【摘要】：推進(jìn)膏體技術(shù)發(fā)展是踐行國家“綠色開采”理念的重要舉措。作為該技術(shù)的基礎(chǔ)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(shí)現(xiàn)固液分離,并生產(chǎn)膏體產(chǎn)品的復(fù)雜動(dòng)態(tài)過程。針對(duì)膏體濃密性能(即固體通量、處理能力與底流濃度的相互關(guān)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(yīng)用中存在諸多問題。濃密性能是全尾砂絮團(tuán)壓縮性和滲透性的外在表現(xiàn),而全尾砂絮團(tuán)結(jié)構(gòu)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(tuán)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(tuán)視為球狀,凝膠濃度、壓縮屈服應(yīng)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(diǎn),借助物理實(shí)驗(yàn)、理論分析和數(shù)值計(jì)算等手段,圍繞絮團(tuán)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(tuán)尺寸變化與其壓縮性和滲透性的內(nèi)在聯(lián)系,實(shí)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(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化工作。提出以濃密效果因子評(píng)價(jià)沉降實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)方案,開展了靜態(tài)沉降條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn),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(gè)因素對(duì)沉降效果的影響,獲得了濃密效果因子預(yù)測(cè)模型,借助響應(yīng)曲面法確定了最佳沉降實(shí)驗(yàn)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(jī)全壓力下全尾砂絮團(tuán)壓縮性和滲透性變化規(guī)律。在全尾砂絮團(tuán)沉降和壓濾行為數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,以動(dòng)態(tài)沉降實(shí)驗(yàn)和壓濾實(shí)驗(yàn)分別研究膏體濃密機(jī)低壓力和高壓力下全尾砂絮團(tuán)脫水行為,實(shí)現(xiàn)了不同剪切環(huán)境膏體濃密機(jī)全壓力物理模擬,考察了耙架轉(zhuǎn)速對(duì)全尾砂絮團(tuán)壓縮性和滲透性的影響規(guī)律,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了不同剪切環(huán)境穩(wěn)態(tài)條件下全尾砂絮團(tuán)壓縮性和滲透性參數(shù)隨底流濃度變化的關(guān)系式。(3)深入研究了不同剪切環(huán)境下全尾砂絮團(tuán)尺寸變化行為。耙架的剪切作用引起絮團(tuán)尺寸變化,迫使絮團(tuán)發(fā)生致密行為。以直徑比例因子表征絮團(tuán)剪切致密程度,以直徑致密速率表征絮團(tuán)剪切致密速度,在對(duì)全尾砂絮團(tuán)沉降過程分析的基礎(chǔ)上,建立了隨時(shí)間變化的絮團(tuán)致密方程,結(jié)合穩(wěn)態(tài)條件下全尾砂絮團(tuán)壓縮性和滲透性參數(shù),考察了全尾砂絮團(tuán)尺寸變化對(duì)其壓縮性和滲透性的影響,獲得了考慮時(shí)效性的全尾砂絮團(tuán)壓縮性和滲透性演化方程。(4)提出了有動(dòng)力膏體濃密性能分析方法。結(jié)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(jī)尺寸參數(shù),利用無動(dòng)力膏體濃密模型,闡述了無動(dòng)力膏體濃密機(jī)固體通量、處理能力隨底流濃度的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,引入考慮時(shí)效性的全尾砂絮團(tuán)壓縮性和滲透性演化方程,獲得了有動(dòng)力膏體濃密性能分析方法,對(duì)比分析了無/有動(dòng)力膏體濃密性能。(5)總結(jié)了全尾砂膏體濃密系統(tǒng)設(shè)計(jì)的推薦流程。以新疆某膏體充填項(xiàng)目為背景,結(jié)合本文研究成果,借助相似理論,確定了濃密機(jī)系統(tǒng)入料參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)膏體濃密機(jī)試車運(yùn)行,驗(yàn)證了膏體濃密模型和性能研究的適用性。目標(biāo)底流濃度下,實(shí)際泥層壓力與理論泥層壓力平均誤差為3.25%,對(duì)應(yīng)的濃密機(jī)理論平均處理能力為99.3 t/h,濃密機(jī)實(shí)際平均處理能為102.0 t/h,理論值與實(shí)際值基本一致。最后總結(jié)了全尾砂膏體濃密系統(tǒng)設(shè)計(jì)的推薦流程。
【圖文】：

水率角度對(duì)膏體定義進(jìn)行了補(bǔ)充，認(rèn)為膏體泌水率應(yīng)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(chǎng)，稱為膏體充填或膏體堆逡逑存（圖１－１）。V體技術(shù)在加拿大、澳大利亞、中國、美國、南非等國家得到逡逑廣泛應(yīng)用，目前全世界有超過４０個(gè)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(shù)［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(shè)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(shù)示意圖逡逑全尾砂膏體濃密是膏體技術(shù)實(shí)施的首要環(huán)節(jié)，該過程涉及多學(xué)科（流體逡逑力學(xué)、表面化學(xué)、流變學(xué)等）、多層面（理論、技術(shù)、工藝、設(shè)備等）［４（＞１。逡逑下面分別對(duì)膏體濃密機(jī)工作原理及區(qū)域劃分、全尾砂絮團(tuán)沉降壓縮行為、全逡逑尾砂絮團(tuán)濃密特性研究方法、重力濃密理論的發(fā)展等方面進(jìn)行綜述。逡逑１．３．１胥體濃密機(jī)工作原理及區(qū)域劃分逡逑膏體濃密機(jī)是在高效濃密的基礎(chǔ)上，，引入高壓力（大高徑比）、高強(qiáng)度排逡逑水（攪拌導(dǎo)水）等理念之后，產(chǎn)生的一種重力脫水技術(shù)。該技術(shù)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(shì)［４１］。但是，限于我國膏體濃密逡逑技術(shù)的滯后發(fā)展［４２］，我國礦山企業(yè)在應(yīng)用過程中付出了較大的經(jīng)濟(jì)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(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD926.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2693337