一种基于流变仪的尾矿脱水性能检测装置及使用方法与流程

本发明涉及膏体充填尾矿浓密技术领域，特别是指一种基于流变仪的尾矿脱水性能检测装置及使用方法。

背景技术：

膏体充填采矿技术是目前最前沿的充填采矿技术，具有环保、经济、安全、高效的优势，是近年来国内外采矿领域研究的热点技术之一。经过多年的研究和实践，该技术已成功应用于我国众多金属矿山。

尾矿浓密是膏体充填的重要工艺，一般是将选厂尾矿直接泵送进深锥浓密机进行一段脱水。整个脱水过程中，最为关键的是脱水浓度以及浓密机内部耙架扭矩。因为尾矿脱水浓度直接与最终井下膏体浓度有关，进而影响膏体强度等充填质量。而扭矩则反映了浓密机运行状态，扭矩设计过大，会造成能耗过高、资源浪费；扭矩设计过小，运行过程中会出现压耙事故。

传统的尾矿动态脱水装置一般只是简单慢速动态旋转，可以对全尾矿极限脱水浓度进行提前预判，为整个系统物料平衡、膏体配比等提供基础资料。一般浓密机耙架的扭矩通过尾矿的流变参数进行理论计算，对于动态脱水过程中耙架的扭矩直接监测的装置鲜有报道。

为此，本发明以先进的流变仪为载体，提出一种基于流变仪的尾矿脱水性能检测装置及其使用方法。该装置兼顾尾矿动态脱水和剪切力、扭矩等参数直接检测多重功能，丰富了尾矿动态脱水的性能检测，对于尾矿浓密脱水具有重要的理论研究和工程指导意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于流变仪的尾矿脱水性能检测装置及使用方法。

该装置包括电脑、连接线、流变仪、传动轴、连接装置、导水杆和圆柱形盛料筒，传动轴一端连接流变仪，传动轴另一端通过连接装置连接导水杆，传动轴、连接装置和导水杆组成脱水耙架，脱水耙架置于圆柱形盛料筒中，圆柱形盛料筒中装有实验材料，流变仪通过连接线与电脑相连。

其中，流变仪采用目前商业化的流变仪，适用于对含水浆体流变参数进行检测，能够对实验材料的扭矩、剪切力和黏度等参数进行直接测量，流变仪转速为0.01～800r/min，剪切力测量范围为0～2000pa，黏度测量范围为0.001～80kpa·s，扭矩测量范围为0.05～50mnm。

传动轴上端与流变仪固定连接，传动轴下端通过连接装置与导水杆连接为一体。

导水杆的直径、长度和数量根据圆柱形盛料筒规格确定。一般而言，导水杆直径为1mm～5mm，导水杆数量为2～5根。

圆柱形盛料筒为透明或留有泥层高度透明观察点；脱水耙架放置于圆柱形盛料筒内，脱水耙架与圆柱形盛料筒侧壁和底部留有5mm～3cm的空隙。

实验材料包括尾矿、水、絮凝剂溶液等，尾矿最大粒径与流变仪测量材料颗粒一致，一般而言，尾矿粒径小于2000微米。

使用该装置的方法，包括步骤如下：

s1：根据需要，加工出满足需求的圆柱形盛料筒；

s2：根据圆柱形盛料筒尺寸和实验需求，加工不同直径、高度、数量的导水杆；根据流变仪接口，加工传动轴；同时加工传动轴和导水杆的连接装置；将传动轴、导水杆、连接装置组装为一体，即为脱水耙架；

s3：将脱水耙架上端连接流变仪接口，并将脱水耙架放置于圆柱形盛料筒内；

s4：计算不同浓度、不同泥层高度所需尾矿和水的质量，以及对应的絮凝剂溶液添加量；

s5：开始测试前，先加入预定质量的水以及絮凝剂溶液，开启流变仪，高速搅拌4-8分钟，然后均匀添加预定质量的粉末状干尾矿，此时降低流变仪转速，开始对尾矿絮凝沉降、动态脱水过程中的性能参数进行检测；

