆的流变特性和机理。

回填的长期研究和实践表明,回填土的强度与水泥砂率呈正相关,泥浆质量分数和固化在一定年龄范围。有很多工作处理的不同的主要特征和多尺度行为巩固了尾矿/粘贴回填不同矿物添加剂(李et al ., 2020;Cavusoglu et al ., 2021;Kasap et al ., 2022;纱丽et al ., 2022)。然而,随着水泥加法和泥浆质量分数的增加,水泥浆的流动性将变得更糟的是(吴et al ., 2020;吴et al ., 2021)。目前,众多科学家们正在进行实验研究糊的流变特性。程(程et al ., 2020 a)发现尾矿粒度显著影响了粘贴流变特性。罗山(Roshani和2020年秋季)评价硅体早期的屈服应力和粘度的机制。的流动性CTWB粘贴通常指的是流体力学的屈服应力和粘度(吴和Cai, 2015;邓et al ., 2018)。(张巧,2015年)得出的结论是,水泥砂比和质量分数的影响在浆屈服应力更大质量的重要通过流变实验部分废石尾矿泥浆。泥浆流变特性的影响因素进行了研究(徐et al ., 2016;长et al ., 2017),结果表明,微粒的含量是影响泥浆流变特性的一个重要因素。时的最低粘度会出现粗和细粒子的比例下降。评价尾矿的流变特性,许多学者广泛开展了大量的工作在尾矿的流变特性通过改变实验方法,如研究搅拌叶片的安装角的影响(阴et al ., 2010)、叶片阻力和搅拌方法(黑尔弥迦书et al ., 2009;米登,2009)。还有些学者研究尾矿的流变特性的数值模拟(布维et al ., 2010;Lei et al ., 2017;Rakotondrandisa et al ., 2019)。计算流体力学(CFD)模拟管道运输已经成为一种趋势和尾矿的流变特征研究。张(Zhang et al ., 2015长途)开发了一个二维管道模型,发现self-flow运输的必要条件是,重力所产生的压力值大于压降。程(程et al ., 2020 b)使用CFD进行调查的影响时间和tem-perature粘贴交通特征。

特别是高浓度尾矿泥浆,量化粒子和内容对流变特性的影响和法律有助于优化管道运输参数,降低管道阻力损失。它提供的基础设计和尾矿胶结放电系统的操作。然而,研究quantifing合并浆的流变特性和传输性能相对不足。

有效解决上述存在的问题,减少尾矿的运输成本的定量规律和影响颗粒大小和内容尾矿泥浆流变特性的确定和流变模型对不同粒径和内容应研究。和上述流变机制法律需要进一步阐明基于粒子的结构和力学性能。进行实验和机理分析尾矿泥浆的流变性质的工作。尾矿泥浆被细粒尾矿和全尾矿混合薄片。基于测试和流变学原理,泥浆的屈服应力和粘度等流变参数。和一致的尾矿泥浆流变学模型确定不同的内容条件尾矿泥浆的流变测试。“双三十”理论的量化流变规律(“30.0μm粒度”和30%的“内容”)提出和阐述。尾矿的结果作出贡献获得交通参数和流变特性进一步研究。上面的研究有利于减少管道摩擦和运输过程中运输成本。

流变试验尾矿

测试材料和工具

一个铁矿石位于安徽省西部,中国anual生产五百万t / a。应用新技术的尾矿胶结和放电和整个尾矿排放表面。复杂的浓度脱水过程增加了高密度的交通困难粘贴,和高密度的交通条件粘贴严格。伟大的摩擦阻力是运输过程中产生的尾矿,尾矿运输是有害的。加压的运输是必需的,它将增加对尾矿的运输成本。

从铁矿尾矿作为测试材料具有更细粒度的特点内容和层次。最初的固体含量尾矿带到实验室从我的网站是74%。Varigrained尾矿混合着整个尾矿尾矿slury测试和化学性质的研究包括整个尾矿的化学成分和内容。化学成分的测量结果及其内容所示怎么。

