一种工业级多功能膏体充填试验平台及测试方法与流程

本发明涉及膏体充填技术领域，特别是指一种工业级多功能膏体充填试验平台及测试方法。

背景技术：

膏体充填以其不离析、不脱水、不分层的优点，逐渐成为21世纪充填采矿技术的发展方向。但是膏体充填与传统的低浓度充填工艺相比，所涉及的工艺环节多，控制精度要求高，相关设计参数必须要通过大量的前期试验来获取。而我国没有专业的膏体充填试验平台，膏体充填系统设计只能依赖低浓度充填测试数据，造成设计误差大。为此，有必要建立一套工业级多功能膏体充填试验平台与测试方法，为膏体充填理论与技术研究、膏体系统设计、行业标准制定及技术人员培训提供支持。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种工业级多功能膏体充填试验平台及测试方法，用于膏体充填理论与技术研究、膏体系统设计、行业标准制定及技术人员培训。

该试验平台包括称量系统、造浆系统、搅拌制备系统、旋流分级系统、深锥浓密系统、环管输送系统、废料处置系统和自动控制系统，称量系统连接造浆系统和搅拌制备系统，造浆系统后接旋流分级系统和深锥浓密系统，旋流分级系统和造浆系统循环连接，旋流分级系统连接深锥浓密系统，深锥浓密系统连接环管输送系统、搅拌制备系统和废料处置系统，搅拌制备系统连接环管输送系统，环管输送系统连接废料处置系统，自动控制系统对称量系统、造浆系统、搅拌制备系统、旋流分级系统、深锥浓密系统、环管输送系统和废料处置系统进行自动控制。

其中，称量系统、造浆系统、搅拌制备系统、旋流分级系统、深锥浓密系统、环管输送系统、废料处置系统和自动控制系统中的设备均采用工业级标准。

称量系统采用定量称重配料方式，料斗上设置称重传感器和水分传感器，保证物料称量精度，同时设置破拱及振打装置以防结拱，保证下料通畅。

造浆系统由两个φ1.5×2m搅拌桶和离心泵组成，造浆系统得到的尾矿浆浓度为20～30％。

旋流分级系统包括旋流器、离心泵、搅拌桶和缓冲池，旋流器直径为φ75mm、φ100mm、φ150mm中一种或几种的组合，溢流经缓冲池进入储浆桶，底流经搅拌桶进入储浆桶中。

深锥浓密系统包括深锥浓密机与絮凝剂自动添加装置，深锥浓密机直径1m，总高6m，分为5段，各段采用法兰连接，高径比可变范围为：3.5～6，锥角设置为60°、90°或120°，锥角与设备支座采用螺栓连接，深锥浓密机筒体不同高度位置设置不少于3个取样阀，相邻两个取样阀间隔0.5-1.5m；深锥浓密机筒体1.3～4.8m高度处开设观察窗；深锥浓密机耙架转速调节范围为0.1～0.2rpm。絮凝溶液制备及添加装置，其自带plc集成控制，能够与浓密机入料浓度、流量形成连锁回路，实现絮凝剂的自动添加。

搅拌制备系统由两段卧式搅拌机构成，并配有扭矩监测装置、叶片角度调节装置。

环管输送系统包括工业级柱塞泵与宽管径管道系统，同时配有压力变送器、流量计和液压换向阀，管道直径分为4种：dn50、dn100、dn150、dn200；管道走向设置5种：上向倾斜、垂直下行、垂直上行、水平和下向倾斜。

自动控制系统采用dcs和plc结合的混合式控制系统，具有三种操作模式：手动非联锁、手动联锁和自动联锁。

应用该试验平台的测试方法，包括步骤如下：

s1：矿山运输来的全尾砂经过称量系统配料后，其中一部分进入造浆系统，经造浆系统后进入深锥浓密系统开展全尾砂浓密试验；另一部分直接进入搅拌制备系统开展搅拌试验；

s2：s1中进入深锥浓密系统得到的尾砂浆进入旋流分级系统进行全尾砂分级试验，溢流和底流都进入深锥浓密系统开展浓密试验；

s3：s1中经搅拌制备系统搅拌合格的膏体料浆进入环管输送系统，开展环管试验；

s4：深锥浓密系统、环管输送系统的废料进入废料处置系统，开展压滤脱水试验，进而进行废料处置。

该试验平台可开展尾砂旋流分级试验、尾砂深锥浓密试验、膏体搅拌制备试验、膏体泵送环管试验及尾砂压滤脱水试验。既可开展独立的试验，也可以进行全流程工业试验，具有多工况、全闭路、自动化、精度高的特点。

