屈服應(yīng)力與礦山尾礦可泵性的關(guān)聯(lián)性

【概述】

尾礦即為從礦石的非經(jīng)濟(jì)成分（脈石）中分離有價(jià)值的成分 之后余留的物質(zhì)。尾礦與覆蓋層不同，覆蓋層是在采礦期間未加 處理就從礦石或礦體表層挪走的廢石或廢料 。 可采用兩種方法從礦石中提取礦物質(zhì)：砂礦開(kāi)采，即利用水 和重力提取有價(jià)值的礦物質(zhì)；或硬巖開(kāi)采，即先粉碎巖石，再粉 碎化學(xué)物質(zhì)。在后一種方法中，從礦石中提取礦物質(zhì)時(shí)，要求將 礦石研磨成細(xì)微顆粒，這樣，尾礦通常較小，尺寸從沙粒尺寸到 幾微米不等 。礦山尾礦通常從漿體狀的礦屑（細(xì)微礦物顆粒 和水的混合物）中得到 。 尾礦成分直接取決于礦石組分和施加在礦石上的采礦過(guò)程 。 通常，多數(shù)尾礦產(chǎn)品由巖石組成，此類(lèi)巖石被研磨成精細(xì)顆 粒，大至粗砂，小至尺寸一致的粉末。 許多尾礦中也含有少量在容礦中發(fā)現(xiàn)的不同金屬顆粒以及 提取過(guò)程中所用的添加成分。 通常，尾礦堆放在尾礦池中。尾礦池即為水性廢料泵入池中 的區(qū)域，在那里，固體顆粒從水中沉降。據(jù)估計(jì)，2000 年，全 世界共存有約 3,500 處活躍尾礦池 。尾礦池有助于堆放從巖 石中分離礦物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的廢料或焦油砂開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的漿料。 通常，尾礦會(huì)與其它物質(zhì)（如膨潤(rùn)土）混合，減緩受影響的水釋 放到環(huán)境中的速率 。然而，無(wú)論尾礦含有何種成分，均需要 從礦山泵送到尾礦池中。為了了解是否能夠利用現(xiàn)有泵送設(shè)備泵 送（改性）尾礦，不僅需要測(cè)定粘度，還需要測(cè)定屈服應(yīng)力 τ0。 屈服應(yīng)力用于描述克服給定流體彈性特性及輸入可持續(xù)流量所 需的能量。

隨后可知，屈服應(yīng)力值在很大程度上取決于漿料的固體含 量。只需使用 HAAKE Viscotester iQ 流變儀進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)量， 即可輕易獲取屈服應(yīng)力值。

【實(shí)驗(yàn)/操作方法】

由于使用旋轉(zhuǎn)流變儀所帶的傳統(tǒng)平行板或 同軸圓筒轉(zhuǎn)子時(shí)，若將樣品加載到窄隙中，則可 能出現(xiàn)壁滑移及樣品過(guò)度受損，導(dǎo)致軟質(zhì)固體和 料漿（如尾礦）難以處理，所以，推薦使用槳葉 轉(zhuǎn)子。 當(dāng)槳葉轉(zhuǎn)子*浸入樣品中時(shí)，屈服應(yīng)力本 身可依照 Boger 公式 [4] 進(jìn)行計(jì)算： 

其中，M 為扭矩，K 為取決于槳葉高度（H） 和直徑（D）的槳葉參數(shù)，其表達(dá)式如下：

因此，為確定屈服應(yīng)力，則需要將扭矩（或 相應(yīng)剪切應(yīng)力）作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行追蹤。然后， 將大值代入屈服應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論】

為防止發(fā)生壁滑移，我們推薦使用槳葉轉(zhuǎn)子 對(duì)尾礦進(jìn)行流變測(cè)試。圖 1 所示為帶有槳葉結(jié)構(gòu) 及開(kāi)式臺(tái)架（便于在大型容器中測(cè)試樣品）的HAAKE Viscotester iQ 流變儀。 在該項(xiàng)研究中，已對(duì)不同固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的砂 礦尾礦進(jìn)行了測(cè)試，以便隨后獲得屈服應(yīng)力與質(zhì) 量分?jǐn)?shù)關(guān)系圖。 圖 2 所示為依照 Boger 模型確定屈服應(yīng)力 的示例。該項(xiàng)測(cè)試中所用的尾礦固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.4。

我們已采用這種簡(jiǎn)單快速的方法，對(duì)固體質(zhì)量分?jǐn)?shù) 各不相同（介于 0.2～0.5 之間）的砂礦尾礦進(jìn)行了測(cè) 試。測(cè)試結(jié)果如圖 3 所示，圖 3 顯示各屈服應(yīng)力值與 固體含量的關(guān)系曲線圖。 使用圖 3 所示的少量測(cè)試得出的數(shù)據(jù)，計(jì)算經(jīng)由 管道橫截面所需的泵送壓力（巴）和屈服應(yīng)力，即可方 便地預(yù)測(cè)特定尾礦的可泵性。

 圖 1：Thermo Scientific™ HAAKE™ Viscotester™ iQ 流變 儀（帶適于夾持大型容器的實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架）。

圖 2：室溫（RT）條件下，尾礦固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.4 時(shí)的流動(dòng)曲線（依照 Boger 模型自動(dòng)獲取屈服應(yīng)力）。

圖 3：屈服應(yīng)力是室溫條件下砂礦尾礦固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的函數(shù)。

結(jié)論 

HAAKE  Viscotester  iQ 流變儀中的槳葉轉(zhuǎn)子方法 是用于測(cè)定礦山尾礦屈服應(yīng)力的快速、簡(jiǎn)便且準(zhǔn)確的方 法。我們可方便地將這些值與具有給定固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 特定尾礦成分的可泵性相關(guān)聯(lián)。