表1
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表1。整个尾矿的化学成分(%)。

影响尾矿slury流变特性的因素非常复杂。的参数,如泥浆浓度,颗粒大小,和细粒尾矿内容,被认为是在测试过程中。RheolabQC流变仪是用于确定尾矿的流变参数。它有强大的性能和操作简单的优点,并且可以测试各种流体的流变参数。转速范围从0.01到1500 1 /分钟。转矩范围从0.25到75 mN;剪切应力范围从0.5到30 kPa。粘度范围从1到1000海洋保护区;的温度范围是20 - 180°C;剪切速率范围从0.01到4000 1 / s。 The angular displacement accuracy is 2 rad. The Reynolds number of laminar flow to turbulent flow is much larger than that of high concentration mortar pipeline transportation. In addition, the mortar itself has a strong internal structure. Combined with the rheological theory, the Bingham body model was used in the texperiment. The experimental equipment is shown in图1。叶片转子用于尾矿,室温搅拌25°C。此外,量筒(500毫升),通用工具平衡(1000克),和烧杯也被使用。

图1
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图1。RheolabQC流变仪。

指定尾矿物理参数

在这个实验中,采用球磨研磨尾矿的大颗粒,和研磨时间设置为30年代,2分钟5分钟、10分钟、20分钟,40分钟,分别。尾矿的大颗粒磨基于上面的球磨时间。

尾矿的物理参数所示Table.2。的粒度分布图2。曲线的加权平均粒径与质量对不同粒径所示图3和图。粒子组成的特征值全尾矿如下。d10= 54.27μm, d30.= 135.32μm, d60= 200.79μm,中值直径d50= 178.28μm。之间的整个尾矿主要是直径80μm和341μm,然后不均匀系数Cu和曲率系数Cc尾矿的计算。Cu= 3.636(小于5),Cc = 1.657。结果显示整个尾矿属于低层次,这严重影响尾矿运输的过程如浓度、脱水、胶结和稳定。

表2
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表2。尾矿的物理参数。

图2
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图2。尾矿粒度分布图表。

图3
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图3。曲线为不同体积分数和粒子直径。

实验程序

在这个实验中,确定最佳时间间隔约为1 s通过多个实验。注意,如果时间间隔太短,会导致不准确的测试结果,同时会导致泥浆沉降时间间隔太长。

实验程序如下:

1)在测试尾矿泥浆的浓度是75%,这是由混合细粒尾矿和全尾矿。μm细粒尾矿的粒子大小是10.21,21.97μm 28.5μm 30.00μm 32.87μm 55.53μm 81.28μmμm和98.04,分别整个尾矿的质点的大小是168.02μm,和细粒尾矿的内容分别为10%,20%,30%,40%,50%。尾矿料浆的混合比的信息表3。

2)重尾矿和水混合在烧杯,然后上面的混合物用玻璃棒搅拌均匀得到尾矿泥浆。

3)RheolabQC流变仪是用于测试,时间间隔是1 s轨道。为了减少测试误差,测量的数据在每组至少三次。最终的结果以平均值。差异系数大时,当差异系数很大,大的区别的数据将被删除并再次进行测试。

表3
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表3。尾矿料浆的混合比。

测试结果和分析

测试结果

尾矿料浆的流变曲线与不同粒径和内容所示图4- - - - - -11。混合物的10 f90c代表整个尾矿细粒尾矿10%和90%。

图4
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图4。剪切流变曲线的粒子直径10.21μm stress-shear率。

图5
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图5。剪切流变曲线的粒子直径21.97μm stress-shear率。

图6
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图6。剪切流变曲线的粒子直径28.5μm stress-hear率。

图7
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图7。剪切流变曲线的粒子直径30.0μm stress-hear率。

图8
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图8。剪切流变曲线的粒子直径32.87μm stress-shear率。

