【摘要】：推進膏體技術發(fā)展是踐行國家“綠色開采”理念的重要舉措。作為該技術的基礎和首要環(huán)節(jié),全尾砂膏體濃密是低濃度尾砂漿與絮凝劑混合后,在重力-剪切作用下實現(xiàn)固液分離,并生產(chǎn)膏體產(chǎn)品的復雜動態(tài)過程。針對膏體濃密性能(即固體通量、處理能力與底流濃度的相互關系)的研究,傳統(tǒng)重力濃密理論表現(xiàn)出較差的適用性,在工程應用中存在諸多問題。濃密性能是全尾砂絮團壓縮性和滲透性的外在表現(xiàn),而全尾砂絮團結構尺寸的變化是其壓縮性和滲透性優(yōu)劣的根本原因。因此,開展膏體濃密過程全尾砂絮團尺寸變化及其壓滲性能等方面的研究具有重要的意義。本文將濃密過程全尾砂絮團視為球狀,凝膠濃度、壓縮屈服應力表征其壓縮性,干涉沉降系數(shù)表征其滲透性。以絮凝劑遴選和沉降條件優(yōu)化為切入點,借助物理實驗、理論分析和數(shù)值計算等手段,圍繞絮團尺寸變化及其壓滲性能、膏體濃密性能展開了研究。最終闡明了不同剪切環(huán)境下全尾砂絮團尺寸變化與其壓縮性和滲透性的內(nèi)在聯(lián)系,實現(xiàn)了膏體濃密性能的有效分析。完成的主要研究工作包括:(1)完成了絮凝劑遴選和沉降實驗條件優(yōu)化工作。提出以濃密效果因子評價沉降實驗效果,優(yōu)選出適合于新疆某銅礦全尾砂沉降的絮凝劑XT9020,采用4因素3水平Box-Behnken設計方案,開展了靜態(tài)沉降條件優(yōu)化實驗,分析了入料濃度、絮凝劑單耗、絮凝劑溶液濃度和入料速率四個因素對沉降效果的影響,獲得了濃密效果因子預測模型,借助響應曲面法確定了最佳沉降實驗條件:入料質(zhì)量濃度為18.43%,絮凝劑單耗為19.57 g/t,絮凝劑溶液濃度為0.04%,入料速率為0.38 m/s。(2)考察了膏體濃密機全壓力下全尾砂絮團壓縮性和滲透性變化規(guī)律。在全尾砂絮團沉降和壓濾行為數(shù)學模型的基礎上,以動態(tài)沉降實驗和壓濾實驗分別研究膏體濃密機低壓力和高壓力下全尾砂絮團脫水行為,實現(xiàn)了不同剪切環(huán)境膏體濃密機全壓力物理模擬,考察了耙架轉速對全尾砂絮團壓縮性和滲透性的影響規(guī)律,在此基礎上構建了不同剪切環(huán)境穩(wěn)態(tài)條件下全尾砂絮團壓縮性和滲透性參數(shù)隨底流濃度變化的關系式。(3)深入研究了不同剪切環(huán)境下全尾砂絮團尺寸變化行為。耙架的剪切作用引起絮團尺寸變化,迫使絮團發(fā)生致密行為。以直徑比例因子表征絮團剪切致密程度,以直徑致密速率表征絮團剪切致密速度,在對全尾砂絮團沉降過程分析的基礎上,建立了隨時間變化的絮團致密方程,結合穩(wěn)態(tài)條件下全尾砂絮團壓縮性和滲透性參數(shù),考察了全尾砂絮團尺寸變化對其壓縮性和滲透性的影響,獲得了考慮時效性的全尾砂絮團壓縮性和滲透性演化方程。(4)提出了有動力膏體濃密性能分析方法。結合Coe-Clevenger沉降理論和Buscall-White脫水理論,借鑒新疆某銅礦膏體濃密機尺寸參數(shù),利用無動力膏體濃密模型,闡述了無動力膏體濃密機固體通量、處理能力隨底流濃度的變化規(guī)律。在此基礎上,引入考慮時效性的全尾砂絮團壓縮性和滲透性演化方程,獲得了有動力膏體濃密性能分析方法,對比分析了無/有動力膏體濃密性能。(5)總結了全尾砂膏體濃密系統(tǒng)設計的推薦流程。以新疆某膏體充填項目為背景,結合本文研究成果,借助相似理論,確定了濃密機系統(tǒng)入料參數(shù)和運行參數(shù)。通過現(xiàn)場膏體濃密機試車運行,驗證了膏體濃密模型和性能研究的適用性。目標底流濃度下,實際泥層壓力與理論泥層壓力平均誤差為3.25%,對應的濃密機理論平均處理能力為99.3 t/h,濃密機實際平均處理能為102.0 t/h,理論值與實際值基本一致。最后總結了全尾砂膏體濃密系統(tǒng)設計的推薦流程。
【圖文】：

水率角度對膏體定義進行了補充，認為膏體泌水率應在１．５％？５％范圍內(nèi)［２４，２５］。逡逑將膏體通過管道輸送到地下采空區(qū)或地表堆場，稱為膏體充填或膏體堆逡逑存（圖１－１）。V體技術在加拿大、澳大利亞、中國、美國、南非等國家得到逡逑廣泛應用，目前全世界有超過４０個膏體堆存工程［２６＿３１１，約有１００余座礦山正逡逑在使用膏體充填技術［３Ｗ４］。目前國內(nèi)在有色金屬、稀貴金屬、黑色金屬及非逡逑金屬礦山己建設膏體充填系統(tǒng)２０余套［３５＿３９］。逡逑￥逡逑ｔ邐一，：暴、、逡逑？？ｉｗｉ逡逑圖１－１膏體技術示意圖逡逑全尾砂膏體濃密是膏體技術實施的首要環(huán)節(jié)，該過程涉及多學科（流體逡逑力學、表面化學、流變學等）、多層面（理論、技術、工藝、設備等）［４（＞１。逡逑下面分別對膏體濃密機工作原理及區(qū)域劃分、全尾砂絮團沉降壓縮行為、全逡逑尾砂絮團濃密特性研究方法、重力濃密理論的發(fā)展等方面進行綜述。逡逑１．３．１胥體濃密機工作原理及區(qū)域劃分逡逑膏體濃密機是在高效濃密的基礎上，，引入高壓力（大高徑比）、高強度排逡逑水（攪拌導水）等理念之后，產(chǎn)生的一種重力脫水技術。該技術具有底流濃逡逑度高，處理能力大，回水濁度低等一系列優(yōu)勢［４１］。但是，限于我國膏體濃密逡逑技術的滯后發(fā)展［４２］，我國礦山企業(yè)在應用過程中付出了較大的經(jīng)濟成本，這逡逑－３邋－逡逑

圖１－３高分子絮凝模式１４８１逡逑２００７年，Ｎａｓｓｅｒ等［４９］的研究表明，顆粒表面加１０％
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD926.4

【參考文獻】

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10 李輝;王洪江;吳愛祥;焦華U

本文編號：2693337