s6：数据收集完毕，采用电脑对数据进行下载，并进行数据处理和分析。

在本发明装置中，电脑主要通过程序控制自制脱水耙架的转速，并对扭矩、剪切力、黏度等参数进行实时监测。连接线为专用线缆，用于传输电脑控制信号给流变仪。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，该装置加工简单、制作成本相对较低、操作简单、智能性高，凡是拥有流变仪的企业、高校、研究院均可快速实施，监测指标全面、高效。不仅丰富了尾矿动态脱水研究手段，也为深锥浓密机安全经济运行提供依据，具有较强的理论研究和实用价值。可为有色、黑色、贵金属、稀有金属、黄金等各种产生尾矿的矿山企业提供理论研究和技术支持。应用该装置的方法不仅可以测量尾矿动态脱水浓度，还可以对脱水过程中扭矩、剪切力、黏度等多种参数进行全程监测，为尾矿动态脱水和深锥安全运行提供依据和指导。主要有以下几个优点：第一，脱水参数可调。包括转速可调，导水杆数量和长度可调，料浆高度可调，浓密时间可控；第二，检测参数全面。包括沉降高度、料浆浓度、扭矩、剪切力、黏度等。第三，测量精度高。借助精密仪器流变仪固有特性，可对整个监测过程数据进行全自动采集，最后通过电脑对监测数据下载，监测数据准确、高效，可以为浓密机选型和安全高效运行提供依据。

附图说明

图1为本发明的基于流变仪的尾矿脱水性能检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例中全尾砂脱水质量分数随脱水时间的变化规律；

图3为本发明实施例中加料过程导水杆剪切力和扭矩的变化规律；

图4为本发明实施例中脱水过程导水杆剪切力和扭矩演化规律。

其中：1-电脑；2-连接线；3-流变仪；4-传动轴；5-连接装置；6-导水杆；7-圆柱形盛料筒；8-实验材料。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的尾矿动态脱水装置功能单一问题，提供一种基于流变仪的尾矿脱水性能检测装置及使用方法。该装置脱水转速可调，不仅可以模拟动态脱水装置预测尾矿极限脱水浓度，还可以对尾矿脱水过程中的剪切力、扭矩等性能进行精准检测。

如图1所示，该装置包括电脑1、连接线2、流变仪3、传动轴4、连接装置5、导水杆6和圆柱形盛料筒7，传动轴4一端连接流变仪3，传动轴4另一端通过连接装置5连接导水杆6，传动轴4、连接装置5和导水杆6组成脱水耙架，脱水耙架置于圆柱形盛料筒7中，圆柱形盛料筒7中装有实验材料8，流变仪3通过连接线2与电脑1相连。

其中，流变仪3能够对实验材料8的扭矩、剪切力和黏度参数进行测量，流变仪3转速为0.01～800r/min，剪切力测量范围为0～2000pa，黏度测量范围为0.001～80kpa·s，扭矩测量范围为0.05～50mnm。

传动轴4上端与流变仪3固定连接，传动轴4下端通过连接装置5与导水杆6连接为一体。

导水杆6的直径、长度和数量根据圆柱形盛料筒7规格确定。一般的，导水杆6直径为1mm～5mm，导水杆数量为2～5根。

圆柱形盛料筒7为透明或留有泥层高度透明观察点；脱水耙架放置于圆柱形盛料筒7内，脱水耙架与圆柱形盛料筒7侧壁和底部留有5mm～3cm的空隙。

实验材料8包括尾矿、水、絮凝剂溶液等，尾矿最大粒径与流变仪测量材料颗粒一致，尾矿粒径小于2000微米。

使用该检测装置的方法，包括步骤如下：

s1：根据需要，加工出满足需求的圆柱形盛料筒7；

s2：根据圆柱形盛料筒7尺寸和实验需求，加工不同直径、高度、数量的导水杆；根据流变仪3接口，加工传动轴4；同时加工传动轴和导水杆的连接装置5；将传动轴4、导水杆6、连接装置5组装为一体，即为脱水耙架；

s3：将脱水耙架上端连接流变仪3接口，并将脱水耙架放置于圆柱形盛料筒7内；

s4：计算不同浓度、不同泥层高度所需尾矿和水的质量，以及对应的絮凝剂溶液添加量；

s5：开始测试前，先加入预定质量的水以及絮凝剂溶液，开启流变仪3，高速搅拌4-8分钟，然后均匀添加预定质量的粉末状干尾矿，此时降低流变仪3转速，开始对尾矿絮凝沉降、动态脱水过程中的性能参数进行检测；