图9
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图9。剪切流变曲线的粒子直径55.53μm stress-shear率。

图10
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图10。剪切流变曲线的粒子直径81.28μm stress-shear率。

图11
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图11。剪切流变曲线的粒子直径98.04μm stress-shear率。

它可以得出结论图4图5,图6,图7,图8,图9,图10图11。

1)当转子的剪切速率是恒定的,剪切应力增加而增加的内容,和不同内容的流变曲线有相同的趋势。这是因为微粒的含量高,增加了颗粒之间的接触面积,加强尾矿泥浆颗粒的内部交互。同时,剪切应力与剪切速率呈正相关。也就是说,剪切应力与剪切速率增加。它同意的结果曹et al。(2018)。

2)当粒径小于或等于30.0μm的剪切应力与剪切速率不断增加转子相同的内容。曲线的斜率越小,这意味着剪切压力更稳定。粒径大于30.0μm时,曲线斜率之间的剪切应力和剪切速率越大,相同的内容,也就是说,剪切应力的增加速度相对较大。随着内容的增加,剪切应力也增加,但增加的范围很小。尾矿粒度为10.21μm,剪切应力与50%的内容是约2.88倍,10%的内容。然而,剪切应力与50%的内容几乎是一样的,10%的内容细粒尾矿粒度为90.04μm。变化表明,尾矿的内容少了影响尾矿粒度时剪切应力的增加到一定值。

3)所示图4- - - - - -11,当细粒尾矿含量小于或等于30%,尾矿的流变曲线相对集中和剪切应力的变化小。剪切应力大幅增加更多内容小于30%,在30%以上。细颗粒的絮凝是主导因素导致泥浆的屈服应力。泥浆微粒的越多,越明显的絮凝。颗粒之间的接触点的增加会导致摩擦阻力的增加,这阻碍了尾矿泥浆流动。因此,抵抗和屈服应力与高含量较低的比这更大的内容。

测试结果分析

为尾矿泥浆流变模型有很多,如Herschel-Bulkley模型、宾汉模型(刘et al ., 2018;Zhang et al ., 2023)。泥浆会遵循不同的流变模型,当粒子尺寸和内容是不同的。

宾汉模型方程的定义是:

τ<米o> = τ<米n>0 + μ<米我>γ ( 1<米o stretchy="false"> )

Herschel-Bulkley方程的定义是:

τ<米o> = τ<米n>0 + μ<米sup> γ<米我>n ( 2<米o stretchy="false"> )

在哪里<我nline-formula id="inf1"> τ<米n>0 屈服应力,Pa,<我nline-formula id="inf2"> μ 是塑料粘度系数,,<我nline-formula id="inf3"> γ 剪切速率,1 / s。n是收益率指数。

当<我nline-formula id="inf4"> τ<米n>0 = 0<米o> , n<米o> = 1 ,该模型是牛顿流体;当<我nline-formula id="inf5"> τ<米n>0 = 0<米o> , n<米o> < 1 ,该模型是假塑性流体;当<我nline-formula id="inf6"> τ<米n>0 = 0<米o> , n<米o> > 1 ,模型是扩大液体;当<我nline-formula id="inf7"> τ<米n>0 > 0<米o> , n<米o> = 1 ,该模型是宾汉流体;当<我nline-formula id="inf8"> τ<米n>0 > 0<米o> , n<米o> < 1 ,模型是假塑性流体与屈服应力;当<我nline-formula id="inf9"> τ<米n>0 > 0<米o> , n<米o> > 1 模型是扩大与屈服应力流体。

基于曲线图4-Figure 11测试结果由情商安装1和2。有许多拟合曲线和拟合趋势是相似的,细粒度的30μm为例,拟合结果所示表3。可以看出,相关系数是99.4%以上,得到了以下结论。

