掺铜渣尾砂充填料浆流变特性及屈服应力影响因素分析

掺铜渣尾砂充填料浆流变特性及屈服应力影响因素分析

0完善处理制度绿色和环境是未来采矿的发展趋势。同时，根据我国2020年修订的《中华人民共和国废物污染环境监督管理》，全面完善了废物处理制度，鼓励采用先进的处理方法对尾矿、煤渣、废石等矿场废物进行综合利用。综上，经过学者们不断的研究，发现大部分工业固体废物不仅可作为胶凝材料的矿物掺合料，而且还可充当充填骨料，其中由于铜渣尾砂属于惰性材料，且颗粒尺寸较均匀，通常作为充填细骨料来改善充填材料力学和工作性能1尾砂和废石级配分析工业应用铜渣尾砂和废石前需开展相关物化分析，并根据相关标准评价两者作为充填材料的可行性。化学试验利用XRF对尾砂和废石主要化学成分进行检测，试验结果见表1。尾砂和废石主要化合物为SiO由于骨料级配是影响充填效果的重要因素，因此开展筛分析和激光粒径物理试验，分析尾砂和废石级配情况，试验结果见图1。根据泰波级配理论(式1)对废石和铜渣尾砂级配指数进行回归拟合计算，结果见表2(1)式中，由表2可知，废石级配指数为1.175,大于富勒级理想级配指数(0.5),说明废石中粗颗粒含量较高，骨料孔隙率较高，充填料浆容易发生离析。铜渣尾砂级配指数为0.228,小于理想级配指数，说明铜渣尾砂颗粒较细且级配中缺少粗骨料，难以形成稳定的骨架，从而影响充填体的力学性能。因此将铜渣尾砂和废石混合，可弥补各自级配的不足，改善充填料浆的流变和力学性能2变量试验2.1试验材料铜渣尾砂来源于金川选矿厂，密度为3650kg/m2.2铜渣尾砂掺量确定根据文献[12-15],选用铜渣尾砂掺量、质量浓度和胶凝材料添加量为本次正交试验因素，各因素设置3个水平，见表3。其中铜渣尾砂掺量为保持充填骨料总质量不变的尾砂与废石的质量比。又根据正交试验设计原则，选用L对表4中9组充填料浆开展流变试验，试验设备选用Brookfield(DV-Ⅱ+Pro)型黏度计进行测量，转子选用HA2型，转子速度为20～200r/min,共设置50个转速点，每个转速点用时5s采集5个数据，最后计算平均值作为转速点数据。2.3试验结果与分析2.2.1基于流变性能的充填料流变性能建模整理流变试验结果，绘制各组充填料浆流变特性曲线见图2。根据目前研究现状，针对高浓度和膏体充填料流变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因素水平对屈服应力的影响屈服应力是计算管道输送阻力和粗骨料所受黏滞力的重要参数由表5可知，在3个影响因素中，仅质量浓度的P值小于0.05,且F值37.891大于F统计表中的临界值19,显示因素水平对屈服应力影响显著。以各因素水平为横轴，各水平屈服应力为纵轴，绘制因素水平趋势(见图3)。图3中铜渣尾砂掺量和胶凝材料的屈服应力波动较小，而质量浓度水平变化对屈服应力影响波动较大，说明对屈服应力影响显著与方差分析结果一致。又根据图3可知，质量浓度与屈服应力呈正比关系，原因是质量浓度越大，料浆中混合骨料含量较高，因此颗粒间相互碰撞及吸附的概率增加，使絮凝结构体增多，这些结构成为浆体的阻力，料浆流动则需要克服该阻力，因此屈服应力也随之增大2.2.3预测模型的建立为控制不同骨料配比、质量浓度和胶凝材料添加量的料浆屈服应力，减少室内试验工作量，以正交试验结果为基础，结合非线性和曲线估计理论建立掺铜渣尾砂高浓度充填料浆屈服应力预测模型。第一步，确定一元非线性模型。将试验结果输入SPSS软件，设掺量、质量浓度和胶凝材料===式中，第二步，建立屈服应力三元非线性模型，设：==则屈服应力三元非线性模型为：=式中，第三步，回归计算模型参数。利用式(8)对表4中的数据进行回归计算，各参数计算结果如下：式(9)为屈服应力预测模型。为检验模型精度，将表4中各因素数据输入式(9),获得屈服应力预测值，计算预测值与试验值相对误差，见表7。由表7可知，9组料浆中预测模型相对误差均在6.1%以内，预测模型精度较高，可作为屈服应力预测模型。3掺铜渣尾砂充填料浆屈服应力试验(1)根据室内物化试验分析、泰勒级配理论和相关标准可知，铜渣尾砂和废石属于惰性固体颗粒，可作为充填骨料，且混合2种骨料可有效提高料浆力学和流变性能。(2)根据流变试验结果绘制掺铜渣尾砂高浓度充填料浆流变特性曲线，9组料浆曲线图呈上凸形，斜率随剪切速率增大而减小，表明料浆流变模型为H-B流变模型。并利用该模型回归计算各组料浆屈服应力。(3)对各组料浆屈服应力进行方差分析，根据F值和P值确定屈服应