金川全尾砂膏体物料流变特性的研究

金川公司是中国较早试验研究和生产应用管道输送胶结充填料浆进行井下充填的企业,1975年进行浆体管道输送试验时发现了高浓度料浆的管道输送特性,而后设计和建立了高浓度料浆的管道重力输送充填生产系统,20世纪80年代末期又开始试验研究新一代高浓度充填工艺－全尾砂膏体泵送系统,该项研究对多种物料组分的全尾砂膏体料浆进行了管流特性和流变特性的测试与研究,为膏体泵送系统的设计提供了可靠的依据,经过10多年的努力,现已建成尾砂膏体泵送系统,本重点介绍全尾砂膏体物料流变特性的检测方法,试验内容和取得的初步成果。     

泵送剂对膏体抗压强度的影响试验研究及机理分析

泵送剂能有效改善膏体料浆流动性能,然而其对膏体料浆凝结性能的影响机理尚未明确.针对这一问题,本文进行泵送剂的抗压强度试验和环境扫描电镜观察.强度试验结果表明:泵送剂可有效改善膏体料浆凝结性能,泵送剂掺量越高不同龄期的膏体凝结性越好.环境扫描电镜观察结果表明:泵送剂添加后,大尺寸絮团减少,料浆内孔隙减少,改变了膏体微观结构.基于应用计算机图像处理技术和分形理论,计算膏体微观结构计盒维数,量化分析膏体微观结构.最终对泵送剂改善膏体凝结性能的机理进行分析,认为泵送剂通过改变絮团大小和数量、孔隙率、水化反应等方面影响膏体凝结性能.     

膏体流变参数影响机制及计算模型

首先对膏体物料特性开展量化表征研究,通过分析膏体细观结构的物质组成,提出了一种全面描述物料特征的综合指标——固体填充率;开展膏体流变实验,基于宾汉模型对流变曲线进行拟合获得相应的屈服应力及塑性黏度,分析了体积分数、质量加权平均粒径、不均匀系数、细颗粒及水泥质量分数等因素对流变参数的影响规律,并从细观结构的角度对其影响机制进行了解释,最终构建了流变参数关于固体填充率的计算模型.研究结果表明：相同条件下,膏体屈服应力及塑性黏度随体积分数增大呈指数增大,随物料不均匀系数增大而减小,随细颗粒含量增大呈先减小再增大的变化趋势.     

金属矿膏体流变行为的颗粒细观力学作用机理进展分析

金属矿膏体料浆颗粒间以及颗粒与水间的相互作用是膏体表现出复杂流变行为的根本原因。流变学是指导膏体充填工艺的重要基础理论,然而膏体作为一种多尺度、高浓度颗粒悬浮液,其流变行为十分复杂,现有流变模型难以描述膏体在剪切作用下的流变行为。通过分析传统膏体流变模型的局限性,综述国内外文献,以颗粒的表面特性以及颗粒与水的相互作用为出发点,剖析尾砂颗粒表面氢键网络结构的形成原因及其影响因素,阐述受氢键网络结构影响的剪切作用下颗粒间细观摩擦力的来源及其变化,分析剪切过程中出现的剪切条带、剪切稀化以及剪切增稠等流变行为的内在机理,归纳随剪切速率变化的膏体流变行为的摩擦耗散规律,提出准确衡量膏体体系的宏观摩擦力是分析其流变行为的关键,以便明晰膏体复杂流变行为发生的细观力学机理,从而推动金属矿膏体流变学从宏观流变向细观致因的发展。      

不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化

甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大,严重影响充填浆体的质量。本文以金川二矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料,采用全面实验设计法,研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律。实验结果表明:全尾砂–粗骨料膏体中,粗骨料的比表面积和化学成分（活性MgO和CaO）是影响凝结时间的主要因素;凝结时间随尾骨比增加而缩短,屈服应力随尾骨比增加而增加,塑性黏度（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加;全尾砂–废石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗压强度;最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂–废石膏体、尾骨比5∶5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短2.1 h和增加33%以上。最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化,多目标回归优化表明:全尾砂–废石–棒磨砂膏体最佳凝结时间为270～300 min、尾骨比10∶6∶6～10∶7∶7、屈服应力为167.0～169.0 Pa;全尾砂–棒磨砂膏体最佳凝结时间为300～330 min、尾骨比10∶14～10∶16、屈服应力为164.0～167.0 Pa,满足矿山生产要求。      