1)当细粒尾矿的粒径小于或等于30μm和内容小于或等于30%,尾矿料浆的流变性符合Herschel-Bulkley模型。并将转变成宾汉模型随着内容的增加。这是因为细粒尾矿的粒子大小相对较小,结构的尾矿泥浆拆卸然后剪切应力的影响下,改革和结构改革的速度增加而剥离的程度。当内容超过30%,实现尾矿泥浆系统的动态平衡和稳定的塑性粘度,因此尾矿泥浆系统转变为宾汉模型。

2)当粒径大于30μm,无论多么尾矿泥浆的内容变化,泥浆总是呈现Herschel-Bulkley没有转化为宾汉模型。

扩大与屈服应力流体

因为随着粒径的增加,粒子间的碰撞和摩擦成为主要因素略尾矿泥浆的粘度。

的屈服应力和粘度法

屈服应力和粘度是影响水泥浆的流动的主要因素。因此,不同粒径的屈服应力和粘度和内容进行了分析测试。变化的曲线所示图12和图13。从以上数据得出以下结论。

1)所示图12的屈服应力大小的细粒尾矿10.21μm大于其他粒子的大小,和屈服应力的变化速度逐渐增大随着内容的增加。与此同时,粒径越大,屈服应力是更稳定。当粒子直径大于30.0μm,屈服应力的变化随着内容的增加。当粒径小于或等于30μm内容小于或等于30%,屈服应力增加缓慢。屈服应力的增加迅速,当内容超过30%。这是因为当粒径小而细粒尾矿的内容大,和颗粒之间的摩擦增加,从而增加了屈服应力迅速,减少尾矿泥浆的流动性。

2)所示图13,当粒径小于或等于30.0μm,粘度降低的内容10%,20%,和30%,分别粒径越小,粘度越严重减少。的粒径10.21μm,粘度降低到最低限度内容时突然30%,这是由于颗粒之间的润滑效果的主要因素。当粒子尺寸大于30μm,粘度的变化越来越是相对稳定的。

3)的粘度和屈服应力的变化极大地细粒尾矿粒度小于30.0μm,而更稳定的粒子大小超过30.0μm。细粒尾矿的粒子大小和内容有很大影响尾矿泥浆的流变行为。

图12
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图12。屈服应力的变化曲线不同粒子直径和内容。

图13
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图13。粘度的变化曲线和不同颗粒直径和内容。

流变规律和机理分析

尾砂处理的内容和粒度细tailingd并非越大越好,存在一个影响范围。尾矿灰浆的填充和交通参数进行优化以定量阐明尾矿泥浆的流变特性。在本部分中,一项新的法律尾矿泥浆的流变特性,和颗粒大小的影响机制和内容上的屈服应力和粘度总尾矿深入揭示了从微观的角度来看。

流变规律尾矿

从上面的流变曲线,很明显,30%的内容和细粒尾矿粒度30.0μm尾矿流变特性的转折点。颗粒大小的参数法可以获得30.0μm和内容的30%。

1)的律法粒度30.0μm如下。当直径小于或等于30.0μm,屈服应力有很大的差异,增加的contentr细尾矿。虽然相对稳定时,粒径大于30.0μm。的粒径30.0μm被认为是转折点和屈服应力改变了从稳定到不稳定。

2)30%的法律的内容如下。在测试中,30%的内容可以被认为是拐点。当粒径小于或等于30.0μm和内容小于30%,尾矿粘度降低了逐渐增加的内容,虽然开始增加内容时随着内容的增加超过30%。尾矿的粘度达到最小值时,内容是30%。

机制分析尾矿流变规律

尾矿泥浆流动过程中的阻力函数如下。

F<米o> = d<米n>2 ρ<米sup> u<米n>2 f<米row> R<米row> e<米我>p ( 3<米o stretchy="false"> )
ξ<米o> = 8 π f<米row> R<米row> e<米我>p ( 4<米o stretchy="false"> )

颗粒球体。雷诺数(<我nline-formula id="inf10"> R<米row> e<米我>p )和投影面积(<我nline-formula id="inf11"> 一个 )可以获得在情商。5。

