尾礦泥是以粘性細顆粒組成的粒狀物料,其礦漿為固、液兩相混合物。尾礦泥顆粒很細,大部分顆粒能均勻懸浮在水中,形成懸液。粘性細顆粒在有電解質(zhì)的水中形成顆粒表面的吸附水膜,顆粒半徑增大,相當于增大了固體體積和有效濃度。當尾礦泥的濃度較高時,由于粘性顆粒粘度很大,在
超高分子量聚乙烯管道里流動時的內(nèi)摩擦力變大,而且細顆粒有絮凝作用,形成絮凝團,絮凝團相互連接,成為絮網(wǎng)結(jié)構(gòu),能抵抗一定大小的外力,產(chǎn)生了屈服應力。含粘性細顆粒角度的尾礦漿體,在一定剪切速率下,顆粒的排列、絮網(wǎng)結(jié)構(gòu)破壞,剪切力隨著時間而減小,出現(xiàn)一定的觸變性。因此尾礦泥漿的流變特性比較復雜。但是,從工程應用的角度來講,尾礦泥漿體在一般的穩(wěn)定、均勻流動中,這種與時間有關(guān)的性質(zhì)表現(xiàn)得并不明顯,可以看做純粘性的,即作為與時間無關(guān)的非牛頓體來處理。根據(jù)流變特性,尾礦泥漿體屬于賓漢塑性體,其流變關(guān)系可以用式(1)來表示。賓漢剪切力的大小與粘性細顆粒含量密切相關(guān)。
ζ=ζB+ŋ du/dy (1)
式中:ζB —— 屈服應力
ŋ —— 剛度系數(shù)
ζ —— 切應力
du/dy —— 流速梯度
根據(jù)尾礦顆粒在
超高分子量聚乙烯管道運動和懸浮情況,分為均質(zhì)流、擬均質(zhì)流和非均質(zhì)流。通常用管道斷面頂部0.08D(D為
超高分子量聚乙烯管管徑)處濃度C與管道斷面中心濃度CA的比值作為判斷標準,C/CA≥0.8時,為擬均質(zhì)流,C/CA<0.1時,為非均質(zhì)流,介于兩者之間為復合流。漿體長距離輸送要求為擬均質(zhì)流,短距離輸送選用擬均質(zhì)流和復合流都可以,但最好選用穩(wěn)定的擬均質(zhì)流輸送。
由于尾礦泥漿漿體是流變性質(zhì)比較復雜的固、液兩相混合物,結(jié)合工程實例,首先進行了流變試驗,確定流變參數(shù),然后建立輸送計算模型,計算出尾礦泥漿體在
超高分子量聚乙烯管道水力輸送設(shè)計所需的濃度、管徑、流速和阻力損失等重要參數(shù)。
流變試驗
利用粘度計來測定尾礦泥漿體得屈服應力和剛度系數(shù),根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪出虛剪切率8V/D與管壁切應力ζw的關(guān)系曲線。由尾礦泥漿體得流變試驗結(jié)果得出,流變參數(shù)屈服應力ζB和剛度系數(shù)ŋ可以由尾礦泥的體積濃度計算:
ζB=0.399Cufe35.592Cuf
ŋ=µµ+0.0071Cvf e26.212Cvf
式中:Cuf —— 尾礦泥的體積濃度
µµ —— 清水的粘度