全尾砂膏体搅拌剪切过程的触变性

膏体触变性是一种复杂的流变现象,涉及到膏体的搅拌制备、管道输送、采场流动等多方面,但是对膏体的触变性机理目前还缺乏统一的认识,对全尾砂膏体处置技术中出现的各种与触变性相关现象还难以解释.针对全尾砂膏体搅拌剪切过程中的触变行为,对某尾矿全尾砂膏体在不同条件下进行流变测试,研究全尾砂粒级、膏体中固相质量分数、水泥添加量、静置时间等因素对膏体触变的影响规律,分析全尾砂膏体触变行为及其对全尾砂膏体稳定性能的影响.研究结果表明,全尾砂颗粒以三维网状结构弥散于浆体空间,其触变性与屈服应力及膏体料浆稳定性相关,受到料浆中超细成分、灰砂比、固相质量分数等影响,膏体触变特征可划分为剪切破坏及静置恢复两个过程,其流变特性具有随时间而变化的特点.     

颗粒粒径对尾砂膏体触变性的影响

高浓度尾砂料浆具有复杂的触变性,颗粒粒径是影响料浆触变性的重要因素,颗粒粒径对触变性影响的定量研究尚不丰富.为探究高浓度尾砂膏体的颗粒粒径对触变性的影响,使用同种尾砂制备了不同平均粒径的样品并制成膏体,开展恒剪切速率实验.结果表明,尾砂膏体具有显著的触变性,恒剪切速率条件下呈剪切稀化.稳态条件下,料浆静态屈服应力、动态屈服应力、宾汉姆黏度均与颗粒平均粒径平方的倒数呈线性正相关.瞬态条件下,颗粒平均粒径和相应瞬态拟合参数呈线性关联.推荐的稳态和触变性模型均表现出较高的适用性.通过数据拟合构建了稳态剪切应力和瞬态剪切应力的预测模型,定量表征颗粒平均粒径对触变性料浆稳态和瞬态流变行为的影响.     

基于扩散度的尾砂膏体流变特性

借鉴水泥净浆流动度测试方法,引入扩散度参数判别尾砂膏体的流变特性,开展试验研究分析扩散度与尾砂膏体质量分数（C_w）、灰砂比、屈服应力和黏度系数的关系,根据5个矿山的扩散度和流变参数测试结果,构建扩散度与屈服应力的经验模型,并与推导的解析模型作对比。结果表明:尾砂膏体的扩散度主要与质量分数有关,灰砂比对其影响不显著,随质量分数、屈服应力和黏度的增加而减小,质量分数为68%、70%和72%的尾砂膏体的扩散度分别为20.37、17.22和12.44 cm;尾砂膏体的扩散度与屈服应力的变化趋势相吻合,二者呈指数型函数关系,经验模型计算得到的屈服应力与测试结果误差在25%范围内,且尾砂膏体质量分数越大,二者的误差越小,达到10%以内;解析模型与经验模型计算所得的屈服应力在扩散度为12～16 cm之间结果较接近,解析模型计算结果整体上高于测试值;相比于坍落度,扩散度测试简便易操作,扩散度能有效表征尾砂膏体的流变特性,指导矿山现场充填。      

深井似膏体充填管道输送特性研究

基于某金属矿深井开采充填料浆管道输送系统运行的工程实例,对充填料浆管道输送的动力学过程进行模拟分析。采用GAMBIT建立超深、超长似膏体管道输送二维动态模型,在此基础上运用FLUENT双精度解算器进行分离隐式模拟。研究结果表明:管道输送的阻力损失值小于重力产生的压力,可以实现自流输送;充填料浆在工作流速为3.06 m/s,自流输送的条件下,在弯管处得到最大速度4.10 m/s,水平段最大速度3.91 m/s,均满足稳定性要求。通过残差曲线监测所有相关变量的完整数据,证明模拟结果可靠,由此分析得出充填料浆管道输送系统安全可靠。     

早强剂在膏体充填中的作用机理及其应用研究

缩短充填料浆的凝结时间是提高充填体早期强度、降低充填成本的有效途径之一。为此,开展了早强剂在膏体充填中的应用研究。试验表明,充填料浆中添加水玻璃能满足采场对膏体凝结的要求。工业试验表明,添加10%水玻璃后膏体最终初凝时间为450 min,采场终凝时间为3 d。     