R<米row> e<米我>p = d<米我>u<米我>ρ μ , 一个<米o> = π 4 d<米n>2 ( 5<米o stretchy="false"> )

在那里,<我nline-formula id="inf12"> F 是抵抗,N;<我nline-formula id="inf13"> 一个 我年代的投影面积粒子在飞机上垂直于运动的方向,m2;<我nline-formula id="inf14"> u 是粒子的相对速度,m / s;<我nline-formula id="inf15"> d 是rpherical粒径,m;<我nline-formula id="inf16"> ρ 是流体密度,公斤/米3;<我nline-formula id="inf17"> ξ 阻力系数;<我nline-formula id="inf18"> μ 和<我nline-formula id="inf19"> R<米row> e<米我>p 分别是流体粘度和雷诺数。

因此,尾矿泥浆阻力可以获得在情商。6。

F<米o> = ξ<米我>一个<米我>ρ<米sup> u<米n>2 2 ( 6<米o stretchy="false"> )

在回填过程中,应确保粒子可以均匀流动。颗粒之间的粘滞阻力的主要因素影响尾矿泥浆流的,电阻是与雷诺数有关<我nline-formula id="inf20"> R<米row> e<米我>p 。

尾矿泥浆,

ξ<米o> = 24 R<米row> e<米我>p ( 7<米o stretchy="false"> )

用情商。7为情商。6,我们可以得到

F<米o> = 3<米我>π<米我>μ<米我>d<米我>u ( 8<米o stretchy="false"> )

可以看出,当阻力保持不变时,粘度<我nline-formula id="inf21"> μ 的尾矿料浆粒度成反比<我nline-formula id="inf22"> d ,也就是说,粒径越大<我nline-formula id="inf23"> d ,粘度越小<我nline-formula id="inf24"> μ 。三角体模型的粒子,如所示图14。

图14
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图14。粒子的安排。

假设大粒子和细粒子的半径R1和R2,分别。根据几何切线关系,大颗粒切时,小颗粒可以适应在大颗粒之间的差距。R的关系1和R2获得在情商。7。

R<米n>1 + 6.1<米sub> R<米n>2 ( 9<米o stretchy="false"> )

在测试中,中值直径d50= 178.28μm。切向粒子大小是29.2μm用情商。10,粘度<我nline-formula id="inf25"> μ 尾矿是最低,粒径在测试μm最接近30.0。因此,30.0μm尾矿性能的转折点,这与上面的测试结果是一致的。

方程10可以使用多级粒子表示安排理论(刘et al ., 2017),

0<米o> < ξ<米我>我 < 1 ρ<米o> ′ = ρ<米我>马克斯 ∑ 我<米o> = 1 n ξ<米我>我 = 1 ( 10<米o stretchy="false"> )

在哪里<我nline-formula id="inf26"> ξ<米我>我 的比例吗我th粒级;n评分人数;<我nline-formula id="inf27"> ρ<米o> ′ 后包装密度颗粒级配。

在流变测试上面所提到的,它可以被视为之间的两级分级细粒尾矿和粗颗粒尾矿。疏密度和百分比之间的关系可以获得在情商。11。

ξ<米n>1 = 1<米o> − θ<米n>1 1<米o> − θ<米n>1 θ<米n>2 ξ<米n>2 = 1<米o> − θ<米n>2 θ<米n>1 1<米o> − θ<米n>1 θ<米n>2 ( 11<米o stretchy="false"> )

在哪里<我nline-formula id="inf28"> θ<米我>米 系统的孔隙度评分后,<我nline-formula id="inf29"> θ<米n>1 和<我nline-formula id="inf30"> θ<米n>2 疏的粗和细粒子,分别和<我nline-formula id="inf31"> ξ<米n>1 和<我nline-formula id="inf32"> ξ<米n>2 相应的百分比。