其中，尾砂深锥浓密试验可开展工艺参数、设备工况参数、设备结构等多种因素对尾矿浆浓密效果的影响，确定底流浓度与浓密机选型。

尾砂旋流分级试验可开展研究进料浓度、流量、压力对分级效果的影响，实现分级效率的实时、定量研究，确定工况参数。

膏体搅拌制备试验可开展物料配比、浓度、搅拌工艺、搅拌时间、搅拌速度、叶片角度对膏体搅拌均匀度及设备能耗的影响试验，确定膏体搅拌参数。

膏体泵送环管试验可开展流量、管径、管道走向对膏体输送阻力的影响试验，测试管道输送阻力，确定膏体管道输送参数。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

一、使用了高精度的称量系统与全尾砂造浆系统，实现全尾砂质量浓度20～30％，误差±1％，与选厂排放的尾砂浆浓度一致，模拟真实的全尾砂浓密、全尾砂分级的基础条件；

二、本试验平台以模块化设计，灵活组合，开闭路相结合，满足不同试验工况需求。

三、本试验平台包括工业级的深锥浓密系统，由是实现全尾砂浆固液分离的核心装备，本发明采用深锥组合式壳体和分体机械耙架等关键装置，满足全尾砂深度脱水所有实验工况要求。

四、本试验平台拥有宽管径多走向环管系统，真实模拟矿山现场管道输送工况，全面精确获取不同管道走向的管道输送阻力。

五、本试验平台建有多功能融合自控系统，数据实时、精准采集。

附图说明

图1为本发明的工业级多功能膏体充填试验平台结构流程示意图。

其中：1-称量系统；2-造浆系统；3-深锥浓密系统；4-旋流分级系统；5-废料处置系统；6-环管输送系统；7-搅拌制备系统；8-自动控制系统。

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。

本发明针对现有的充填试验平台无法实现膏体充填参数的工业级精准测试等问题，提供一种工业级多功能膏体充填试验平台及测试方法，结束了膏体系统设计长期依赖低浓度充填数据的历史，为全尾砂膏体充填理论研究与系统设计提供支撑。

如图1所示，该试验平台包括称量系统1、造浆系统2、搅拌制备系统7、旋流分级系统4、深锥浓密系统3、环管输送系统6、废料处置系统5和自动控制系统8，称量系统1连接造浆系统2和搅拌制备系统7，造浆系统2后接深锥浓密系统3，深锥浓密系统3连接旋流分级系统4、废料处置系统5和环管输送系统6，搅拌制备系统7连接环管输送系统6，自动控制系统8对称量系统1、造浆系统2、搅拌制备系统7、旋流分级系统4、深锥浓密系统3、环管输送系统6和废料处置系统5进行自动控制。

称量系统1、造浆系统2、搅拌制备系统7、旋流分级系统4、深锥浓密系统3、环管输送系统6、废料处置系统5和自动控制系统8中的设备均采用工业级标准。

该平台试验过程包括以下步骤：

s1：矿山运输来的全尾砂首先经过称量系统，然后根据试验需要分两条路径输出：路径一是进入造浆系统，然后进入深锥浓密系统开展全尾砂浓密试验；路径二是直接进入搅拌制备系统开展搅拌试验；

s2：经s1路径一制备的尾砂浆进入旋流分级系统进行全尾砂分级试验，溢流、底流都可以进入浓密系统开展浓密试验，或者直接进入深锥浓密系统开展浓密试验；

s3：经s1路径二进入搅拌制备系统，根据设计的配合比添加水泥、骨料等其他胶凝材料，搅拌合格的膏体料浆可进入环管输送系统，开展环管试验；

s4：经s1的全尾砂可进入废料处置系统，开展尾砂压滤脱水试验；或者经s1、s2、s3试验的废料都可进入废料处置系统，进行废料处置；

s5：所有的试验过程都经过自动控制系统进行控制。

在具体应用过程中，如图1所示，利用该流程示意图所示方法对某铜矿进行全尾砂膏体充填测试试验。

某铜矿尾砂比重γ＝2.66，设计充填能力80m³/h，通过采用上述系统及方法，具体实施步骤如下：

步骤一：矿山运输来的袋装全尾砂首先进行含水率测试，约3％，然后进入称量系统，每次称量200kg，加水576kg；加入造浆系统，获得质量浓度为25％全尾砂浆，然后进入深锥浓密系统开展全尾砂浓密试验，研究絮凝剂型号、掺量、泥层高度对底流浓度的影响，确定可达到的最优底流浓度72％；

步骤二：经步骤一制备的高浓度尾砂浆进入搅拌制备系统，根据设计的配合比添加水泥、骨料等其他胶凝材料，双卧轴搅拌机转速20r/min，搅拌时间3min左右，即可得到均质化的质量浓度为75％的膏体料浆；

步骤三：经步骤二制备好的膏体料浆，进入柱塞泵，然后进入环管系统，开展环管试验，首先进入研究管径、流速、管道走向对输送阻力的影响，确定最优管径150mm，流速0.8-1.2m/s，阻力损失3.33mpa/km；

步骤四：步骤三完成后，膏体料浆进入废料处置系统，开展尾砂压滤脱水试验；

以上，所有的试验步骤都经过自动控制系统进行过程控制与数据采集。

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。