刚玉质自流浇注料流变性和流动性的关系

采用浇注料流变仪、L型流动性测试装置和自流值测定装置,测定了加水量、分散剂(FS10)、纯铝酸钙水泥和α-Al₂O₃微粉对刚玉质自流浇注料的流变性和流动性的影响,并分析了流变性和流动性之间的关系.实验结果表明:随加水量增加(质量分数4.9%～5.3%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度均逐渐减小,自流值和流动速度逐渐增大.随分散剂FS10加入量的增加(质量分数0.16%～0.20%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度逐渐减小,自流值和流动速度逐渐增大;分散剂FS10加入量继续增大时(0.20%～0.22%),相对屈服应力、相对塑性黏度和相对平均黏度显著增大,而自流值和流动速度大幅下降.随纯铝酸钙水泥加入量增加(质量分数1%～4%),流变参数和流动参数有一定的变化,但变化不明显.随α-Al₂O₃微粉加入量的增加(质量分数9%～12%),相对屈服应力和相对平均黏度均减小,相对塑性黏度变化不大,自流值变化不大,流动速度加快.刚玉质自流浇注料流变参数和流动参数之间的关系为:自流值和相对屈服应力有较好的相关性,而流动速度和相对平均黏度有较好的相关性.     

不同组方对尾砂膏体泵送环管试验的影响分析

全尾砂膏体泵送环管试验中,往往要添加一些其它材料来改善膏体充填料浆的输送参数和提高充填体的强度.文中对云南某矿添加水淬渣的全尾砂膏体泵送环管试验中出现的问题进行了深入分析,同时对试验中添加石灰浆和料浆温度对试验结果的影响进行了探讨,所得出的结论和建议对该矿充填工艺的设计具有实际意义.     

超细Cu粉在导电浆料中的烧结性能研究

为了得到Cu导电浆料所需的纳米金属粉,通过直流电弧等离子法制备纳米Cu粉,利用X射线衍射(XRD)、FESEM等测试手段对Cu粉的晶体结构、形貌进行表征。以丙烯酸树脂、乙基纤维素和松油醇为有机载体,采用超细Cu粉(质量分数70%)为导电相配制了导电浆料,研究了不同烧结温度(450~600℃)及烧结时间(15~60 min)下Cu导电浆料的导电特性及形貌变化。结果表明,烧结工艺对导电膜层的导电性能影响较大,随着烧结温度的升高和保温时间的延长,浆料层的导电能力增强,方阻逐渐减小;600℃烧结60min时,浆料方阻最小,可达到14.8 mΩ/□。     

氧化锆陶瓷注射成形的喂料流变性能研究

采用表面改性前后的两种ZrO_2陶瓷粉末作原料,选用自制的蜡基粘结剂体系制成注射成形喂料,通过毛细管流变仪测定喂料的流变性能,并对改性前后的ZrO_2陶瓷注射成形喂料的流变学性能进行了分析.结果表明:经过改性后的喂料粘度降低,即使提高装载量也能保证较小的粘度.改性前后的四种喂料均符合假塑性流变行为,而经过改性的装载量为53%的喂料,它的E值最小,为22.85kJ/mol,在不同温度下的n值对比,该喂料的n值最大,即可看出该喂料的粘度对剪切速率和温度的敏感性较低,而喂料的均匀性和稳定性较好,更适合注射成形.     

炼铅炉渣用于矿山充填胶凝剂的试验研究

在分析炼铅炉渣理化特性的基础上,通过外界条件激发铅渣潜在活性,将其作为胶凝材料应用于矿山充填替代部分或全部水泥,进行全尾砂膏体试验。试验采用全面试验法,试验结果表明,选用合适的激发剂及铅渣胶凝材料配方,铅渣胶凝材料替代部分水泥用于矿山井下充填可以满足矿山生产的强度要求。     

20CrMoA抽油杆钢开裂倾向分析及改进措施

对唐钢生产的20CrMoA抽油杆用钢存在的锻造开裂进行了分析,并提出了改进措施,经实施达到预期的实用效果。     

高挥发分、高流变性炼焦煤的配用研究

通过对3种气肥煤和肥煤的工艺指标、基氏流动度、煤岩等指标及焦炭显微结构的分析,配合煤炼焦试验,探讨了高挥发分、高流变性炼焦煤的配用方法。