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《中南大学》 2010年
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多相复合膏体充填料配比与输送参数优化

王洪武  
【摘要】:膏体充填料具有稳定性好、不离析、进入采场后无脱水、可实现远距离输送、充填成本低等显著优点,膏体充填技术日益为采矿界所关注,并在各国矿山得到推广应用。会泽铅锌矿基于深井开采安全、生态环境保护和提高资源回收率的考虑,拟以全尾砂和炼铅炉渣为基本材料实现多相复合膏体充填。由于既有关于分级尾砂、全尾砂、砂(细)石等膏体充填料配比及输送参数的研究成果只能借鉴而不能直接应用于全尾砂和炼铅炉渣的多相复合膏体充填。因此,本文通过全尾砂和炼铅炉渣胶凝特性试验、膏体充填料机械力化学效应研究、膏体充填料管道输送试验、膏体充填料制备及输送工程化技术研究,优化全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料配比和输送参数,建成全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填技术在会泽铅锌矿应用的工程范例。 本文主要研究内容和研究成果如下: (1)材料性能测试分析认为,全尾砂颗粒较细,炼铅炉渣颗粒较粗,两者在粒度分布上具有互补性,全尾砂和炼铅炉渣混合能够制备出符合膏体标准的充填料。试验表明,全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料,具有良好的稳定性、可塑性、流动性和强度特性,选矿废水用于全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料制备对膏体充填料的性能没有影响。 (2)膏体充填料性能试验表明,由于全尾砂为白云质岩石,炼铅炉渣为多相结构的珠状玻璃熔融体,膏体充填料的凝固性能、强度性能都很差。Ca(OH)2能够促使膏体充填料正常凝固,但会损害膏体充填料的长期强度指标,因而不宜以Ca(OH)2用作全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料的促凝剂。 (3)通过对全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料机械力化学效应的探索和试验,掌握了机械激活对膏体充填料的作用机理,解决了膏体充填料不能凝固和强度低的问题。通过高能活化搅拌的机械力化学作用,激发了细粒级全尾砂具有的胶体活性,破坏了炼铅炉渣原有表面形态及结构,加快了水泥水化反应的速度,从而促进膏体充填料的凝固,提高膏体充填体的强度。同时,试验表明,机械力化学搅拌的膏体充填料具有更好的流变性质,膏体充填料的坍落度值、稠度值减小,稳定性、可塑性和流动性提高。 (4)开发了适合于会泽铅锌矿全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料输送参数测试的全尺寸环管泵送试验平台,通过全尺寸环管泵送试验,获得了不同配比膏体充填料的输送参数。采用灰色理论对管流沿程阻力的影响因素进行了灰色关联排序,确定充填料浓度和输送流量是影响管流沿程阻力的决定性因素。试验研究发现,管流沿程阻力与输送流量(或流速)成正比例直线关系、与充填料浓度成正比例的乘幂关系。 (5)在全尺寸环管泵送试验的基础上,分析和推导了各个组方膏体充填料的管流沿程阻力计算式,建立了膏体充填料在输送管道直径DN 150mm时管流沿程阻力计算的会泽公式,并检验和证明了会泽公式的适用性。 (6)对膏体充填料的流变特性研究认为,全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料具有黏塑性体的流变特性,其流变模型为非牛顿流体的宾汉(Bingham)体模型。通过全尺寸环管泵送试验和L形管道输送试验,分析计算了膏体充填料的流变参数τ。和η,总结出膏体充填料管道输送的初始屈服应力τ。随着充填料浓度的增高而增大、在水泥含量较低时随着水泥含量的增加而减小、在水泥含量较高时随着水泥含量的增加而增大的变化规律。 (7)采用人工神经网络方法,构建了管流沿程阻力与充填料浓度、输送流量、水泥含量及全尾砂含量的非线性复杂关系的分析计算模型,揭示了膏体充填料管道输送阻力与其影响因素的内在规律。采用混沌优化方法,计算得到全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料的最佳输送参数。 (8)研究了全尾砂—炼铅炉渣多相复合膏体充填料制备及输送的工程化技术,设计了会泽铅锌矿以全尾砂、炼铅炉渣为基本材料的多相复合膏体充填系统,开发了集成全尾砂沉降及浓缩脱水、全尾砂膏体制备及贮存等功能的全尾砂膏体连续制备及贮存机构(PCP SM)和基于机械力化学原理设计的STF-700(Ⅰ)型高能活化搅拌机,建成了多相复合膏体充填技术在会泽铅锌矿应用的工程范例。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TD853.34

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