摻銅渣尾砂充填料漿流變特性及屈服應(yīng)力影響因素分析

摻銅渣尾砂充填料漿流變特性及屈服應(yīng)力影響因素分析

0完善處理制度綠色和環(huán)境是未來采礦的發(fā)展趨勢。同時(shí)，根據(jù)我國2020年修訂的《中華人民共和國廢物污染環(huán)境監(jiān)督管理》，全面完善了廢物處理制度，鼓勵(lì)采用先進(jìn)的處理方法對尾礦、煤渣、廢石等礦場廢物進(jìn)行綜合利用。綜上，經(jīng)過學(xué)者們不斷的研究，發(fā)現(xiàn)大部分工業(yè)固體廢物不僅可作為膠凝材料的礦物摻合料，而且還可充當(dāng)充填骨料，其中由于銅渣尾砂屬于惰性材料，且顆粒尺寸較均勻，通常作為充填細(xì)骨料來改善充填材料力學(xué)和工作性能1尾砂和廢石級配分析工業(yè)應(yīng)用銅渣尾砂和廢石前需開展相關(guān)物化分析，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)兩者作為充填材料的可行性?；瘜W(xué)試驗(yàn)利用XRF對尾砂和廢石主要化學(xué)成分進(jìn)行檢測，試驗(yàn)結(jié)果見表1。尾砂和廢石主要化合物為SiO由于骨料級配是影響充填效果的重要因素，因此開展篩分析和激光粒徑物理試驗(yàn)，分析尾砂和廢石級配情況，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。根據(jù)泰波級配理論(式1)對廢石和銅渣尾砂級配指數(shù)進(jìn)行回歸擬合計(jì)算，結(jié)果見表2(1)式中，由表2可知，廢石級配指數(shù)為1.175,大于富勒級理想級配指數(shù)(0.5),說明廢石中粗顆粒含量較高，骨料孔隙率較高，充填料漿容易發(fā)生離析。銅渣尾砂級配指數(shù)為0.228,小于理想級配指數(shù)，說明銅渣尾砂顆粒較細(xì)且級配中缺少粗骨料，難以形成穩(wěn)定的骨架，從而影響充填體的力學(xué)性能。因此將銅渣尾砂和廢石混合，可彌補(bǔ)各自級配的不足，改善充填料漿的流變和力學(xué)性能2變量試驗(yàn)2.1試驗(yàn)材料銅渣尾砂來源于金川選礦廠，密度為3650kg/m2.2銅渣尾砂摻量確定根據(jù)文獻(xiàn)[12-15],選用銅渣尾砂摻量、質(zhì)量濃度和膠凝材料添加量為本次正交試驗(yàn)因素，各因素設(shè)置3個(gè)水平，見表3。其中銅渣尾砂摻量為保持充填骨料總質(zhì)量不變的尾砂與廢石的質(zhì)量比。又根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原則，選用L對表4中9組充填料漿開展流變試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備選用Brookfield(DV-Ⅱ+Pro)型黏度計(jì)進(jìn)行測量，轉(zhuǎn)子選用HA2型，轉(zhuǎn)子速度為20～200r/min,共設(shè)置50個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)，每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)用時(shí)5s采集5個(gè)數(shù)據(jù)，最后計(jì)算平均值作為轉(zhuǎn)速點(diǎn)數(shù)據(jù)。2.3試驗(yàn)結(jié)果與分析2.2.1基于流變性能的充填料流變性能建模整理流變試驗(yàn)結(jié)果，繪制各組充填料漿流變特性曲線見圖2。根據(jù)目前研究現(xiàn)狀，針對高濃度和膏體充填料流變性能描述的常用模型有Bingham模型、H-B(Herchel-Bulkley)模型、Power-law模型以及Ostwald模型=式中，2.2.2因素水平對屈服應(yīng)力的影響屈服應(yīng)力是計(jì)算管道輸送阻力和粗骨料所受黏滯力的重要參數(shù)由表5可知，在3個(gè)影響因素中，僅質(zhì)量濃度的P值小于0.05,且F值37.891大于F統(tǒng)計(jì)表中的臨界值19,顯示因素水平對屈服應(yīng)力影響顯著。以各因素水平為橫軸，各水平屈服應(yīng)力為縱軸，繪制因素水平趨勢(見圖3)。圖3中銅渣尾砂摻量和膠凝材料的屈服應(yīng)力波動(dòng)較小，而質(zhì)量濃度水平變化對屈服應(yīng)力影響波動(dòng)較大，說明對屈服應(yīng)力影響顯著與方差分析結(jié)果一致。又根據(jù)圖3可知，質(zhì)量濃度與屈服應(yīng)力呈正比關(guān)系，原因是質(zhì)量濃度越大，料漿中混合骨料含量較高，因此顆粒間相互碰撞及吸附的概率增加，使絮凝結(jié)構(gòu)體增多，這些結(jié)構(gòu)成為漿體的阻力，料漿流動(dòng)則需要克服該阻力，因此屈服應(yīng)力也隨之增大2.2.3預(yù)測模型的建立為控制不同骨料配比、質(zhì)量濃度和膠凝材料添加量的料漿屈服應(yīng)力，減少室內(nèi)試驗(yàn)工作量，以正交試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合非線性和曲線估計(jì)理論建立摻銅渣尾砂高濃度充填料漿屈服應(yīng)力預(yù)測模型。第一步，確定一元非線性模型。將試驗(yàn)結(jié)果輸入SPSS軟件，設(shè)摻量、質(zhì)量濃度和膠凝材料===式中，第二步，建立屈服應(yīng)力三元非線性模型，設(shè)：==則屈服應(yīng)力三元非線性模型為：=式中，第三步，回歸計(jì)算模型參數(shù)。利用式(8)對表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算，各參數(shù)計(jì)算結(jié)果如下：式(9)為屈服應(yīng)力預(yù)測模型。為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ途?，將?中各因素?cái)?shù)據(jù)輸入式(9),獲得屈服應(yīng)力預(yù)測值，計(jì)算預(yù)測值與試驗(yàn)值相對誤差，見表7。由表7可知，9組料漿中預(yù)測模型相對誤差均在6.1%以內(nèi)，預(yù)測模型精度較高，可作為屈服應(yīng)力預(yù)測模型。3摻銅渣尾砂充填料漿屈服應(yīng)力試驗(yàn)(1)根據(jù)室內(nèi)物化試驗(yàn)分析、泰勒級配理論和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可知，銅渣尾砂和廢石屬于惰性固體顆粒，可作為充填骨料，且混合2種骨料可有效提高料漿力學(xué)和流變性能。(2)根據(jù)流變試驗(yàn)結(jié)果繪制摻銅渣尾砂高濃度充填料漿流變特性曲線，9組料漿曲線圖呈上凸形，斜率隨剪切速率增大而減小，表明料漿流變模型為H-B流變模型。并利用該模型回歸計(jì)算各組料漿屈服應(yīng)力。(3)對各組料漿屈服應(yīng)力進(jìn)行方差分析，根據(jù)F值和P值確定屈服應(yīng)