θ<米我>米 = 1<米o> − 1<米o> − θ<米n>1 1<米o> + θ<米n>1 2.62<米我>k<米o> − 1.62<米sup> k<米n>2 ξ ( 12<米o stretchy="false"> )

在哪里<我nline-formula id="inf33"> k<米o> = d<米n>2 / d<米n>1 。粒子之间的安排通常是紧张的安排和自由安排。假设

θ<米n>1 = θ<米n>2 = θ ( 13<米o stretchy="false"> )

根据测试,<我nline-formula id="inf34"> θ<米o> = 40<米o> % .Volume分数可以估计理论上粗和细粒子间疏在情商。14。

ξ<米n>2 = 1<米o> − θ<米n>2 θ<米n>1 1<米o> − θ<米n>1 θ<米n>2 = 1<米o> − θ θ 1<米o> − θ<米n>2 = θ<米row> 1<米o> + θ = 0.4<米row> 1<米o> + 0.4 = 29日<米o> % ( 14<米o stretchy="false"> )

因此,孔隙充填系统的两级层次的尾矿是29%。计算结果同意在第二部分实验结果。

理论分析对屈服应力法

絮凝的屈服应力是由微粒流中的尾矿泥浆的过程。同时,全尾矿的粗颗粒下沉缓慢是由于整体阻尼效应。当尾矿颗粒视为球体,球面所示的应力分析图15。F1是粒子沉降阻力和重力吗G。F2剪切强度和吗F2 y的组件F2在Y设在方向,这是剪切应力,引起的屈服应力作用于粒子。

图15
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图15。应力分析尾矿颗粒的粘贴。

在图15,<我nline-formula id="inf35"> θ 球在水平方向的角度,达微分区,可以得到在情商。15,F2 y可以获得在情商。16。

d<米我>一个<米o> = 2<米我>π<米sup> r<米n>2 ⁡ 因为<米o> ⁡ θ<米o> ⋅ d<米我>θ ( 15<米o stretchy="false"> )
d<米sub> F<米n>2 y = τ<米o> ⁡ 因为<米o> ⁡ θ<米我>d<米我>一个<米o> = 2<米我>π<米sup> r<米n>2 因为<米row> 2 ⁡ θ<米o> ⋅ τ<米o> ⋅ d<米我>θ ( 16<米o stretchy="false"> )

上面的方程是集成在情商。17。

F<米n>2 y = 4<米我>π<米sup> r<米n>2 τ<米subsup> ∫ 0<米row> π 2 因为<米row> 2 ⁡ θ<米o> ⋅ d<米我>θ<米o> = 1 4 π<米n>2 d<米n>2 τ ( 17<米o stretchy="false"> )
τ<米o> = 4<米sub> F<米row> 2<米我>y π<米n>2 d<米n>2 ( 18<米o stretchy="false"> )

剪切强度是常数时,屈服应力<我nline-formula id="inf36"> τ 粒子大小成反比d根据情商。18。法律的结果是一致的图12。颗粒大小的屈服应力的10.21μm大于其他粒子大小。此外,粒径越大,屈服应力越稳定。

应用尾矿泥浆的流变规律

定律“30.0μm粒度”和“30%的内容“根据上面的流变测试得到。尾矿泥浆的流变特性和管道阻力参数进行了分析,提供合理的参考铁矿尾矿处置。

领域的铁矿尾矿处置,我增加了内容的细粒尾矿粒度小于30.0μm,并试图确保细粒尾矿30%左右的内容。结果表明,现场问题改善,如制造困难使用集中高浓度尾矿泥浆脱水过程和恶劣的管道运输条件。与此同时,尾矿泥浆运输过程中产生的摩擦阻力降低,提高运输效率,降低尾矿处置成本。