s6：数据收集完毕，采用电脑1对数据进行下载，并进行数据处理和分析。

下面结合具体实施例予以说明。

(1)极限脱水浓度预测

采用该装置进行动态搅拌实验，实验前首先对量筒每mm水的质量进行计算，计算得到每mm高度对应水的质量为5.3175g/mm。在量筒首先加入1400g水，再加入16g浓度为0.1％的絮凝剂溶液，对絮凝剂溶液进行5分钟搅拌。然后加入800g尾矿，同时开始计时。通过记录不同时间泥层高度，计算对应的料浆浓度，如图2。由该图可以看出，浓密时间为1h时，质量分数为69.74％；浓密时间为2h时，质量分数为71.06％；浓密时间为3h时，质量分数为73.13％；浓密时间为4h时，质量分数为75.33％；浓密时间为5h时，质量分数基本没有提升，达到极限脱水浓度。对应的，当耙架转速为0，即量筒静态沉降实验，添加相同单耗絮凝剂，沉降48h后极限浓度可以达到66.29％；该动态实验装置所获得的料浆平均浓度比量筒静态沉降提高了9.04％。因此，动态沉降获得的料浆浓度更接近于深锥浓密机底流，该装置对于动态脱水浓度检测具有很好的效果。

(2)剪切力和扭矩监测

由于该动态搅拌装置可以对搅拌过程中剪切力和扭矩两个非常重要的参数进行监测，因此，实施例对从实验加料开始到泥层高度不发生变化时间段内剪切力和扭矩演化规律进行检测。实验使用尾矿600g，水1400g，0.1％浓度的絮凝剂溶液12g，最终泥层高度与量筒直径比约为0.83:1(模拟现有深锥浓密机泥层高度与直径比值)。

①加料过程对剪切力和扭矩的影响

首先将絮凝剂溶液加到水中进行搅拌稀释，大约搅拌5min开始加尾矿，将近4min时尾矿添加完毕，在尾矿添加(进料)过程中，剪切力和扭矩不断增加。加料结束时剪切力约130pa，扭矩不到4mnm，分别是平稳运行时剪切力和扭矩的1/6.3和1/6。加料过程剪切力和扭矩变化如图3。由此可以推断，深锥浓密机在最初进料过程中也是扭矩不断增加，但是增加幅度较小。

②浓密过程剪切力和扭矩演化规律

当进料结束，尾矿和水在耙架和重力作用下逆向流动，尾矿不断沉降，孔隙水沿着导水杆打开的导水通道不断上升。由于不断脱水作用，尾矿浆浓度越来越高。因此，在浓密过程中剪切力和扭矩不断增加，浓密过程不同时间剪切力和扭矩随搅拌时间的关系如图4。当浓密时间增加至2h后，剪切力和扭矩增加速率较小，逐渐趋于恒定。这是由于当尾矿浆内部水分脱到一定程度，由于尾矿本身存在一个密实孔隙率，此时，浓缩尾矿基本不再脱水，也就是说，尾矿的压缩浓度基本趋于恒定。因此，当尾矿浓密到一定程度，其剪切力和扭矩基本处于一个恒定值。

根据尾矿浓密过程中剪切力和扭矩的变化可以将尾矿浓密分为三个过程：

第一，扭矩快速增长期。浓密时间为0～1h，此时剪切力和扭矩分别由0增加至570pa和17mnm；

第二，扭矩衰减增长期。浓密时间为1～2h，此时剪切力和扭矩分别由570pa和17mnm增加至819pa和24mnm，分别为1h的1.44倍和1.41倍；此过程剪切力和扭矩仍然在不断增长，但是增长速率越来越小；

第三，扭矩恒定浓密区。浓密时间为2h后，剪切力和扭矩基本趋于恒定。比如，当浓密时间为4h时，剪切力和扭矩分别由823pa和24mnm，与2h时基本相等。

可见，该装置不仅可以对尾矿极限脱水浓度进行预测，还兼具脱水过程中剪切力、扭矩等参数的检测，具有传统动态脱水实验装置缺乏的性能检测功能，实施效果很好。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。