某矿全尾砂充填料浆流变特性研究

某矿全尾砂充填料浆流变特性研究

浓度全尾砂填充具有“全尾砂”和“高密度”的双重特征和优势，不仅避免了细粒尾砂的二次排放，而且矿渣的制备具有几乎不透水、不离析、沉降的显著优势。这是采矿和填充的一个重要方向之一。高浓度充填料浆内部的细颗粒具有相对较强的表面物理化学作用,产生“颗粒絮凝成团”现象,形成具有一定抗剪切强度的网络状结构,此网络状结构与高浓度料浆所受的剪切速率及剪切时间有关。当高浓度料浆所受的外力大于某临界值时,料浆才表现其流动的性质,该临界值即为屈服应力。高浓度充填料浆一般被认为是黏弹性的非牛顿流体,随着剪切速率在不同的范围内变化,其黏度值也是不断变化的1饲料浆变换参数的测试方案1.1试验材料试验用尾砂取自某铅锌矿,尾砂密度2550kg/m试验胶凝材料采用PC32.5R复合硅酸盐水泥,密度为3000kg/m1.2料浆流动特性的测定试验采用MCR52模块化智能型流变仪进行测试,如图2(a)所示,转子选用ST24-2D/2V/2V-30浆叶式转子(转子直径20mm,高度40mm),并利用配套的RheoCompass软件在操作界面上设置控制参数来实时输出剪切速率-剪切应力曲线、剪切速率-黏度曲线。该设备具有控制剪切应力和剪切速率双重测量模式,具有较多的选择性和灵活性。为了更加直观地观察料浆的流动性能,全面地分析料浆的流变特性,试验同时采用砂浆扩展度来衡量料浆的流动特性。扩展度测定采用《客运专线铁路CRTSII型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行技术条件》(2008年)方法;扩展度筒尺寸为:上Φ35mm,下Φ50mm,高65mm,如图2(b)所示。1.3充填工程充填水泥比的确定根据选用尾砂的性质,本试验仅考虑分析料浆质量浓度、灰砂比2个因素对流变特性的影响规律,为使研究具有普适性和代表性,选取充填工程及研究中较为常用的参数范围,质量浓度分别取72%,74%,76%,78%,80%的5个水平,灰砂比分别取1∶4,1∶8,1∶12,1∶16的4个水平。2试验结果与分析2.1直接法见表1屈服应力和黏度是表征充填料浆流变特性的基本参数,屈服应力的直接法测量重复性好、精度高,是较为理想的屈服应力测试方法;而黏度是个动态变化的参数,通常采用剪切时间内的算术平均值来表征2.2流特征分析2.2.1充填料浆黏度试验限于篇幅,这里仅给出灰砂比为1∶8时不同浓度充填料浆黏度随剪切速率的变化曲线和质量浓度78%时不同灰砂比充填料浆黏度随剪切速率的变化曲线,见图3。(1)结合表1,相同灰砂比时,料浆的表观黏度与浓度呈正相关性,浓度在72%～76%时黏度变化不明显,而料浆浓度达到78%时黏度则显著增大;相同质量浓度时,胶凝材料掺量越多,料浆的表观黏度越大,但并无突变性变化,相同质量浓度、不同灰砂比充填料浆黏度随剪切速率的变化曲线趋势基本一致。(2)从图3(a)可以看出,以78%为界,较低浓度的充填料浆黏度随剪切速率的变化可以划分为黏度快速减小(0～10s(3)当料浆浓度在78%及以上时,其黏度随剪切速率的变化可以划分为快速减小(0～20s(4)如图3(b)所示,不同灰砂比条件下的料浆浓度变化全部呈现出明显的导函数趋势变化,说明灰砂比对料浆黏度的变化影响相对较小,料浆黏度的变化主要受其浓度的影响。因此在料浆管道输送中,控制合适的浓度是输送难易的关键。2.2.2充填料浆扩展度图4为不同灰砂比和不同浓度时充填料浆的扩展度,图5为料浆扩展后的形态(俯视图)。(1)随着料浆质量浓度的增加,扩展度呈减小的趋势,由图4(a)可知,任意灰砂比条件下,当充填料浆浓度从76%增大至78%时,扩展度均急剧减小,图5以灰砂比1∶12条件下76%和78%两种质量浓度的充填料浆扩展形态为例,可明显看出浓度76%的料浆扩展性较好,而浓度78%的料浆扩展形态基本与扩展度筒形态一致。(2)随着料浆胶凝材料掺量的增加,扩展度呈减小的趋势,但从图4(b)看出,灰砂比的变化对料浆的扩展度影响相对较小。(3)当充填料浆浓度增大至78%时,流动性能急剧变差,说明该全尾砂充填料浆流动性的突变临界浓度在78%左右,这与流变特性中的黏度规律高度吻合,扩展度的变化能直观地反映充填料浆的流动特性。2.2.3胶凝材料掺量的影响充填料浆流变特性主要由屈服应力和平均黏度表征,图6和图7分别为屈服应力变化曲线和平均黏度变化曲线。(1)料浆质量浓度相同时,屈服应力和平均黏度均随胶凝材料掺量的减小而减小,76%以下低浓度料浆的屈服应力和平均黏度随胶凝材料掺量变化不明显,而76%以上较高浓度料浆的屈服应力和平均黏度则随胶凝材料掺量变化明显。(2)料浆灰砂比相同时,屈服应力和平均黏度随料浆质量浓度增大而增大,当浓度低于76%时,屈服应力和平均黏度随浓度的变化不明显,而浓度高于76%时,屈服应力和平均黏度陡增,明显大于浓度76%料浆的屈服应力及平均黏度,达到其2～3倍,但浓度在80%时,料浆特性并不符合整体变化规律。3充填料浆流动性能以某矿全尾砂制备充填料浆为研究对象,利用MCR52流变仪对充填料浆的流变特性进行测试,并使用扩展度筒测定扩展度表征其流动性能,研究了质量浓度、灰砂比2个因素对流变特性的影响规律,取得以下结论:(1)料浆质量浓度和灰砂比2个因素对充填料浆流变特性的影响程度顺序由大到小依次为质量浓度、灰砂比。(2)料浆质量浓度相同时,屈服应力和平均黏度均随胶凝材料掺量的减小而减小,扩展度增大;料浆灰砂比相同时,屈服应力和平均黏度随料浆质量浓度增大而增大,扩展度减小。78%浓度料浆的屈服应力