尾矿粒度和内容的一个重要影响尾矿泥浆的屈服应力和粘度。和一些类似的现象也出现在研究的结果刘et al ., (2017);Zhang et al ., (2023)。他们以为泥浆的压力衰减与粗颗粒要小得多比泥浆与细颗粒。尾矿泥浆同意与不同粒径和不同的流变模型的内容。梁et al。(2022)发现了类似的法律,并指出高浓度全尾矿充填浆符合宾汉流体在非牛顿流体的特性。流变特性和相应的流变理论量化研究。和“双三十”理论(“30.0μm粒度”和30%的“内容”)提出和阐述。“粒径30.0μm”和“30%”的内容是尾矿的流变特性的临界点。研究结果进一步提高尾矿运输法律,提供理论支持粘贴矿山废石尾矿充填技术,并对这项技术的广泛应用具有重要意义。

类似的现象也观察到其他料浆;如水泥料浆。与此同时,为金属矿山,屈服应力在泥浆可以减少传输控制尾矿的粒径,增加的内容细粒度与粒度小于30μm岩石,从而减少运输成本。

结论

摘要砂浆尾矿的流变特性实验设计,outunder不同粒径和内容的条件。提出了“双三十”理论,阐述了。建立了相应的理论模型来分析上述结果的机制。结论如下。

1)粒度和细粒尾矿的内容产生重大影响的屈服应力和粘度在运输过程中整个尾矿泥浆。当尾矿粒度不大于30.0μm和内容不超过30%,尾矿泥浆的流变行为符合Herschel-Bulkley模型。与细粒尾矿的含量的增加,其行为表示同意与宾汉模型更好。当粒径大于30μm尾矿泥浆展品Herschel-Bulkley模型无论内容如何变化的。

2)的屈服应力和粘度尾矿泥浆在运输的过程中依照法律的“双三十”理论。这个理论是“粒径30.0μm”和“30%”的内容。即30.0μm的粒度测试可以被视为屈服应力变化的一个转折点。当细粒尾矿粒度不大于30.0μm,屈服应力的变化很大程度上和内容的增加而增加。当粒径大于30.0μm,屈服应力是相对稳定的。的内容30%的尾矿泥浆粘度变化的转折点。尾矿的细粒度小于或等于30.0μm,粘度达到最低30%的内容。

3)粒子尺寸和粘度法的机制从粒子的角度分析了尾矿的安排和流变力学。尾矿泥浆的流变规律已经成功地应用于铁矿尾砂处理,阻力大的问题和应对的过程中尾矿运输。获得法律的尾矿流变学大大提高运输效率和降低铁矿尾矿的处置成本。

数据可用性声明

最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。

作者的贡献

概念化、ZW LC, MH;方法,ZW和信用证;软件,MH;验证、ZW和信用证;正式的分析,ZW和信用证;数据管理、ZW和信用证;原创作品草稿准备、ZW和MH;writing-review和编辑,MH;融资收购,ZW。所有作者已阅读及同意发布版本的手稿。

确认

作者衷心感谢以下代理的金融支持:挖掘武训和河南省科技项目(222102320060),强度改进计划中原科技大学的优势学科(SD202232) Postograduate中原大学的教育改革和质量改进工程技术(JG202220)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

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关键词:流变特性、屈服应力、粘度、流变模型,双30理论

引用:王Z,陈胡L和M(2023)试验研究和机理分析尾矿泥浆的流变特性。前面。地球科学。10:1083436。doi: 10.3389 / feart.2022.1083436

收到:2022年10月29日;接受:2022年12月01;
发表:2023年1月30日。

编辑:

磊哥斯,河南理工大学,中国

审核:

Erol Yilmaz土耳其,Erdoğan大学
帅曹,北京科技大学,中国

版权©2023王,陈和胡锦涛。这是一个开放分布式根据文章知识共享归属许可(CC)。使用、分发或复制在其他论坛是允许的,提供了原始作者(年代)和著作权人(s)认为,最初发表在这个期刊引用,按照公认的学术实践。没有使用、分发或复制是不符合这些条件的允许。

*通信:Zhiliu王6855 @zut.edu.cn

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